CN111641189A - 水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法，包括：根据整定的发电机直轴同步电抗、发电机交轴同步电抗、发电机组系统联系阻抗，在R‑X平面直接画出水滴状的失磁保护静稳阻抗圆，同时根据低励限制定值，将低励限制的定值由P‑Q平面直接转换到R‑X平面上，自动生成低励限制曲线，用于失磁保护和低励限制之间配合的校核。本发明能够防止发电机失磁保护误动作，降低机组非故障停机率。

Description

水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法

技术领域

本发明涉及水力发电技术领域，尤其涉及一种水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法。

背景技术

根据《DL/T 1870-2018电力系统网源协调技术规范》规定，网源协调的要求越来越高，失磁保护与低励限制的配合关系，是网源协调配合中比较重要的一部分。但对于水轮机失磁保护一般选用了静稳圆作为阻抗判据，由于xq与xd不相等，实际的静稳圆为水滴状静稳圆，而非圆状。水滴状静稳圆整定简单，能够反映水轮发电机的失磁故障，低励、失磁发电机在进入异步圆之前，必先通过静稳圆。对于网源协调定值校核时，在R-X平面上画静稳圆轨迹是一个难点，如何将失磁保护阻抗动作圆与低励限制转化到一个坐标系下也是一个难点。因此，如何确定两者之间的配合关系至关重要。否则，无法有效保证低励限制先于发电机失磁保护动作，降低机组非故障停机率。

发明内容

本发明的目的是提供一种水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法，以解决上述技术问题。

本发明提供了一种水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法，包括：

根据整定的发电机直轴同步电抗、发电机交轴同步电抗、发电机组系统联系阻抗，在R-X平面直接画出水滴状的失磁保护静稳阻抗圆，同时根据低励限制定值，将低励限制的定值由P-Q平面直接转换到R-X平面上，自动生成低励限制曲线，用于失磁保护和低励限制之间配合的校核。

进一步地，该方法基于发电机机端测量的有功P、无功Q及电压U通过计算进行点对点转换，拟合生成低励限制曲线。

进一步地，按照下述方法进行失磁保护和低励限制之间配合的校核：

使P-Q平面上失磁保护静稳阻抗圆处在低励限制曲线的左方,且相互之间的裕度充分合理、过渡平稳。

借由上述方案，通过水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法，能够在R-X平面直接画出水滴状的静稳圆，将失磁保护阻抗动作圆与低励限制转化到一个坐标系下，得到失磁保护和低励限制之间配合关系，通过定值配合自动校核，防止发电机失磁保护误动作，降低机组非故障停机率。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1为应用本发明会出的凸极机静稳极限阻抗圆；

图2为导则中的静稳极限阻抗圆；

图3为本发明失磁与低励限制特性曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本实施例提供了一种水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法，包括：根据整定的发电机直轴同步电抗、发电机交轴同步电抗、发电机组系统联系阻抗，在R-X平面直接画出水滴状的失磁保护静稳阻抗圆，同时根据低励限制定值，将低励限制的定值由P-Q平面直接转换到R-X平面上，自动生成低励限制曲线，用于失磁保护和低励限制之间配合的校核。

该水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法，能够在R-X平面直接画出水滴状的静稳圆，将失磁保护阻抗动作圆与低励限制转化到一个坐标系下，得到失磁保护和低励限制之间配合关系，通过定值配合自动校核，防止发电机失磁保护误动作，降低机组非故障停机率。

在本实施例中，按照下述方法进行失磁保护和低励限制之间配合的校核：

使P-Q平面上失磁保护静稳阻抗圆处在低励限制曲线的左方,且相互之间的裕度充分合理、过渡平稳。

下面对本发明作进一步详细说明。

1、凸极发电机失磁保护静稳阻抗圆曲线的自动生成

凸极发电机失磁保护静稳阻抗圆的，根据发电机机端电压、电流以及发电机静稳极限功角δ_j，机端静稳边界阻抗。

其中，Z_zd为发电机机端测量阻抗，R为发电机机端测量阻抗电阻部分，X为发电机机端测量阻抗电抗部分，Y_s为静稳极限时无穷大母线处的测量导纳，X_d∑＝x_s+x_d，X_q∑＝x_s+x_q，x_d、x_q分别为发电机直轴同步电抗、交轴同步电抗，x_s为系统联系阻抗，

可根据δ_j变量在R-X平面上画出静稳圆的边界曲线，曲线呈水滴状，为帕斯卡蜗线。

在一具体实例中，某水轮发电机的x_q＝54.80Ω，x_d＝82.6Ω，x_s＝9.9Ω。

对于静稳阻抗圆，由于是帕斯卡蜗线，实际曲线可以根据R、X的值拟合出来。对于灵敏度δ_j在0～2π之间的，将其等分为24个点，利用公式编辑器，对对应的δ_j求出R、X，如图1中实心点，通过散点图可拟合为曲线。简单快捷的画出凸极机的静稳阻抗圆。

图1中上边界为Xs，下边界为-Xq。与DL/T 684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》整定方法中的上边界

与下边界

一致(图2为导则中的静稳极限阻抗圆)，可见根据上述公式(2)(3)的得出的曲线与整定计算书中的曲线一致，反映了发电机失磁的静稳边界阻抗。

2、低励限制曲线转换至R-X平面

励磁系统的低励限制为P-Q平面定值，需将其转化到R-X平面上，如何准确简单转换也是难点中重点。不同型号的励磁系统，低励限制曲线不一样，常见的为折线或直线。

对于发电机机端测量有功P和无功Q有

其中U、I分别为发电机机端线电压、线电流。考虑到

以及I²＝U²/(R²+X²)可得：

P＝RI²＝U²R/(R²+X²) (4)

Q＝XI²＝U²X/(R²+X²) (5)

对于低励限制定值一般为直线或折线，根据(4)(5)公式可转化为R-X平面的曲线。

为了简化转换，采用点对点转换的方式，再进行曲线拟合的方式进行曲线自动生成的方法。

利用P、Q、U(相电压)计算进行点对点转换：

S＝(P²+Q²)^0.5、

I＝S/U(相电流)；Z＝U/I；

其中，对于电压U，可以根据实际情况，留有一定的裕度，一般选取0.95UN、1.0UN和1.05UN，拟合三条曲线。如表1、表2、表3所示。

在一具体实例中，水电站的低励限制定值为(0，-0.45)(0.5，-0.213)(1,-0.225)数值为标幺值。将低励限制定值(P-Q平面)转化为R-X平面上，得到在R-X平面上的特性曲线(如图3所示)。

表1 0.95U_N电压下低励限制转换关系表

表2 1.00U_N电压下低励限制转换关系表

表3 1.05U_N电压下低励限制转换关系表

3、定值配合自动校核

在发电机安全运行允许范围内，确保充分发挥发电机组过载能力的同时确保“励磁先动、保护后动，并且均在发电机允许极限能力范围内”失磁保护的静稳圆内为动作区，低励限制曲线动作在曲线上。

从低励限制、失磁保护的原理和动作行为可得到相互配合原则:发电机从失磁到最后失稳或失步,机端测量阻抗和功率都应该先进入低励限制区,然后过渡到失磁保护圆(静稳圆或异步圆),在P-Q平面上失磁保护阻抗圆处在低励限制线的左方,且相互之间的裕度充分合理、过渡平稳。

配合校核是否符合要求，可以从静稳圆和低励限制曲线的位置，直接得出结论。

通过该水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法，在同一坐标系下，可以明确看出失磁保护和低励限制之间配合关系，二者之间合理、科学的配合，能防止发电机失磁保护误动作，降低机组非故障停机率。将发电机失磁保护定值与励磁系统低励限制配合，保证后者先于失磁保护动作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法，其特征在于，包括：

根据整定的发电机直轴同步电抗、发电机交轴同步电抗、发电机组系统联系阻抗，在R-X平面直接画出水滴状的失磁保护静稳阻抗圆，同时根据低励限制定值，将低励限制的定值由P-Q平面直接转换到R-X平面上，自动生成低励限制曲线，用于失磁保护和低励限制之间配合的校核。

2.根据权利要求1所述的水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法，其特征在于，基于发电机机端测量的有功P、无功Q及电压U通过计算进行点对点转换，拟合生成低励限制曲线。

3.根据权利要求1所述的水轮发电机失磁保护与低励限制曲线自动生成及校核方法，其特征在于，按照下述方法进行失磁保护和低励限制之间配合的校核：

使P-Q平面上失磁保护静稳阻抗圆处在低励限制曲线的左方,且相互之间的裕度充分合理、过渡平稳。

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