CN111509668B - 一种调相机失磁保护方法、装置和电子设备 - Google Patents

一种调相机失磁保护方法、装置和电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于突变量判据的调相机失磁保护方法及装置，其特征是：采集调相机定子电压和电流、转子电压，计算调相机定子电压、无功功率、转子电压值及其突变量，根据调相机定子电压、无功功率值、转子电压及其变化量的幅值和方向，综合判断出调相机失磁故障，经过短延时保护后进行报警或跳闸，可提高调相机失磁故障的保护灵敏度和其他异常运行或故障下的可靠性。

Description

一种调相机失磁保护方法、装置和电子设备
技术领域
本申请涉及继电保护领域，具体地涉及一种调相机失磁故障保护方法、保护装置及电子设备。
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，正常运行时发出或吸收无功功率，无有功功率输出，与常规发电机运行方式差异大，常规发电机失磁保护难以在大型同步调相机中应用。已有的调相机失磁保护多采用稳态的电压、无功功率等判据构成，定值整定较高，灵敏度较低，需研究新的失磁保护判据以进一步提高失磁故障检测灵敏度，并防止异常运行或故障情况时误动。
发明内容
本申请的目的是：针对调相机失磁故障特征，并将失磁故障特征与区外故障(即失磁保护保护范围之外的故障)及系统故障等特征相区分，提出一种调相机失磁保护方法、保护装置及电子设备，利用调相机定子电压、无功功率、转子电压及其变化量、变化速率和方向等，综合判别调相机失磁故障，可提高调相机失磁故障的保护灵敏度和其他异常运行或故障下的可靠性。
根据本申请的示例实施例，提供如下技术方案：
一种用于调相机失磁保护的方法，包括：
采集调相机定子电压和电流、转子电压；
计算调相机定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值；
根据所述定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值，判断调相机失磁故障。
根据一些实施例，其中，所述根据所述定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值判断调相机失磁故障，包括，若同时满足定子电压及其变化量条件，无功功率及其变化量、无功功率微分量条件，转子电压条件，而不满足定子电压突增条件，则判定为失磁故障。
根据一些实施例，其中，所述定子电压及其变化量条件为：
Figure BDA0002464105920000021
其中，Uf为定子电压值，Ufzd为定子低电压定值，ΔUf为定子电压变化量，ΔUfzd1为定子电压突减定值。
根据一些实施例，其中，所述ΔUf采用下式计算：
ΔUf＝Ufn-Ufo，
其中，Ufn为调相机当前时刻的定子电压，Ufo为调相机T时刻前的定子电压。
根据一些实施例，其中，T为：0.02s～1s。
根据一些实施例，其中，所述定子低电压定值Ufzd为0.9～1.0倍调相机额定电压，所述定子电压突减定值ΔUfzd1为：0.5～5V。
根据一些实施例，其中，所述无功功率及其变化量、无功功率微分量条件为：
Figure BDA0002464105920000031
其中，Qf为无功功率，ΔQf为无功功率变化量，
Figure BDA0002464105920000032
为无功功率变化速率，KQ为无功功率变化速率定值，ΔQfzd为无功功率突减定值，Qfzd为逆向无功功率定值。
根据一些实施例，其中，所述ΔQf采用下式计算：
ΔQf＝Qfn-Qfo，
其中，Qfn为调相机当前时刻的无功功率，Qfo为调相机T时刻前的无功功率。
根据一些实施例，其中，T为：0.02s～1s。
根据一些实施例，其中，所述
Figure BDA0002464105920000033
采用下式计算：
Figure BDA0002464105920000034
其中，t为当前时刻，t1为当前时刻之前的某一时刻，Qft为当前时刻的无功功率，Qft1为t1时刻的无功功率。
根据一些实施例，其中，t与t1时刻间隔为：20～100ms。
根据一些实施例，其中，所述无功功率突减定值ΔQfzd为0.05～0.25倍调相机额定功率，所述无功功率变化速率定值KQ为0.05～0.25倍调相机额定功率/s，所述逆向无功功率定值Qfzd为0.1～0.5倍调相机额定功率。
根据一些实施例，其中，所述转子电压条件为：
Ur＜Urzd
其中，Ur为转子电压值，Urzd为转子低电压定值。
根据一些实施例，其中，所述转子低电压定值Urzd为0.2～0.8倍调相机空载额定励磁电压。
根据一些实施例，其中，所述定子电压突增条件为：
ΔUf＞ΔUfzd2
其中，ΔUf为定子电压变化量，ΔUfzd2为定子电压突增定值。
根据一些实施例，其中，所述ΔUf采用下式计算：
ΔUf＝Ufn-Ufo，
Ufn为调相机当前时刻的定子电压，Ufo为调相机T时刻前的定子电压。
根据一些实施例，其中，T为：0.02s～1s。
根据一些实施例，其中，所述定子电压突增定值ΔUfzd2为：0.1～2V。
根据一些实施例，其中，所述根据所述定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值判断调相机失磁故障，包括，若满足定子电压突增条件，则判断为非失磁故障，同时将定子电压及其变化量条件的判断，无功功率及其变化量、无功功率微分量条件的判断，转子电压条件的判断闭锁一段时间后重启。
根据一些实施例，其中，所述闭锁时间为2～10s。
根据一些实施例，其中，所述根据所述定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值判断调相机失磁故障，包括，若满足定子电压及其变化量条件，无功功率及其变化量、无功功率微分量条件，转子电压条件中的任一个，接着判断是否满足定子电压突增条件，如果满足所述定子电压突增条件，则将定子电压及其变化量条件的判断，无功功率及其变化量、无功功率微分量条件的判断，转子电压条件的判断闭锁一段时间后重启。
根据一些实施例，其中，所述闭锁时间为2～10s。
根据一些实施例，还包括，若判断结果为故障，则执行保护动作。
根据一些实施例，所述保护动作为报警或跳闸。
根据一些实施例，在执行所述保护动作之前延时0.5～5s。
根据本申请另一方面，提供一种调相机失磁保护装置，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、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进行逻辑判断；
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。
根据本申请又一方面，提供一种用于调相机失磁保护的电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的方法。
本申请的有益效果是：采用根据本申请的调相机失磁保护方法，可靠区分系统振荡等异常运行或故障特征，可提高调相机失磁故障保护灵敏度，且本申请运算量不大，便于程序实现。
附图说明
图1是根据本申请示例实施例的调相机失磁保护装置电压测量和电流测量示意图；
图2是根据本申请示例实施例的调相机失磁保护方法的示意图；
图3是根据本申请示例实施例的调相机失磁保护方法的逻辑示意图；
图4是根据本申请示例实施例的调相机失磁保护装置的组成框图。
具体实施方式
以下将结合附图对本申请的技术方案进行详细说明。
本申请提供一种用于调相机失磁保护的方法。图2是根据本申请示例实施例的调相机失磁保护方法的示意图。如图2所示，调相机失磁保护方法包括：S10电参数采样、S20计算电参数及其变化量以及S30故障判定。
在S10中，对调相机的相关电参数进行采样。图1示出了对调相机的电压、电流进行采样的示意图。图1中，G为调相机，T为与调相机连接的变压器，PT为调相机机端电压互感器，CT为调相机机端电流互感器，Ur为调相机转子电压。从调相机机端PT采集调相机定子电压，从调相机机端CT采集调相机定子电流，从转子绕组侧采集转子电压。
在S20中，根据采样的电压、电流计算调相机电参数幅值及其变化量。具体的，首先计算定子电压Uf、无功功率Qf、转子电压Ur。根据所得到的定子电压Uf、无功功率Qf、转子电压Ur，利用式(1)计算定子电压变化量ΔUf、无功功率变化量ΔQf、无功功率变化速率
Figure BDA0002464105920000061
计算方法为：
Figure BDA0002464105920000062
其中，Ufn、Qfn为调相机当前时刻的定子电压、无功功率，Ufo、Qfo为调相机T时刻前的定子电压、无功功率，T一般可取0.02s～1s，t为当前时刻，t1为当前时刻之前的某一时刻，Qft为当前时刻的无功功率，Qft1为t1时刻的无功功率，t与t1时刻间隔取20～100ms。
在S30中，根据S20中所得到的数据判定故障是否存在。如果定子电压Uf、定子电压变化量ΔUf，满足下面的式(2)，则判别为失磁保护定子电压判据(也称“定子电压及其变化量条件”)成立并保持该判定结果一段时间，在保持期间持续判别ΔUf是否满足下面的式(3)，即定子电压突增判据(也称“定子电压突增条件”)，如满足，则整组复归失磁保护定子电压判据、无功功率判据(也称“无功功率及其变化量、微分量条件”)、转子电压判据(也称“转子电压条件”)，并短时闭锁失磁保护定子电压判据、无功功率判据、转子电压判据的判断，闭锁时间躲过系统最长振荡时间，一般取2～10s。
判别方法为：
Figure BDA0002464105920000071
其中，ΔUfzd1为定子电压突减定值，Ufzd定子低电压定值。
ΔUf＞ΔUfzd2 式(3)
其中，ΔUfzd2为定子电压突增定值。
根据所得到的无功功率Qf、无功功率变化量ΔQf，无功功率变化速率
Figure BDA0002464105920000072
如满足下面的式(4)，则判别为失磁保护无功功率判据动作并保持，当式(4)中的判据不满足时返回。
判别方法为：
Figure BDA0002464105920000073
其中，ΔQfzd为无功功率突减定值，KQ为无功功率变化速率定值，Qfzd为逆向无功功率定值。
根据所得到的转子电压Ur，如满足下面的式(5)，则判别为失磁保护转子电压判据成立。
判别方法为：
Ur＜Urzd 式(5)
其中，Urzd为转子低电压定值。
当判别上述的定子电压判据、无功功率判据、转子电压判据均成立时，失磁保护整组启动，经延时Ta进行报警，或经延时Tb进行跳闸。
其中，定子电压突减定值ΔUfzd1可在0.5～5V范围内取值，定子电压突增定值ΔUfzd2可在0.1～2V范围内取值，定子低电压定值Ufzd可在0.9～1.0倍调相机额定电压范围内取值，无功功率突减定值ΔQfzd可在0.05～0.25倍调相机额定功率范围内取值，无功功率变化速率定值KQ可在0.05～0.25倍调相机额定功率/s范围内取值，逆向无功功率定值Qfzd可在0.1～0.5倍调相机额定功率范围内取值，转子低电压定值Urzd可在0.2～0.8倍调相机空载额定励磁电压范围内取值，延时Ta和Tb可在0.5～5s范围内取值。
上述判定过程可以通过图3所示的逻辑示意图更清晰的展示。图3中，最左侧由上到下依次是转子电压突增条件，定子电压及其变化量条件，无功功率及其变化量、无功功率微分量条件以及转子电压条件。
定子电压及其变化量条件中，定子电压条件与定子电压变化量条件是逻辑“与”的关系。当定子电压变化量条件满足时，判定条件成立并且该判定结果从0时刻保持到T2时刻，如果在保持期间，定子电压条件也满足，则定子电压及其变化量条件整体成立。0时刻到T2时刻的时间间隔为：0～10s+实际整定值，通常为500ms+实际整定值，整定值一般在0～10s范围内。
无功功率及其变化量、无功功率微分量条件中，无功功率条件、无功功率变化量条件及无功功率微分量条件也是逻辑“与”的关系。当无功功率变化量条件满足时，判断条件成立并且该判定结果从0时刻保持到T3时刻，当无功功率微分量条件满足时，判断条件成立并且该判定结果从0时刻保持到T4时刻，如果在二者保持期间，无功功率条件也满足，则无功功率及其变化量、无功功率微分量条件整体成立。0时刻到T3时刻的时间间隔为：0～10s+实际整定值，通常为500ms+实际整定值，整定值一般在0～10s范围内；0时刻到T4时刻的时间间隔为：0～10s+实际整定值，通常为500ms+实际整定值，整定值一般在0～10s范围内。
转子电压突增条件满足时，判断条件成立并且该判定结果从0时刻保持到T1时刻。0时刻到T1时刻的时间间隔为：0～10s+实际整定值，通常为500ms+实际整定值，整定值一般在0～10s范围内。
根据一些实施例，在S20中，如果判定定子电压及其变化量条件、无功功率及其变化量、无功功率微分量条件，转子电压条件均成立，且定子电压突增条件不成立，则判定为失磁故障，失磁保护整组启动。
根据一些实施例，在S20中，如果判定定子电压突增条件成立，则将判定定子电压及其变化量条件、无功功率及其变化量、无功功率微分量条件、转子电压条件的判断闭锁一段时间后重启。闭锁时间躲过系统最长振荡时间，一般取2～10s。可以确定，此时的故障不是失磁故障，而是例如区外故障、系统振荡等非失磁故障。通过此种设置，可以将非失磁故障排除，避免失磁保护装置误动作。
根据一些实施例，在S20中，如果判定定子电压及其变化量条件、无功功率及其变化量、无功功率微分量条件、转子电压条件中任一个成立，接着判断定子电压突增条件是否成立，如果成立，则将定子电压及其变化量条件、无功功率及其变化量、无功功率微分量条件、转子电压条件的判断闭锁一段时间后重启。闭锁时间躲过系统最长振荡时间，一般取2～10s。
另外，根据本申请另一方面的示例实施例，还提供如图4所示的一种基于突变量判据的调相机失磁保护装置，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、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。
根据本申请又一方面的示例实施例，还提供一种用于调相机失磁保护的电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上所述的方法。
以上实施例仅为说明本申请的技术思想，不能以此限定本申请的保护范围，凡是按照本申请提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本申请保护范围之内。

Claims (20)

1.一种用于调相机失磁保护的方法，包括：
采集调相机定子电压和电流、转子电压；
计算调相机定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值；
根据所述定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值，判断调相机失磁故障；
若同时满足定子电压及其变化量条件，无功功率及其变化量、无功功率微分量条件，转子电压条件，而不满足定子电压突增条件，则判定为失磁故障；
所述定子电压及其变化量条件为：
Figure FDA0003589721850000011
其中，Uf为定子电压值，Ufzd为定子低电压定值，ΔUf为定子电压变化量，ΔUfzd1为定子电压突减定值；
所述无功功率及其变化量、无功功率微分量条件为：
Figure FDA0003589721850000012
其中，Qf为无功功率，ΔQf为无功功率变化量，
Figure FDA0003589721850000013
为无功功率变化速率，KQ为无功功率变化速率定值，ΔQfzd为无功功率突减定值，Qfzd为逆向无功功率定值；
所述转子电压条件为：
Ur＜Urzd
其中，Ur为转子电压值，Urzd为转子低电压定值；
所述定子电压突增条件为：
ΔUf＞ΔUfzd2
其中，ΔUf为定子电压变化量，ΔUfzd2为定子电压突增定值。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述ΔUf采用下式计算：
ΔUf＝Ufn-Ufo，
其中，Ufn为调相机当前时刻的定子电压，Ufo为调相机T时刻前的定子电压。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，T为：0.02s～1s。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定子低电压定值Ufzd为0.9～1.0倍调相机额定电压，所述定子电压突减定值ΔUfzd1为：0.5～5V。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述ΔQf采用下式计算：
ΔQf＝Qfn-Qfo，
其中，Qfn为调相机当前时刻的无功功率，Qfo为调相机T时刻前的无功功率。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，T为：0.02s～1s。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述
Figure FDA0003589721850000021
采用下式计算：
Figure FDA0003589721850000022
其中，t为当前时刻，t1为当前时刻之前的某一时刻，Qft为当前时刻的无功功率，Qft1为t1时刻的无功功率。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，t与t1时刻间隔为：20～100ms。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述无功功率突减定值ΔQfzd为0.05～0.25倍调相机额定功率，所述无功功率变化速率定值KQ为0.05～0.25倍调相机额定功率/s，所述逆向无功功率定值Qfzd为0.1～0.5倍调相机额定功率。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述转子低电压定值Urzd为0.2～0.8倍调相机空载额定励磁电压。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述定子电压突增定值ΔUfzd2为：0.1～2V。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值判断调相机失磁故障，包括，若满足定子电压突增条件，则判断为非失磁故障，同时将定子电压及其变化量条件的判断，无功功率及其变化量、无功功率微分量条件的判断，转子电压条件的判断闭锁一段时间后重启。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，闭锁时间为2～10s。
14.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值判断调相机失磁故障，包括，若满足定子电压及其变化量条件，无功功率及其变化量、无功功率微分量条件，转子电压条件中的任一个，接着判断是否满足定子电压突增条件，如果满足所述定子电压突增条件，则将定子电压及其变化量条件的判断，无功功率及其变化量、无功功率微分量条件的判断，转子电压条件的判断闭锁一段时间后重启。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，闭锁时间为2～10s。
16.根据权利要求1所述的方法，还包括，若判断结果为故障，则执行保护动作。
17.根据权利要求16所述的方法，所述保护动作为报警或跳闸。
18.根据权利要求16所述的方法，在执行所述保护动作之前延时0.5～5s。
19.一种调相机失磁保护装置，其特征在于，所述调相机失磁保护装置执行如权利要求1-18中任一所述的方法，所述调相机失磁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，采集调相机定子电压和电流、转子电压；
所述计算模块用于对采样数据幅值、幅值变化量进行计算，计算调相机定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值；
所述逻辑判别模块用于根据计算模块的结果进行逻辑判断，根据所述定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值，判断调相机失磁故障；
其中，若所述逻辑判别模块判断出，所述调相机定子电压值及其变化量、无功功率值及其变化量、转子电压值同时满足定子电压及其变化量条件，无功功率及其变化量、无功功率微分量条件，转子电压条件，而不满足定子电压突增条件，则所述逻辑判别模块判定发生调相机失磁故障；
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。
20.一种用于调相机失磁保护的电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储装置，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-18中任一所述的方法。
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