CN108899873A - 一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，采用半波积分累积式算法，直接将电压互感器二次侧电压接入CPU，计算得出过励磁倍数；本发明不再使用复杂繁琐、易受干扰的模拟电路，能够完全避开前期工程模拟电路引起的问题；软件实现的半波积分累积式方法通过计算机程序实现，方便灵活，在现场修改容易；提高了过励磁保护对电压频率变化的灵敏度，保证了保护测量频率范围内频率变化大时的过励磁倍数计算准确度与稳定性，提高过励磁保护的可靠性。

Description

一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法

技术领域

本发明专利涉及发变组过激磁保护技术的软件方法实现，尤其适用于电磁信号干扰较大的场合，属于继电保护技术领域。

背景技术

现有技术使用的发电机变压器组过励磁保护方法，是将发电机机端或变压器高压侧的电压互感器二次相间电压传到继电保护装置中特有的U/f测量回路。该回路通常集成在继电保护装置的CPU上，包括中间相关的、电压互感器、整流回路等，由此测得的过励磁倍数作为过励磁保护判据，是一种基于低通滤波式的过励磁保护方法。

低通滤波式方法存在的问题如下：

1.保护装置为过励磁一种保护信号采集而单独配置电路及相应的采样通道，硬件繁琐，当电路发生故障也不易更换；通常需要停机进行更换，代价也比较大。

2.装置在现场投运后，保护装置电磁干扰、元器件老化等因素导致n测量值偏移或晃动大，易引发保护误动。

3.对电压互感器传送的电压幅值变化的灵敏度较高，n计算准确度较高，而对其频率变化的灵敏度较差，n计算准确度较差，尤其是频率偏离额定值较大时测得的过励磁倍数误差明显增大，也易引起保护误动。

4.已投运工程中，频率跟踪测量方法主要采用硬件电路，通过滤波整形电路和锁相环实现，成本较高，且实现过程较复杂，有悖于微机保护装置微型化的发展方向。

因此现有的低通滤波式过励磁保护方法不能完全有效的保护发电机、变压器设备。

发明内容

为了解决上述问题，本发明公开一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，直接将电压互感器二次侧电压接入CPU而不再单独设计特殊测量回路，计算得出过励磁倍数。

本发明技术方案为：

一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，采用半波积分累积式算法，直接将电压互感器二次侧电压接入CPU，计算得出过励磁倍数。

具体包括以下步骤：

S1，基于半波积分累积式算法，将电压互感器二次侧电压接入CPU；

直角坐标系中，一个周期T＝1/f内，连续正弦电压正半周波积分为：

令则：

得到：

一个周期内连续正弦电压负半周波积分S_-：

得到：

电压两个半周波的积分绝对值乘以系数得到初始过励磁倍数n；系数是

U_e为额定电压；f_e为额定频率；f_s为采样频率；t_s为采样时间；

继电保护装置基于恒定频率f_s采样，保护处理器对电压互感器二次侧的连续电压信号进行等时间间隔t_s＝1/f_s采样，一个周波采样N点，得到离散电压信号u(k)，k＝1,2,…,N；基于近似计算定积分的复合梯形法计算复合梯形面积，复合梯形面积为电压互感器二次侧的电压信号S_h：

将电压互感器二次侧的电压信号S_h接入硬件电路板的CPU信号采集回路当中；

f为运行频率；u为运行电压；U为周期内运行电压峰值；t为时间变量；为运行电压相角；S₊为一个周期内连续正弦电压正半周波积分；S-为一个周期内连续正弦电压负半周波积分；

现有技术工程使用的发电机变压器组过励磁保护方法，是将发电机机端或变压器高压侧的电压互感器二次相间电压传到继电保护装置中特有的U/f测量回路。U/f测量回路通常集成在继电保护装置的CPU上，包括中间相关的、电压互感器、整流回路，由此测得的过励磁倍数作为过励磁保护判据。而采用了本步骤的内容，省掉这些硬件信号转换回路，直接将电压互感器二次侧的信号接入硬件电路板的CPU当中。

S2，过零处面积补偿：

计算过零处的补偿面积，离散正弦电压信号为复合梯形面积加上过零处的补偿面积；

采样离散正弦电压信号一般不可能正好得到零采样值，即实际难以出现u(k)＝0，而是从负到正过零u(k)＜0且u(k+1)≥0，或者从正到负过零u(k)＞0且u(k+1)≤0。更精确的计算积分，应该是复合梯形面积加上过零处的补偿面积；

S3，计算实际过励磁倍数，根据过励磁保护动作判据，实现过激磁保护；

对于一个周波的离散电压信号会有3次过零，4个三角形，依次取面积S_Δ1～S_Δ4，

则实际过励磁倍数n'的计算公式是：

较优地，采用近似三角形法计算过零处的面积S_Δi为：

当u(k)＜0,且u(k+1)≥0；

或，

当u(k)＞0,且u(k+1)≤0；

i＝1,2,3,4分别对应着一个采样周期的四个过零点。

u(k)表示得到的离散电压信号，k＝1,2,…,N；继电保护装置基于恒定频率f_s采样，保护处理器对电压互感器二次侧的连续电压信号进行等时间间隔 t_s＝1/f_s采样，一个周波采样N点，得到离散电压信号u(k)；

过励磁保护动作判据为：

式中t_p为保护动作时限(s)；K_t为整定时间倍率，M为保护启动倍率；n′为实际过励磁倍数；n_op为过励磁倍数启动值。

在保护整定设计中，采用选取不同的n_op和K_t值，使过励磁保护的动作特性与被保护设备的励磁能力相匹配。本方法中装置所采集的n'值与预设好的n_op比值M超过预设值保护即动作，从而达到保护设备免于受到过励磁引起的温升等损害的目的。

较优地，整定时间倍率K_t取值为1～63，通过整定时间倍率取值形成反时限动作曲线与被保护设备过励磁能力曲线相匹配，达到优化保护动作特性的目的。

反时限动作特性曲线显示保护动作时间随过励磁倍数的变化特性。

本发明有益效果：

本发明公开一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，不再使用复杂繁琐、易受干扰的模拟电路，能够完全避开前期工程模拟电路引起的问题；软件实现的半波积分累积式方法通过计算机程序实现，方便灵活，在现场修改容易；提高了过励磁保护对电压频率变化的灵敏度，保证了保护测量频率范围内频率变化大时的过励磁倍数计算准确度与稳定性，提高过励磁保护的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1为复合梯形面积与过零处三角形面积补偿示意图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，

采用半波积分累积式算法，直接将电压互感器二次侧电压接入CPU，计算得出过励磁倍数。

具体包括以下步骤：

S1，基于半波积分累积式算法，将电压互感器二次侧电压接入CPU；

直角坐标系中，在一个周期T＝1/f内，连续正弦电压正半周波积分为：

令则：

得到：

一个周期内连续正弦电压负半周波积分S_-：

得到：

电压两个半周波的积分绝对值乘以系数得到初始过励磁倍数n；系数是

U_e为额定电压；f_e为额定频率；f_s为采样频率；t_s为采样时间；

继电保护装置基于恒定频率f_s采样，保护处理器对电压互感器二次侧的连续电压信号进行等时间间隔t_s＝1/f_s采样，一个周波采样N点，得到离散电压信号u(k)，k＝1,2,…,N；根据高等数学与数值分析中关于近似计算定积分的复合梯形法(Composite Trapezoidal Rule)计算复合梯形面积，复合梯形面积为电压互感器二次侧的电压信号S_h：

将电压互感器二次侧的电压信号S_h接入硬件电路板的CPU信号采集回路当中；

f为运行频率(Hz)；u为运行电压(V)；U一个周期内运行电压峰值(V)；t为时间变量(s)；为运行电压相角(°)；S₊为一个周期内连续正弦电压正半周波积分(V)；S_-为一个周期内连续正弦电压负半周波积分(V)；

以往工程使用的发电机变压器组过励磁保护方法，是将发电机机端或变压器高压侧的电压互感器二次相间电压传到继电保护装置中特有的U/f测量回路。该回路通常集成在继电保护装置的CPU上，包括中间相关的、电压互感器、整流回路等，由此测得的过励磁倍数作为过励磁保护判据。而采用了本步骤的内容，即可以省掉这些硬件信号转换回路，直接将电压互感器二次侧的信号接入硬件电路板的CPU当中。

S2，过零处面积补偿：

计算过零处的补偿面积，离散正弦电压信号为复合梯形面积加上过零处的补偿面积；

采样离散正弦电压信号一般不可能正好得到零采样值，即实际难以出现u(k)＝0，而是从负到正过零u(k)＜0且u(k+1)≥0，或者从正到负过零u(k)＞0且u(k+1)≤0。更精确的计算积分，应该是复合梯形面积加上过零处的补偿面积。

采用近似三角形法计算过零处的面积S_Δi为：

当u(k)＜0,且u(k+1)≥0；

或，

当u(k)＞0,且u(k+1)≤0；

i＝1,2,3,4分别对应着一个采样周期的四个过零点。

u(k)表示得到的离散电压信号，k＝1,2,…,N；继电保护装置基于恒定频率f_s采样，保护处理器对电压互感器二次侧的连续电压信号进行等时间间隔 t_s＝1/f_s采样，一个周波采样N点，得到离散电压信号u(k)；

S3，计算实际过励磁倍数，根据过励磁保护动作判据，实现过激磁保护；

对于一个周波的离散电压信号会有3次过零，4个三角形，依次取面积S_Δ1～S_Δ4，则实际过励磁倍数n'的计算公式是：

过励磁保护动作判据为：

式中t_p为保护动作时限(s)；K_t为整定时间倍率，M为保护启动倍率；n′为实际过励磁倍数；n_op为过励磁倍数启动值。

K_t整定时间倍率取值1～63，通过整定时间倍率取值形成反时限动作曲线与被保护设备过励磁能力曲线相匹配，达到优化保护动作特性的目的。反时限动作特性曲线显示保护动作时间随过励磁倍数的变化特性。

在保护整定设计中，采用选取不同的n_op和K_t值，使过励磁保护的动作特性与被保护设备的励磁能力相匹配。本方法中装置所采集的n'值与预设好的n_op比值M超过预设值保护即动作，从而达到保护设备免于受到过励磁引起的温升等损害的目的。

本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此，如果本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同的技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，其特征在于，

采用半波积分累积式算法，直接将电压互感器二次侧电压接入CPU，计算得出过励磁倍数。

2.根据权利要求1所述的一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，基于半波积分累积式算法，将电压互感器二次侧电压接入CPU；

直角坐标系中，一个周期T＝1/f内，连续正弦电压正半周波积分为：

令则：

得到：

一个周期内连续正弦电压负半周波积分S_-：

得到：

电压两个半周波的积分绝对值乘以系数得到初始过励磁倍数n；系数是

U_e为额定电压；f_e为额定频率；f_s为采样频率；t_s为采样时间；

继电保护装置基于恒定频率f_s采样，保护处理器对电压互感器二次侧的连续电压信号进行等时间间隔t_s＝1/f_s采样，一个周波采样N点，得到离散电压信号u(k)，k＝1,2,…,N；基于近似计算定积分的复合梯形法计算复合梯形面积，复合梯形面积为电压互感器二次侧的电压信号S_h：

将电压互感器二次侧的电压信号S_h接入硬件电路板的CPU信号采集回路当中；

其中，f为运行频率；u为运行电压；U为周期内运行电压峰值；t为时间变量；为运行电压相角；S₊为一个周期内连续正弦电压正半周波积分；S-为一个周期内连续正弦电压负半周波积分；

S2，过零处面积补偿：

计算过零处的补偿面积，离散正弦电压信号为复合梯形面积加上过零处的补偿面积；

S3，计算实际过励磁倍数，根据过励磁保护动作判据，实现过激磁保护；

一个周波的离散电压信号有3次过零，4个三角形，依次取面积S_Δ1～S_Δ4，则实际过励磁倍数n'的计算公式为：

3.根据权利要求2所述的一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，其特征在于，采用近似三角形法计算过零处的面积S_Δi为：

当u(k)＜0,且u(k+1)≥0；

或，

i＝1,2,3,4分别对应着一个采样周期的四个过零点；

u(k)表示得到的离散电压信号，k＝1,2,…,N。

4.根据权利要求2所述的一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，其特征在于，过励磁保护动作判据为：

式中t_p为保护动作时限(s)；K_t为整定时间倍率，M为保护启动倍率；n′为实际过励磁倍数；n_op为过励磁倍数启动值。

5.根据权利要求4所述的一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，其特征在于，

整定时间倍率K_t取值为1～63，通过整定时间倍率取值形成反时限动作曲线与被保护设备过励磁能力曲线相匹配。

6.根据权利要求5所述的一种基于半波积分式算法的发变组过激磁保护方法，其特征在于，

反时限动作特性曲线显示保护动作时间随过励磁倍数的变化特性。