CN107181237B - 一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护方法和系统 - Google Patents

一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护方法和系统，原理为：拖动机组的机端电流和被拖动机组的中性点分支组合电流构成第一重差动保护；拖动机组的中性点分支组合电流和被拖动机组的机端电流构成第二重差动保护；拖动机组的中性点分支组合电流和被拖动机组的中性点分支组合电流构成第三重差动保护；在背靠背启动工况下差动保护开放，采用启停机保护算法计算差动电流幅值，从而实现抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护。本发明的差动保护范围涵盖整个拖动回路且多重化配置，可解决背靠背启动过程中拖动回路短路故障时没有差动保护、故障不能快速切除的问题。

Description

一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护方法和系统
技术领域
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别是一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护方法和系统。
背景技术
抽水蓄能机组的背靠背启动是用一台机组作为拖动机组——发电机，提供频率逐渐升高的电流，另一台机组作为被拖动机组——电动机，利用前者输出的变频电流同步地逐渐加速到额定转速。启动母线设置在发电机电压侧的称为低压背靠背启动，设置在主变压器高压侧的称为高压背靠背启动。我国的抽水蓄能机组背靠背启动多采用低压背靠背方式。在背靠背启动过程中，拖动机组的机端断路器和拖动开关合上，被拖动机组的被拖动开关合上，这样两台机组连接起来形成回路。常规抽蓄机组的发电电动机保护装置往往只接入本机组的电气量，差动保护范围不包含拖动机组与被拖动机组之间的拖动回路，若在背靠背启动过程中上述区间的拖动回路发生相间短路故障，属于差动保护的区外故障，不能满足差动保护动作判据，需要抽蓄机组的发电电动机保护装置的后备保护进行配合动作，牺牲了保护的灵敏度和快速性，对被保护设备不利。
发明内容
本发明的目的是提供一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护方法和系统，其差动保护范围能够涵盖整个拖动回路，从而解决背靠背启动过程中拖动回路故障时没有差动保护、故障无法快速切除的问题。
本发明采取的技术方案为：一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护方法，包括：
获取拖动机组发电机的机端电流以及中性点各分支组电流；
获取被拖动机组电动机的机端电流以及中性点各分支组电流；
将拖动机组发电机的机端电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第一重差动保护对应的节点电流，构成第一重差动保护；
将被拖动机组电动机的机端电流，与拖动机组发电机的中性点分支组合电流，作为第二重差动保护对应的节点电流，构成第二重差动保护；
将拖动机组发电机的中性点分支组合电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第三重差动保护对应的节点电流，构成第三重差动保护；
计算各节点电流的校正电流值；
基于校正电流值计算各重差动保护对应的差动电流值；
设定各重差动保护对应的差动电流动作值；
对于各重差动保护，分别比较相应的差动电流值与差动电流动作值，当差动电流值大于或等于差动电流动作值，即满足差动保护判据，则差动保护动作以切除故障。
本发明中，差动电流动作值可根据经验设置，差动保护对应的故障切除动作命令的开出以及故障的切除可采用现有技术。
进一步的，定义差动电流为Id，差动电流动作值为Icdzd，背靠背启动过程中，差动保护动作判据为：
Id≥Icdzd (1)
式(1)中，
式(2)中：对于第一重差动保护，为拖动机组发电机机端校正电流，为被拖动机组电动机中性点分支组合电流的校正值；
对于第二重差动保护，为拖动机组发电机中性点分支组合电流的校正值，为被拖动机组电动机机端校正电流；
对于第三重差动保护为拖动机组中性点分支组合电流的校正值，为被拖动机组中性点分支组合电流的校正值。
本发明首先基于原始电流相量计算校正电流相量，然后采用启停机保护算法基于校正电流相量和计算差动电流幅值，可适应频率大范围变化，具体的：
定义第一重差动保护中，拖动机组发电机的机端原始电流为被拖动机组电动机的中性点第一分支组原始电流为第m分支组原始电流为原始电流的校正电流和按照以下公式计算：
式(3)中，nCT111为拖动机组机端CT变比；nCT211为被拖动机组机端CT变比；nCT221为被拖动机组中性点第1分支组CT变比；nCT222为被拖动机组中性点第2分支组CT变比；nCT22m为被拖动机组中性点第m分支组CT变比，m为被拖动机组中性点分支组总数。
对于第二重差动保护和第三重差动保护，各原始电流的校正电流计算法方法可参考式(3)中针对机端电流的校正电流计算公式，和针对中性点分支组合电流的校正电流计算公式。
优选的，本发明各重差动保护在背靠背启动工况下开放，即背靠背启动工况下允许保护功能投入运行，获取的各机端电流和中性点分支组电流皆为背靠背启动工况时采集到的相应电流值，而其他工况下则闭锁该差动保护。
本发明还公开一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护系统，包括：
用于获取拖动机组发电机机端电流的电流互感器；
用于获取拖动机组发电机中性点各分支组电流的电流互感器；
用于获取被拖动机组电动机机端电流的电流互感器；
用于获取被拖动机组电动机中性点各分支组电流的电流互感器；
校正电流计算模块，计算各电流互感器采集到的原始电流的校正电流；
差动电流计算模块：将拖动机组发电机的机端电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第一重差动保护对应的节点电流，构成第一重差动保护；将被拖动机组电动机的机端电流，与拖动机组发电机的中性点分支组合电流，作为第二重差动保护对应的节点电流，构成第二重差动保护；将拖动机组发电机的中性点分支组合电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第三重差动保护对应的节点电流，构成第三重差动保护；基于原始电流的校正电流，计算对应各重差动保护的差动电流Id；
差动保护动作电流值设定模块，用于设定对应各重差动保护的差动保护动作电流值Icdzd，以构成对应各重差动保护的差动保护动作判据：Id≥Icdzd；
差动保护逻辑运行模块，分别判断各重差动保护对应的差动电流值是否满足相应的差动保护判据，若满足，则差动保护动作以切除故障。
优选的，差动电流计算模块利用启停机保护算法计算差动电流幅值。
优选的，差动保护动作电流值设定模块包括为用户提供差动保护动作电流设定值输入窗口的人机交互界面。相应的软件模块与其它软件模块可采用同一CPU实现。
有益效果
多重差动保护形成的差动保护范围覆盖了整个拖动回路，解决了背靠背启动过程中拖动回路短路故障时没有差动保护、故障不能快速切除的问题，更好了保障设备的安全。
附图说明
图1所示为本发明应用原理示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
实施例1
参考图1，本发明的应用基础为：抽水蓄能机组包括分别作为拖动机组和被拖动机组的发电电动机，发电电动机的角色转换通过换相开关的切换实现。假设图1中，#1发电电动机为拖动机组，#2发电电动机为被拖动机组，S101为#1机组的拖动开关，S102为#1机组的被拖动开关，S111和S112为#1机组换相开关，G101为#1机组的机端断路器，S201为#2机组的拖动开关，S202为#2机组的被拖动开关，S211和S212为#2机组换相开关，G201为#2机组的机端断路器，F为拖动回路相间短路故障位置。现有的差动保护一般无法对故障F实现保护作用。
为了实现本发明的差动保护目的，本发明设置CT111为#1机组机端电流互感器，CT121～CT12n分别为#1机组中性点第1分支～第n分支电流互感器(n表示#1机组中性点分支组总数)，CT211为#2机组机端电流互感器，CT221～CT22m分别为#2机组中性点第1分支～第m分支电流互感器(m表示#2机组中性点分支组总数)；标号87表示各重差动保护的节点电流关联。
本发明抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护方法，包括：
获取拖动机组发电机的机端电流以及中性点各分支组电流；
获取被拖动机组电动机的机端电流以及中性点各分支组电流；
将拖动机组发电机的机端电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第一重差动保护对应的节点电流，构成第一重差动保护；
将被拖动机组电动机的机端电流，与拖动机组发电机的中性点分支组合电流，作为第二重差动保护对应的节点电流，构成第二重差动保护；
将拖动机组发电机的中性点分支组合电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第三重差动保护对应的节点电流，构成第三重差动保护；
计算各节点电流的校正电流值；
基于校正电流值计算各重差动保护对应的差动电流值；
设定各重差动保护对应的差动电流动作值；
对于各重差动保护，分别比较相应的差动电流值与差动电流动作值，当差动电流值大于或等于差动电流动作值，即满足差动保护判据，则差动保护动作以切除故障。
本发明中，差动电流动作值可根据经验设置，差动保护对应的故障切除动作命令的开出以及故障的切除可采用现有技术。
进一步的，定义差动电流为Id，差动电流动作值为Icdzd，背靠背启动过程中，差动保护动作判据为：
Id≥Icdzd (1)
式(1)中，
式(2)中：对于第一重差动保护，为拖动机组发电机机端校正电流，为被拖动机组电动机中性点分支组合电流的校正值；
对于第二重差动保护，为拖动机组发电机中性点分支组合电流的校正值，为被拖动机组电动机机端校正电流；
对于第三重差动保护为拖动机组中性点分支组合电流的校正值，为被拖动机组中性点分支组合电流的校正值。
本发明首先基于原始电流相量计算校正电流相量，然后采用启停机保护算法基于校正电流相量和计算差动电流幅值，可适应频率大范围变化，具体的：
定义第一重差动保护中，拖动机组发电机的机端原始电流为被拖动机组电动机的中性点第一分支组原始电流为第m分支组原始电流为原始电流的校正电流和按照以下公式计算：
式(3)中，nCT111为拖动机组机端CT变比；nCT211为被拖动机组机端CT变比；nCT221为被拖动机组中性点第1分支组CT变比；nCT222为被拖动机组中性点第2分支组CT变比；nCT22m为被拖动机组中性点第m分支组CT变比，m为被拖动机组中性点分支组总数。
对于第二重差动保护和第三重差动保护，各原始电流的校正电流计算法方法可参考式(3)中针对机端电流的校正电流计算公式，和针对中性点分支组合电流的校正电流计算公式。
本发明各重差动保护在背靠背启动工况下开放运行。即本发明获取的各机端电流和中性点分支组电流皆为背靠背启动工况时采集到的相应电流值。
实施例2
一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护系统，包括：
用于获取拖动机组发电机机端电流的电流互感器；
用于获取拖动机组发电机中性点各分支组电流的电流互感器；
用于获取被拖动机组电动机机端电流的电流互感器；
用于获取被拖动机组电动机中性点各分支组电流的电流互感器；
校正电流计算模块，计算各电流互感器采集到的原始电流的校正电流；
差动电流计算模块：将拖动机组发电机的机端电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第一重差动保护对应的节点电流，构成第一重差动保护；将被拖动机组电动机的机端电流，与拖动机组发电机的中性点分支组合电流，作为第二重差动保护对应的节点电流，构成第二重差动保护；将拖动机组发电机的中性点分支组合电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第三重差动保护对应的节点电流，构成第三重差动保护；基于原始电流的校正电流，计算对应各重差动保护的差动电流Id；
差动保护动作电流值设定模块，用于设定对应各重差动保护的差动保护动作电流值Icdzd，以构成对应各重差动保护的差动保护动作判据：Id≥Icdzd；
差动保护逻辑运行模块，分别判断各重差动保护对应的差动电流值是否满足相应的差动保护判据，若满足，则差动保护动作以切除故障。
差动电流计算模块利用启停机保护算法计算差动电流幅值。
差动保护动作电流值设定模块包括为用户提供差动保护动作电流设定值输入窗口的人机交互界面。相应的软件模块与其它软件模块可采用同一CPU实现。
具体应用时，通过拖动机组(#1机组)的机端电流互感器和n个中性点分支组的电流互感器，测量拖动机组机端电流I11和中性点第1分支组电流I121、第2分支组电流I122～第n分支组电流I12n；通过被拖动机组(#2机组)的机端电流互感器和m个中性点分支组的电流互感器测量拖动机组机端电流I21和被拖动机组中性点第1分支组电流I221、第2分支组电流I222～第m分支组电流I22m。
本发明在背靠背启动工况下差动保护开放，采用启停机保护算法计算差动电流幅值，从而实现抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护。该保护方法差动保护范围涵盖整个拖动回路且多重化配置，解决了背靠背启动过程中拖动回路短路故障时没有差动保护、故障不能快速切除的问题。
本领域技术人员应当理解，本发明系统中校正电流计算模块、差动电流计算模块、差动保护逻辑运行模块，以及差动保护动作电流值设定模块，的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护方法，其特征是，包括：
获取拖动机组发电机的机端电流以及中性点各分支组电流；
获取被拖动机组电动机的机端电流以及中性点各分支组电流；
将拖动机组发电机的机端电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第一重差动保护对应的节点电流，构成第一重差动保护；
将被拖动机组电动机的机端电流，与拖动机组发电机的中性点分支组合电流，作为第二重差动保护对应的节点电流，构成第二重差动保护；
将拖动机组发电机的中性点分支组合电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第三重差动保护对应的节点电流，构成第三重差动保护；
计算各节点电流的校正电流值；
基于校正电流值计算各重差动保护对应的差动电流值；
设定各重差动保护对应的差动电流动作值；
对于各重差动保护，分别比较相应的差动电流值与差动电流动作值，当差动电流值大于或等于差动电流动作值，即满足差动保护判据，则差动保护动作以切除故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，定义差动电流为Id，差动电流动作值为Icdzd，背靠背启动过程中，差动保护动作判据为：
Id≥Icdzd (1)
式(1)中，
式(2)中：对于第一重差动保护，为拖动机组发电机机端校正电流，为被拖动机组电动机中性点分支组合电流的校正值；
对于第二重差动保护，为拖动机组发电机中性点分支组合电流的校正值，为被拖动机组电动机机端校正电流；
对于第三重差动保护为拖动机组中性点分支组合电流的校正值，为被拖动机组中性点分支组合电流的校正值。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，定义第一重差动保护中，拖动机组发电机的机端原始电流为被拖动机组电动机的中性点第一分支组原始电流为第m分支组原始电流为原始电流的校正电流和按照以下公式计算：
式(3)中，nCT111为拖动机组机端CT变比；nCT211为被拖动机组机端CT变比；nCT221为被拖动机组中性点第1分支组CT变比；nCT222为被拖动机组中性点第2分支组CT变比；nCT22m为被拖动机组中性点第m分支组CT变比，m为被拖动机组中性点分支组总数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，各重差动保护在背靠背启动工况下开放。
5.一种抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护系统，其特征是，包括：
用于获取拖动机组发电机机端电流的电流互感器；
用于获取拖动机组发电机中性点各分支组电流的电流互感器；
用于获取被拖动机组电动机机端电流的电流互感器；
用于获取被拖动机组电动机中性点各分支组电流的电流互感器；
校正电流计算模块，计算各电流互感器采集到的原始电流的校正电流；
差动电流计算模块：将拖动机组发电机的机端电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第一重差动保护对应的节点电流，构成第一重差动保护；将被拖动机组电动机的机端电流，与拖动机组发电机的中性点分支组合电流，作为第二重差动保护对应的节点电流，构成第二重差动保护；将拖动机组发电机的中性点分支组合电流，与被拖动机组电动机的中性点分支组合电流，作为第三重差动保护对应的节点电流，构成第三重差动保护；基于原始电流的校正电流，计算对应各重差动保护的差动电流Id；
差动保护动作电流值设定模块，用于设定对应各重差动保护的差动保护动作电流值Icdzd，以构成对应各重差动保护的差动保护动作判据：Id≥Icdzd；
差动保护逻辑运行模块，分别判断各重差动保护对应的差动电流值是否满足相应的差动保护判据，若满足，则差动保护动作以切除故障。
6.根据权利要求5所述的抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护系统，其特征是，差动电流计算模块利用启停机保护算法计算差动电流幅值。
7.根据权利要求5所述的抽水蓄能机组背靠背启动过程差动保护系统，其特征是，差动保护动作电流值设定模块包括为用户提供差动保护动作电流设定值输入窗口的人机交互界面。
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