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一種外加電源間歇注入式發(fā)電機定子接地保護方法

文檔序號:7339871閱讀:136來源:國知局
專利名稱:一種外加電源間歇注入式發(fā)電機定子接地保護方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護技術(shù)領(lǐng)域,尤其涉及一種外加20Hz電源的間歇注 入式發(fā)電機定子接地保護方法。
背景技術(shù)
據(jù)統(tǒng)計,在每年全國100MW以上發(fā)電機發(fā)生的本體故障中,定子接地故障占相當(dāng)大的 比重。發(fā)電機定子接地故障往往是更為嚴(yán)重的相間短路或匝間短路故障發(fā)生的先兆,定子 接地保護的可靠與靈敏動作可以大幅減少這些嚴(yán)重故障的發(fā)生幾率。如果接地故障電流被 限制在安全接地電流范圍內(nèi),發(fā)電機定子鐵心可免受損傷,由故障導(dǎo)致的直接和間接經(jīng)濟 損失也將大大減少。對于100MW及以上的發(fā)電機組,不僅要求裝設(shè)100%保護區(qū)的定子接 地保護,還要求在定子繞組任意一點經(jīng)一定過渡電阻接地時,保護能靈敏動作,以防止接 地故障的進一步擴大。因此,定子接地保護是發(fā)電機繼電保護系統(tǒng)中的重要組成部分。
過去,發(fā)電機主要配置基波零序電壓型和三次諧波電壓型定子接地保護,但由于前者 存在保護死區(qū)和后者存在可靠性差的不足,相比之下,注入式定子接地保護所用信號是外 加的,具有可靠性高、靈敏度高且與故障位置無關(guān)等特點,在新建和將建的大型發(fā)電機保 護中得到普遍采用,其中注入20Hz電源式定子接地保護因判據(jù)簡單、調(diào)試方便應(yīng)用更廣泛。
目前新建和將建的大型發(fā)電機采用配電變壓器二次側(cè)接電阻的中性點接地方式,裝設(shè) 外加電源型定子單相接地保護逐漸增多。但目前注入20Hz電源型發(fā)電機定子接地保護,受 發(fā)電機頻率變化的影響,在發(fā)電機的啟停機過程(特別是針對抽水蓄能機組、燃?xì)廨啓C機 組)中不能實現(xiàn)全程保護,在10 40Hz期間要閉鎖保護。另一種注入12.5Hz信號的定子 接地保護也僅能在發(fā)電機靜止和額定運行時實現(xiàn)保護功能。
為了提高保護靈敏度,消除運行死區(qū),保障發(fā)電機的安全穩(wěn)定運行,本發(fā)明提出一種 外加電源間歇注入式發(fā)電機定子接地保護方法,消除發(fā)電機本體所產(chǎn)生信號的影響,實現(xiàn) 外加20Hz電源定子接地保護對發(fā)電機的全工況運行保護。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種外加電源間歇注入式發(fā)電機定子接地保護方法。
外加電源間歇注入式發(fā)電機定子接地保護方法,其特征在于依次含有以下步驟 步驟(1)初始化
檢測發(fā)電機的運行頻率,并根據(jù)檢測到的運行頻率設(shè)定采集配電變壓器二次側(cè)的電壓" 和電流/時用的時間"T,其中,T為發(fā)電機的運行周期,W為周期數(shù),按以下方式確定
當(dāng)發(fā)電機的運行頻率低于20Hz時,n取1 2, 當(dāng)發(fā)電機的運行頻率高于20Hz時,n取2 5,
以便使采集數(shù)據(jù)中既包含若干個發(fā)電機運行頻率的整周期,又包含至少一個20Hz的整 周期;
步驟(2)把20Hz電源經(jīng)由所述配電變壓器二次側(cè)繞組注入所述發(fā)電機中性點;
步驟(3)用一個并接在所述配電變壓器二次側(cè)繞組上的分壓器采集該配電變壓器二次 側(cè)的電壓w,再用一個串接在所述配電變壓器二次側(cè)繞組上的電流互感器采集該配電變壓器 二次側(cè)的電流/,采樣時間均為nT,所述采樣數(shù)據(jù)在一個間歇注入定子接地保護裝置中依 次經(jīng)過低通濾波器、多路開關(guān)切換及模數(shù)轉(zhuǎn)換后,輸入到一個CPU中并保存;
步驟(4)經(jīng)過"T時間后,向所述發(fā)電機注入相同采樣時間"T內(nèi)的20Hz電源信號,
同時保存測到的配電變壓器二次側(cè)的電壓"和電流/的值;
步驟(5)重復(fù)步驟(3)和步驟(4),實現(xiàn)20Hz電源間歇注入所述發(fā)電機;
步驟(6)以采樣時間"T為計算間隔,分別計算所述電壓w和電流/采樣數(shù)據(jù)的增量△w和△i<formula>formula see original document page 4</formula>
步驟(7)計算所述A"、 AZ中的20Hz分量△U、 △I;
步驟(8)按下式計算所述配電變壓器二次側(cè)的定子繞組對地導(dǎo)納y:
<formula>formula see original document page 4</formula>
步驟(9)按下式計算折算到一次側(cè)的接地故障電阻Rg:
<formula>formula see original document page 4</formula>K為配電變壓器變比;步驟(10)所述CPU根據(jù)設(shè)定并存儲的保護用接地故障電阻高定值和低整定值分別來
與步驟(9)中得到的接地故障電阻值Rg進行比較
當(dāng)所述Rg低于保護設(shè)定的接地電阻高整定值時,發(fā)出告警信號; 當(dāng)所述Rg低于保護設(shè)定的接地電阻低整定值時,發(fā)出跳閘信號。
計算分析證明本發(fā)明解決了現(xiàn)有外加20Hz電源定子接地保護,在發(fā)電機啟停機過程 中需要閉鎖避免誤動,不能全程投入運行的問題,計算結(jié)果不受發(fā)電機本體信號的影響, 消除了保護運行死區(qū),擴大了保護范圍。


圖1是本發(fā)明實施例的發(fā)電機部分接線示意圖。
圖2是本發(fā)明實施例的間歇注入式定子接地保護裝置工作原理框圖。
圖3是考慮配電變壓器參數(shù)的20Hz間歇注入式定子接地保護的T型等效電路。
圖4是本發(fā)明實施例中間歇注入式定子接地保護的流程圖。
圖5是本發(fā)明實施例中發(fā)電機啟動運行在40Hz時,發(fā)電機經(jīng)過渡電阻發(fā)生接地故障, 間歇注入式定子接地保護的接地電阻值,其中圖(a)為A"(O曲線,圖(b)為A'/(0曲線,圖(c) 為i g(/)曲線。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖來說明一下本發(fā)明的原理和具體的實施方式。
本發(fā)明采用的裝置與現(xiàn)有微機繼電保護裝置類似,是現(xiàn)有的技術(shù),如圖1和圖2所示。
圖1中G表示發(fā)電機,T表示主變壓器,Tn表示發(fā)電機中性點配電變壓器,Rn是中性點二
次側(cè)接地電阻,VD是二次側(cè)分壓器,CT是中間電流互感器。本實施例中為外加20Hz電
源間歇注入裝置是由發(fā)電機中性點配電變壓器二次側(cè)經(jīng)20Hz帶通濾波器注入發(fā)電機,通過 分壓器和中間電流互感器測量二次側(cè)的電壓W和電流i'。
圖2是實施例中間歇注入式定子接地保護裝置的具體實現(xiàn),電壓"和電流z',經(jīng)交流變 換器(V/V、 I/V)將這些二次電壓和電流轉(zhuǎn)換成小電壓信號、經(jīng)低通濾波器濾波,CPLD復(fù) 雜可編程序控制器控制多路開關(guān)切換各路輸入量以及16位A/D轉(zhuǎn)換器進行模擬量和數(shù)字量 的轉(zhuǎn)換,各數(shù)字量輸入到CPU中(DSP TMS320C32)完成定子接地保護根據(jù)計算結(jié)果由 CPLD復(fù)雜可編程序控制器控制開關(guān)量輸出,由相應(yīng)的繼電器執(zhí)行發(fā)信或跳閘,同時給出故 障信息。其中EEPROM用來存儲程序和保護定值,SRAM和FLASH用來存儲保護計算的 中間變量和故障信息等。
過去分析外加電源型單相接地保護的等效電路時,認(rèn)為配電變壓器的漏阻抗很小可以 忽略不計,激磁阻抗很大認(rèn)為開路。實際上,配電變壓器的激磁阻抗并非無窮大,漏抗也
會產(chǎn)生壓降,如圖3是考慮配電變壓器參數(shù)的T型等效電路。其中《、A'與A、 4分別 是一、二次側(cè)繞組的漏電阻和漏電感;iC、 i^是激磁電阻和激磁電感;各參數(shù)為20Hz下 折算到二次側(cè)的值,其中<formula>formula see original document page 5</formula>; A、 4是配電變壓器的漏電阻和 漏電感。配電變壓器的參數(shù)可由空載和短路實驗測得。^。是20Hz注入電源的內(nèi)阻,"2()是
20Hz注入電源,《是折算到配電變壓器二次側(cè)的發(fā)電機接地故障過渡電阻,《是發(fā)電機發(fā)
生接地故障后由本體信號產(chǎn)生的零序電壓,該電壓的頻率為發(fā)電機的運行頻率。
當(dāng)不考慮中性點接地裝置配電變壓器的參數(shù)影響時,由二次側(cè)20Hz電壓和電流的增量 與A/近似為一次側(cè)的20Hz電壓和電流的增量A"s與A/s,由Aw與Az'可計算一次側(cè)接地 故障電阻值。
當(dāng)考慮中性點接地裝置配電變壓器的參數(shù)影響時,以變壓器T型等效電路為基礎(chǔ),由 二次側(cè)20Hz電壓和電流的增量與△/可準(zhǔn)確計算出一次側(cè)的20Hz電壓和電流的增量Ams 與AZS,由A"s與Az's可準(zhǔn)確計算一次側(cè)接地故障電阻值。
本發(fā)明實施例中的間歇注入式定子接地保護的流程如圖4所示
(1) 首先檢測發(fā)電機的運行頻率,并保存若干整周期"T時間內(nèi)的配電變壓器二次電 壓w和電流/采樣數(shù)據(jù),其中T為發(fā)電機的運行周期,采樣數(shù)據(jù)中既包含若干個發(fā)電機運 行頻率的整周期,又包含至少一個20Hz的整周期;
(2) 經(jīng)過nT時間后,向發(fā)電機注入相同時間的20Hz電源信號,同時保存相應(yīng)的配電 變壓器二次電壓"和電流/采樣數(shù)據(jù);
(3) 重復(fù)(2)、 (3)過程,實現(xiàn)20Hz電源間歇注入發(fā)電機;
(4) 以20Hz電源注入發(fā)電機的時間間隔wT為計算間隔,分別計算配電變壓器二次電 壓w和電流/采樣數(shù)據(jù)的增量,即<formula>formula see original document page 5</formula>
(5) 計算配電變壓器二次電壓w和電流;采樣數(shù)據(jù)的增量A"與Az'中的20Hz分量Af) 和A/;
(6)計算配電變壓器二次側(cè)的定子繞組對地導(dǎo)納Y及折算到一次側(cè)的接地故障電阻
當(dāng)不考慮配電變壓器的參數(shù)影響時y = ^t
i g=P~^~ , A:為配電變壓器變比; g Re(7)
當(dāng)考慮配電變壓器的參數(shù)影響時F =,
i g=A:2^^ , A:為配電變壓器變比;
(7)計算機根據(jù)設(shè)定并存儲的保護用接地故障電阻高定值和低整定值來與上述測算的 接地故障電阻值比較
當(dāng)上述測算的接地故障電阻值低于保護設(shè)定的接地電阻高整定值時發(fā)出告警信號; 當(dāng)上述測算的接地故障電阻值低于保護設(shè)定的接地電阻低整定值時發(fā)出跳閘信號。 本實施例中當(dāng)計算的接地故障電阻值Rg低于保護的高整定值5kQ時發(fā)告警信號,當(dāng)接 地故障電阻值低于保護的低整定值500Q時發(fā)跳閘信號,得到開關(guān)量輸出,由繼電器執(zhí)行動 作。
在本發(fā)明的外加電源間歇注入式定子接地保護實施例中,當(dāng)發(fā)電機啟動運行在40Hz, 經(jīng)lkQ電阻發(fā)生接地故障時,圖5是本發(fā)明外加電源間歇注入式定子接地保護計算的二次 電壓和電流增量,以及接地故障電阻值,可以看出計算結(jié)果十分接近于lkQ,計算結(jié)果不 受發(fā)電機運行頻率的影響,準(zhǔn)確度很高,保護正常運行對電機實施報警保護。
權(quán)利要求
1.一種外加電源間歇注入式發(fā)電機定子接地保護方法,其特征在于它依次含有以下步驟步驟(1)初始化檢測發(fā)電機的運行頻率,并根據(jù)檢測到的運行頻率設(shè)定采集配電變壓器二次側(cè)的電壓u和電流i時用的時間nT,其中,T為發(fā)電機的運行周期,n為周期數(shù),按以下方式確定當(dāng)發(fā)電機的運行頻率低于20Hz時,n取1~2,當(dāng)發(fā)電機的運行頻率高于20Hz時,n取2~5,以便使采集數(shù)據(jù)中既包含若干個發(fā)電機運行頻率的整周期,又包含至少一個20Hz的整周期;步驟(2)把20Hz電源經(jīng)由所述配電變壓器二次側(cè)繞組注入所述發(fā)電機中性點;步驟(3)用一個并接在所述配電變壓器二次側(cè)繞組上的分壓器采集該配電變壓器二次側(cè)的電壓u,再用一個串接在所述配電變壓器二次側(cè)繞組上的電流互感器采集該配電變壓器二次側(cè)的電流i,采樣時間均為nT,所述采樣數(shù)據(jù)在一個間歇注入定子接地保護裝置中依次經(jīng)過低通濾波器、多路開關(guān)切換及模數(shù)轉(zhuǎn)換后,輸入到一個CPU中并保存;步驟(4)經(jīng)過nT時間后,向所述發(fā)電機注入相同采樣時間nT內(nèi)的20Hz電源信號,同時保存測到的配電變壓器二次側(cè)的電壓u和電流i的值;步驟(5)重復(fù)步驟(3)和步驟(4),實現(xiàn)20Hz電源間歇注入所述發(fā)電機;步驟(6)以采樣時間nT為計算間隔,分別計算所述電壓u和電流i采樣數(shù)據(jù)的增量Δu和ΔiΔu=u(t)-u(t-nT),Δi=i(t)-i(t-nT);步驟(7)計算所述Δu、Δi中的20Hz分量 id="icf0001" file="A2008101161200002C1.tif" wi="8" he="4" top= "151" left = "109" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/> id="icf0002" file="A2008101161200002C2.tif" wi="6" he="4" top= "151" left = "121" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/>步驟(8)按下式計算所述配電變壓器二次側(cè)的定子繞組對地導(dǎo)納Y<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mi>Y</mi><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mi>&Delta;</mi><mover> <mi>I</mi> <mo>&CenterDot;</mo></mover> </mrow> <mrow><mi>&Delta;</mi><mover> <mi>U</mi> <mo>&CenterDot;</mo></mover> </mrow></mfrac> </mrow>]]></math></maths>步驟(9)按下式計算折算到一次側(cè)的接地故障電阻Rg<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>R</mi> <mi>g</mi></msub><mo>=</mo><msup> <mi>k</mi> <mn>2</mn></msup><mfrac> <mn>1</mn> <mrow><mi>Re</mi><mrow> <mo>(</mo> <mi>Y</mi> <mo>)</mo></mrow> </mrow></mfrac><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0004" file="A2008101161200002C4.tif" wi="27" he="9" top= "183" left = "46" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>k為配電變壓器變比;步驟(10)所述CPU根據(jù)設(shè)定并存儲的保護用接地故障電阻高定值和低整定值分別來與步驟(9)中得到的接地故障電阻值Rg進行比較當(dāng)所述Rg低于保護設(shè)定的接地電阻高整定值時,發(fā)出告警信號;當(dāng)所述Rg低于保護設(shè)定的接地電阻低整定值時,發(fā)出跳閘信號。
全文摘要
一種外加電源間歇注入式發(fā)電機定子接地保護方法,屬于電力系統(tǒng)主設(shè)備繼電保護技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于在20Hz注入電源注入發(fā)電機之前,首先檢測發(fā)電機的頻率,保存若干整周期長度nT數(shù)據(jù),之后在相同時間長度內(nèi)注入20Hz電源,之后交替重復(fù)進行,使20Hz電源間歇注入發(fā)電機。以nT為計算間隔,分別計算二次側(cè)測量的電壓和電流的增量,從電壓和電流增量中提取20Hz信號,消除發(fā)電機本體信號的影響,計算發(fā)電機接地過渡電阻值,解決了現(xiàn)有外加20Hz電源定子接地保護在發(fā)電機啟停機過程中需要閉鎖的問題,擴大了保護范圍。
文檔編號H02H7/06GK101340082SQ200810116120
公開日2009年1月7日 申請日期2008年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月4日
發(fā)明者畢大強, 王祥珩, 王維儉 申請人:清華大學(xué)
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