CN111355218B - 一种发电机低频启动过程保护方法及装置 - Google Patents

一种发电机低频启动过程保护方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发电机低频启动过程保护方法及装置，包括：采集发电机的机端侧电压；计算发电机的机端侧电压频率；当计算得到的机端侧电压频率值高于频率制动低频投入定值时，将各保护的原保护定值保持不变；当计算得到的机端侧电压频率值低于频率制动低频投入定值时，将原保护定值提高相应的倍数；所述相应的倍数计算方式为：频率偏差值乘以比率制动系数定值。通过提高低频启动过程保护的保护定值，可提高发电机变频启动过程中初始极低频率阶段保护的可靠性，发电机频率高于设定值时，保护可取较灵敏定值，保证保护的灵敏性。

Description

一种发电机低频启动过程保护方法及装置
技术领域
本发明涉及继电保护领域，具体地涉及一种发电机基于频率比率制动原理的低频启动过程保护方法及装置。
背景技术
大型抽水蓄能发电机组、燃气轮机组及新型调相机组等由于运行工况特殊，一般无法自行启动，通常采用静止变频器(SFC)启动，从零赫兹逐步拖动至额定频率附近，然后检同期并网。因此与常规火电、水电等机组不同，抽水蓄能机组、燃气轮机组及新型调相机组在启动阶段定子、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，在初始阶段频率极低。由于常规电磁式互感器随频率降低传变特性变差，尤其是初始阶段频率很低时，互感器进入深度饱和，传变误差很大，严重影响低频启动过程保护性能，为减少保护误动风险，一般需要采用较高定值，但在频率较高阶段灵敏度又很低，因此难以兼顾较高频率段保护灵敏度和极低频率段保护可靠性。
发明内容
本发明的目的是：针对抽水蓄能机组、燃气轮机组及调相机组静止变频器启动过程特点，提出一种发电机低频启动过程保护方法，根据常规电磁式电流互感器传变特性随频率降低逐渐变差的特征，采用频率比率制动方法，在发电机组变频启动过程中初始极低频率阶段提高保护的可靠性，在发电机组进入较高频率阶段，保护恢复为较灵敏定值，保证了保护的灵敏性。
为了达成上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种发电机低频启动过程保护方法，包括：
采集发电机的机端侧电压；
计算发电机的机端侧电压频率；
当计算得到的机端侧电压频率值高于频率制动低频投入定值时，将各保护的原保护定值保持不变；当计算得到的机端侧电压频率值低于频率制动低频投入定值时，将原保护定值提高相应的倍数；所述相应的倍数计算方式为：频率偏差值乘以比率制动系数定值。
优选的实施例中，所述各保护包括：差动保护、过电流保护、零序过电压保护。
优选的实施例中，还包括：
采集发电机的机端侧电流、中性点侧电流和零序电压；
采用不受频率变化影响的算法计算发电机的机端侧电压频率、机端侧和中性点侧电流幅值和差动电流幅值、中性点侧零序电压幅值。
优选的实施例中，对于差动保护，如果满足式(1)的判据，则判为相间短路故障；保护判据为：
Figure BDA0002439958170000021
其中，Icd为差动电流幅值、Kzd1为差动保护的频率比率制动系数定值、fzd为频率制动低频投入定值、ff为机端侧电压频率、Icdzd为差动启动定值。
优选的实施例中，对于过电流保护，如果满足式(2)的判据，则判为相间短路故障；保护判据为：
Figure BDA0002439958170000022
其中，Ifn为中性点侧电流幅值、Kzd2为过电流保护的频率比率制动系数定值、fzd为频率制动低频投入定值、ff为机端侧电压频率、Izd为过电流定值。
优选的实施例中，对于零序过电压保护，如果满足式(3)的判据，则判为单相接地短路故障；保护判据为：
Figure BDA0002439958170000031
其中，U0n为中性点侧零序电压幅值、Kzd3为零序过电压保护的频率比率制动系数定值、fzd为频率制动低频投入定值、ff为机端侧电压频率、U0zd为零序过电压定值。
优选的实施例中，所述不受频率变化影响的算法包括过零点积分算法或电流峰值判别法。
本发明同时提出了一种发电机低频启动过程保护装置，包括依次连接的采样模块、计算模块、逻辑判别模块、出口模块，其中：
所述采样模块，用于采集发电机的机端侧电压和电流、中性点侧电流和零序电压；
所述计算模块，用于对采样模块采集的电气量数据幅值、频率进行计算；
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；其中，当计算得到的机端侧电压频率值高于频率制动低频投入定值时，将各保护的原保护定值保持不变；当计算得到的机端侧电压频率值低于频率制动低频投入定值时，将原保护定值提高相应的倍数；所述相应的倍数计算方式为：频率偏差值乘以比率制动系数定值；
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。
优选的实施例中，所述各保护包括：差动保护、过电流保护、零序过电压保护。
优选的实施例中，所述计算模块中采用不受频率变化影响的算法计算发电机的机端侧电压频率、机端侧和中性点侧电流幅值和差动电流幅值、中性点侧零序电压幅值。
本发明的有益效果是：采用基于频率比率制动原理的低频启动过程保护方法，在发电机组变频启动过程中初始极低频率阶段提高了保护的可靠性，在发电机组进入较高频率阶段提高了保护的灵敏性，且本发明运算量不大，便于程序实现。
附图说明
图1是本发明发电机低频启动过程保护方法的实施例1示意图；
图2是本发明中发电机组低频启动过程保护所取电压和电流测量示意图，图中G为发电机，T为发电机连接的变压器，PT为电压互感器，CT为电流互感器。
图3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进行详细说明。
如图1所示，本发明的一种发电机低频启动过程保护方法实施例一，包括：
S1：采集发电机的机端侧电压。
S2：计算发电机的机端侧电压频率。
S3：当计算得到的机端侧电压频率值高于频率制动低频投入定值时，将各保护的原保护定值保持不变；当计算得到的机端侧电压频率值低于频率制动低频投入定值时，将原保护定值提高相应的倍数；所述相应的倍数计算方式为：频率偏差值乘以比率制动系数定值。所述各保护包括差动保护、过电流保护、零序过电压保护。
通过上述方法，可提高发电机变频启动过程中初始极低频率阶段保护的可靠性，发电机频率高于频率制动低频投入定值时，保护可取较灵敏定值，保证保护的灵敏性。
本发明的一种发电机低频启动过程保护方法实施例二，包括：
S21：采集发电机的机端侧电压和电流、中性点侧电流和零序电压。
S22：采用不受频率变化影响的算法计算发电机的机端侧电压频率、机端侧和中性点侧电流幅值和差动电流幅值、中性点侧零序电压幅值。其中，不受频率变化影响的算法包括过零点积分算法或电流峰值判别法。
S23：当计算得到的机端侧电压频率值高于频率制动低频投入定值时，将各保护的原保护定值保持不变；当计算得到的机端侧电压频率值低于频率制动低频投入定值时，将原保护定值提高相应的倍数；所述相应的倍数计算方式为：频率偏差值乘以比率制动系数定值。所述各保护包括差动保护、过电流保护、零序过电压保护。
对于差动保护，如果满足式(1)的判据，则判为相间短路故障；
保护判据为：
Figure BDA0002439958170000051
其中，Icd为差动电流幅值、Kzd1为差动保护的频率比率制动系数定值、fzd为频率制动低频投入定值、ff为机端侧电压频率、Icdzd为差动启动定值。差动启动定值Icdzd可在0.05～1倍发电机额定电流范围内取值，频率制动低频投入定值fzd可在0.5～25Hz范围内取值，频率比率制动系数定值Kzd1可在0.1～5范围内取值。
对于过电流保护，如果满足式(2)的判据，则判为相间短路故障；保护判据为：
Figure BDA0002439958170000061
其中，Ifn为中性点侧电流幅值、Kzd2为过电流保护的频率比率制动系数定值、fzd为频率制动低频投入定值、ff为机端侧电压频率、Izd为过电流定值。过电流定值Izd可在0.05～10A范围内取值，频率制动低频投入定值fzd可在0.5～25Hz范围内取值，频率比率制动系数定值Kzd2可在0.1～5范围内取值，延时定值t1zd可在0.05～10s范围内取值。
对于零序过电压保护，如果满足式(3)的判据，则判为单相接地短路故障；保护判据为：
Figure BDA0002439958170000062
其中，U0n为中性点侧零序电压幅值、Kzd3为零序过电压保护的频率比率制动系数定值、fzd为频率制动低频投入定值、ff为机端侧电压频率、U0zd为零序过电压定值。零序过电压定值U0zd可在0.1～20V范围内取值，频率制动低频投入定值fzd可在0.5～25Hz范围内取值，频率比率制动系数定值Kzd3可在0.1～5范围内取值，延时定值t2zd可在0.05～10s范围内取值。
本发明还公开了一种发电机组低频启动过程保护装置实施例如图3所示，接线图如图2所示，从发电机组机端PT采集机端侧电压，从机端CT采集机端侧电流，从中性点CT采集中性点侧电流，从中性点接地变副边采集中性点侧零序电压。所属装置包括依次连接的采样模块、计算模块、逻辑判别模块、出口模块，其中：
所述采样模块，用于采集发电机的机端侧电压和电流、中性点侧电流和零序电压。
所述计算模块，用于对采样模块采集的电气量数据幅值、频率进行计算。
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；其中，当计算得到的机端侧电压频率值高于频率制动低频投入定值时，将各保护的原保护定值保持不变；当计算得到的机端侧电压频率值低于频率制动低频投入定值时，将原保护定值提高相应的倍数；所述相应的倍数计算方式为：频率偏差值乘以比率制动系数定值。
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。
优选的实施例中，所述各保护包括：差动保护、过电流保护、零序过电压保护。
优选的实施例中，所述计算模块中采用不受频率变化影响的算法计算发电机的机端侧电压频率、机端侧和中性点侧电流幅值和差动电流幅值、中性点侧零序电压幅值。
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 (10)

1.一种发电机低频启动过程保护方法，其特征是，包括：
采集发电机的机端侧电压；
计算发电机的机端侧电压频率；
当计算得到的机端侧电压频率值高于频率制动低频投入定值时，将各保护的原保护定值保持不变；当计算得到的机端侧电压频率值低于频率制动低频投入定值时，将原保护定值提高相应的倍数；所述相应的倍数计算方式为：频率偏差值乘以频率比率制动系数定值；所述频率偏差值的计算方法为：所述频率制动低频投入定值减去所述机端侧电压频率值再除以频率制动低频投入定值。
2.根据权利要求1所述的发电机低频启动过程保护方法，其特征是：所述各保护包括：差动保护、过电流保护、零序过电压保护。
3.根据权利要求1所述的发电机低频启动过程保护方法，其特征是，还包括：
采集发电机的机端侧电流、中性点侧电流和零序电压；
采用不受频率变化影响的算法计算发电机的机端侧电压频率、机端侧和中性点侧电流幅值和差动电流幅值、中性点侧零序电压幅值。
4.根据权利要求2所述的发电机低频启动过程保护方法，其特征是：
对于差动保护，如果满足式(1)的判据，则判为相间短路故障；
保护判据为：
Figure FDA0003501383150000011
其中，Icd为差动电流幅值、Kzd1为差动保护的频率比率制动系数定值、fzd为频率制动低频投入定值、ff为机端侧电压频率、Icdzd为差动启动定值。
5.根据权利要求2所述的发电机低频启动过程保护方法，其特征是：对于过电流保护，如果满足式(2)的判据，则判为相间短路故障；
保护判据为：
Figure FDA0003501383150000021
其中，Ifn为中性点侧电流幅值、Kzd2为过电流保护的频率比率制动系数定值、fzd为频率制动低频投入定值、ff为机端侧电压频率、Izd为过电流定值。
6.根据权利要求2所述的发电机低频启动过程保护方法，其特征是：
对于零序过电压保护，如果满足式(3)的判据，则判为单相接地短路故障；
保护判据为：
Figure FDA0003501383150000022
其中，U0n为中性点侧零序电压幅值、Kzd3为零序过电压保护的频率比率制动系数定值、fzd为频率制动低频投入定值、ff为机端侧电压频率、U0zd为零序过电压定值。
7.根据权利要求3所述的发电机低频启动过程保护方法，其特征是：所述不受频率变化影响的算法包括过零点积分算法或电流峰值判别法。
8.一种发电机低频启动过程保护装置，其特征是：包括依次连接的采样模块、计算模块、逻辑判别模块、出口模块，其中：
所述采样模块，用于采集发电机的机端侧电压和电流、中性点侧电流和零序电压；
所述计算模块，用于对采样模块采集的电气量数据幅值、频率进行计算；
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；其中，当计算得到的机端侧电压频率值高于频率制动低频投入定值时，将各保护的原保护定值保持不变；当计算得到的机端侧电压频率值低于频率制动低频投入定值时，将原保护定值提高相应的倍数；所述相应的倍数计算方式为：频率偏差值乘以频率比率制动系数定值；所述频率偏差值的计算方法为：所述频率制动低频投入定值减去所述机端侧电压频率值再除以频率制动低频投入定值；
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.根据权利要求8所述的发电机低频启动过程保护装置，其特征是：所述各保护包括：差动保护、过电流保护、零序过电压保护。
10.根据权利要求8所述的发电机低频启动过程保护装置，其特征是，
所述计算模块中采用不受频率变化影响的算法计算发电机的机端侧电压频率、机端侧和中性点侧电流幅值和差动电流幅值、中性点侧零序电压幅值。
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