CN112993944B - 一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法 - Google Patents

一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112993944B
CN112993944B CN202110162506.2A CN202110162506A CN112993944B CN 112993944 B CN112993944 B CN 112993944B CN 202110162506 A CN202110162506 A CN 202110162506A CN 112993944 B CN112993944 B CN 112993944B
Authority
CN
China
Prior art keywords
circuit breaker
voltage
generator
flashover
grid
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110162506.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112993944A (zh
Inventor
薛磊
孙钢虎
兀鹏越
柴琦
王小辉
贺婷
赵俊博
郭新宇
张立松
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd filed Critical Xian Thermal Power Research Institute Co Ltd
Priority to CN202110162506.2A priority Critical patent/CN112993944B/zh
Publication of CN112993944A publication Critical patent/CN112993944A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112993944B publication Critical patent/CN112993944B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/22—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for distribution gear, e.g. bus-bar systems; for switching devices
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/38—Arrangements for parallely feeding a single network by two or more generators, converters or transformers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明公开了一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法。本发明针对现行断路器闪络保护方法动作延时较长的问题，提出了瞬时动作的闪络保护方法，本发明方法采用了机端电压和主变高压侧母线电压的相角差的动作条件，以及相电流动作元件，可以保证保护的可靠性。本发明提出的继电保护方法，原理简单可靠，可行性较高，符合继电保护基本的“四性”原则，即可靠性、灵敏性、选择性和速动性原则，施行本方法的成本极低，但却能大大提升发电机变压器组并网断路器闪络保护的快速性和可靠性，有较大的应用价值。

Description

一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法
技术领域
本发明属于电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法。
背景技术
电力系统中的故障可分为横向故障和纵向故障，比如单相接地、两相接地、三相接地和相间故障均为横向故障。如果该设备元件配置了差动保护，则能够保证快速切除横向故障。而对于纵向故障，比如断路器闪络，因差动保护无法动作，此类故障通常采用单端电气量判据并经延时后动作切除。
发电机变压器组在进行同步并列的过程中或发电机解列退出运行时，作用于断路器断口上的电压随待并网发电机与系统电势之间相角差的变化而不断变化，当相角差为180°时，断口上的电压最大，为两者电势之和。如果断路器由于质量缺陷或受污秽环境影响，引起绝缘性能劣化，则极易发生闪络放电现象。
闪络保护虽然属于纵向故障，但是其故障特征及故障带来的危害和横向故障相似，闪络故障发生后，发电机和变压器中流过很大的故障电流，不仅直接导致断路器损坏，变压器还会在电动力的作用下发生绕组变形；系统电压被拉低，会破坏系统的稳定运行；流过发电机的负序电流会威胁发电机的安全。
目前，断路器闪络保护依据DL/T684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》进行设置，即断口闪络保护动作的条件是断路器处于断开位置但有负序电流出现，其中负序电流I2,op的整定应躲过正常运行时高压侧最大不平衡电流，一般可取：
Figure BDA0002937107390000011
式中，ITn为变压器高压侧额定电流，na为CT变比。断口闪络保护延时需躲过断路器合闸三相不一致时间，一般整定为0.1s～0.2s。当机端有断路器时，动作于机端断路器跳闸；当机端没有断路器时，动作于灭磁同时启动断路器失灵保护。
尽管配置了断路器闪络保护，近几年来，发电厂发生了多起因主变压器高压侧断路器断口闪络导致的设备损坏事故。文《主变220kV断路器闪络保护动作原因分析》中，浙江某电厂220kV断路器闪络保护动作，8号机跳闸，8号炉MFT，至就地检查，8号主变220kV断路器B相瓷瓶炸裂。文《发电机-变压器组500kV断路器断口闪络故障分析》中，某电厂1号发电机组启动并网，在合入5021-2刀闸时(5021、5022断路器在分位)，发生5021断路器C相断口闪络，断路器闪络保护启动未切除故障，发展成B、C相相间短路后。文《断路器闪络保护与变压器动稳定能力配合关系分析》中，某电厂2号机组处于并网前空载状态，主变压器高压侧断路器C相闪络，断路器C相爆炸，变压器线圈严重损坏；该电厂1号机组，在发电机变压器组与系统解列后，经过大约9s主变高压侧A相开关发生闪络，继而爆炸，变压器低压侧A相线圈近高压侧局部严重变形。
经过分析，当发生闪络故障后，发电机机端电压被拉低，励磁系统为了维持机端电压，增加励磁。由于现代励磁系统具有快速响应的特点，励磁电压在一到两个周波时间内增加到初始空载励磁电压的数倍，励磁电压的增加直接加剧了闪络故障的发展。当经过0.1s～0.2s的延时，闪络保护动作于灭磁时，相比于初始空载励磁电压，此时的励磁电压和励磁电流需要经过更久的灭磁过程，这导致了闪络故障的持续存在。
虽然文《断路器闪络保护与变压器稳定能力配合关系分析》中提出的断路器闪络保护跳开相邻断路器的保护方法能够切除闪络故障，起到保护主设备的作用，但是这牺牲了保护的选择性，即导致相邻设备的失电。因此，就有必要像对待横向故障一样，对闪络保护增加无延时的快速保护，保证闪络故障能够快速切除，对电力设备安全及系统稳定都是极其有利的。
发明内容
本发明的目的在于针对现行发电机变压器组并网断路器闪络保护方法的不足，提出一种动作更快速的发电机变压器组并网断路器闪络保护方法。
为达到上述目的，本发明通过下述技术方案来实现：
一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，包括以下步骤：
1)保护装置采集发电机机端BC线电压和主变压器高压侧母线C相电压，并计算两者的相角差的绝对值
Figure BDA0002937107390000031
2)保护装置采集流过发电机变压器组并网断路器的三相电流IA、IB和IC；
3)当保护装置满足以下条件，发电机变压器组并网断路器闪络保护启动；
(1)断路器闪络保护保护硬压板投入；
(2)断路器闪络保护保护软压板投入；
(3)断路器闪络投退控制字为“1”；
(4)负序电流元件动作；
(5)断路器位置为分位；
4)当发电机变压器组并网断路器闪络保护启动，同时满足相电流元件动作或步骤1)中相角差的绝对值
Figure BDA0002937107390000032
大于150°，断路器闪络保护动作条件满足并动作出口；
5)断路器闪络保护动作条件满足之后，瞬时动作，动作于灭磁同时启动断路器失灵保护。
本发明进一步的改进在于，步骤1)中，发电机机端BC线电压与主变高压侧母线C相电压取自发电机同期并列装置。
本发明进一步的改进在于，根据电厂同期并列装置接线，取发电机机端CA线电压与主变高压侧母线A相电压并计算两者的相角差。
本发明进一步的改进在于，根据电厂同期并列装置接线，取发电机机端AB线电压与主变高压侧B相电压并计算两者的相角差。
本发明进一步的改进在于，相角差的计算方法采用频率不敏感算法。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，负序电流元件动作的条件为流过被保护断路器的负序电流I2大于负序动作电流设定值I2set，其中I2set的计算方法为：
Figure BDA0002937107390000041
式中，ITn为主变压器高压侧额定电流；na为主变压器高压侧CT变比。
本发明进一步的改进在于，步骤3)中，断路器位置为分位是通过断路器三相常开接点取反之后串联得到，即断路器三相皆为分位时，断路器位置为分位条件满足。
本发明进一步的改进在于，步骤4)中，相电流元件动作的判断方法为流过发电机变压器组并网断路器的三相电流满足IA>Iset或IB>Iset或IC>Iset，其中Iset的计算方法为
Figure BDA0002937107390000042
式中，Kset为可靠系数，取0.5；
Figure BDA0002937107390000043
为最小运行方式下系统联系电抗，是以Sj为基准的标幺值；
Figure BDA0002937107390000044
为发电机的次暂态电抗，是以Sj为基准的标幺值；
Figure BDA0002937107390000045
为主变压器的短路阻抗，是以Sj为基准的标幺值；Ij为Sj基准下的基准电流，基准电压为主变压器高压侧电压等级的平均电压。
本发明至少具有如下有益的技术效果：
1、本发明方法可以在断路器发生闪络故障后，瞬时动作于灭磁，避免了励磁系统的强励过程，直接减弱了故障电流及其对电气设备的损坏，并缩短了后续的灭磁过程，为闪络故障的切除创造了有利条件，即使最终通过失灵保护切除闪络故障，失灵保护的动作延时也能够大为减小。
2、本发明方法因为采用了机端电压和主变高压侧母线电压的相角差的动作条件，以及相电流动作元件，可以保证保护的可靠性，因此，负序电流元件动作的设定值按主变压器额定电流的5％整定，可提升闪络保护的灵敏性。
本发明对比已有技术具有以下显著优点：
1、本发明提出的发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，原理简单可靠，可行性较高，并具有无延时速动的显著优点。
2、本发明提出的发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，对机端电压和主变高压侧母线电压的相角差的计算采用频率不敏感算法，解决了发电机在并网或解列过程中，发电机转速非同步转速带来的相角计算不准确的问题。
3、本发明提出的发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，采用了机端电压和主变高压侧母线电压的相角差的动作条件，以及相电流动作元件，可以保证保护的可靠性，因此可以瞬时动作于灭磁，提升了保护的速动性。
附图说明
图1为本发明方法的保护逻辑图。
符号说明如下：
&表示逻辑与关系，即当其输入条件全部满足时，其输出有效；≥1表示逻辑或关系，即当其任一输入条件满足时，其输出有效；○表示逻辑非关系，即对输入条件进行取反操作。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做出进一步的说明。
如图1所示，本发明提供的一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，包括以下步骤：
1)保护装置采集发电机机端BC线电压和主变压器高压侧母线C相电压，并计算两者的相角差的绝对值
Figure BDA0002937107390000051
发电机机端BC线电压与主变高压侧母线C相电压取自发电机同期并列装置；本步骤所述为发电厂的一般情况，也可根据电厂同期并列装置接线，取发电机机端CA线电压与主变高压侧母线A相电压并计算两者的相角差，或取发电机机端AB线电压与主变高压侧B相电压并计算两者的相角差。其中相角差的计算方法采用频率不敏感算法。
2)保护装置采集流过发电机变压器组并网断路器的三相电流IA、IB和IC；
3)当保护装置满足以下条件，发电机变压器组并网断路器闪络保护启动；
(1)断路器闪络保护保护硬压板投入；
(2)断路器闪络保护保护软压板投入；
(3)断路器闪络投退控制字为“1”；
(4)负序电流元件动作；
(5)断路器位置为分位；
该步骤中，负序电流元件动作的条件为流过被保护断路器的负序电流I2大于负序动作电流设定值I2set，其中I2set的计算方法为
Figure BDA0002937107390000061
式中，ITn为主变压器高压侧额定电流；na为主变压器高压侧CT变比。断路器位置为分位是通过断路器三相常开接点取反之后串联得到，即断路器三相皆为分位时，断路器位置为分位条件满足。
4)当发电机变压器组并网断路器闪络保护启动，同时满足相电流元件动作或步骤1)中相角差的绝对值
Figure BDA0002937107390000062
大于150°，断路器闪络保护动作条件满足并动作出口；相电流元件动作的判断方法为流过发电机变压器组并网断路器的三相电流满足IA>Iset或IB>Iset或IC>Iset，其中Iset的计算方法为：
Figure BDA0002937107390000063
式中，Kset为可靠系数，取0.5；
Figure BDA0002937107390000064
为最小运行方式下系统联系电抗，是以Sj为基准的标幺值；
Figure BDA0002937107390000065
为发电机的次暂态电抗(不饱和值)，是以Sj为基准的标幺值；
Figure BDA0002937107390000066
为主变压器的短路阻抗，是以Sj为基准的标幺值；Ij为Sj基准下的基准电流，基准电压为主变压器高压侧电压等级的平均电压。
5)断路器闪络保护动作条件满足之后，瞬时动作，动作于灭磁同时启动断路器失灵保护。
本发明的具体流程如下：
1、保护装置判断断路器闪络保护保护硬压板是否投入。
2、保护装置判断断路器闪络保护保护软压板是否投入。
3、保护装置判断断路器闪络投退控制字是否置“1”。
4、保护装置采集流过发电机变压器组并网断路器的三相电流IA、IB和IC，计算得到负序电流，并且负序电流元件动作条件满足。
5、保护装置对断路器三相常开接点取反之后串联得到断路器位置，并且断路器位置为分位条件满足。
6、保护装置采集发电机机端BC线电压和主变压器高压侧母线C相电压，并计算两者的相角差的绝对值
Figure BDA0002937107390000071
并且
Figure BDA0002937107390000072
大于150°。
7、保护装置采集流过发电机变压器组并网断路器的三相电流IA、IB和IC，并且动作电流IA>Iset或IB>Iset或IC>Iset。
8、当步骤1、2、3、4和5满足，同时步骤6或步骤7满足时，断路器闪络保护瞬时动作于灭磁，同时启动断路器失灵保护。

Claims (8)

1.一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)保护装置采集发电机机端BC线电压和主变压器高压侧母线C相电压，并计算两者的相角差的绝对值
Figure FDA0003806783290000011
2)保护装置采集流过发电机变压器组并网断路器的三相电流IA、IB和IC；
3)当保护装置满足以下条件，发电机变压器组并网断路器闪络保护启动；
(1)断路器闪络保护保护硬压板投入；
(2)断路器闪络保护保护软压板投入；
(3)断路器闪络投退控制字为“1”；
(4)负序电流元件动作；
(5)断路器位置为分位；
4)当发电机变压器组并网断路器闪络保护启动，同时满足相电流元件动作或步骤1)中相角差的绝对值
Figure FDA0003806783290000012
大于150°，断路器闪络保护动作条件满足并动作出口；
5)断路器闪络保护动作条件满足之后，瞬时动作，动作于灭磁同时启动断路器失灵保护。
2.根据权利要求1所述的一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，其特征在于，步骤1)中，发电机机端BC线电压与主变高压侧母线C相电压取自发电机同期并列装置。
3.根据权利要求2所述的一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，其特征在于，根据电厂同期并列装置接线，取发电机机端CA线电压与主变高压侧母线A相电压并计算两者的相角差。
4.根据权利要求2所述的一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，其特征在于，根据电厂同期并列装置接线，取发电机机端AB线电压与主变高压侧B相电压并计算两者的相角差。
5.根据权利要求3或4所述的一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，其特征在于，相角差的计算方法采用频率不敏感算法。
6.根据权利要求1所述的一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，其特征在于，步骤3)中，负序电流元件动作的条件为流过被保护断路器的负序电流I2大于负序动作电流设定值I2set，其中I2set的计算方法为：
Figure FDA0003806783290000021
式中，ITn为主变压器高压侧额定电流；na为主变压器高压侧CT变比。
7.根据权利要求 6所述的一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，其特征在于，步骤3)中，断路器位置为分位是通过断路器三相常开接点取反之后串联得到，即断路器三相皆为分位时，断路器位置为分位条件满足。
8.根据权利要求1所述的一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法，其特征在于，步骤4)中，相电流元件动作的判断方法为流过发电机变压器组并网断路器的三相电流满足IA>Iset或IB>Iset或IC>Iset，其中Iset的计算方法为
Figure FDA0003806783290000022
式中，Kset为可靠系数，取0.5；
Figure FDA0003806783290000023
为最小运行方式下系统联系电抗，是以Sj为基准的标幺值；
Figure FDA0003806783290000024
为发电机的次暂态电抗，是以Sj为基准的标幺值；
Figure FDA0003806783290000025
为主变压器的短路阻抗，是以Sj为基准的标幺值；Ij为Sj基准下的基准电流，基准电压为主变压器高压侧电压等级的平均电压，na为主变压器高压侧CT变比。
CN202110162506.2A 2021-02-05 2021-02-05 一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法 Active CN112993944B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110162506.2A CN112993944B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110162506.2A CN112993944B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112993944A CN112993944A (zh) 2021-06-18
CN112993944B true CN112993944B (zh) 2022-10-21

Family

ID=76348230

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110162506.2A Active CN112993944B (zh) 2021-02-05 2021-02-05 一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112993944B (zh)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015081849A1 (zh) * 2013-12-03 2015-06-11 国家电网公司 500kV变电所35kV所用变压器串联电抗器的继电保护控制方法
CN105676121A (zh) * 2016-03-11 2016-06-15 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法
CN207353835U (zh) * 2017-10-27 2018-05-11 国电大渡河瀑布沟发电有限公司 一种基于水电站洞式厂房结构的500kv断路器闪络保护装置
CN109782162A (zh) * 2017-11-15 2019-05-21 中国电力科学研究院有限公司 一种调相机断口断路器闪络故障动态模拟系统及方法
CN109802359A (zh) * 2019-03-06 2019-05-24 西安热工研究院有限公司 一种防止因断路器闪络损坏变压器的继电保护方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8779928B2 (en) * 2012-05-03 2014-07-15 General Electric Company Systems and methods to detect generator collector flashover

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015081849A1 (zh) * 2013-12-03 2015-06-11 国家电网公司 500kV变电所35kV所用变压器串联电抗器的继电保护控制方法
CN105676121A (zh) * 2016-03-11 2016-06-15 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 一种220kV及以上瓷柱式断路器闪络故障评估方法
CN207353835U (zh) * 2017-10-27 2018-05-11 国电大渡河瀑布沟发电有限公司 一种基于水电站洞式厂房结构的500kv断路器闪络保护装置
CN109782162A (zh) * 2017-11-15 2019-05-21 中国电力科学研究院有限公司 一种调相机断口断路器闪络故障动态模拟系统及方法
CN109802359A (zh) * 2019-03-06 2019-05-24 西安热工研究院有限公司 一种防止因断路器闪络损坏变压器的继电保护方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
断路器闪络保护与变压器动稳定能力配合关系分析;杨博 等;《热力发电（网络首发）》;20200922;第1-4页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112993944A (zh) 2021-06-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Radojevic et al. New digital algorithm for adaptive reclosing based on the calculation of the faulted phase voltage total harmonic distortion factor
CN102255294B (zh) 用于微电网的电压加速反时限过电流保护方法
CN106816855B (zh) 一种反时限电流保护方法
CN104852361A (zh) 配电网故障切除加速方法和继电保护装置
CN109613422B (zh) 一种用于抑制潜供电流的断路器跳闸时刻控制方法
Agüero et al. Improving the reliability of power distribution systems through single-phase tripping
CN112993944B (zh) 一种发电机变压器组并网断路器闪络保护方法
CN206759031U (zh) 一种改进的电厂低压供电系统接地保护报警装置
Jia et al. Non-communication Protection for Single-Phase-to-Ground Fault Feeder in Neutral Non-Effectively Grounded Distribution System
CN114156842A (zh) 一种真双极柔直输电线路自适应熄弧时刻重合闸方法
Rezaei et al. A Novel Differential-based Protection Scheme for Intertie Zone of Large-Scale Centralized DFIG Wind Farms
CN108152721B (zh) 半波长输电线路沿线高速接地开关参数确定方法和装置
Lou et al. Delayed current zero crossing characteristics for circuit breaker interrupting short-circuit current following permanent single-phase ground fault on short 1000kV AC lines
Sidhu et al. Selection of optimum circuit breaker for a low-voltage industrial power distribution system
Stinskiy Novel approach to detect secondary arc on single pole tripping events
CN111711179A (zh) 一种适应短路电流超标场景的继电保护方法
Gertrudes et al. Circuit breaker TRV on a no-load AC half-wavelength transmission line
Li et al. Intelligent control technology of tripping and reclosing for double-circuit transmission line on the same tower
Hernandes et al. Delayed current zeros in FPSO offshore units
CN104078951A (zh) 一种基于相间弧光电压特性线路相间故障双端保护方法
Zhao et al. Mitigation of distributed generation impact on protective devices in a distribution network by superconducting fault current limiter
CN112087048B (zh) 一种高压厂用变分支零序保护配置系统及方法
Alidemaj et al. FAULT CURRENT DUE TO ASYNCHRONOUS CONNECTION OF THE GENERATOR TO THE GRID AND IMPACT ON HV CIRCUIT BREAKER WITH GAS SF6.
Kaur et al. Calculation and Comparison of Circuit Breaker Parameter in Power World Simulator
Karegar et al. Investigating of wind turbines affects on recloser operation in distribution networks

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant