CN108683215B - 一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，包括如下步骤：步骤100、关闭汽轮机主汽门之后检测发电机的有功功率曲线，并且绘制逆功率保护装置的伏安特性曲线；步骤200、判断发电机的有功功率曲线的波形特征，并且分析其具体的变化原因；步骤300、分析伏安特性曲线的特征，检测保护装置的准确性；步骤400、根据有功功率的变化原因以及保护装置的准确性进行针对性的改进；通过伏安特性曲线和有功功率曲线的波形特征分析，在明确了逆功率保护不动作的具体的原因之后针对性的进行改进，而改进过程则同时兼顾上述两种特征分析所涉及的影响因素，由于具备了全面特征的分析，保证在解决了其中一个问题的同时不会造成另外的问题。

Description

一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法

技术领域

本发明涉及机电技术领域，具体为一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法。

背景技术

近年来，随着国家整体规划的需要以及中国电力需求的持续增长，在节能环保政策的大环境下，超高压、特高压电网和大型发电机组已经成为了一种必然的选择方向。而大型发电机组在运行的过程中会由于正常的操作或设备的需要而进行人工停机或由于各种原因导致发电机失去动力时，在停机的过程中，如果出口断路器没有跳闸，则发电机要从电力系统中吸收有功功率，并将逐步过渡到电动机运行，因此大机组(中小机组)不允许在这种状态下长期运行，一般只允许运行几分钟，为了防止汽轮机叶片、燃气轮机齿轮受损，发电机保护装置需要配置逆功率保护，以程序跳闸的方式进行停机。在上述过程中，逆功率保护装置用于保护汽轮机，因此逆功率的保护就显得至关重要。

但是在大型的发电机组中，逆功率保护装置往往会不动作，导致保护过程失效，这是由于在运行中，为了保障逆功率保护装置的安全性和可靠性，在触发条件上设置了具体的触发阈值，而当触发条件没有达到触发阈值时将不会使得逆功率保护装置运行。而当逆功率保护装置发生不动作时就必须要采用一定的措施快速的确定具体的原因，从而校正逆功率保护装置，并且在原有的基础上进行改进，以达到更优的保护效果。但是现有的原因分析并不能全面并且针对性的给出具体的问题，导致改进措施没有针对性。

发明内容

为了克服现有技术方案的不足，本发明提供一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，能有效的解决背景技术提出的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，包括如下步骤：

步骤100、关闭汽轮机的主汽门，在关闭主汽门之后检测发电机的有功功率曲线，并且绘制逆功率保护装置的伏安特性曲线；

步骤200、判断发电机的有功功率曲线的波形特征，并且分析其具体的变化原因；

步骤300、分析伏安特性曲线的特征，检测保护装置的准确性；

步骤400、根据有功功率的变化原因以及保护装置的准确性进行针对性的改进。

作为本发明一种优选的技术方案，所述逆功率保护装置包括PT和CT，其中，所述PT具体为机端1YH、2YH，所述CT具体为机端1LH、2LH。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤100中，检测发电机的有功功率曲线的具体步骤为：发电机的有功功率曲线以关闭主汽门前的1-2分钟为检测起点，并且实时检测曲线动态变化，当有功功率曲线在下降至零值附近摆动时，放大曲线动态的变化曲率，测量在经过摆动之后达到的稳态值。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤100中，绘制逆功率保护装置的伏安特性曲线的具体步骤为：在无负荷的情况下，将保护交流模拟量输入回路，在无分流和分压时检测PT和CT的第一次伏安特性曲线；在接入负荷时，在相同的电压和电流的情况下输入采样值，并且在无其它分流和分压时检测PT和CT的第二次伏安特性曲线。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤200中，判断波形特征变化的因素包括：

发电机功率由正功率变为负功率出现在零功率附近正功率和负功率间的小幅度震荡的次数；

波形变化的最终稳定值的范围，并且确定该范围的极差；

发电机功率变化开始后到最终稳定值之间的变化时间，与设定值之间的差值；

发电机最终稳定值与发电机额定功率之间的比值。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤200中，发电机功率达到稳定值的变化时间与发电机功率变化的小幅度震荡次数比值大于设定阈值时，判断为逆功率保护响应时间长；

发电机最终稳定值与发电机额定功率的比值或波形变化范围的极差中任意一个超过设定阈值时，判断逆功率保护的误差传递大。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤300中，分析逆功率保护装置的伏安特性曲线特征的具体步骤为：根据无负荷和有负荷的伏安特性曲线，改变电压和电流的相位关系，并且根据控制变量法来表征逆功率保护动作值，控制电压和电流的相位差在0-π/2之间变化，判断两条伏安特性曲线之间的差异以及确定逆功率保护动作的触发值。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤300中，保持电压和电流的相位差在0-π/2之间变化时，当两条伏安特性曲线之间的差异大于幅度变化设定的可容纳区间时或逆功率保护动作的触发值低于设定保护值，则判断逆功率保护的触发值计算存在误差。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤300中，还包括将分析后的伏安特性数据传递至二级保护装置，并对上述伏安特性数据进行定值和逻辑的校验。

作为本发明一种优选的技术方案，在步骤400中，逆功率保护不动作的具体改进方法为：

首先，确定逆功率保护不动作的具体原因；

其次，当逆功率保护响应时间长时，将发电机逆功率保护动作时间减少；当逆功率保护的误差传递大时，将逆功率保护的触发条件由逆向低功率修改为正向低功率；当逆功率保护的触发值计算存在误差时，减少相位差，并且在初相角动态修正中采用频率减少的频差序列，通过旋转因子运算减少舍入误差。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过伏安特性曲线和有功功率曲线的波形特征分析，在明确了逆功率保护不动作的具体的原因之后针对性的进行改进，而改进过程则同时兼顾上述两种特征分析所涉及的影响因素，由于具备了全面特征的分析，保证在解决了其中一个问题的同时不会造成另外的问题。

附图说明

图1为本发明的流程结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供了一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，首先需要说明的是保护装置动作的逻辑，当并网运行的发电机主汽门关闭或者辅助触点闭合时，PT无断线信号、发电机从系统中吸收有功功率并达到一定值后，保护装置动作，发信及启动程控跳闸并出口解列灭磁。在实际的运行的过程中，往往会由于技术上的原因或者操作的原因，导致保护装置出现故障，使得本应该执行保护的动作没有及时进行，从而造成保护装置拒动作或者不动作，一旦发生这样的情况将会导致发电机组内部发生严重的故障。要更优的解决上述问题，首先就需要明确产生保护装置拒动作或者不动作产生的原因，并且根据原因从而针对性的进行相应的优化，才能实现最佳的调整和处理，从而达到更优的技术效果。为了达到上述目的，在本实施方式中，包括如下步骤：

步骤100、关闭汽轮机的主汽门，在关闭主汽门之后检测发电机的有功功率曲线，并且绘制逆功率保护装置的伏安特性曲线。

需要说明的是，根据电力系统故障分析对称分量法理论可知，当发电机外部发生任何故障时，每一相的正序电压总是超前与其对应的正序电流，超前角即为等效阻抗角，此时发电机输出有功功率。因此，当发电机正常运行及发生外部故障情况时，发电机均向外输出有功功率，该输出功率记为正值；当发电机作为电动机运行时，不考虑发电机内部故障的情况，发电机从系统吸收有功功率，该有功功率记为负值。发电机逆功率保护装置通过判断发电机从系统吸收有功功率是否达到整定值，从而启动逆功率保护。

在上述中，逆功率保护装置包括PT和CT，其中，PT具体为机端1YH、2YH，CT具体为机端1LH、2LH。在正常的情况下，在主汽门实际开关时，主汽门关闭开入信号能正确瞬时地反馈到发变组保护开入量内。但是在发生故障后，将会由于各种技术原因导致上述信号不能快速进入发变组，并且执行相应的保护操作。

基于上述，检测发电机的有功功率曲线的具体步骤为：发电机的有功功率曲线以关闭主汽门前的1-2分钟为检测起点，并且实时检测曲线动态变化，当有功功率曲线在下降至零值附近摆动时，放大曲线动态的变化曲率，测量在经过摆动之后达到的稳态值。

在上述中，之所以需要提前1-2分钟建立检测起点，其作用就在于实现较为完整的整个检测轨迹，能够达到完整的检测，同时也是为了在后续步骤中，能够更清晰将稳态值与实时数据进行对比，以便快速的获得波动后的稳态值。与此同时还能够通过前后波动的相似性剔除系统本身产生波动的影响，有利于捕捉稳态值。

而进一步的，绘制逆功率保护装置的伏安特性曲线的具体步骤为：在无负荷的情况下，将保护交流模拟量输入回路，在无分流和分压时检测PT和CT的第一次伏安特性曲线；在接入负荷时，在相同的电压和电流的情况下输入采样值，并且在无其它分流和分压时检测PT和CT的第二次伏安特性曲线。

在上述中，逆功率保护装置的伏安特性曲线其本质上就是逆功率保护装置的动作特性曲线，具体表现是有功功率P(其中，逆功率是负的有功功率)随输入的电压U、电流I、功率因数角

(电流电压之间的夹角)而变化的输出量

在本领域中，无负荷和有负荷指原动机(汽轮机)不输出和输出有功功率，而在具体的测量过程中，无负荷和接入负荷具体可以是主汽门关闭前(有负荷)和主汽门关闭后(无负荷)这两种工况。

步骤200、判断发电机的有功功率曲线的波形特征，并且分析其具体的变化原因。

在步骤200中，判断波形特征变化的因素包括：

发电机功率由正功率变为负功率出现在零功率附近正功率和负功率间的小幅度震荡的次数；

波形变化的最终稳定值的范围，并且确定该范围的极差；

发电机功率变化开始后到最终稳定值之间的变化时间，与设定值之间的差值；

发电机最终稳定值与发电机额定功率之间的比值。

另外，发电机功率达到稳定值的变化时间与发电机功率变化的小幅度震荡次数比值大于设定阈值时，判断为逆功率保护响应时间长；

发电机最终稳定值与发电机额定功率的比值或波形变化范围的极差中任意一个超过设定阈值时，判断逆功率保护的误差传递大。

步骤300、分析伏安特性曲线的特征，检测保护装置的准确性。

在上述步骤中，还包括将分析后的伏安特性数据传递至二级保护装置，并对上述伏安特性数据进行定值和逻辑的校验。

作为本实施方式的优选，分析逆功率保护装置的伏安特性曲线特征的具体步骤为：根据无负荷和有负荷的伏安特性曲线，改变电压和电流的相位关系，并且根据控制变量法来表征逆功率保护动作值，控制电压和电流的相位差在0-π/2之间变化，判断两条伏安特性曲线之间的差异以及确定逆功率保护动作的触发值。

首先，确定功率因素角(发电机电流电压之间角度)为

当主汽门关闭时，可能是在无功功率为任意值时发生，最不利的情况是在接近额定千乏数时，此时要在

的条件下检出千分之几到百分之几额定值的有功功率来，而且从进相运行到滞相运行很宽的范围内，保持动作功率基本上不变。因此，逆功率保护从CT传变、保护定值整定、保护装置动作都需要适应各种工况下的可靠测量和动作要求。当功率因素角在90°附近时，这时逆功率保护特性较差，于是程跳逆功率保护可能拒动作。对于机组在无功功率很高发电机功角实际在90°附近的情况下，是会导致保护装置测量的有功功率误差偏大的情况，所以构成逆功率测量值之一的功率因素角测量的准确性在此时显得尤为重要。

在步骤300中，保持电压和电流的相位差在0-π/2之间变化时，当两条伏安特性曲线之间的差异大于幅度变化设定的可容纳区间时或逆功率保护动作的触发值低于设定保护值，则判断逆功率保护的触发值计算存在误差。

发电机逆功率保护虽然名为保护，但其关注的却不是故障时的量值，而是机组小负荷下的准确测量，改善逆功率保护不可靠动作，可以更多地在测量误差方面做工作。针对逆功率保护不同于其它保护，对CT运行的独特工况要求，因此提出：将逆功率保护用保护级CT(TPY级)改用测量级CT(0.2级)，保护级PT(3P级)改用测量级PT(0.2级)，能较好地解决逆功率保护由于测量误差问题而发生的不可靠动作问题。

步骤400、根据有功功率的变化原因以及保护装置的准确性进行针对性的改进。

在现有技术中，发电机组逆功率程序保护一般是由逆功率动作和主汽门关闭两个条件构成的，另外，还增加了安全闭锁的条件，能够有效的避免保护误动，基于上述原因，一般讲逆功率保护定值设置为-0.01PN，延时0.5s报警，1s跳闸。这是由于当大型汽轮发电机组的主汽门突然关闭之后，发电机并不能马上吸收有功功率，并不是很快就降低到了某一个负值，而是在下降到零值附近式发生摆动，在经过多次摆动之后达到一定的稳态负值。

一般来说，当主汽门突然关闭后，发电机有功功率下降到某一负值，几经摆动之后达到稳态值。发电机的有功损耗，一般约为额定值的1％～1.5％，而汽轮机的损耗与真空度及其它因素有关，一般约为额定值的3％～4％，有时还要稍大些，因此发电机变电动机运行后，从电力系统中吸收的有功功率稳态值约为额定值的4％～5.5％，而最大暂态值可以达到额定值的10％左右，当主汽门有一定的泄漏时，实际逆功率还要比上述数值小些。

在前述的测定过程中，从波形上可以明确地是，发电机功率由正功率变化为负功率时，出现了多次在零功率附近的小幅震荡，直至最后达到稳态，由于上述特征，即使发电机最终的稳态值满足灵敏度的要求，但是由于发电机功率在正功率和负功率之间震荡，发电机逆功率保护和程序逆功率保护反复动作和返回，迟迟不能够进入保护计时，延缓了保护出口跳闸的动作时间。特别是在大型的汽轮发电机运行中，主汽门突然关闭时，发电机有功功率需要经过相当长的时间才能吸收有功并降到-1％的额定功率，从而实现逆功率的保护动作，但是这个逆功率的保护动作响应时间太长，不能快速的动作将发电机组从系统中解列。

在上述中，可以明确的是，机组打闸时逆功率的值与当时所带无功数值息息相关，无功功率越小，逆功率保护越容易达到动作定值。正常停机时，运行人员手动打闸可以执行降低有功功率和无功功率值后再打闸，但在实际电力系统中，有功无功功率值却是不可选择的，所以必须考虑在各种工况下，逆功率保护可靠动作且不可误动的要求，因此要深入分析影响逆功率保护可靠动作的主要因素，并提出针对性的可行性改进方法。

在步骤400中，逆功率保护不动作的具体改进方法为：

首先，确定逆功率保护不动作的具体原因；

其次，当逆功率保护响应时间长时，将发电机逆功率保护动作时间减少；当逆功率保护的误差传递大时，将逆功率保护的触发条件由逆向低功率修改为正向低功率，这是由于在正常运转中，发电机不能实现快速的逆转，逆功率保护和程序逆功率保护动作时间较长，为了降低这其中的响应时间，发变组迅速与系统解列，可以提高触发条件，因此，将发变组中的程序逆变功率保护修改为正向低功率；当逆功率保护的触发值计算存在误差时，减少相位差，并且在初相角动态修正中采用频率减少的频差序列，通过旋转因子运算减少舍入误差。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (8)

1.一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤100、关闭汽轮机的主汽门，在关闭主汽门之后检测发电机的有功功率曲线，并且绘制逆功率保护装置的伏安特性曲线；

步骤200、判断发电机的有功功率曲线的波形特征，并且分析其具体的变化原因；

步骤300、分析伏安特性曲线的特征，检测逆功率保护装置的准确性；

步骤400、根据有功功率的变化原因以及逆功率保护装置的准确性进行针对性的改进；

在步骤300中，分析逆功率保护装置的伏安特性曲线特征的具体步骤为：根据无负荷和有负荷的伏安特性曲线，改变电压和电流的相位关系，并且根据控制变量法来表征逆功率保护动作的触发值，控制电压和电流的相位差在0-π/2之间变化，判断两条伏安特性曲线之间的差异以及确定逆功率保护动作的触发值；

在步骤300中，保持电压和电流的相位差在0-π/2之间变化时，当两条伏安特性曲线之间的差异大于幅度变化设定的可容纳区间时或逆功率保护动作的触发值低于设定保护值，则判断逆功率保护动作的触发值计算存在误差。

2.根据权利要求1所述的一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，其特征在于，所述逆功率保护装置包括PT和CT，其中，所述PT具体为机端1YH、2YH，所述CT具体为机端1LH、2LH。

3.根据权利要求1所述的一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，其特征在于，在步骤100中，检测发电机的有功功率曲线的具体步骤为：发电机的有功功率曲线以关闭主汽门前的1-2分钟为检测起点，并且实时检测曲线动态变化，当有功功率曲线在下降至零值附近摆动时，放大曲线动态的变化曲率，测量在经过摆动之后达到的稳态值。

4.根据权利要求1所述的一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，其特征在于，在步骤100中，绘制逆功率保护装置的伏安特性曲线的具体步骤为：在无负荷的情况下，将保护交流模拟量输入回路，在无分流和分压时检测PT和CT的输出量，根据PT和CT的输出量得到第一次伏安特性曲线；在接入负荷时，在相同的电压和电流的情况下输入采样值，并且在无其它分流和分压时检测PT和CT的输出值，根据PT和CT的输出值得到第二次伏安特性曲线。

5.根据权利要求1所述的一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，其特征在于，在步骤200中，判断波形特征变化的因素包括：

发电机功率由正功率变为负功率出现在零功率附近正功率和负功率间的小幅度震荡的次数；

波形变化的发电机最终稳定值的范围，并且确定该范围的极差；

发电机功率变化开始后到发电机最终稳定值之间的变化时间，与设定值之间的差值；

发电机最终稳定值与发电机额定功率之间的比值。

6.根据权利要求5所述的一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，其特征在于，在步骤200中，发电机功率变化开始后到最终稳定值之间的变化时间与发电机功率由正功率变为负功率出现在零功率附近正功率和负功率间的小幅度震荡的次数比值大于设定阈值时，判断为逆功率保护响应时间长；

发电机最终稳定值与发电机额定功率的比值或波形变化的最终稳定值的范围的极差中任意一个超过设定阈值时，判断逆功率保护的误差传递大。

7.根据权利要求1所述的一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，其特征在于，在步骤300中，还包括将分析后的伏安特性数据传递至二级保护装置，并对上述伏安特性数据进行定值和逻辑的校验。

8.根据权利要求1所述的一种基于原因分析而针对性改进逆功率保护不动作的方法，其特征在于，在步骤400中，逆功率保护不动作的具体改进方法为：

首先，确定逆功率保护不动作的具体原因；

其次，当逆功率保护响应时间长时，将发电机逆功率保护动作时间减少；当逆功率保护的误差传递大时，将逆功率保护的触发条件由逆向低功率修改为正向低功率；当逆功率保护动作的触发值计算存在误差时，减少相位差，并且在初相角动态修正中采用频率减少的频差序列，通过旋转因子运算减少舍入误差。

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