CN110718896B - 一种调相机变频启动过程短路故障保护方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种调相机变频启动过程短路故障保护方法及装置，方法步骤是：采集调相机机端侧电压和调相机中性点侧电流，计算机端侧电压幅值和频率，以及机端侧电压与频率标幺值比值，计算中性点侧电流幅值，以及中性点侧电流幅值变化量；在初始恒磁通启动阶段，比较调相机机端侧电压与频率标幺值比值降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，判别为短路故障；或者在恒电压启动阶段，比较机端侧电压降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，判别为短路故障；判别为短路故障后，经过短延时保护动作于报警或跳闸。此种技术方案分段提出变频启动过程短路故障保护判据，可提高调相机变频启动过程短路故障保护的灵敏度。

Description

一种调相机变频启动过程短路故障保护方法及装置
技术领域
本发明属于继电保护领域，特别涉及一种调相机变频启动过程短路故障保护方法及采用该方法的装置。
背景技术
同步调相机无功补偿容量大，在电网电压下降的情况下，调相机的励磁系统能够自动调节实行强行励磁，可持续向系统提供无功功率，特别是对改善特高压交直流混联电网的电压稳定和动态无功支撑能力具有重要意义。
大型同步调相机由于无原动机，一般采用静止变频器启动，从零赫兹逐步拖动至额定频率，然后检同期并网。因此与常规发电机不同，调相机在启动阶段定转子绕组始终带电，且频率为从零赫兹至额定频率的变频过程，常规基于额定频率的保护功能灵敏度下降，必须要有灵敏的变频启动过程短路故障保护。
大型调相机静止变频器启动过程中一般分为两个阶段，初始阶段为恒磁通控制方式，维持机端电压和频率的比值基本不变，拖动至一定转速后，转换为恒电压控制方式，维持机端电压基本不变，直至额定转速附近。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种调相机变频启动过程短路故障保护方法及装置，针对调相机静止变频器启动过程特点，分段提出变频启动过程短路故障保护判据，利用机端侧电压、频率及其比值以及中性点侧电流变化量特征实现短路故障保护，可提高调相机变频启动过程短路故障保护的灵敏度。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种调相机变频启动过程短路故障保护方法，包括如下步骤：
步骤1，从调相机机端PT采集调相机机端侧电压，从调相机中性点CT采集调相机中性点侧电流，计算机端侧电压幅值Uf和频率ff，以及机端侧电压与频率标幺值比值
Figure BDA0002169756950000021
计算中性点侧电流幅值If，以及中性点侧电流幅值变化量ΔIf；
步骤2，在初始恒磁通启动阶段，比较调相机机端侧电压与频率标幺值比值降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，判别为短路故障；或者在恒电压启动阶段，比较机端侧电压降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，判别为短路故障；
步骤3，判别为短路故障后，经过短延时t保护动作于报警或跳闸。
上述步骤1中，根据下式计算机端侧电压与频率标幺值比值
Figure BDA0002169756950000022
Figure BDA0002169756950000023
其中，UN为调相机额定电压，fN为调相机额定频率。
上述步骤1中，根据下式计算中性点侧电流幅值变化量ΔIf：
ΔIf＝Ifn-Ifo
其中，Ifn为当前时刻调相机中性点侧电流，Ifo为过去某个时刻调相机中性点侧电流，取0.01秒至1秒范围内某个时刻。
上述步骤2中，机端侧电压与频率标幺值比值的整定值在0.1～0.5范围内取值。
上述步骤2中，中性点侧电流幅值变化量的整定值在0.05～5A范围内取值。
上述步骤2中，机端侧电压定值的整定值在0.1～10V范围内取值。
上述步骤3中，延时t在0.1～10s范围内取值。
一种调相机变频启动过程短路故障保护装置，包括采样模块、计算模块、逻辑判别模块和出口模块，其中：
所述采样模块用于对保护装置的测量元件进行采样；
所述计算模块用于对采样数据幅值、频率、幅值变化量进行计算；
所述逻辑判别模块用于根据计算模块的结果，判断保护逻辑；
所述出口模块用于根据逻辑判别模块的结果，驱动出口接点。
上述采样模块用于：从调相机机端PT采集调相机机端侧电压，从调相机中性点CT采集调相机中性点侧电流。
上述计算模块用于：计算机端侧电压幅值Uf和频率ff，以及计算机端侧电压与频率标幺值比值
Figure BDA0002169756950000031
以及计算中性点侧电流幅值If，以及中性点侧电流幅值变化量ΔIf。
上述逻辑判别模块用于：在初始恒磁通启动阶段，比较调相机机端侧电压与频率标幺值比值降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，判别为短路故障；或者，在恒电压启动阶段，比较机端侧电压降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，判别为短路故障。
上述出口模块在逻辑判别模块判别为短路故障后，经过短延时t保护动作于报警或跳闸。
采用上述方案后，本发明的有益效果是：采用基于磁通、电压和电流突变量的分段调相机变频启动过程短路故障保护方法，消除静止变频器拖动电流变化的影响，可提高调相机变频启动过程短路故障保护灵敏度，且本发明运算量不大，便于程序实现。
附图说明
图1是本发明中调相机变频启动过程短路故障保护所取电压和电流测量示意图；
图中，G为调相机，T为调相机连接的变压器，PT为调相机机端侧的电压互感器，CT为调相机中性点侧的电流互感器，Uf为调相机机端侧电压幅值，If为调相机中性点侧电流幅值。
图2是本发明提供装置的装置结构图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种调相机变频启动过程短路故障保护方法，首先，从调相机机端PT采集调相机机端侧电压，从调相机中性点CT采集调相机中性点侧电流，计算机端侧电压幅值Uf和频率ff，并根据式(1)计算机端侧电压与频率标幺值比值
Figure BDA0002169756950000041
Figure BDA0002169756950000042
其中，UN为调相机额定电压，fN为调相机额定频率。
计算中性点侧电流幅值If，根据式(2)计算中性点侧电流幅值变化量ΔIf：
ΔIf＝Ifn-Ifo 式(2)
其中，Ifn为当前时刻调相机中性点侧电流，Ifo为过去某个时刻调相机中性点侧电流，可取0.01秒至1秒范围内某个时刻。
在初始恒磁通启动阶段，比较调相机机端侧电压与频率标幺值比值降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，也即满足如下保护判据，判别为短路故障：
Figure BDA0002169756950000051
其中，Ufzd为机端侧电压与频率标幺值比值定值，可在0.1～0.5范围内取值；ΔIfzd为中性点侧电流幅值变化量定值，可在0.05～5A范围内取值；ffzd为恒磁通启动阶段转换为恒电压启动阶段时刻频率定值，可在5～20Hz范围内取值。
在恒电压启动阶段，比较机端侧电压降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，也即满足如下保护判据，判别为短路故障：
Figure BDA0002169756950000052
其中，Uzd为机端侧电压定值，可在0.1～10V范围内取值；中性点侧电流幅值变化量定值ΔIfzd可在0.05～5A范围内取值，频率定值ffzd可在5～20Hz范围内取值。
在根据判据(3)或(4)判别为短路故障后，经过短延时t保护动作于报警或跳闸，该延时t可在0.1～10s范围内取值，从而提高调相机变频启动过程短路故障保护灵敏度。
如图2所示，本发明还提供一种调相机变频启动过程短路故障保护装置，包括采样模块、计算模块、逻辑判别模块、出口模块，其中：
所述采样模块用于对保护装置的测量元件进行采样；
所述计算模块用于对采样数据幅值、频率、幅值变化量进行计算；
所述逻辑判别模块用于根据计算模块的结果，判断保护逻辑；
所述出口模块用于根据逻辑判别模块的结果，驱动出口接点。
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 (11)

1.一种调相机变频启动过程短路故障保护方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1，从调相机机端PT采集调相机机端侧电压，从调相机中性点CT采集调相机中性点侧电流，计算机端侧电压幅值Uf和频率ff，以及机端侧电压与频率标幺值比值
Figure FDA0003346675540000011
计算中性点侧电流幅值If，以及中性点侧电流幅值变化量ΔIf；
步骤2，在初始恒磁通启动阶段，比较调相机机端侧电压与频率标幺值比值降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，判别为短路故障；在恒电压启动阶段，比较机端侧电压降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，判别为短路故障；
步骤3，判别为短路故障后，经过短延时t保护动作于报警或跳闸。
2.如权利要求1所述的调相机变频启动过程短路故障保护方法，其特征在于：所述步骤1中，根据下式计算机端侧电压与频率标幺值比值
Figure FDA0003346675540000012
Figure FDA0003346675540000013
其中，UN为调相机额定电压，fN为调相机额定频率。
3.如权利要求1所述的调相机变频启动过程短路故障保护方法，其特征在于：所述步骤1中，根据下式计算中性点侧电流幅值变化量ΔIf：
ΔIf＝Ifn-Ifo
其中，Ifn为当前时刻调相机中性点侧电流，Ifo为过去某个时刻调相机中性点侧电流，取0.01秒至1秒范围内某个时刻。
4.如权利要求1所述的调相机变频启动过程短路故障保护方法，其特征在于：所述步骤2中，机端侧电压与频率标幺值比值的整定值在0.1～0.5范围内取值。
5.如权利要求1所述的调相机变频启动过程短路故障保护方法，其特征在于：所述步骤2中，中性点侧电流幅值变化量的整定值在0.05～5A范围内取值。
6.如权利要求1所述的调相机变频启动过程短路故障保护方法，其特征在于：所述步骤2中，机端侧电压定值的整定值在0.1～10V范围内取值。
7.如权利要求1所述的调相机变频启动过程短路故障保护方法，其特征在于：所述步骤3中，延时t在0.1～10s范围内取值。
8.一种调相机变频启动过程短路故障保护装置，其特征在于：包括采样模块、计算模块、逻辑判别模块和出口模块，其中：
所述采样模块用于对保护装置的测量元件进行采样；
所述计算模块用于对采样数据幅值、频率、幅值变化量进行计算；
所述逻辑判别模块用于根据计算模块的结果，判断保护逻辑；具体为：在初始恒磁通启动阶段，比较调相机机端侧电压与频率标幺值比值降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，判别为短路故障；在恒电压启动阶段，比较机端侧电压降低超过整定值，且中性点侧电流幅值增加超过整定值时，判别为短路故障；
所述出口模块用于根据逻辑判别模块的结果，驱动出口接点。
9.如权利要求8所述的调相机变频启动过程短路故障保护装置，其特征在于：所述采样模块用于：从调相机机端PT采集调相机机端侧电压，从调相机中性点CT采集调相机中性点侧电流。
10.如权利要求8所述的调相机变频启动过程短路故障保护装置，其特征在于：所述计算模块用于：计算机端侧电压幅值Uf和频率ff，以及计算机端侧电压与频率标幺值比值
Figure FDA0003346675540000021
以及计算中性点侧电流幅值If，以及中性点侧电流幅值变化量ΔIf。
11.如权利要求8所述的调相机变频启动过程短路故障保护装置，其特征在于：所述出口模块在逻辑判别模块判别为短路故障后，经过短延时t保护动作于报警或跳闸。
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