CN113394749A - 基于实时运行信息的失磁和失步保护校核方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于实时运行信息的失磁和失步保护校核方法，涉及电力安全技术领域。基于实时运行信息的失磁保护校核方法，其校核步骤如下：S1：通过智能调度技术支持系统数据传输通道获取电网实时运行潮流数据信息；S2：根据设备ID信息通过定点匹配模糊查询获得发变组机端电压值、发电机有功功率、无功功率，升压变高压侧母线相电压。本发明通过对失磁保护原理及整定方法的总结，研究出基于失磁保护特性曲线的实时校核及预警的方法，该方法能够适用于失磁保护特性曲线的计算机图形生成，该曲线可清晰直观查看失磁保护动作范围，根据失磁保护整定逻辑及动作范围可人为根据实际情况定义失磁保护告警范围进而实现设定范围图形化展示。

Description

基于实时运行信息的失磁和失步保护校核方法
技术领域
本发明涉及电力安全技术领域，具体为基于实时运行信息的失磁和失步 保护校核方法。
背景技术
源网协调是增强现代电力系统安全稳定性的重要手段，已经成为目前研 究的重点课题，而发电机涉网保护作为源网协调的一个重要组成部分，研究 其定值、保护方案的源网协调性，防止其拒动、误动，对提高涉网保护可靠 性、速动性、选择性、灵敏性具有重要意义，发电机失磁保护和失步保护是 发电机涉网保护的重要组成部分，但其保护方案多根据经验配置，在对实际 电网的运行方式、故障形式适应性方面缺乏足够的重视，为此申请人对低励 失磁保护及失步保护进行深入研究，在全面理解保护原理及整定方法的基础上，通过对发电机特殊运行方式下失磁保护及失步的协调配合分析，基于实 时运行信息的失磁和失步保护校核方法。
发明内容
本发明的目的在于提供基于实时运行信息的失磁和失步保护校核方法， 以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于实时运行信息的失磁 保护校核方法，其校核步骤如下：
S1：通过智能调度技术支持系统数据传输通道获取电网实时运行潮流数 据信息；
S2：根据设备ID信息通过定点匹配模糊查询获得发变组机端电压值、发 电机有功功率、无功功率，升压变高压侧母线相电压；
S3：根据发变组机端电压值、发电机有功功率和无功功率计算得出发电 机机端测量阻抗；
S4：根据失磁保护告警条件判别当前时刻是否告警；
S5：若有告警须向校核系统推送告警信息，并图形化展示告警结果；
S6：确认调度范围内设备是否校核完毕。
在本技术方案中优选的，所述S4步骤中判别方法采用图形点面关系判别 法，即圆内和圆上均为告警区域，圆外为正常运行区域。
在本技术方案中优选的，所述判别方法中的主判据为低电压判据、异步 边界阻抗圆、静稳极限阻抗圆、转子侧低电压判据和延时元件中的任意一种 或者多种的组合。
基于实时运行信息的失步保护校核方法，其校核步骤如下：
N1：从智能调度控制系统获取公共信息模型格式的电网模型、电网运行 方式断面数据，并输入全网机组涉网保护和限制定值信息，建立涉网保护和 限制对象与定值表之间的动态关联；
N2：计算机利用涉网定值生成的失步保护特性曲线；
N3：在涉网定值生成的失步保护特性曲线上，自动绘制同步发电机端阻 抗的实时轨迹曲线，通过判断实施轨迹曲线的运动情况，来实现对同步发电 机电机振荡性质的判断；
N4：根据失步保护告警条件判别当前时刻是否告警；
N5：若有告警须向校核系统推送告警信息，并图形化展示告警结果；
N6：确认调度范围内设备是否校核完毕。
所述N2步骤中涉网定值生成失步保护特性曲线，包括如下步骤：
N21：建立以同步发电机端为坐标原点的R-X阻抗平面；
N22：根据电机失步保护定值灵敏角φ，透镜特性的阻抗元件Z1在第I 象限最远点整定阻抗Za和在第III象限最远点整定阻抗Zb，通过原点绘制遮 挡器直线阻抗元件Z2的阻抗线；
N23：根据动作阻抗整定值Zc，绘制垂直于所述阻抗线的电抗线阻抗元件Z3的电抗线；
N24：在所述阻抗线上直线Za-Zb的中点绘制一条垂直于直线Za-Zb的直 线L，根据失步保护透镜内角δ获取阻抗元件Z1的两条凸透镜曲线与直线L 的交点M和交点N，经过点Za、Zb、M和点Za、Zb、N分别绘制出两条凸透镜 曲线，完成生成三元件失步保护特性曲线。
在本技术方案中，所述N22步骤中绘制所述遮挡器直线阻抗元件Z2的阻 抗线，包括如下步骤：
N221：以电机失步保护定值灵敏角φ，绘制一条与R轴夹角为φ且过原 点的直线，完成所述阻抗线的绘制；
N222：在直线上找到透镜特性的阻抗元件Z1在第I象限最远点整定阻抗 Za和在第III象限最远点整定阻抗Zb，形成直线Za-Zb。
N223：所述电机失步保护定值灵敏角φ为遮挡器直线阻抗元件Z2的阻抗 线和R轴的夹角。
在本技术方案中，所述N23步骤中绘制电抗线阻抗元件Z3的电抗线，包 括如下步骤：
N231：在直线Za-Zb上找到电抗线阻抗元件Z3的动作阻抗整定值Zc，并 通过Zc画垂直于直线Za-Zb的直线，形成电抗线阻抗元件Z3的电抗线。
在本技术方案中，所述N24步骤中绘制两条凸透镜曲线，包括如下步骤：
N241：经过直线Za-Zb的中点绘制垂直于直线Za-Zb的直线L，以直线 Za-Zb为边绘制两个角度为失步保护透镜内角δ的等腰三角形，相交直线L于 点M和点N。
所述失步保护特性曲线如图15所示。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)、该基于实时运行信息的失磁和失步保护校核方法，通过对失磁保 护原理及整定方法的总结，研究出基于失磁保护特性曲线的实时校核及预警 的方法，该方法能够适用于失磁保护特性曲线的计算机图形生成，即根据发 变组保护装置中失磁保护动作特性曲线控制字，确定发变组保护装置采用的 阻抗圆类型并获取对应的阻抗圆阻抗定值，进而确定特性曲线的圆心坐标和 半径；最终绘制发变组保护装置失磁保护动作特性曲线，该曲线可清晰直观 查看失磁保护动作范围，根据失磁保护整定逻辑及动作范围可人为根据实际 情况定义失磁保护告警范围进而实现设定范围图形化展示。
(2)、该基于实时运行信息的失磁和失步保护校核方法，通过对失步保 护原理及整定方法的总结，研究出失步保护特性曲线的计算机生成及振荡判 断方法，根据电网运行方式的实时断面信息测量同步发电机端阻抗，描绘同 步发电机端阻抗动作的轨迹，实现了计算机软件对同步发电机振荡性质的判 断及展示，在分析同步发电机失步时，利用同步发电机端阻抗动作的轨迹作 为判据，用单透镜动作特性检测滑极次数，按同步发电机端测量阻抗轨迹滑 过单透镜的时间判断失步的程度。
附图说明
图1为阻抗动作特性图；
图2为失磁保护滴状曲线静稳极限阻抗图；
图3为水轮发电机变励磁电压动作特性图；
图4为变励磁电压判据Kn-Cn曲线图；
图5系统失步时机端测量阻抗动作轨迹图；
图6为失磁保护逻辑框图；
图7为三元件失步保护继电器特性图；
图8为双遮挡器原理失步保护特性图；
图9为失步保护逻辑框图；
图10为静稳阻抗边界与直线阻抗线构成的失磁保护图；
图11为继电保护定值在线校核系统数据传输通道示意图；
图12为失磁保护图形生成逻辑图；
图13为静稳阻抗圆实时校核曲线示意图；
图14为失磁保护定值校核流程图；
图15为失步保护三元件特性曲线图。
具体实施方式
失磁保护原理及其整定方法如下：
根据GB/T 14285-2006的规定，失磁保护应能正确判断失磁状态，动作 于解列；失磁保护应具备不同测量原理复合判据的多段式方案。与系统联系 紧密的发电厂或采用自并励励磁方式的发电机宜将阻抗判据作为失磁保护的 复合判据之一，优先采用定子阻抗判据与机端三相同时低电压的复合判据； 在机组自身没有失磁的情况下，系统振荡(含同步振荡)或系统电压异常时， 发电机组失磁保护不应动作；失磁保护中静稳极限阻抗应基于系统最小运行 方式的电抗值进行校核。
发电机低励失磁保护的动作主判据可分为：
(1)低电压判据
发电机失磁时，可引起系统电压或发电机机端电压降低。本判据主要用 于防止由发电机低励失磁故障引发无功储备不足的系统电压崩溃，造成大面 积停电，其动作判据为：
Uop.3ph<Uop.set (式1)
式中：Uop.3ph——三相同时低电压继电器动作电压，可取机端或系统电压；
Uop.set——低电压整定值。
(2)异步边界阻抗圆
失磁发电机的机端阻抗最终轨迹一定进入图1的圆1中，圆1称为异步 边界阻抗圆。
其整定值为：
Figure BDA0003138356280000061
Figure BDA0003138356280000062
式中：
X′d——发电机暂态电抗标幺值(取不饱和值)；
Xd——发电机同步电抗标幺值(取不饱和值)；
UN——发电机额定电压，kV；
SN——发电机额定视在功率，MVA；
na、nv——电流互感器和电压互感器变比。
异步边界阻抗圆动作判据主要用于与系统联系紧密的发电机失磁故障检 测，它能反映失磁发电机机端的最终阻抗，但动作可能较晚。
(3)静稳极限阻抗圆
发生失磁时，发电机机端测量阻抗首先落入静稳边界圆。汽轮发电机和 水轮发电机的静稳边界圆存在差异。
对于汽轮发电机。如图1中的圆2，其整定值为：
Figure BDA0003138356280000071
式中：Xcon——发电机与系统间的联系电抗(包括升压变压器阻抗，系统 处于最小运行方式)标幺值(以发电机额定值为基值)。Xb由式3决定。
对于水轮发电机，由于Xd≠Xq，在低励失磁故障时，其静稳极限的机端 阻抗轨迹是下图2中的滴状曲线。Xc由式4决定。
其下边界Xb″整定值为：
Figure BDA0003138356280000072
式中：Xq是发电机q轴同步电抗(不饱和值)，标幺值。
对于静稳极限阻抗圆判据，可以选择与无功反向判据结合：
Q＜-Qzd (式6)
式中：Qzd为无功整定值，一般按有功的10％～20％整定。
(4)转子侧低电压判据
由各种原因引起的发电机失磁，其转子励磁绕组电压都会出现降低，降 低的幅度随失磁方式而不同。失磁保护的转子侧低电压判据，便是根据失磁 后励磁绕组电压初期下降(以至到负)的特点来判别失磁故障。转子判据有 两种整定方式：转子侧低电压判据和变励磁电压判据。
转子侧低电压表达式为：
Ufd,op＝KrelUfd0 (式7)
式中：Krel——可靠系数，可取0.80；Ufd0——发电机空载励磁电压。
对于水轮发电机和中小型汽轮发电机，定励磁判据比较合适。对于大型 汽轮发电机，Ufd,op定值偏大，当进相运行时可能励磁电压Ufd＜Ufd,op，励磁低 电压辅助判据会处于动作状态，失磁保护失去了辅助判据的闭锁作用，此时 宜用变励磁电压判据。
与系统并联运行的发电机对应某一有功功率P时，将有为维持静态稳定 极限所必需的励磁电压Ufd。也就是说，按照静稳极限条件(如汽轮发电机的 功角δ＝90°)，输送一定的有功功率P，应有相应的励磁电压Ufd。P值不同， 静稳极限条件下的Ufd不同。
即变励磁电压判据动作判据为：
Ufd,op≤Kset(P-Pt) (式8)
Kset为整定系数，即变励磁电压判据的动作特性直线斜率，计算式为：
Figure BDA0003138356280000081
式中：Ufd0——发电机空载励磁电压，kV；
Ed0——发电机空载电动势，kV；
Us——归算到发电机机端的无穷大系统母线电压值，kV；
Xd、Xcon——发电机同步电抗、系统联络阻抗值，Ω；
Cn——修正系数，以Kn＝Pn/Pt值查Kn-Cn表(表1)或Kn-Cn曲线(图4) 得到(对于隐极机，Cn＝1)；
Pn——发电机额定功率，MW；
Pt——发电机凸极功率(对于隐极机，Pt＝0)，计算式为：
Figure BDA0003138356280000082
式中，Xq为发电机q轴同步电抗，Ω。
表1变励磁电压判据Kn-Cn表
Figure BDA0003138356280000083
Figure BDA0003138356280000091
(5)延时元件
当发电机和系统发生全相振荡时，机端测量阻抗的动作轨迹如图5中虚 线：
其中圆1和圆2分别为失磁保护的异步边界阻抗圆和静稳边界阻抗圆，Xs为发电机和无穷大系统间的联系电抗，Xd为发电机同步电抗，X′d为发电机暂 态电抗。Ed为发电机动势，Us为系统电压。显然，系统振荡时，机端测量阻 抗会落入静稳边界圆中，失磁保护可能误动。
在发电机电势和系统电势相等的理想情况下，振荡中心在发电机和系统 电抗的中点，即振荡轨迹与纵轴的交叉点A的坐标为(Xs-X'd)/2，在最极端情 况下，若系统联系电抗为零，也就是发电机出口即为无穷大系统，若发生系 统全相振荡，机端测量阻抗的轨迹为一直线，距离坐标圆点为X'd/2，因此， 异步边界圆能够防止系统全相振荡引起的失磁保护误动。
对于发电机电势和系统电势不相等的全相振荡及非全相振荡，振荡中心 可能会短时落入异步边界圆，保护经短延时即可避免误动。
综上，当失磁保护采用静稳边界圆时，延时定值应按照避免系统振荡误 动整定；采用异步边界圆时，短延时即可动作出口。对于不允许发电机失磁 运行的系统，其延时一般取0.5s～1.0s。
失磁保护的逻辑如图6所示。基于实时运行信息的失磁保护校核方法的 研究：发电机的低励限制措施要先于失磁保护，但经研究发现，当发电机外 部等值阻抗较大，且在深度进相或重载运行状态下发生低励或失磁故障时， 机端测量阻抗较难进入削减后的静稳边界，可能造成失磁保护动作过慢甚至 拒动的情况，将对发电机自身安全以及电网侧的稳定运行构成较大威胁。
为适应发电机进相以及重载运行时的安全需求，研究一种基于实时运行 信息的失磁保护校核方法。进相运行方式下失磁保护的协调配合分析：
大型发电机进相运行的限制因素分析现代电网的发展，特别是高压或特 高压输电、直流输电、FACTS输电等技术的成熟与应用，以及风力发电等具有 间歇性和随机性的新能源发电场的大规模并网，不仅要求大型发电机具备较 强的无功支撑能力，同时要求发电机具备较强的进相运行能力，灵活参与电 网侧的无功调节，确保电网电压维持在安全范围。发电机进相运行时，机端 电压降低，无功功率由电网侧流入发电机，定子电流上升，定子端部发热增 加，威胁发电机自身安全，此外，发电机可能由此失去静态稳定，失磁保护可能误动作，因此，必须明确限制发电机进相运行的主要因素，并采取相应 的进相运行限制控制措施，确保发电机的进相运行在合理的范围。发电机的 进相运行，主要受发电机静态稳定极限、定子端部发热以及机端电压下降等 因素的影响。
发电机的低励限制措施要先于失磁保护，这是进相运行与失磁保护协调 配合的基本原则。一般将低励限制和失磁保护的整定折算到阻抗平面或功率 平面上进行。而现有失磁保护的定子侧判据主要有静稳边境阻抗判据和动稳 边界阻抗圆判据，低励限制只需与静稳判据相协调。若失磁保护采用的是静 稳阻抗边界圆或异步阻抗圆时，低励限制实现与静稳边界的协调配合，即相 当于实现了与失磁保护的配合。需要注意的是，现有失磁保护采用静稳阻抗 圆判据时，一般会增加无功方向判据或直线阻抗判据，或削去静稳阻抗圆在 第一和第二象限的部分，以防止失磁保护的误动作。
发电机失磁后，机端测量阻抗将进入静稳边界圆，如图10所示，但此时 失磁保护可不必马上动作，一是为发电机进行强行励磁留取时间，若强力磁 无效，机端测量阻抗终将落入静稳边界阻抗圆在第三或第四象限部分，此时 失磁保护可动作于程序跳闸或即时切机；二则系统发生振荡或发电机发生外 部短路时，机端测量阻抗容易落在静稳阻抗边界的上半部分(即被削去部分)， 失磁保护采用削减后的静稳边界圆，有利于提高其甄别失磁故障与系统振荡 或外部短路故障的能力。
从根本上而言，失磁保护是针对发电机失磁故障这种特殊情况所采取的 保护措施，因此采用削减后的静稳边界圆即能满足发电机的安全需求。相比 之下，发电机低励限制则是为确保发电机安全运行所采取的预防性措施，若 发电机运行到静稳边界圆内，则意味着发电机无法维持自身的稳定运行，可 能导致停机或切机等后果，因此发电机的低励限制应与静稳边界圆进行协调 配合。
现有发电机失磁保护一般采用静稳边界作为定子侧判据，且考虑失步振 荡以及短路故障所可能引起的失磁保护误动，一般利用直线阻抗或反向无功 限制与静稳边界圆配合，主要取用静稳边界在第三和第四象限部分，如图3-10 所示。当发电机外部等值阻抗较大，且在深度进相或重载运行状态下发生低 励或失磁故障时，机端测量阻抗较难进入削减后的静稳边界，可能造成失磁 保护动作过慢甚至拒动的情况。若发电机失磁后由于机端测量阻抗停留于静 稳边界内靠上部分，没有进入失磁保护的范围，将对发电机自身安全以及电 网侧的稳定运行构成较大威胁。
在国家电网提出的智能电网调度技术支持系统建设的大背景下充分利用 已有资源，构建功能完善、使用方便、能在线自主协调运行的智能化继电保 护定值在线校核及预警系统，用以提高电力系统运行的可靠性、经济性和管 理水平，成为智能调度建设中的一个重要技术方向，继电保护定值在线校核 系统数据传输通道示意图如图11所示。
通过获取保护装置中失磁保护实时运行定值控制字确定失磁保护采用的 阻抗保护动作曲线类型，根据保护类型自动形成阻抗动作特性模型计算方法， 依据保护定值值数据自动分析出动作曲线圆心和半径值，结合SVG图形自动 生成技术绘制出保护动作曲线，实现失磁保护特性曲线图形自动生成；失磁 保护特性曲线生成流程如图12所示，具体按照如下步骤进行绘制：
(1)获取发变组保护装置中失磁保护特性曲线控制字，判别失磁保护采 用是静稳阻抗圆还是异步边界阻抗圆特性；
(2)根据阻抗圆特性获取对应的阻抗圆阻抗定值，静稳极限阻抗圆特 性：Xs、X1b，异步边界阻抗圆特性：Xa、Xb；
(3)根据阻抗圆定值计算出动作特性圆心和半径，例如静稳边界阻抗圆 圆心计算方法：Xo＝(Xs+X1b)/2，半径计算方法：Xr＝(Xs2+X1b2)0.5/2；
(4)通过调用SVG绘图控件绘制出坐标轴，根据圆心和半径绘制出失磁 保护动作特性曲线。
基于以上理论，本发明提供一种技术方案：基于实时运行信息的失磁保 护校核方法，通过设置定值告警裕度能够自动绘制严重告警及普通告警曲线， 确定告警范围，失磁保护校核首先从智能调度支持系统中获取实时的潮流数 据，系统通过设备名称采用定点匹配模糊查询方式获取对应发电机机端电压 值、发电机有功功率、无功功率，升压变高压侧系统电压等参数，根据所得 发电机机端电压值、发电机有功功率、无功功率参数计算出机端测量阻抗， 通过点面关系判别法判断机端测量阻抗与普通告警曲线、严重告警曲线、对 应阻抗特性动作圆的关系(圆内、圆上和圆外)，对于在圆内为告警区域，圆 外为正常运行区域。例如机端测量阻抗落在阻抗动作特性圆外、严重告警圆 内，则当前时刻失磁保护应推送严重告警信息，依次类推，机端测量阻抗落 在严重告警圆外、普通告警圆内时失磁保护应推送普通告警信息，最终实现 图形化展示不同时刻的机端测量阻抗变化轨迹曲线，如图13所示以静稳极限 阻抗特性展示了机端测量阻抗变化告警曲线，基于特性图的失磁保护校核方 法流程图如14所示，其校核步骤如下：
S1：通过智能调度技术支持系统数据传输通道获取电网实时运行潮流数 据信息；
S2：根据设备ID信息通过定点匹配模糊查询获得发变组机端电压值、发 电机有功功率、无功功率，升压变高压侧母线相电压；
S3：根据发变组机端电压值、发电机有功功率和无功功率计算得出发电 机机端测量阻抗，计算公式
Figure BDA0003138356280000131
S4：根据失磁保护告警条件判别当前时刻是否告警；
S5：若有告警须向校核系统推送告警信息，并图形化展示告警结果；
S6：确认调度范围内设备是否校核完毕。
其中S4步骤中判别方法采用图形点面关系判别法，即圆内和圆上均为告 警区域，圆外为正常运行区域，判别方法中的主判据为低电压判据、异步边 界阻抗圆、静稳极限阻抗圆、转子侧低电压判据和延时元件中的任意一种或 者多种的组合。
失步保护的原理及整定方法如下：
失步保护应只在失步振荡情况下动作。失步保护动作后，一般只发信号， 由系统调度部门根据当时实际情况采取解列、快关、电气制动等技术措施， 只有在振荡中心位于发—变组内部或失步振荡持续时间过长、对发电机安全 构成威胁时，才作用于跳闸，而且应在两侧电动势相位差小于90°的条件下 使断路器跳开，以免断路器的断开容量过大。失步保护可以识别的最小振荡 周期为120ms。
(1)三元件失步保护
三元件失步保护整定计算采用发电机正序电压、正序电流，阻抗轨迹在 各种故障下均能正确反映。
三元件失步继电器动作特性如图7所示。
第一部分是透镜特性，图中①，它把阻抗平面分成透镜内的部分I和透 镜外的部分O。
第二部分是遮挡器特性，图中②，它把阻抗平面分成左半部分L和右半 部分R。
两种特性的结合，把阻抗平面分成四个区OL、IL、IR、OR，阻抗轨迹顺 序穿过四个区(OL→IL→IR→OR或OR→IR→IL→OL)，并在每个区停留时间 大于一定时限，则保护判为发电机失步振荡。每顺序穿过一次，保护的滑极 计数加1，到达整定次数，保护动作。
第三部分特性是电抗线，图中③，它把动作区一分为二，电抗线以上为I 段(U)，电抗线以下为II段(D)。阻抗轨迹顺序穿过四个区时位于电抗线以 下，则认为振荡中心位于发变组内，位于电抗线以上，则认为振荡中心位于 发变组外，两种情况下滑极次数可分别整定。
(a)遮挡器特性整定：
Figure BDA0003138356280000141
Figure BDA0003138356280000142
Figure BDA0003138356280000143
φ＝80°～85° (式14)
式中：Xd′、XC、XS分别为发电机暂态电抗、主变电抗、系统联系电抗(一 般考虑最小运行方式时阻抗)标幺值(基准容量为发电机视在功率)；Φ为系 统阻抗角。Ugn、Sgn为发电机额定电压和额定视在功率；na、nv为电流互感器 和电压互感器变比。
(b)α角整定
Figure BDA0003138356280000151
式中：
Figure BDA0003138356280000152
RL.min为发电机最小负荷阻抗，一般取
Figure BDA0003138356280000153
失步预测报警功能未开放，相应定值不需整定。
(c)电抗线Zc的整定
电抗线是失步振荡中心的分界线，一般选取变压器阻抗Zt的0.9倍。
(d)跳闸允许电流整定
装置自动选择在电流变小时作用于跳闸，跳闸允许电流定值Ioff为辅助判 据，根据断路器允许遮断电流选择。断路器(在系统两侧电势相差达180°时) 允许遮断电流Ibrk由断路器制造厂提供，如无提供值，可按25％～50％的断路器 额定电流考虑。
跳闸允许电流整定值按下式计算：
Ioff＝KrelIbrk (式16)
式中：Krel为可靠系数，取0.85～0.90。
(e)失步保护滑极定值整定
振荡中心在区外时，失步保护动作于信号，滑极可整定2～15次；振荡 中心在区内时，滑极一般整定1～2次，动作于跳闸或信号。
(2)双遮挡器原理失步保护
双遮挡器原理失步保护装在机端，其动作特性如图8所示。
由图可以看出：电阻R1、R2、R3、R4及电抗线Xt将阻抗复平面分成5个 区。发电机失步后，机端测量阻抗缓慢从+R向-R方向变化，且依次穿过0区～ Ⅳ区，判断为加速失步过程；测量阻抗由-R向+R方向变化，依次穿过各区时， 判断为减速失步。测量阻抗依次穿过五个区后记录一次滑极，滑极次数累计 达到整定值，便发信或跳闸。
以下阻抗全部折算到发电机额定容量下，其中：
XB＝XS+XT (式17)
XA＝-(1.8～2.6)X′d (式18)
式中：Xs——最大运行方式下的系统电抗，Ω；
XT——主变压器电抗，Ω；
Xd′——发电机暂态电抗(取不饱和值)，Ω。
双遮挡器特性整定。决定遮挡器特性的参数是遮挡器电阻值R1、R2、R3、 R4和Ⅰ区～Ⅳ区测量阻抗停留时间t1、t2、t3、t4。
(a)电抗定值Xt(二次有名值)。电抗Xt定值，应使系统振荡时(即振 荡中心落在发电厂系统母线之外)保护能可靠不动。因此Xt＝XT。
(b)阻抗边界R1(二次有名值)。为给断路器创造一个良好的断开条件， 取δ4＝240°，δ1＝120°，则R1按下式计算：
Figure BDA0003138356280000161
(c)阻抗边界R2。R2按下式计算：
Figure BDA0003138356280000162
(d)阻抗边界R3(负值)。R3按下式计算：
R3＝-R2 (式21)
(e)阻抗边界R4(负值)。R4按下式计算：
R4＝-R1 (式22)
(f)测量阻抗在各区停留时间T1、T2、T3及T4的整定。T1、T2、T3、T4应 使保护在系统短路故障时不误动，失步运行时保护能可靠动作。一般T1、T2、 T3及T4应小于最小振荡周期下测量阻抗在各区内的实际停留时间。
设系统振荡时最小的振荡周期为Tus(具体值由调度给出，一般为0.5s～ 1.5s)，并在系统振荡时，发电机功角δ的变化是匀速的，则测量阻抗在Ⅰ区 内的停留时间为
Figure BDA0003138356280000171
其中
Figure BDA0003138356280000172
T1可按下式整定：
Figure BDA0003138356280000173
系统振荡时测量阻抗在Ⅱ区停留时间为
Figure BDA0003138356280000174
T2可按下式整定：
Figure BDA0003138356280000175
T3应小于系统振荡时测量阻抗在Ⅲ区停留时间，可按下式整定：
T3＝T1 (式25)
T4应小于系统振荡时测量阻抗在Ⅲ区停留时间，T4可在0s与T3之间选取。
(g)失步启动电流Ig。对于需进相运行的水轮机，设置一个启动电流， 一般为：
Ig＝(0.1～0.3)Ign (式26)
(h)滑极次数整定。一般为1次～2次，动作于发信或跳闸。
(3)躲不正常工况的原理
当机端测量阻抗依次穿过5个区后，才记录一次滑极，而当测量阻抗轨 迹穿越几个区(没有到IV区)之后以相反的方向返回，则不计滑极。这样， 可将发电机失步与可恢复性的摇摆区分开来。
当振荡中心落在线路上时，由于机端测量阻抗轨迹在图8中的电抗Xt之 上变化，故保护装置不计滑极数。
另外，当系统发生短路故障时，机端测量阻抗变化极快，失步保护不会 动作。
失步保护的逻辑如图9所示。
多模态失步模式下现有失步保护局限性分析：
失步保护整定值的准确程度，将直接决定其在工程现场中的保护性能， 当系统等值阻抗整定值与其实际值间存在较大偏差时，失步保护将面临较大 的拒动或误动风险。一般而言，发电机以及变压器的阻抗值较为固定，受发 电机的工况以及电网的运行方式的影响较小，相比之下，发电机外部系统等 值阻抗与电网的运行方式以及发电厂的开机运行方式相关，是影响失步保护 性能的关键。
国内一些研究具有一定的启发意义，为解决该问题提供了基于站域层次 化保护的解决思路，但其对现有发电厂的失步保护改造程度较大，技术和硬 件要求较高，与工程实现有一定距离，不利于现有发电厂失步保护的迅速调 整。此外，其对多机组共母线运行方式下失步振荡对现有失步保护的影响分 析仍有待深入，缺乏一般性的分析和严格的数学描述，且未能结合发电厂大 型发电机以及系统侧的实际参数进行问题的分析说明，若要从现有就地保护 的角度实现对现有失步保护的调整，必须进行更为全面细致的分析研究。
在多台发变组共母线并联运行的发电机群，存在着非单一化的失步振荡 模态，特别的，若共母线并联运行的发变组台数较大，单台发电机外部系统 等效阻抗值的存在较大的变化区间。然而，目前基于发电机机端测量阻抗变 化轨迹的失步保护原理，都采用固定化的整定值，在多台发变组共母线运行 的方式下，保护的可靠性降低，不利于发电厂以及电网的安全稳定运行。
电网系统运行方式变化时，保护定值可能不适应当前的运行方式，需要 对保护定值进行校核。随着超临界大容量的机组不断投入运行，同步发电机 运行状态的好坏将直接影响到电力系统的安全稳定运行。因此，在涉网设备 振荡时，准确鉴别稳定振荡与失步震荡，防止失步保护在稳定振荡时误动作 至关重要。
同步发电机失步保护整定定值生成同步发电机三元件失步特性曲线，首 先需要对三元件失步保护的概念进行简单介绍，见图3-15失步保护三元件示 意图。
具体而言，三元件失步保护由以下三部分组成：
(1)透镜特性的阻抗元件Z1，对于阻抗元件Z1，其在第I象限最远点 整定阻抗Za，以及在第III象限最远点整定阻抗Zb是已知的定值。
(2)遮挡器直线阻抗元件Z2，遮挡器直线阻抗元件Z2的阻抗线和R-X 阻抗平面的R轴的夹角为φ，夹角φ即失步保护定值灵敏角。
(3)电抗线阻抗元件Z3，电抗线阻抗元件Z3动作阻抗整定值为Zc，电 抗线阻抗元件Z3的电抗线与遮挡器直线阻抗元件Z2的阻抗线垂直。
(4)透镜内角δ，透镜内角越小，保护计时越准确，保证同步发电机组 正常运行时的最小负荷阻抗ZLmin位于透镜之外。
进行涉网定值生成失步保护特性曲线前，可先获取电网模型数据，获取 (更新)涉网校核的定值，具体而言本发明提供一种基于实时运行信息的失 步保护校核方法，其校核步骤如下：
N1：从智能调度控制系统获取公共信息模型格式的电网模型、电网运行 方式断面数据，并输入全网机组涉网保护和限制定值信息，建立涉网保护和 限制对象与定值表之间的动态关联；
N2：计算机利用涉网定值生成的失步保护特性曲线；
N3：在涉网定值生成的失步保护特性曲线上，自动绘制同步发电机端阻 抗的实时轨迹曲线，通过判断实施轨迹曲线的运动情况，来实现对同步发电 机电机振荡性质的判断；
N4：根据失步保护告警条件判别当前时刻是否告警；
N5：若有告警须向校核系统推送告警信息，并图形化展示告警结果；
N6：确认调度范围内设备是否校核完毕。
其中N2步骤中涉网定值生成失步保护特性曲线，包括如下步骤：
N21：建立以同步发电机端为坐标原点的R-X阻抗平面；
N22：根据电机失步保护定值灵敏角ε，透镜特性的阻抗元件Z1在第I 象限最远点整定阻抗Za和在第III象限最远点整定阻抗Zb，通过原点绘制遮 挡器直线阻抗元件Z2的阻抗线；
N23：根据动作阻抗整定值Zc，绘制垂直于所述阻抗线的电抗线阻抗元件 Z3的电抗线；
N24：在所述阻抗线上直线Za-Zb的中点绘制一条垂直于直线Za-Zb的直 线L，根据失步保护透镜内角δ获取阻抗元件Z1的两条凸透镜曲线与直线L 的交点M和交点N，经过点Za、Zb、M和点Za、Zb、N分别绘制出两条凸透镜 曲线，完成生成三元件失步保护特性曲线。
其中N22步骤中绘制所述遮挡器直线阻抗元件Z2的阻抗线，包括如下步 骤：
N221：以电机失步保护定值灵敏角ε，绘制一条与R轴夹角为ε且过原 点的直线，完成所述阻抗线的绘制；
N222：在直线上找到透镜特性的阻抗元件Z1在第I象限最远点整定阻抗 Za和在第III象限最远点整定阻抗Zb，形成直线Za-Zb。
N223：所述电机失步保护定值灵敏角ε为遮挡器直线阻抗元件Z2的阻抗 线和R轴的夹角。
其中N23步骤中绘制电抗线阻抗元件Z3的电抗线，包括如下步骤：
N231：在直线Za-Zb上找到电抗线阻抗元件Z3的动作阻抗整定值Zc，并 通过Zc画垂直于直线Za-Zb的直线，形成电抗线阻抗元件Z3的电抗线。
其中N24步骤中绘制两条凸透镜曲线，包括如下步骤：
N241：经过直线Za-Zb的中点绘制垂直于直线Za-Zb的直线L，以直线 Za-Zb为边绘制两个角度为失步保护透镜内角δ的等腰三角形，相交直线L于 点M和点N。
失步保护特性曲线如图15所示。
对失步保护特性曲线如何进行区域的划分：三元件失步保护特性曲线图 中，电抗线阻抗元件Z3的电抗线将平面分成两个区域，电抗线阻抗元件Z3 的电抗线上半平面用I区表示，下半平面用II区表示，那么，透镜特性的阻 抗元件Z1的两条凸透镜曲线和遮挡器直线阻抗元件Z2的阻抗线在II区组合 成OL、IL、IR、OR四个区域，同理，在I区中也可以组合成四个区域，组合 的方式是类似的。
在判断同步发电机振荡性质的基本逻辑是：在涉网定值生成的失步保护 特性曲线上，绘制同步发电机端阻抗的实时轨迹曲线，通过判断实施轨迹曲 线的运动情况，来实现对同步发电机电机振荡性质的判断。具体来说，获取 电网模型数据后，可以从智能调度控制系统获取电网实时潮流数据，取得发 电机端实时阻抗，进而在涉网设备的三元件失步保护特性曲线图中描绘出发 电极端阻抗的实时轨迹。
例如，同步发电机端阻抗的实时轨迹曲线在预定时间内(t1至t4)依次 穿越OR→IR→IL→OL时(反之由OL→IL→IR→OR)，记同步发电机滑极1次， 认为同步发电机处于失步状态。即，同步发电机端阻抗的实时轨迹曲线，在 预定时间内从同一方向依次穿过阻抗元件Z1的两个凸透镜曲线时，认为同步 发电机处于失步状态。
在图15所示实例中，同步发电机端阻抗的实时轨迹曲线在预定时间内(t1
判断同步发电机端阻抗实时轨迹曲线，在预设时间内穿过阻抗元件Z1的 凸透镜曲线的次数和方向，再根据次数和方向，获取同步发电机的振荡性质。 只有当实时轨迹曲线从同一方向依次穿过两个凸透镜曲线时，才认为同步发 电机处于失步状态；其他情况，实时轨迹曲线从不同方向仅贯穿一个凸透镜 曲线时，认为同步发电机处于可恢复性的稳定振荡摇摆状态，流程图见图3-15 所示。
此外，同步发电机的振荡中心位置还与同步发电机端阻抗的实时轨迹曲 线有关，具体而言：当实时轨迹曲线位于电抗线阻抗元件Z3的电抗线上方时， 同步发电机的振荡中心位于同步发电机变压器组外部；反之，实时轨迹曲线 位于电抗线阻抗元件Z3的电抗线下方时，同步发电机的振荡中心位于同步发 电机变压器组内部。对于振荡中心位于同步发电机变压器组外部是类似的， 此处不再累述。
根据电网运行方式的实时断面信息测量同步发电机端阻抗，描绘同步发 电机端阻抗动作的轨迹，实现了计算机软件对同步发电机振荡性质的判断及 展示。在分析同步发电机失步时，利用同步发电机端阻抗动作的轨迹作为判 据，用单透镜动作特性检测滑极次数，按同步发电机端测量阻抗轨迹滑过单 透镜的时间判断失步的程度。

Claims (9)

1.基于实时运行信息的失磁保护校核方法，其特征在于：其校核步骤如下：
S1：通过智能调度技术支持系统数据传输通道获取电网实时运行潮流数据信息；
S2：根据设备ID信息通过定点匹配模糊查询获得发变组机端电压值、发电机有功功率、无功功率，升压变高压侧母线相电压；
S3：根据发变组机端电压值、发电机有功功率和无功功率计算得出发电机机端测量阻抗；
S4：根据失磁保护告警条件判别当前时刻是否告警；
S5：若有告警须向校核系统推送告警信息，并图形化展示告警结果；
S6：确认调度范围内设备是否校核完毕。
2.根据权利要求1所述的基于实时运行信息的失磁保护校核方法，其特征在于：所述S4步骤中判别方法采用图形点面关系判别法，即圆内和圆上均为告警区域，圆外为正常运行区域。
3.根据权利要求2所述的基于实时运行信息的失磁保护校核方法，其特征在于：所述判别方法中的主判据为低电压判据、异步边界阻抗圆、静稳极限阻抗圆、转子侧低电压判据和延时元件中的任意一种或者多种的组合。
4.基于实时运行信息的失步保护校核方法，其特征在于：其校核步骤如下：
N1：从智能调度控制系统获取公共信息模型格式的电网模型、电网运行方式断面数据，并输入全网机组涉网保护和限制定值信息，建立涉网保护和限制对象与定值表之间的动态关联；
N2：计算机利用涉网定值生成的失步保护特性曲线；
N3：在涉网定值生成的失步保护特性曲线上，自动绘制同步发电机端阻抗的实时轨迹曲线，通过判断实施轨迹曲线的运动情况，来实现对同步发电机电机振荡性质的判断；
N4：根据失步保护告警条件判别当前时刻是否告警；
N5：若有告警须向校核系统推送告警信息，并图形化展示告警结果；
N6：确认调度范围内设备是否校核完毕。
5.根据权利要求4所述的基于实时运行信息的失步保护校核方法，其特征在于：所述N2步骤中涉网定值生成失步保护特性曲线，包括如下步骤：
N21：建立以同步发电机端为坐标原点的R-X阻抗平面；
N22：根据电机失步保护定值灵敏角φ，透镜特性的阻抗元件Z1在第I象限最远点整定阻抗Za和在第III象限最远点整定阻抗Zb，通过原点绘制遮挡器直线阻抗元件Z2的阻抗线；
N23：根据动作阻抗整定值Zc，绘制垂直于所述阻抗线的电抗线阻抗元件Z3的电抗线；
N24：在所述阻抗线上直线Za-Zb的中点绘制一条垂直于直线Za-Zb的直线L，根据失步保护透镜内角δ获取阻抗元件Z1的两条凸透镜曲线与直线L的交点M和交点N，经过点Za、Zb、M和点Za、Zb、N分别绘制出两条凸透镜曲线，完成生成三元件失步保护特性曲线。
6.根据权利要求5所述的基于实时运行信息的失步保护校核方法，其特征在于：所述N22步骤中绘制所述遮挡器直线阻抗元件Z2的阻抗线，包括如下步骤：
N221：以电机失步保护定值灵敏角φ，绘制一条与R轴夹角为φ且过原点的直线，完成所述阻抗线的绘制；
N222：在直线上找到透镜特性的阻抗元件Z1在第I象限最远点整定阻抗Za和在第III象限最远点整定阻抗Zb，形成直线Za-Zb。
N223：所述电机失步保护定值灵敏角φ为遮挡器直线阻抗元件Z2的阻抗线和R轴的夹角。
7.根据权利要求5所述的基于实时运行信息的失步保护校核方法，其特征在于：所述N23步骤中绘制电抗线阻抗元件Z3的电抗线，包括如下步骤：
N231：在直线Za-Zb上找到电抗线阻抗元件Z3的动作阻抗整定值Zc，并通过Zc画垂直于直线Za-Zb的直线，形成电抗线阻抗元件Z3的电抗线。
8.根据权利要求5所述的基于实时运行信息的失步保护校核方法，其特征在于：所述N24步骤中绘制两条凸透镜曲线，包括如下步骤：
N241：经过直线Za-Zb的中点绘制垂直于直线Za-Zb的直线L，以直线Za-Zb为边绘制两个角度为失步保护透镜内角δ的等腰三角形，相交直线L于点M和点N。
9.根据权利要求5所述的基于实时运行信息的失步保护校核方法，其特征在于：所述失步保护特性曲线如图15所示。
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