適應(yīng)抽水蓄能機組變頻啟動的注入式定子接地保護(hù)方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種適應(yīng)抽水蓄能機組變頻啟動的注入式定子接地保護(hù)方法。其特征是：現(xiàn)場分別實測背靠背啟動、SFC啟動兩種方式下，從靜止到額定狀態(tài)，低頻注入的電壓電流相量之間的相角偏移的角度；根據(jù)各開關(guān)輔助接點閉合/斷開的狀態(tài)，以及接收監(jiān)控系統(tǒng)送過來的運行工況狀態(tài)，確定當(dāng)前機組的運行工況；根據(jù)實測的正序電壓大小和機組運行的工況，對低頻注入電流信號進(jìn)行相角校正；保護(hù)裝置用低頻注入電壓和校正后的低頻注入電流作為計算輸入量，進(jìn)一步地采用常規(guī)注入式定子接地保護(hù)進(jìn)行保護(hù)計算和保護(hù)邏輯判別。本發(fā)明不改變原有保護(hù)的電阻判據(jù)、零序電流判據(jù)的核心計算，易于實現(xiàn)。
【專利說明】適應(yīng)抽水蓄能機組變頻啟動的注入式定子接地保護(hù)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地涉及抽水蓄能機組的注入式定子接地故障的繼電保護(hù)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]大型發(fā)電機中性點一般采用高阻抗接地方式，較為常見的方式是經(jīng)過單相配電變壓器接地；變壓器高壓側(cè)一端接發(fā)電機中性點，另一端接地；變壓器低壓側(cè)接大容量的電阻，該電阻阻值折算至高壓側(cè)后，等效為幾百歐姆到幾千歐姆的電阻。該單相配電變壓器又稱為中性點接地變壓器(Neutral Grounding Transformer),簡稱為NGT。
[0003]當(dāng)發(fā)電機定子繞組發(fā)生單相接地故障時，有可能故障電流破壞發(fā)電機定子鐵心，也有可能引起非故障相的對地電壓升高。由于大型發(fā)電機一旦定子鐵心受到破壞，檢修時間都比較長，機組停機的經(jīng)濟損失十分巨大。因此，大型發(fā)電機要求裝設(shè)無死區(qū)的100%定子接地保護(hù)，其中，注入式定子接地保護(hù)已得到廣泛應(yīng)用。
[0004]注入式定子接地保護(hù)的基本原理是:低頻電源裝置將低頻電壓加在NGT低壓側(cè)負(fù)載電阻上，通過NGT將低頻電壓信號注入到發(fā)電機定子繞組對地的零序回路中，發(fā)電機定子繞組絕緣正常的情況下，注入的電流為電容電流；當(dāng)發(fā)生接地故障后，注入電流出現(xiàn)電阻性電流。檢測注入的低頻電壓、低頻電流信號，通過相量計算，得到接地故障的過渡電阻；保護(hù)邏輯由電阻判據(jù)和零序電流判據(jù)共同構(gòu)成，保護(hù)裝置檢測出接地故障過渡電阻(以下簡稱“過渡電阻”)阻值小于定值，判定出現(xiàn)定子接地故障；保護(hù)裝置檢測出零序電流值超過定值，同樣判為定子接地故障。由于電壓電流測量環(huán)節(jié)存在固有相角差，同時NGT不是理想變壓器，注入的低頻信號會在NGT上產(chǎn)生一定的壓降，因此注入式定子接地保護(hù)在應(yīng)用時，通常采用相角補償、阻抗補償，來削除這些影響。關(guān)于注入式定子接地保護(hù)的介紹可參考《大型發(fā)電機變壓器內(nèi)部故障分析與繼電保護(hù)》(王維儉等編著，中國電力出版社，2006年)的第三章。
[0005]在發(fā)電機靜止、發(fā)電兩種工況下，保護(hù)裝置測量注入電壓電流之間的補償后相角，假設(shè)分別為Qtl和θ1()理想情況下，Qtl和Q1相等。實際應(yīng)用過程時，由于注入的低頻信號比較小，NGT和電流互感器(CT)測量環(huán)節(jié)的信號傳變有一定的非線性，所以Qtl和0工不相等，有少量偏差，該偏差直接影響過渡電阻測量的準(zhǔn)確性。
[0006]為提高過渡電阻測量精度，常規(guī)的做法有兩種:
[0007](I)方法一。靜止工況下，通過實測確定相角補償定值0srt;分別在發(fā)電機靜止、發(fā)電兩種工況下，實測Qtl和θ1;人為調(diào)整定值eset，變?yōu)?’srt，可使Q1變?yōu)棣取讶绻╘= Qtl，則保證了發(fā)電工況下有較高的測量精度?；蛘呷藶檎{(diào)整定值0srt，變?yōu)閑’srt，使0\介于Θ r Q1之間，放棄發(fā)電工況下較高的測量精度，保證了靜止和發(fā)電兩種工況下有相似的測量精度。
[0008](2)方法二。文章《基于分段相角補償?shù)淖⑷胧蕉ㄗ咏拥乇Ｗo(hù)方法》(《現(xiàn)代電力》，2014年第I期)公開的方法。先實測三次諧波電流對相角偏移的影響結(jié)果，將實測數(shù)據(jù)作為定值記錄在保護(hù)裝置內(nèi)；發(fā)電機運行時，實測三次諧波電流的大小，根據(jù)定值進(jìn)行分段補
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[0009]對于方法一，主要存在兩個問題:(1)不能保證靜止、發(fā)電兩種工況同時達(dá)到較高的測量精度；(2)對于抽水蓄能機組，不能保證變頻啟動過程中也達(dá)到較高的測量精度，這是因為:
[0010]抽水蓄能機組，存在背靠背啟動、SFC啟動工況。不同的啟動方式，發(fā)電機定子繞組外接的設(shè)備不同，且運行過程中電壓變化較大，因此需要的相角補償量會有差異，只用一個相角補償是不夠的。抽水蓄能機組的背靠背啟動是把一臺機組當(dāng)作變頻電源，電壓由小逐漸變大、頻率由小逐漸變?yōu)楣ゎl頻率，這個過程中把電源輸出加在啟動機組定子繞組上，使該機組轉(zhuǎn)速逐漸上升；SFC啟動是通過靜止頻率變換器(Static Frequency Converter,簡稱SFC)將工頻電源變換成變頻電源，將該電源輸出加在啟動機組定子繞組上，使該機組轉(zhuǎn)速逐漸上升。
[0011]對于方法二，主要存在的問題是:(1)實測的數(shù)據(jù)比較多，分段補償?shù)挠嬎闵韵訌?fù)雜；(2)同樣不能解決抽水蓄能機組變頻啟動時也需要有較好測量精度的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明的目的是:提出一種注入式定子接地保護(hù)方法，在原有保護(hù)方法的基礎(chǔ)上，增加工況判別和線性補償手段，使該保護(hù)在抽水蓄能機組變頻啟動時也能達(dá)到較高的過渡電阻的測量精度。
[0013]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:適應(yīng)抽水蓄能機組變頻啟動的注入式定子接地保護(hù)方法，其特征是，包括如下步驟:
[0014]在運行工況為背靠背啟動方式下，以及運行工況為SFC啟動方式下，分別測得從靜止到額定狀態(tài)，低頻注入的電壓電流相量之間的相角偏移的角度；
[0015]保護(hù)裝置根據(jù)各開關(guān)輔助接點閉合/斷開的狀態(tài)，以及接收到的監(jiān)控系統(tǒng)送過來的運行工況，確定當(dāng)前機組的運行工況；
[0016]保護(hù)裝置根據(jù)所確定的機組運行工況，選擇所對應(yīng)的所述相角偏移的角度，并結(jié)合實測的發(fā)電機正序電壓大小，對低頻注入電流信號進(jìn)行相角校正。
[0017]上述方案中，在運行工況為背靠背啟動方式下測相角偏移的角度具體指:按抽水蓄能機組背靠背運行方式連接好一次設(shè)備，其中兩臺機組都處于靜止?fàn)顟B(tài)，不加勵磁；投入被拖動機組的低頻注入電源；保護(hù)裝置測量計算此時的低頻注入電壓和電流，記錄兩者之間的相角為抽水蓄能機組背靠背啟動，運行至額定狀態(tài)；保護(hù)裝置測量計算此時的低頻注入電壓和電流，記錄兩者之間的相角為％51 ； (Ψββο-Ψββι)即為相角偏移的角度。
[0018]上述方案中，在運行工況為SFC啟動方式下測相角偏移的角度具體指:按抽水蓄能機組SFC運行方式連接好一次設(shè)備，機組不加勵磁，SFC也沒有電壓輸出；投入被拖動機組的低頻注入電源；保護(hù)裝置測量計算此時的低頻注入電壓和電流，記錄兩者之間的相角為Ψ;抽水蓄能機組SFC啟動，運行至額定狀態(tài)；保護(hù)裝置測量計算此時的低頻注入電壓和電流，記錄兩者之間的相角為即為相角偏移的角度。
[0019]上述方案中，所述對低頻注入電流信號進(jìn)行相角校正按下面的公式計算:

【權(quán)利要求】
1.適應(yīng)抽水蓄能機組變頻啟動的注入式定子接地保護(hù)方法，其特征是，包括如下步驟: 在運行工況為背靠背啟動方式下，以及運行工況為SFC啟動方式下，分別測得從靜止到額定狀態(tài)，低頻注入的電壓電流相量之間的相角偏移的角度； 保護(hù)裝置根據(jù)各開關(guān)輔助接點閉合/斷開的狀態(tài)，以及接收到的監(jiān)控系統(tǒng)送過來的運行工況，確定當(dāng)前機組的運行工況； 保護(hù)裝置根據(jù)所確定的機組運行工況，選擇所對應(yīng)的所述相角偏移的角度，并結(jié)合實測的發(fā)電機正序電壓大小，對低頻注入電流信號進(jìn)行相角校正。
2.如權(quán)利要求1所述的適應(yīng)抽水蓄能機組變頻啟動的注入式定子接地保護(hù)方法，其特征在于，在運行工況為背靠背啟動方式下測相角偏移的角度具體指:按抽水蓄能機組背靠背運行方式連接好一次設(shè)備，其中兩臺機組都處于靜止?fàn)顟B(tài)，不加勵磁；投入被拖動機組的低頻注入電源；保護(hù)裝置測量計算此時的低頻注入電壓和電流，記錄兩者之間的相角為 ;抽水蓄能機組背靠背啟動，運行至額定狀態(tài)；保護(hù)裝置測量計算此時的低頻注入電壓和電流，記錄兩者之間的相角為奶Ml ； ^皿)-AiJ即為相角偏移的角度。
3.如權(quán)利要求1所述的適應(yīng)抽水蓄能機組變頻啟動的注入式定子接地保護(hù)方法，其特征在于，在運行工況為SFC啟動方式下測相角偏移的角度具體指:按抽水蓄能機組SFC運行方式連接好一次設(shè)備 ，機組不加勵磁，SFC也沒有電壓輸出；投入被拖動機組的低頇注入電源；保護(hù)裝置測量計算此時的低頻注入電壓和電流，記錄兩者之間的相角為Pm抽水蓄能機組SFC啟動，運行至額定狀態(tài)；保護(hù)裝置測量計算此時的低頻注入電壓和電流，記錄兩者之間的相角為即為相角偏移的角度。
4.如權(quán)利要求1所述的適應(yīng)抽水蓄能機組變頻啟動的注入式定子接地保護(hù)方法，其特征在于，所述對低頻注入電流信號進(jìn)行相角校正按下面的公式計算:
其中/是低頻注入電流，是校正后的結(jié)果，仏是校正的相角，U1是保護(hù)裝置測量計算的發(fā)電機正序電壓，Ubase是基準(zhǔn)電壓，為定值。
5.如權(quán)利要求4所述的適應(yīng)抽水蓄能機組變頻啟動的注入式定子接地保護(hù)方法，其特征在于，所述的Ubase的取值是額定相電壓。
【文檔編號】H02H7/06GK104078936SQ201410329098
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月10日
【發(fā)明者】嚴(yán)偉, 王光, 王凱, 李華忠, 陳佳勝, 郭自剛, 陳俊, 沈全榮, 張琦雪 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司, 南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司