CN101741063B - 基于冗余采样计算的叠加方波电压式转子接地保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于冗余采样计算的叠加方波电压式转子接地保护方法，利用不同采样数据的两种算法分别计算发电机转子对地电阻值，当两个计算电阻值都小于保护整定值时，才判为转子一点接地故障，解决了大机组转子接地保护判据的双重化。当两个计算电阻值相差很大时，闭锁转子接地保护，提高了转子接地保护的可靠性。同时可以不直接接入转子电压而判断出转子接地点的位置。转子一点接地动作后，根据转子接地点位置的变化，判断转子两点接地故障是否发生。

Description

基于冗余采样计算的叠加方波电压式转子接地保护方法

技术领域

本发明专利涉及一种电压式转子接地保护方法，属于发电机转子接地保护技术领域。

背景技术

当前，业内普遍使用的反应发电机转子接地保护主要包括注入式和非注入式两大类。

非注入式转子接地保护包括乒乓切换式转子接地保护和电桥式转子接地保护，但非注入式保护最大的不足之处在于只能在发电机正常运行转子加励磁电压时才起作用，而在发电机开停机过程中和发电机停机状态下该种保护无法起到保护作用。

注入式转子接地保护主要有：叠加交流电压式、叠加直流电压式、叠加方波电压式三大类。叠加交流电压式转子接地保护应用于大型机组时，由于转子对地电容很大，因此灵敏度会很低；叠加直流电压式转子接地保护由于励磁电压的作用，在转子不同接地点接地时，灵敏度存在很大的差别。现在应用越来越广泛的注入式转子接地保护是叠加方波电压式，这种保护克服了叠加交流电压式应用于大机组灵敏度低和叠加直流电压式在不同接地点灵敏度不同的缺点，但在应用中仍然存在以下不足：图1是常用的叠加方波式转子接地保护原理图，通过测量在正电压和负电压两种状态下的泄漏电流Im来实时计算转子接地电阻，由于转子接地保护很难双重化，当测量泄漏电流的采样回路产生故障时极有可能造成转子接地保护的错误动作，而双CPU方案并不能解决由于单一采样回路故障造成的不可靠性。如果不接入励磁电压，这一方法无法实现转子两点接地保护。有些厂家为实现转子两点接地保护，直接将励磁电压引入保护装置，但大机组在强励时，转子电压高达1500V，这对于装置的运行和维护是很不安全的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有的发电机叠加方波电压式转子接地保护存在的不足，提供一种可靠性高、避免转子接地保护误动作的发电机转子接地保护方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于冗余采样计算的叠加方波电压式转子接地保护方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)采用叠加方波式转子接地保护方案的算法进行接地电阻的计算，

算法一：利用采集到的I_m进行接地电阻的计算，不涉及到另两个采样值I_c1和I_c2，公式为：

$R_g=\frac{2\·U_e}{I_m-{I_m}^{\′}}-R_m-\frac{R_v+R_c}{2}---\left(1\right)$

算法二：采用采集到的I_c1和I_c2进行接地电阻的计算，不涉及到另一个采样值I_m，公式为：

${R_g}^{\′}=\frac{(I_{c2}+{I_{c2}}^{\′}-I_{c1}-{I_{c1}}^{\′})\·U_e}{2\·(I_{c1}\·{I_{c2}}^{\′}-{I_{c1}}^{\′}\·I_{c2})}-R_m-\frac{R_v+R_c}{2}---\left(2\right)$

2)当R_g与R′_g的差值|R_g-R′_g|＞ε₁时，判为采样回路故障，瞬时闭锁转子接地保护，并延时一定时间后报警；

将R_g与R′_g分别与转子一点接地保护的整定值R_set比较，如果R_g＜R_set与R′_g＜R_set同时成立，则延时判为转子一点接地故障，发告警信号或出口跳闸；

当转子一点接地故障发生后，自动投入转子两点接地保护，当实时计算出的接地位置与转子一点接地瞬时的接地位置的差值Δk满足|Δk|＞ε时，判断为转子两点接地故障，出口跳闸，其中：所述转子接地点位置k的计算方法为：

$k=1-\frac{(R_m+{R_g}^{\′}+R_v+R_c)\·I_{c1}+(R_m+{R_g}^{\′})\·I_{c2}-U_e}{U_{\mathrm{fd}}}$

I_m、I_c1、I_c2分别代表叠加方波电压处于正半波时对应的泄漏电流、两侧支路的测量电阻输出端的采样值，I′_m、I′_c1、I′_c2分别代表叠加方波电压处于负半波时对应的泄漏电流、两侧支路的测量电阻输出端的采样值；

R_g代表算法一计算得到的转子对地电阻，R′_g代表算法二计算得到的转子对地电阻，U_e是叠加方波电压的幅值、U_fd是励磁电压幅值、R_v是外加大功率电阻、R_c是两侧支路的测量电阻、ε是判两点接地故障整定值、ε₁是判采样回路整定值，R_m为叠加方波电压后的测量电阻。

本发明的有益效果如下：本发明解决了长期以来大型发电机组转子接地保护无法双重化的困扰，通过对转子对地电阻的冗余计算，实现了转子接地保护判据的双重化。与常用的叠加方波式转子接地保护原理相比较，本方法采用两种冗余的算法计算转子对地电阻，增加了保护的可靠性。本方法可以判别出转子采样回路故障，避免了由此产生的转子接地保护误动作。

与常用的叠加方波式转子接地保护原理相比，本方法能判别出转子两点接地故障。

本方法无需将励磁电压直接接入保护装置，增加了装置运行和维护的安全性。

附图说明

图1是常用的叠加方波式转子接地保护原理图；

图2是基于冗余计算的叠加方波式转子接地保护原理图；

图3是基于冗余计算的叠加方波式转子接地保护逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步详细描述，但并不因此而限定本发明。

本方案原理图参照附图2所示，以下各方程中所涉及的参数名称除特别说明外，与图中的标示一致。

对于转子对地电阻的冗余计算涉及两种算法，分别介绍如下：

算法一：

本算法采用了常用的叠加方波式转子接地保护方案的算法，利用采集到的I_m进行接地电阻的计算，而不涉及到另两个采样值I_c1和I_c2。

当叠加方波电压处于正半波时可列出以下两个方程：

U_e+k·U_fd＝(R_v+R_m+R_g+R_c)·i₁+(R_m+R_g)·i₂        (1)

U_e-(1-k)·U_fd＝(R_v+R_m+R_g+R_c)·i₂+(R_m+R_g)·i₁    (2)

由附图2可知I_m＝i₁+i₂，由(1)+(2)可得：

$I_m=\frac{2\·U_e+(2\·k-1)U_{\mathrm{fd}}}{2\·R_m+2\·R_g+R_v+R_c}---\left(3\right)$

同理，当叠加方波电压处于负半波时可得：

${I_m}^{\′}=\frac{-2\·U_e+(2\·k-1)U_{\mathrm{fd}}}{2\·R_m+2\·R_g+R_v+R_c}---\left(4\right)$

由(3)-(4)可得：

$R_g=\frac{2\·U_e}{I_m-{I_m}^{\′}}-R_m-\frac{R_v+R_c}{2}---\left(5\right)$

算法二：

本算法利用采集到的I_c1和I_c2进行接地电阻的计算，而不涉及到另一个采样值I_m。

当叠加方波电压处于正半波时可列出以下两个方程：

U_fd＝(I_c1-I_c2)·(R_v+R_c)    (6)

U_e+(1-k)·U_fd＝(R_m+R′_g+R_v+R_c)·I_c1+(R_m+R′_g)·I_c2    (7)

当叠加方波电压处于负半波时可列出以下两个方程：

U′_fd＝(I′_c1-I′_c2)·(R_v+R_c)                              (8)

-U_e+(1-k)·U′_fd＝(R_m+R′_g+R_v+R_c)·I′_c1+(R_m+R′_g)·I′_c2  (9)

(6)、(7)、(8)、(9)四式联立可求得：

${R_g}^{\′}=\frac{(I_{c2}+{I_{c2}}^{\′}-I_{c1}-{I_{c1}}^{\′})\·U_e}{2\·(I_{c1}\·{I_{c2}}^{\′}-{I_{c1}}^{\′}\·I_{c2})}-R_m-\frac{R_v+R_c}{2}---\left(10\right)$

以上各式中，I_m、I_c1、I_c2代表叠加方波电压处于正半波时的附图2对应的采样值，I′_m、I′_c1、I′_c2代表叠加方波电压处于负半波时的附图2对应的采样值；R_g代表算法一计算得到的转子对地电阻，R′_g代表算法二计算得到的转子对地电阻。

将R′_g代入公式(7)或(9)可以得到转子接地点的位置：

$k=1-\frac{(R_m+{R_g}^{\′}+R_v+R_c)\·I_{c1}+(R_m+{R_g}^{\′})\·I_{c2}-U_e}{U_{\mathrm{fd}}}---\left(11\right)$

或

$k=1-\frac{(R_m+{R_g}^{\′}+R_v+R_c)\·{R_{c1}}^{\′}+(R_m+{R_g}^{\′})\·{I_{c2}}^{\′}-U_e}{{U_{\mathrm{fd}}}^{\′}}---\left(12\right)$

保护逻辑如图3所示：

1、当R_g与R′_g的差值|R_g-R′_g|＞ε₁时，判为采样回路故障，瞬时闭锁转子接地保护，并延时4s报警。

2、将R_g与R′_g分别与转子一点接地保护的整定值R_set比较，如果R_g＜R_set与R′_g＜R_set同时成立，则延时判为转子一点接地故障，发告警信号或出口跳闸。

3、当转子一点接地故障发生后，自动投入转子两点接地保护，当实时计算出的接地位置与转子一点接地瞬时的接地位置的差值|Δk|＞ε时，判为转子两点接地故障，出口跳闸。

以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于冗余采样计算的叠加方波电压式转子接地保护方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)采用叠加方波式转子接地保护方案的两种算法进行接地电阻的计算，

算法一：利用采集到的I_m进行接地电阻的计算，不涉及到另两个采样值I_c1和I_c2，公式为：

$R_g=\frac{2\·U_e}{I_m-{I_m}^{\′}}-R_m-\frac{R_v+R_c}{2}---\left(1\right)$

算法二：采用采集到的I_c1和I_c2进行接地电阻的计算，不涉及到另一个采样值I_m，公式为：

${R_g}^{\′}=\frac{(I_{c2}+{I_{c2}}^{\′}-I_{c1}-{I_{c1}}^{\′})\·U_e}{2\·(I_{c1}\·{I_{c2}}^{\′}-{I_{c1}}^{\′}\·I_{c2})}-R_m-\frac{R_v+R_c}{2}---\left(2\right)$

2)当R_g与R′_g的差值|R_g-R′_g|＞ε₁时，判为采样回路故障，瞬时闭锁转子接地保护，并延时一定时间后报警；

将R_g与R′_g分别与转子一点接地保护的整定值R_set比较，如果R_g＜R_set与R′_g＜R_set同时成立，则延时判为转子一点接地故障，发告警信号或出口跳闸；

当转子一点接地故障发生后，自动投入转子两点接地保护，当实时计算出的接地位置与转子一点接地瞬时的接地位置的差值Δk满足|Δk|＞ε时，判断为转子两点接地故障，出口跳闸，其中：所述转子接地点位置k的计算方法为：

$k=1-\frac{(R_m+{R_g}^{\′}+R_v+R_c)\·I_{c1}+(R_m+{R_g}^{\′})\·I_{c2}-U_e}{U_{\mathrm{fd}}}$

I_m、I_c1、I_c2分别代表叠加方波电压处于正半波时对应的泄漏电流、两侧支路的测量电阻输出端的采样值，I′_m、I′_c1、I′_c2分别代表叠加方波电压处于负半波时对应的泄漏电流、两侧支路的测量电阻输出端的采样值；

R_g代表算法一计算得到的转子对地电阻，R′_g代表算法二计算得到的转子对地电阻，U_e是叠加方波电压的幅值、U_fd是励磁电压幅值、R_v是外加大功率电阻、R_c是两侧支路的测量电阻、ε是判两点接地故障整定值、ε₁是判采样回路整定值，R_m为叠加方波电压后的测量电阻。

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