同步機(jī)組起動(dòng)過程中的失磁保護(hù)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種失磁保護(hù)方法。特別是涉及一種同步機(jī)組起動(dòng)過程中的失磁保護(hù) 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 背靠背啟動(dòng)和變頻器啟動(dòng)是同步機(jī)組的兩種主要啟動(dòng)方式。所謂背靠背啟動(dòng)，是 指將同步發(fā)電機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)直接連接，并利用發(fā)電機(jī)直接拖動(dòng)電動(dòng)機(jī)，直至電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 達(dá)到可以并網(wǎng)運(yùn)行的同步轉(zhuǎn)速。變頻器起動(dòng)是利用變頻調(diào)速系統(tǒng)提供的低頻電源加在被啟 動(dòng)機(jī)組定子上，同步機(jī)組在同步轉(zhuǎn)矩作用下逐漸升速直至可以并網(wǎng)運(yùn)行。同步機(jī)組啟動(dòng)期 間的失磁故障與并網(wǎng)條件下的失磁故障存在明顯差異，造成目前同步機(jī)組啟動(dòng)過程中傳統(tǒng) 的失磁保護(hù)判據(jù)失效，機(jī)組在啟動(dòng)過程中發(fā)生失磁故障時(shí)失去保護(hù)，同步機(jī)組啟動(dòng)過程中 發(fā)生失磁故障，由于機(jī)組的轉(zhuǎn)速和電壓較低，此時(shí)的同步機(jī)組類似于降壓啟動(dòng)的異步電動(dòng) 機(jī)，大量的啟動(dòng)電流將會(huì)進(jìn)入同步機(jī)組的阻尼繞組，引起機(jī)組的轉(zhuǎn)子過熱，最終導(dǎo)致機(jī)組損 壞。因此，同步機(jī)組在啟動(dòng)過程中必須裝設(shè)失磁保護(hù)。
[0003] 目前大型汽輪發(fā)電機(jī)和水輪發(fā)電機(jī)正在使用的失磁保護(hù)判據(jù)有五類：變勵(lì)磁低電 壓判據(jù)，定勵(lì)磁低電壓判據(jù)，靜穩(wěn)阻抗圓判據(jù)、異步阻抗圓判據(jù)和機(jī)端低電壓判據(jù)，實(shí)際使 用的失磁保護(hù)判據(jù)是上述判據(jù)的邏輯組合。但是，這些判據(jù)在用作同步機(jī)組啟動(dòng)過程中的 失磁故障時(shí)，并非全部合適。
[0004] 變勵(lì)磁低電壓判據(jù)適用于并網(wǎng)運(yùn)行的發(fā)電機(jī)，它能夠根據(jù)輸出功率的大小自適應(yīng) 調(diào)節(jié)失磁保護(hù)的動(dòng)作值，在發(fā)電機(jī)出現(xiàn)部分失磁的情況下能夠預(yù)測可能的失步，從而顯著 提高機(jī)組出力或切換勵(lì)磁的效果。但是，對(duì)于啟動(dòng)過程的同步機(jī)組來說，其電磁功率較小， 勵(lì)磁電壓相對(duì)固定，變勵(lì)磁低電壓判據(jù)失去了存在的依據(jù)。
[0005] 定勵(lì)磁低電壓判據(jù)主要用于發(fā)電機(jī)輕載或空載條件下的失磁故障保護(hù)。啟動(dòng)過程 中的同步機(jī)組，其負(fù)載較輕，類似于空載運(yùn)行，因此該判據(jù)仍然有效。
[0006] 由于同步電機(jī)在啟動(dòng)期間因失磁而導(dǎo)致異步運(yùn)行時(shí)，其穩(wěn)態(tài)異步阻抗呈現(xiàn)出次暫 態(tài)電抗的性質(zhì)，由于啟動(dòng)期間發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速較低，此時(shí)的次暫態(tài)電抗小于額定頻率下的次 暫態(tài)電抗，此時(shí)阻抗繼電器將出現(xiàn)拒動(dòng)。同時(shí)，在整個(gè)啟動(dòng)期間，同步電機(jī)的定子電流頻率 較低，目前的保護(hù)裝置尚缺乏有效的頻率跟蹤手段，無法對(duì)整個(gè)啟動(dòng)過程進(jìn)行準(zhǔn)確的測頻， 較低頻率下阻抗繼電器的正確性不能得到保證。
[0007] 機(jī)端低電壓判據(jù)在整個(gè)啟動(dòng)期間長期處于動(dòng)作狀態(tài)，失去了鑒別失磁故障的作 用。應(yīng)該設(shè)計(jì)專門的失磁保護(hù)方案。
[0008] 目前是存在失磁故障檢測方法的，但是都是針對(duì)同步機(jī)組在正常運(yùn)彳丁時(shí)的失磁故 障檢測，而起動(dòng)過程中的失磁故障是缺乏有效檢測方法的。并且，目前在工業(yè)應(yīng)用中，是通 過估算起動(dòng)過程中的頻率變化，通過在頻域條件下計(jì)算阻抗，并判斷阻抗的動(dòng)作軌跡來實(shí) 現(xiàn)失磁故障判定的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種安全可靠的同步機(jī)組起動(dòng)過程中的失磁 保護(hù)方法。
[0010] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種同步機(jī)組起動(dòng)過程中的失磁保護(hù)方法，在同步 機(jī)組啟動(dòng)的過程中進(jìn)行如下步驟：
[0011]1)實(shí)時(shí)測量起動(dòng)機(jī)組的端口電壓u(t)和電流i⑴；
[0012] 2)從端口向機(jī)組內(nèi)部看，將正在起動(dòng)的機(jī)組等效為電阻和電感相串聯(lián)的模型，起 動(dòng)機(jī)組端口的電壓電流滿足如下關(guān)系：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種同步機(jī)組起動(dòng)過程中的失磁保護(hù)方法，其特征在于，在同步機(jī)組啟動(dòng)的過程中 進(jìn)行如下步驟： 1) 實(shí)時(shí)測量起動(dòng)機(jī)組的端口電壓U (t)和電流i(t); 2) 從端口向機(jī)組內(nèi)部看，將正在起動(dòng)的機(jī)組等效為電阻和電感相串聯(lián)的模型，起動(dòng)機(jī) 組端口的電壓電流滿足如下關(guān)系：
式中，R為起動(dòng)機(jī)組的等效電阻；L為起動(dòng)機(jī)組的等效電感；u(t)為起動(dòng)機(jī)組的端口電 壓；i (t)為起動(dòng)機(jī)組的端口電流
為端口電流的微分值； 3) 測量裝置實(shí)時(shí)測量得到的機(jī)組電壓和電流是采樣值，將步驟2)中u(t)的關(guān)系式用 采樣值表示為
式中，k表不米樣點(diǎn)的編號(hào)；Uk和i k分別為端口電壓和電流的在k時(shí)刻的米樣值； Ts為采樣間隔
4) 根據(jù)最小二乘原理對(duì)步驟3)的中采樣值Uk公式進(jìn)行計(jì)算求解，求得從機(jī)組的端口 看入的等效電阻和電感的估算值分別為：
式中，左和Z表示等效電阻和電感的估算值；N表示當(dāng)前用于計(jì)算的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)； 5) 根據(jù)根據(jù)步驟4)計(jì)算得到的等效電阻i?和電感Z的計(jì)算結(jié)果，判定結(jié)果值是否進(jìn)入 動(dòng)作區(qū)，進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，則判定所述起動(dòng)機(jī)組發(fā)生了失磁故障；未進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，則判定所述起 動(dòng)機(jī)組沒有發(fā)生失磁故障。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所同步機(jī)組起動(dòng)過程中的失磁保護(hù)方法，其特征在于，步驟2)所述 的電阻和電感相串聯(lián)的模型為R-L時(shí)域模型。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所同步機(jī)組起動(dòng)過程中的失磁保護(hù)方法，其特征在于，步驟5)所述 的動(dòng)作區(qū)是根據(jù)發(fā)電機(jī)的直軸電感和直軸暫態(tài)電感參數(shù)決定的一個(gè)圓形區(qū)域，構(gòu)成動(dòng)作區(qū) 的公式如下：
式中，Ld是同步機(jī)的直軸電感；L /是同步機(jī)的直軸暫態(tài)電感， 當(dāng)構(gòu)成動(dòng)作區(qū)的公式成立時(shí)，表示計(jì)算得到的等效電阻A和電感￡的結(jié)果進(jìn)入動(dòng)作 區(qū)，則判定所述起動(dòng)機(jī)組發(fā)生了失磁故障；如果構(gòu)成動(dòng)作區(qū)的公式不成立，則表示計(jì)算得到 的等效電阻左和電感Z的結(jié)果未進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，則判定所述起動(dòng)機(jī)組沒有發(fā)生失磁故障。
【專利摘要】一種同步機(jī)組起動(dòng)過程中的失磁保護(hù)方法，在同步機(jī)組啟動(dòng)的過程中包括：實(shí)時(shí)測量起動(dòng)機(jī)組的端口電壓和電流；從端口向機(jī)組內(nèi)部看，將正在起動(dòng)的機(jī)組等效為電阻和電感相串聯(lián)的模型；測量裝置實(shí)時(shí)測量得到的機(jī)組電壓和電流是采樣值；根據(jù)最小二乘原理采樣值進(jìn)行計(jì)算求解，求得從機(jī)組的端口看入的等效電阻和電感的估算值；根據(jù)估算值計(jì)算得到的等效電阻和電感的計(jì)算結(jié)果，判定結(jié)果值是否進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，則判定所述起動(dòng)機(jī)組發(fā)生了失磁故障；未進(jìn)入動(dòng)作區(qū)，則判定所述起動(dòng)機(jī)組沒有發(fā)生失磁故障。本發(fā)明不計(jì)算起動(dòng)過程中的頻率，利用電阻電感等效模型，在時(shí)域條件下直接計(jì)算電阻和電感的變化軌跡，避免了頻率的估算，而且適用于起動(dòng)中機(jī)組頻率連續(xù)變化的場合。
【IPC分類】G01R31-34
【公開號(hào)】CN104535926
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410826043
【發(fā)明人】李斌, 段志田, 王欣
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年12月25日