CN106371016B - 基于差动电流故障识别的发电机功率变送装置及变送方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于差动电流故障识别的发电机功率变送装置及变送方法，首先实时采集发电机机端电压互感器三相电压、机端测量级电流互感器三相电流和机端保护级电流互感器三相电流；再分别计算发电机机端电压互感器三相电压的基波相量、机端测量级电流互感器三相电流的基波相量、机端保护级电流互感器三相电流的基波相量、发电机功率1、发电机功率2和由机端保护级电流互感器三相电流与测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值；采用差动电流故障识别判据，若判据功能投入且判据满足时则输出发电机功率2，否则输出发电机功率1。此方法能提高发电机轻载工况下故障识别判据灵敏度，避免测量CT易饱和而导致输出错误功率的问题。

Description

基于差动电流故障识别的发电机功率变送装置及变送方法
技术领域
本发明属于电力系统领域，特别涉及一种基于差动电流故障识别的发电机功率变送装置及变送方法。
背景技术
传统发电机功率变送器通过采集发电机机端电压和机端测量级电流互感器电流，利用时分割乘法器原理产生模拟量功率信号，供给机组集散控制系统(DCS)及汽轮机数字电液控制系统(DEH)使用。当机组区外发生故障、相邻变压器空冲等情况时，由于故障电流大或含有非周期分量等因素，使得发电机机端测量级电流互感器电流波形发生畸变，导致功率变送器无法真实反应发电机当前功率并且输出错误功率，甚至使得DEH或DCS误动作。根据现场反馈，国内火电机组已发生多起电网故障时由于功率变送器输出畸变导致DEH汽门快控误动作的事故，有些情况下还造成多台机组的停机，后果相当严重。
“CN201410131932”提出了一种基于过流故障识别判据的发电机功率变送方法，该方法采用全波傅氏算法，实现方法简单，但还存在一些未解决的问题：当发电机轻载工况发生故障时，过流故障识别判据灵敏度不高。由于过流定值一般整定为1.1～1.3倍的发电机额定电流，故障电流需大于该定值时功率计算电流才采用保护级电流互感器电流进行计算。当在发电机轻载工况下发生故障且故障分量中含有非周期分量时，由于故障电流不大，保护级电流互感器电流不大于过流定值门槛，此时则无法实现由机端电压互感器三相电压和机端保护级电流互感器三相电流计算得到的功率输出，而测量级电流互感器因受非周期分量因素影响而饱和，导致电流波形畸变，最终装置输出错误功率。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种基于差动电流故障识别的发电机功率变送装置及变送方法，其能提高发电机轻载工况下故障识别判据灵敏度，可有效解决测量级CT易饱和导致输出错误功率的问题。
为达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种基于差动电流故障识别的发电机功率变送装置，包括：
检测单元，用于检测发电机机端电压互感器三相电压、机端测量级电流互感器三相电流及保护级电流互感器三相电流；
计算单元，用于根据所述检测单元获得的电压和电流，计算发电机机端电压互感器三相电压的基波相量、机端测量级电流互感器三相电流的基波相量及保护级电流互感器三相电流的基波相量；计算由机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值；计算功率1和功率2，其中功率1是由机端电压互感器三相电压的基波相量和机端测量级电流互感器三相电流的基波相量计算得到，功率2是由机端电压互感器三相电压的基波相量和机端保护级电流互感器三相电流的基波相量计算得到；以及
判断单元，用于将所述差动电流幅值与差动电流启动定值门槛比较，当差动电流幅值大于差动电流启动定值门槛时，判别单元输出功率2，否则输出功率1。
一种基于差动电流故障识别的发电机功率变送方法，包括如下步骤：
步骤1：实时采集发电机机端电压互感器三相电压、机端测量级电流互感器三相电流和机端保护级电流互感器三相电流；
步骤2：采用傅里叶算法计算发电机机端电压互感器三相电压的基波相量、机端测量级电流互感器三相电流的基波相量和机端保护级电流互感器三相电流的基波相量；
步骤3：分别计算由机端保护级电流互感器三相电流与机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值；
步骤4：计算功率1、功率2；所述的功率1是由机端电压互感器三相电压的基波相量和机端测量级电流互感器三相电流的基波相量计算得到；所述的功率2是由机端电压互感器三相电压的基波相量和机端保护级电流互感器三相电流的基波相量计算得到；
步骤5：采用差动电流故障识别判据，判据满足时输出功率2，否则输出功率1。
上述步骤3中，计算差动电流幅值的公式是：
其中，下标可取A、B或C，分别表示A、B、C三相；为机端保护级电流互感器三相电流的瞬时值，为机端测量级电流互感器三相电流的瞬时值，函数F为与电流相关的运算函数，可采用电流瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、全波积分运算函数或傅里叶算法函数。
上述步骤4中，功率1采用如下公式计算：
其中，P1是功率1中的有功功率，Q1是功率1中的无功功率，Re表示取相量的实部，Im表示取相量的虚部，分别为发电机机端电压互感器三相电压的基波相量，分别为机端测量级电流互感器三相电流的基波相量的共轭复数。
上述步骤4中，功率2采用如下公式计算：
其中，P2是功率2中的有功功率，Q2是功率2中的无功功率，Re表示取相量的实部，Im表示取相量的虚部，分别为发电机机端电压互感器三相电压的基波相量，分别为机端保护级电流互感器三相电流的基波相量的共轭复数。
上述步骤5中，差动电流故障识别判据计算公式是：
其中，为A，B，C三相；为由机端保护级电流互感器三相电流与机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值，Id_Set为差动电流启动定值门槛。
采用上述方案后，本发明采用由机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流故障识别判据，提高了发电机轻载工况下故障识别判据灵敏度，可有效解决测量级CT易饱和导致输出错误功率的问题。
附图说明
图1是本发明的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
本发明提供一种基于差动电流故障识别的发电机功率变送装置，包括检测单元、计算单元和判断单元，其中，检测单元用于检测发电机机端电压互感器三相电压、机端测量级电流互感器三相电流及机端保护级电流互感器三相电流。
所述计算单元用于根据所述检测单元获得的电压和电流，计算发电机机端电压互感器三相电压的基波相量、机端测量级电流互感器三相电流的基波相量及保护级电流互感器三相电流的基波相量；计算由机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值；计算功率1和功率2，其中功率1是由机端电压互感器三相电压的基波相量和机端测量级电流互感器三相电流的基波相量计算得到，功率2是由机端电压互感器三相电压的基波相量和机端保护级电流互感器三相电流的基波相量计算得到。
所述判断单元用于将所述差动电流幅值与差动电流启动定值门槛比较，当差动电流幅值大于差动电流启动定值门槛时，判别单元输出功率2，否则输出功率1。
基于以上变送装置，如图1所示，本发明还提供一种基于差动电流故障识别的发电机功率变送方法，包括如下步骤：
步骤1，实时采集发电机机端电压互感器三相电压、机端测量级电流互感器三相电流和机端保护级电流互感器三相电流；
步骤2，采用傅里叶算法计算发电机机端电压互感器三相电压的基波相量机端测量级电流互感器三相电流的基波相量和机端保护级电流互感器三相电流的基波相量
步骤3，根据下式计算由机端保护级电流互感器三相电流与机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值：
其中，下标可取A、B或C，分别表示A、B、C三相；为机端保护级电流互感器三相电流的瞬时值，为机端测量级电流互感器三相电流的瞬时值，函数F为与电流相关的运算函数，可采用电流瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、全波积分运算函数或傅里叶算法函数等，计算方法可参见书籍《变压器及中低压网络数字式保护》(许正亚，中国水利水电出版社，第二章第六节、第七节、第十节)。
步骤4，根据机端电压互感器三相电压的基波相量和机端测量级电流互感器三相电流的基波相量，依据以下公式计算功率1：
其中，P1是功率1中的有功功率，Q1是功率1中的无功功率，Re表示取相量的实部，Im表示取相量的虚部，分别为的共轭复数。
根据机端电压互感器三相电压的基波相量和机端保护级电流互感器三相电流的基波相量，依据以下公式计算功率2：
其中，P2是功率2中的有功功率，Q2是功率2中的无功功率，Re表示取相量的实部，Im表示取相量的虚部，分别为的共轭复数。
步骤5，采用差动电流故障识别判据，判据满足时输出功率2，否则输出功率1；其中，差动电流故障识别判据公式是：
其中，为A，B，C三相；为由机端保护级电流互感器三相电流与机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值，Id_Set为差动电流启动定值门槛。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于差动电流故障识别的发电机功率变送装置，其特征在于包括：
检测单元，用于检测发电机机端电压互感器三相电压、机端测量级电流互感器三相电流及保护级电流互感器三相电流；
计算单元，用于根据所述检测单元获得的电压和电流，计算发电机机端电压互感器三相电压的基波相量、机端测量级电流互感器三相电流的基波相量及保护级电流互感器三相电流的基波相量；计算由机端保护级电流互感器三相电流和机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值；
计算差动电流幅值的公式是：
其中，下标取A、B或C，分别表示A、B、C三相；为由机端保护级电流互感器三相电流与机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值；为机端保护级电流互感器三相电流的瞬时值，为机端测量级电流互感器三相电流的瞬时值；函数F为与电流相关的运算函数，该函数为电流瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、全波积分运算函数或傅里叶算法函数；符号||表示函数F幅值运算符；
计算功率1和功率2，其中功率1是由机端电压互感器三相电压的基波相量和机端测量级电流互感器三相电流的基波相量计算得到，功率2是由机端电压互感器三相电压的基波相量和机端保护级电流互感器三相电流的基波相量计算得到；以及
判断单元，用于将所述差动电流幅值与差动电流启动定值门槛比较，当差动电流幅值大于差动电流启动定值门槛时，判别单元输出功率2，否则输出功率1。
2.一种基于差动电流故障识别的发电机功率变送方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1：实时采集发电机机端电压互感器三相电压、机端测量级电流互感器三相电流和机端保护级电流互感器三相电流；
步骤2：采用傅里叶算法计算发电机机端电压互感器三相电压的基波相量、机端测量级电流互感器三相电流的基波相量和机端保护级电流互感器三相电流的基波相量；
步骤3：计算由机端保护级电流互感器三相电流与机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值；
计算差动电流幅值的公式是：
其中，下标取A、B或C，分别表示A、B、C三相；为由机端保护级电流互感器三相电流与机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值；为机端保护级电流互感器三相电流的瞬时值，为机端测量级电流互感器三相电流的瞬时值；函数F为与电流相关的运算函数，该函数为电流瞬时采样运算函数、半波积分运算函数、全波积分运算函数或傅里叶算法函数；符号||表示函数F幅值运算符；
步骤4：计算功率1、功率2；所述的功率1是由机端电压互感器三相电压的基波相量和机端测量级电流互感器三相电流的基波相量计算得到；所述的功率2是由机端电压互感器三相电压的基波相量和机端保护级电流互感器三相电流的基波相量计算得到；
步骤5：采用差动电流故障识别判据，若判据功能投入且判据满足时输出功率2，否则输出功率1。
3.如权利要求2所述的基于差动电流故障识别的发电机功率变送方法，其特征在于：所述步骤4中，功率1采用如下公式计算：
其中，P1为功率1中的有功功率，Q1为功率1中的无功功率，Re表示取相量的实部，Im表示取相量的虚部，分别为发电机机端电压互感器三相电压的基波相量，分别为发电机机端测量级电流互感器三相电流的基波相量，分别为机端测量级电流互感器三相电流基波相量的共轭复数。
4.如权利要求2所述的基于差动电流故障识别的发电机功率变送方法，其特征在于：所述步骤4中，功率2采用如下公式计算：
其中，P2为功率2中的有功功率，Q2为功率2中的无功功率，Re表示取相量的实部，Im表示取相量的虚部，分别为发电机机端电压互感器三相电压的基波相量，分别为发电机机端保护级电流互感器三相电流的基波相量，分别为机端保护级电流互感器三相电流基波相量的共轭复数。
5.如权利要求2所述的基于差动电流故障识别的发电机功率变送方法，其特征在于：所述步骤5中，差动电流故障识别判据公式是：
式中，下标取A、B或C，分别表示A、B、C三相；为由机端保护级电流互感器三相电流与机端测量级电流互感器三相电流构成的差动电流幅值，Id_Set为差动电流启动定值门槛。
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