发电机组非同期合闸保护方法

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发电机组非同期合闸保护方法\n技术领域\n[0001] 本发明属于电力系统继电保护技术领域，更具体地涉及一种发电机组继电保护的方法。\n背景技术\n[0002] 在电力系统的实际运行中，经常要根据需要将发电机组与系统分离，或者将发电机组并入电网。一般来说，电厂在并入电网之前要进行假同期试验，然后才能进行同期合闸并网。但在某些情况下，因为发电机组同期装置或者二次回路的问题，并没有在两侧电压幅值、相位、频率都很恰当时就并入电网，这称为发电机组非同期合闸并网，可能会引起系统的功率振荡，对电厂的设备以及保护影响较大。\n[0003] 如果转子已经施加励磁电压，非同期合闸产生的合闸电流甚至高达3～8倍额定电流，对机组造成很大的影响。如果合闸瞬间发电机组频率已接近或等于系统频率，而断路器两端电压相位差较大，则合闸瞬间将产生很大的合闸电流。在断路器两端电压正好反相(即两端电压相位角差为180°时)且都为峰值时合闸电流最大；在两端电压相位角差为\n120°时冲击转矩最大。如果发电机组在频率较低时合闸，则发电机组与系统间不仅存在较大的频率差，机端电压和系统电压间幅值也有很大差异，角度差合格的可能性也极小。同期合闸的3个条件很可能都不满足，至少也有2个条件不满足，情况极为恶劣，定子中将产生巨大的冲击电流。由于转子转速与同步转速间存在较大差异，定子电流将在转子表面感应频率差电流，导致转子表面局部温升。如果热积累时间过长，同样也会损坏转子。非同期合闸对发电机组产生的巨大冲击还将缩短发电机组的使用寿命，严重时将直接损坏大轴。\n[0004] 发电机组与电力系统非同期并列，将损坏任何形式的发电机组，损坏的部件可能是联轴器螺栓、轴承位置的改变、定子绕组变松、定子叠片变松、轴和其它机器零件疲劳损坏。非同期并列也会引起发电机组升压变压器内力损坏，虽然非同期并列对大小机组都有损害，但连在低阻抗、EHV系统的大机组由于电流和轴应力更大，影响更严重。另外，非同期合闸对系统的冲击也不容忽视。\n[0005] 非同期合闸电流很大时对变压器、发电机组来说是一个穿越电流，差动保护应该可靠不动作。但是穿越性电流发电机组与电力系统非同期并列，将损坏任何形式的发电机组。于是，非常有必要安装非同期合闸保护。\n[0006] 目前，基本上没有专用的发电机组非同期合闸保护，一般只能依靠误上电保护、过流保护、阻抗保护、失步保护等来切除严重的非同期合闸事故。误上电保护是针对发电机组盘车或转子静止时发生误合闸操作而设置的，在严重的非同期事故中很可能无法动作；而发电机组的过流保护、阻抗保护、失步保护动作延时较长，而且可能出现非同期合闸后保护返回的情况，造成保护拒动或延时动作，会对机组造成很大损伤，对系统也产生巨大冲击。\n而本发明，解决了严重非同期事故中保护拒动或延时动作问题，并且在正常运行、正常并网操作中不会误动，在轻微的可以将机组拉入同步的非同期事故中也不会跳闸，确保了机组安全运行。\n发明内容\n[0007] 针对非同期合闸事故，应优先采用同期鉴定的方法，采用附加的同期继电器，预防非同期合闸事故的发生。但如果在机组已经发生严重非同期合闸事故后，为了能够及时跳开发电机组，需专设非同期合闸保护。本发明是为了防止非同期合闸对系统或者发电机组造成损害，达到在发生严重的非同期并列的时候，及时将发电机组切除的目的。另外当发电机组频率已经接近系统频率，而且两侧电势之间的夹角较小时发生不是很严重的非同期合闸事故时，由于对发电机组本身的冲击已经造成，若发电机被系统很快拖入同步，一般不必跳开发电机。本发明的方法兼顾了以上两个方面，通过在发电机组增设非同期保护装置，并利用将发电机组连接到电网的断路器的辅助接点开入量和发电机组输出电压、定子电流值实现发电机组的非同期合闸保护；其特征在于，该方法包括如下步骤：\n[0008] (1)非同期保护装置对发电机组机端三相电流互感器、三相电压互感器的波形进行采样得到电流电压的瞬时值，通过傅氏算法求出各电气量的复数形式，所述非同期保护装置采集所述断路器辅助节点开入量；\n[0009] (2)判断定子电流是否超过电流整定值Iset，Iset一般取2.5Ie，Ie为发电机组额定电流，如果定子电流大于所述电流整定值，进入步骤(3)的判断，否则，本次判别结束，进入下一次判别；\n[0010] (3)根据非同期保护装置采集的断路器辅助触点开入量，判断断路器是否闭合，当没有断路器断开开关量输入时，判断断路器闭合，进而判断发电机组已经并网，则进入步骤(4)的判断，否则，本次判别结束，进入下一次判别；\n[0011] (4)判断在最近的电压返回延时T1时间内发电机组电压是否低于电压整定值Uset，Uset一般取0.8Ue，Ue为发电机组额定电压，T1一般取50ms，当在电压返回延时T1时间内发电机组电压低于所述电压整定值时，进入步骤(5)进行下一步判断，否则，本次判断结束，进行下一次判断；\n[0012] (5)根据采集的断路器辅助触点开入量，判断在最近的返回延时T2时间内是否曾经有断路器断开开关量输入，即断路器曾经断开，所述返回延时T2一般取300ms，如果判断在所述最近的返回延时T2时间内，判断断路器曾经断开，则进入步骤(6)进行下一步骤的判断，否则，本次判断结束，进行下一次判断；\n[0013] (6)当步骤2—5的条件满足时进一步判断在最近的T2时间内是否曾经没有定子电流，即电流值低于某一设定电流阈值，如果在最近的T2时间内曾经出现没有电流的情况即电流值低于某一设定电流阈值时，电流阈值一般取0.06Ie，进入步骤(7)进行下一步判断，否则，本次判断结束，进行下一次判断；\n[0014] (7)当以上步骤所有条件满足时，判断为发电机组发生了非同期合闸事故，经过跳闸时间T3延时非同期合闸保护出口跳发电机组连接到电网的断路器，且不需要启动断路器失灵，将发电机组从系统中切除，从而避免了非同期合闸给系统和机组带来进一步的危害，其中跳闸时间T3一般取0.1s。\n[0015] 本发明公开的保护方法能够判断发电机组是否发生了非同期合闸事故，并且当判断发电机组发生了非同期合闸事故时，该保护方法能够经过T3延时非同期合闸保护出口跳发电机组连接到电网的断路器，且不需要启动断路器失灵，将发电机从系统中切除，从而避免了非同期合闸给系统和机组带来进一步的危害。\n附图说明\n[0016] 图1为为了进行非同期并列仿真搭建的PSCAD/EMTDC模型；\n[0017] 图2为对系统进行三种情况下仿真的结果。其中，a为δ≈90°时发生非同期合闸的仿真结果；b为δ≈120°时发生非同期合闸的仿真结果；c为δ≈180°时发生非同期合闸的仿真结果；\n[0018] 图3显示了非同期合闸保护的流程示意图；\n[0019] 图4显示了非同期合闸保护的逻辑方框图。\n具体实施方式\n[0020] 下面根据说明书附图并结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。\n[0021] 针对发电机组达到或接近额定转速，已合励磁开关情况下发生的非同期合闸事故，可以利用PSCAD/EMTDC程序进行仿真。仿真考虑了不同合闸角情况下非同期合闸情况，按附图1建立仿真的模型，考虑发电机经主变压器向无穷大系统送电的情况。仿真的结果在附图2中有明确的显示。图2a显示了发电机与系统夹角δ≈90°发电机非同期合闸定子电流机端电压等的仿真结果；图2b显示了发电机与系统夹角δ≈120°发电机非同期合闸定子电流机端电压等的仿真结果；图2c显示了发电机与系统夹角δ≈180°发电机非同期合闸定子电流机端电压等的仿真结果。\n[0022] 仿真结果可以看出，当非同期合闸后定子中产生很大的冲击电流(大于2.5Ie)，机端电压明显下降(小于0.8Ue)，当δ<120°时非同期合闸有可能拉入同步，当δ>120°一般不可能拉入同步。\n[0023] 为了防止非同期合闸对系统或者发电机组造成损害，本发明提出了利用断路器辅助接点和低电压、过电流组成非同期合闸保护的方法。本方法的流程示意如图3所示，本方法包括如下步骤：\n[0024] 非同期保护装置对发电机组机端三相电流互感器、三相电压互感器的波形进行采样得到电流电压的瞬时值，通过傅氏算法求出各电气量的复数形式；\n[0025] 判断定子电流是否超过电流整定值Iset，Iset一般取2.5Ie，Ie为发电机组额定电流；\n[0026] 当以上条件满足时进一步判断断路器触点断开开关量是否没有输入，即发电机组已经并网；\n[0027] 当以上条件满足时进一步判断在最近的T1时间内发电机组电压是否低于电压整定值Uset，Uset一般取0.8Ue，Ue为发电机组额定电压，T1一般取50ms；\n[0028] 当以上条件满足时进一步判断在最近的T2时间内是否曾经有断路器触点断开开关量输入，T2取300ms；\n[0029] 当以上条件满足时进一步判断在最近的T2时间内是否曾经没有定子电流，即是否曾经定子电流值低于某一设定电流阈值，如果在最近的T2时间内曾经出定子电流值低于某一设定电流阈值时，则判断在最近的T2时间内曾经没有定子电流；其中该电流阈值一般取0.06Ie；\n[0030] 当以上任一条件不满足都判别为不满足条件，本次判别结束，进入下一次判别，当以上所有条件满足时判断为发生了非同期合闸事故，经过跳闸时间T3延时非同期合闸保护出口跳发电机组连接到电网的断路器，且不需要启动断路器失灵，T3一般取0.1秒，将发电机组从系统中切除，从而避免了非同期合闸给系统和机组带来进一步的危害。\n[0031] 如图4所示为本发明的非同期合闸保护方法的逻辑方框图，其中以下五个条件之间为与门关系：判断定子电流超过电流整定值Iset；断路器触点断开开关量是否没有输入；在最近的T1时间内发电机组电压是否低于电压整定值Uset；在最近的T2时间内曾经有断路器触点断开开关量输入；在最近的T2时间内是否曾经没有电流。当五个条件都满足时保护经过T3延时出口。\n[0032] 通过保护方案和动模实验结果可以看到，当发生严重的非同期并列的时候，非同期合闸保护能够快速将发电机组从系统中切除。