專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)電機(jī)次同步電流計(jì)算和次同步過(guò)電流及發(fā)散保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中發(fā)電機(jī)保護(hù)的技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及汽輪發(fā)電機(jī)的次同步振蕩，并涉及發(fā)電機(jī)電樞電流中次同步電流檢測(cè)、過(guò)電流保護(hù)、發(fā)散保護(hù)方法和相應(yīng)的繼電保護(hù)裝置或監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
一些大型火電廠(chǎng)遠(yuǎn)離負(fù)荷中心，發(fā)電機(jī)組容量大，多采用長(zhǎng)距離輸電，并在輸電線(xiàn)路中配置串聯(lián)電容補(bǔ)償、可控串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)入娏﹄娮釉O(shè)備，有時(shí)也采用直流輸電方式。這些機(jī)組經(jīng)過(guò)電容補(bǔ)償?shù)木€(xiàn)路或空載長(zhǎng)距離線(xiàn)路，當(dāng)參數(shù)配合不當(dāng)時(shí)，可能發(fā)生異步自勵(lì)磁現(xiàn)象(簡(jiǎn)稱(chēng)異步自激)，發(fā)電機(jī)定子繞組當(dāng)中的電樞電流出現(xiàn)略低于同步頻率(工頻)的次同步頻率的電流，次同步電流會(huì)產(chǎn)生脈振轉(zhuǎn)矩，引起機(jī)械諧振、大軸扭振，使機(jī)組發(fā)熱、振動(dòng)加劇，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損傷設(shè)備。次同步振蕩頻率大多在10Hz、5Hz之間。比如，我國(guó)內(nèi)蒙古大唐托克托電廠(chǎng)，裝機(jī)容量為8 X 600MW,經(jīng)托源四回線(xiàn)輸送至渾源變電站，再經(jīng)源安雙回線(xiàn)、源霸雙回線(xiàn)向京津唐電網(wǎng)送電。在渾源變電站的線(xiàn)路上安裝了 8套固定電容串補(bǔ)。經(jīng)過(guò)分析，存在次同步諧振風(fēng)險(xiǎn)，為此在發(fā)電機(jī)主變壓器的高壓側(cè)裝設(shè)了靜態(tài)阻塞濾波器(SBF)，并為機(jī)組安裝了軸系扭振保護(hù)(TSR)。其中SBF是由一組電感、電容相互串并聯(lián)的電路。2008年4月，托克托電廠(chǎng)在試驗(yàn)SBF投入的過(guò)程中，發(fā)電機(jī)組出現(xiàn)了明顯的異步自激，且電流呈發(fā)散趨勢(shì)，使發(fā)電機(jī)組不能正常并網(wǎng)運(yùn)行。之后調(diào)整了 SBF的設(shè)計(jì)參數(shù)，2年后，SBF才正式投入運(yùn)營(yíng)，異步自激得到抑制。為防止出現(xiàn)類(lèi)似的異步自激而損壞設(shè)備，需裝設(shè)次同步過(guò)電流保護(hù)裝置。當(dāng)發(fā)電機(jī)出現(xiàn)異步自激振蕩時(shí)，發(fā)電機(jī)定子繞組的三相電流中既有工頻(50Hz)分量，又包含次同步(10Hz、5Hz)分量，有時(shí)可出現(xiàn)多個(gè)次同步分量，每個(gè)次同步分量，稱(chēng)為對(duì)應(yīng)頻率的模態(tài)分量。發(fā)電機(jī)電樞繞組中流過(guò)三相穩(wěn)態(tài)次同步電流，其正序、負(fù)序電流產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，與轉(zhuǎn)子有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)子產(chǎn)生轉(zhuǎn)差頻率的渦流，使轉(zhuǎn)子發(fā)熱，還會(huì)引起振動(dòng)。目前，專(zhuān)門(mén)針對(duì)次同步電流的過(guò)電流保護(hù)很少，通常只是通過(guò)一個(gè)濾波器提取出一個(gè)模態(tài)的次同步電流，然后將電流的幅值與一個(gè)預(yù)設(shè)的定值進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)一個(gè)預(yù)設(shè)的延時(shí)發(fā)出報(bào)警或跳閘信號(hào)。這種方法雖然簡(jiǎn)單，但是存在明顯缺點(diǎn)(1)只提取一個(gè)模態(tài)的電流是不夠的，實(shí)際機(jī)組運(yùn)行時(shí)有可能同時(shí)存在多個(gè)模態(tài)的次同步電流，比如托克托電廠(chǎng)的發(fā)電機(jī)異步自激時(shí)曾出現(xiàn)27Hz、39Hz附近的兩個(gè)頻率的次同步電流；( 保護(hù)定值的整定是隨意設(shè)定的，缺乏理論依據(jù)；(3)保護(hù)功能單一，僅僅提供定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種可以檢測(cè)發(fā)電機(jī)電樞電流中多個(gè)模態(tài)的次同步電流的方法，并實(shí)現(xiàn)次同步電流的過(guò)電流保護(hù)及發(fā)散保護(hù)的方法。本發(fā)明采取的技術(shù)方案是檢測(cè)發(fā)電機(jī)電樞電流中多個(gè)次同步模態(tài)分量，折算成等效的工頻負(fù)序電流后，實(shí)現(xiàn)定時(shí)限、反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)以及發(fā)散保護(hù)的方法。
保護(hù)裝置或監(jiān)測(cè)裝置用固定采樣頻率采集發(fā)電機(jī)的三相電流信號(hào)iA、iB、ic,經(jīng)
，模態(tài)
；采用過(guò)零點(diǎn)算法得到次同步模態(tài)的頻率之，采用傅氏計(jì)算得到模態(tài)信號(hào)的幅值
過(guò)低通濾波和帶通濾波，分離出多組各模態(tài)次同步模態(tài)頻率的信號(hào)iZZm,A、iZZm B、 m=l, 2’
m，C
序列ι ( )和對(duì)應(yīng)的相量(η)；
求出各模態(tài)的三相電流對(duì)應(yīng)的正序分量Inu、負(fù)序分量Im,2 ；將各模態(tài)的正序、負(fù)序分量折算成等效的工頻負(fù)序電流Iml2 ；然后再進(jìn)行定時(shí)限、反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)以及發(fā)散保護(hù)的計(jì)算。
( 1)電流信號(hào)采樣。保護(hù)裝置或監(jiān)測(cè)裝置使用固定采樣頻率，對(duì)發(fā)電機(jī)機(jī)端電流互感器CT 二次側(cè)電流進(jìn)行采樣，得到三相電流iA、iB、ic ；
(2)低通濾波，濾波參數(shù)固定在保護(hù)裝置或監(jiān)測(cè)裝置的定值中，不需要調(diào)整。將iA、iB、 經(jīng)過(guò)一個(gè)高階的低通濾波，結(jié)果為
權(quán)利要求
1.發(fā)電機(jī)次同步電流計(jì)算和次同步過(guò)電流及發(fā)散保護(hù)方法，其特征是采集發(fā)電機(jī)的三相電流信號(hào)，將電流的各模態(tài)次同步電流的正序、負(fù)序分量通過(guò)如下的公式折算成等效的工頻負(fù)序電流其中Ig2是最終折算的等效的工頻負(fù)序電流值；Inu和Im,2是各模態(tài)次同步電流的正序、負(fù)序分量；Iv1和km,2是修正系數(shù)；/n為實(shí)測(cè)的工頻頻率；/m是實(shí)測(cè)的模態(tài)頻率。
2.如權(quán)利要求1所述的發(fā)電機(jī)次同步電流計(jì)算和次同步過(guò)電流及發(fā)散保護(hù)方法，其特征是采集發(fā)電機(jī)的三相電流信號(hào)，經(jīng)過(guò)低通濾波和帶通濾波，分離出多組次同步模態(tài)頻率的信號(hào)；通過(guò)對(duì)多組次同步信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得到次同步模態(tài)的頻率，模態(tài)信號(hào)的幅值序列和對(duì)應(yīng)的相量；然后再求出各模態(tài)的三相電流對(duì)應(yīng)的正序分量、負(fù)序分量最后將各模態(tài)的正序、負(fù)序分量通過(guò)式1折算成等效的工頻負(fù)序電流。
3.如權(quán)利要求2所述的發(fā)電機(jī)次同步電流計(jì)算和次同步過(guò)電流及發(fā)散保護(hù)方法，其特征是將計(jì)算所得的等效的工頻負(fù)序電流代入發(fā)電機(jī)原有的工頻負(fù)序過(guò)電流保護(hù)判據(jù)，進(jìn)行定時(shí)限和反時(shí)限保護(hù)判別，當(dāng)定時(shí)限保護(hù)或反時(shí)限保護(hù)啟動(dòng)后，觀(guān)測(cè)等效的工頻負(fù)序電流是否有增長(zhǎng)趨勢(shì)，若當(dāng)前工頻負(fù)序電流值大于以前的值工頻負(fù)序電流，則發(fā)散計(jì)數(shù)器累加，否則遞減，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值超過(guò)預(yù)設(shè)的定值，則認(rèn)為是持續(xù)的增長(zhǎng)，判為發(fā)散保護(hù)動(dòng)作。
4.如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)電機(jī)次同步電流計(jì)算和次同步過(guò)電流及發(fā)散保護(hù)方法， 其特征是保護(hù)裝置或監(jiān)測(cè)裝置用固定采樣頻率采集發(fā)電機(jī)的三相電流信號(hào)iA、iB、ic，經(jīng)過(guò)低通濾波和帶通濾波，分離出多組次同步模態(tài)頻率的信號(hào)iZZm,A、iZZm,B、iZZm,e，模態(tài)m=1，2，···; 采用過(guò)零點(diǎn)算法得到次同步模態(tài)的頻率之，采用傅氏計(jì)算得到模態(tài)信號(hào)的幅值序列/吣(《) 和對(duì)應(yīng)的相量]W(功；求出各模態(tài)的三相電流對(duì)應(yīng)的正序分量Inu、負(fù)序分量Im，2 ；將各模態(tài)的正序、負(fù)序分量折算成等效的工頻負(fù)序電流Iml2 計(jì)算各個(gè)次同步模態(tài)信號(hào)的幅值序列和相量，采用的傅氏計(jì)算的公式為
5.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電機(jī)次同步電流計(jì)算和次同步過(guò)電流及發(fā)散保護(hù)方法， 其特征是發(fā)電機(jī)工頻負(fù)序過(guò)電流保護(hù)，進(jìn)行定時(shí)限和反時(shí)限保護(hù)判別，判據(jù)為 定時(shí)限判據(jù)
6.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電機(jī)次同步電流計(jì)算和次同步過(guò)電流及發(fā)散保護(hù)方法， 其特征是用固定采樣頻率采集發(fā)電機(jī)的三相電流信號(hào)。
7.如權(quán)利要求1或2所述的發(fā)電機(jī)次同步電流計(jì)算和次同步過(guò)電流及發(fā)散保護(hù)方法， 其特征是修正系數(shù)Icnu和km,2采用電磁場(chǎng)有限元的計(jì)算方法準(zhǔn)確地定量計(jì)算次同步電樞電流在轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的損耗，由此確定準(zhǔn)確的Iv1和km,2。
8.如權(quán)利要求2或3所述的發(fā)電機(jī)次同步電流計(jì)算和次同步過(guò)電流及發(fā)散保護(hù)方法， 其特征是次同步發(fā)散的過(guò)程不會(huì)太快，因此數(shù)據(jù)比較間隔定值T的取值按其對(duì)應(yīng)的時(shí)間在0. 02iTlS的范圍內(nèi)來(lái)確定；當(dāng)電力系統(tǒng)出現(xiàn)短路、斷路、重合閘、甩負(fù)荷等擾動(dòng)時(shí)，會(huì)使電流信號(hào)中出現(xiàn)次同步頻段的量，但其衰減很快，一般在O^iTO. 5s內(nèi)可衰減完畢；發(fā)散計(jì)數(shù)定值按躲過(guò)這個(gè)衰減時(shí)間來(lái)確定。
全文摘要
發(fā)電機(jī)次同步電流計(jì)算和次同步過(guò)電流及發(fā)散保護(hù)方法，采集發(fā)電機(jī)的三相電流信號(hào)，將電流的各模態(tài)次同步電流的正序、負(fù)序分量通過(guò)如下的公式折算成等效的工頻負(fù)序電流，代入發(fā)電機(jī)原有的工頻負(fù)序過(guò)電流保護(hù)判據(jù)中，進(jìn)行定時(shí)限和反時(shí)限保護(hù)判別；同時(shí)判別等效的工頻負(fù)序過(guò)電流是否持續(xù)的增長(zhǎng)，構(gòu)成發(fā)散保護(hù)判據(jù)。本發(fā)明可以檢測(cè)發(fā)電機(jī)電樞電流中多個(gè)模態(tài)的次同步電流，并實(shí)現(xiàn)次同步電流的過(guò)電流保護(hù)及發(fā)散保護(hù)。尤其是經(jīng)過(guò)低通濾波和帶通濾波，分離出多組次同步模態(tài)頻率的信號(hào)；采用過(guò)零點(diǎn)算法得到次同步模態(tài)的頻率，采用傅氏計(jì)算得到模態(tài)信號(hào)的幅值序列和相量，本發(fā)明可應(yīng)用原有的發(fā)電機(jī)工頻負(fù)序電流保護(hù)，保護(hù)判據(jù)形式不變、定值不變。
文檔編號(hào)H02H7/09GK102185283SQ20111008195
公開(kāi)日2011年9月14日 申請(qǐng)日期2011年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月1日
發(fā)明者嚴(yán)偉, 張琦雪, 柏傳軍, 熊良根, 牛紅海, 王凱, 陳俊 申請(qǐng)人:南京南瑞繼保工程技術(shù)有限公司, 南京南瑞繼保電氣有限公司