專利名稱：抗ta暫態(tài)不平衡的發(fā)電機差動保護的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領域，更具體地涉及繼電保護的方法。
背景技術(shù)：
差動保護是發(fā)電機內(nèi)部故障的快速主保護，從原理上講具有天然的選擇性，且靈敏度高、動作速度快，應用非常廣泛?，F(xiàn)場運行情況表明，發(fā)電機差動保護仍時有誤動。特別是，當區(qū)外故障切除或者發(fā)電機非同期并網(wǎng)時，發(fā)電機差動保護發(fā)生誤動。目前發(fā)電機差動保護的動作時間大體上都在20ms左右，而大機組的時間常數(shù)較大，有大的擾動時，兩側(cè)P級電流互感器(簡稱TA下同)在長時間的暫態(tài)電流作用下，難以保持傳變特性的一致，難免會出現(xiàn)較大的暫態(tài)不平衡差流。此不平衡差流對發(fā)電機差動保護的可靠運行構(gòu)成嚴重的威脅，如果發(fā)電機差動保護不采取抗TA暫態(tài)不平衡的措施，則可能會誤動。
運行表明，模入回路是差動保護最薄弱的環(huán)節(jié)之一。由于元器件損壞，A/D回路出錯、電源在干擾下電壓瞬時跌落等原因，差動保護的采樣回路可能出現(xiàn)問題，即使是一兩點的壞數(shù)據(jù)，也有可能使快速動作的差動保護誤動。發(fā)電機差動保護的安全性、可靠性亟待提高。
要提高差動保護可靠性，除選用變換精度更高的TA，匹配TA二次負載，保護裝置選用可靠的硬件并用雙A/D“二取二”出口等方法外，還可以在保護方案上采取措施。
采樣值差動是直接利用電流采樣值構(gòu)成的差動保護，一般采用比較R點中有S點滿足條件則保護動作的判據(jù)。它與常規(guī)的相量差動保護相比，具有計算量少，速度快等特點，常被用在對動作速度要求比較高的場合，如母線保護中。然而該方法存在一個缺點，由于采樣初始時刻的隨機性，使采樣值差動保護存在一定的模糊區(qū)，從而給繼電保護工作人員對采樣值差動動作特性門檻和斜率的測量與整定工作帶來了不便。由于發(fā)電機自身是一個電源系統(tǒng)，當發(fā)生內(nèi)部故障切除時，仍有相當長的過渡過程，因此發(fā)電機差動保護沒有必要片面追求超快的動作速度，更為重要的是保證保護的可靠性。本發(fā)明針對目前發(fā)電機差動保護存在的問題，綜合采樣值差動和相量差動的優(yōu)點，提出了一種多定值采樣值比率制動開放的發(fā)電機差動保護的方法。

發(fā)明內(nèi)容
為提高發(fā)電機差動保護的安全性、可靠性，本發(fā)明公開了一種抗TA暫態(tài)不平衡的發(fā)電機差動保護的方法。本方法由相量比率制動特性作為主判據(jù)，依靠多定值采樣值比率制動開放判據(jù)來達到防發(fā)電機兩側(cè)TA暫態(tài)特性不一致、防TA暫態(tài)飽和以及防保護裝置A/D采樣中壞數(shù)據(jù)的目的。本方法還具有發(fā)電機并網(wǎng)檢測判據(jù)、區(qū)外故障檢測判據(jù)、發(fā)電機兩側(cè)TA二次回路間隙性斷線判據(jù)以及TA飽和判據(jù)。
本發(fā)明包括步驟發(fā)電機差動保護裝置對電流互感器和電壓互感器的電流波形進行采樣得到電流和電壓瞬時值；通過變數(shù)據(jù)窗遞歸傅氏算法求出各電流和電壓的復數(shù)形式；根據(jù)用戶輸入的TA變比自動計算平衡系數(shù)，并輸出該系數(shù)供用戶校驗；按照式(1)計算差動電流與制動電流；按照式(2)所描述的動作方程，再加上發(fā)電機并網(wǎng)檢測判據(jù)、區(qū)外故障檢測判據(jù)、發(fā)電機兩側(cè)TA二次回路間隙性斷線判據(jù)以及TA飽和判據(jù)進入相量比率制動特性；按照式(3)計算采樣值差動電流與制動電流；按照式(4)進入多定值采樣值比率制動開放判據(jù)；當相量比率制動特性判據(jù)，多定值采樣值比率制動開放判據(jù)同時位于動作區(qū)后發(fā)電機差動保護瞬時動作。


圖1顯示了電流互感器和電壓互感器的安裝位置和極性的定義；圖2顯示了發(fā)電機差動保護動作特性；圖3顯示了本發(fā)明的發(fā)電機差動保護邏輯框圖。
具體實施方案本發(fā)明根據(jù)以下公式來實現(xiàn)抗TA暫態(tài)不平衡的發(fā)電機差動保護。電流互感器和電壓互感器的安裝位置和極性的定義請參考圖1，圖中GS為發(fā)電機，MT為主變，TV1為機端普通電壓互感器，TA1為機端TA，TA2為中性點TA。
差動電流和制動電流的計算方法見式(1) 式中Idz、Izd分別為差動電流和制動電流；IT&、IN&分別為發(fā)電機機端和中性點的電流相量，均以指向系統(tǒng)為正。
為提高嚴重內(nèi)部故障動作速度的同時保證區(qū)外故障不誤動，差動電流和制動電流的計算采用變數(shù)據(jù)窗算法。先采用半周數(shù)據(jù)窗傅氏算法計算差動電流和制動電流，此時，最小動作電流的定值自動提高18％。采用變數(shù)據(jù)窗算法后保護最快的動作時間在12ms之內(nèi)。如果半周算法得到的結(jié)果不能動作，保護自動切換成全周傅氏算法，可提高保護的可靠性。
比率制動差動保護的動作方程見式(2)，實現(xiàn)的比率制動動作特性請參考圖2Idz>ICDIdz>KresIzd---(2)]]>式中ICD為差動電流起始值，Kres為制動系數(shù)。
當以上相量比率制動特性動作后，進入采樣值比率制動判據(jù)，其中采樣值差動電流和制動電流的計算如式(3)所示idz=|iT-iN|izd=|iT+iN|/2---(3)]]>
式中idz、izd分別為采樣值差動電流和制動電流；iT、iN分別為發(fā)電機機端和中性點的電流采樣值。
采樣值比率制動判據(jù)如式(4)所示idz>kCDICDidz>Kresizd---(4)]]>式中kCD∈(0,2)]]>為常數(shù)，稱為差動定值系數(shù)。
若R點中有S點滿足式(4)，則采樣值比率制動判據(jù)動作。對于發(fā)電機差動保護，R可選為一周波的采樣點數(shù)，即對于一周24點采樣的保護裝置R等于24。根據(jù)事先確定的kCD值，可通過對正弦函數(shù)采樣的方法來確定S的取值。由于采樣初始時刻的隨機性，使采樣值比率制動保護存在一定的模糊區(qū)。而本方法將采樣值比率制動作為提高保護可靠性的開放判據(jù)，適當降低S的取值，可使相量比率制動特性位于臨界動作點時，采樣值比率制動可靠落在動作區(qū)，從而避開了采樣值比率制動固有的存在模糊區(qū)的缺點。
為進一步提高發(fā)電機差動保護的可靠性，可采用多定值采樣值比率制動特性。即先確定m個kCD值kCD1，kCD2，ΛΛkCDm，則對應m個S值S1，S1，ΛΛSm。如果對于每個kCD值，在R點采樣值數(shù)據(jù)中滿足式(4)的點數(shù)都大于相應的S值，則多定值采樣值比率制動特性滿足。
例如取m＝2，kCD1＝0.8，kCD2＝1.2idz>0.8ICDidz>Kresizd---(5)]]>idz>1.2ICDidz>Kresizd---(6)]]>若R個采樣點中滿足式(5)的點數(shù)大于S1，而且滿足式(6)的點數(shù)大于S2(S2＜S1)，則多定值采樣值比率制動特性滿足。其中式(5)為低定值判據(jù)，式(6)為高定值判據(jù)。采用多定值采樣值比率制動特性的原因是，當采樣存在壞數(shù)據(jù)時，該點采樣值可能為A/D所能表示的正最大或負最大，其絕對值很大但壞數(shù)據(jù)點數(shù)可能比較少，此時由于正常數(shù)據(jù)為負荷電流，其差值非常小，這樣就可以依靠動作點數(shù)多而動作定值較低的采樣值比率制動特性來保證保護不誤動；而當區(qū)外故障切除，發(fā)電機兩側(cè)TA暫態(tài)特性不一致時，所產(chǎn)生的差流可能時間較長但幅值較小，可以依靠動作定值高而動作點數(shù)少的采樣值比率制動特性來保證保護不誤動。另外，由于當TA飽和時，當電流過零點之后有一個TA線性傳變區(qū)，使采樣值比率制動的一些點位于制動區(qū)，因此采樣值比率制動特性也有一定防TA飽和能力。
本差動保護具有發(fā)電機并網(wǎng)檢測判據(jù)。當發(fā)電機機端和中性點TA長時間無流判為發(fā)電機未并網(wǎng)，如果機端和中性點TA突然同時出現(xiàn)一定大小的電流則說明發(fā)電機此時并網(wǎng)。判出發(fā)電機并網(wǎng)后，可適當增加比率制動的斜率，防止非同期合閘時保護誤動。
本差動保護具有區(qū)外故障檢測判據(jù)，當電流突變量啟動后一段時間，如果保護處在非動作區(qū)，則說明是區(qū)外故障啟動的，此時可增加判別次數(shù)以防止區(qū)外故障引起保護誤動。
下面結(jié)合圖3，說明一下保護的動作邏輯。由于發(fā)電機差動保護只保護相間故障，保護采用循環(huán)閉鎖原理，可提高可靠性。循環(huán)閉鎖原理如圖3中第一部分邏輯框圖所示，只有當兩相及以上差動動作時保護才會出口。
如圖3中第二部分邏輯框圖所示，為了保護一點在區(qū)內(nèi)、一點區(qū)外的兩點接地故障，還設有機端負序電壓元件。在差動保護僅有一相滿足動作條件時，除增加計算次數(shù)和TA異常判斷次數(shù)外，同時機端負序電壓大時，保護才發(fā)跳閘命令。
如圖3中第三部分邏輯框圖所示，本方法具有發(fā)電機兩側(cè)電流互感器二次回路間隙性斷線判據(jù)，當TA二次由于接線原因接觸不良時保護不會誤動。但最大相電流大于1.2倍額定電流時要開放差動保護。本方法另外還具有TA飽和判據(jù)當區(qū)外嚴重故障使發(fā)電機一側(cè)TA飽和時保護不會誤動。
如圖3中第四部分邏輯框圖所示，當差動保護未動作，但一相及以上差流超過差流越限定值時，保護發(fā)出差流越限信號，提示運行人員檢查二次回路接線。
由于微機保護可實現(xiàn)資源共享，增加一種原理的保護并不會增加硬件復雜性而降低可靠性。對于中性點可引出兩組TA的大型發(fā)電機，本方法考慮了通過對高性能CPU分時復用的方式，在同一臺保護裝置中完成一套發(fā)電機縱差保護，一套裂相橫差保護，兩套不完全縱差保護，從而實現(xiàn)發(fā)電機綜合差動保護。其中裂相橫差保護和不完全縱差保護，可保護定子繞組匝間故障，除不必采用循環(huán)閉鎖方式外，其它實現(xiàn)方法與發(fā)電機縱差保護相同。
本發(fā)明大大提高了發(fā)電機差動保護防止發(fā)電機非同期并網(wǎng)、區(qū)外故障及區(qū)外故障切除時兩側(cè)TA暫態(tài)不平衡時誤動的能力，以及防止A/D采樣壞數(shù)據(jù)使保護誤動的能力，在不降低發(fā)電機差動保護靈敏度和動作速度的前提下提高了保護的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種抗TA暫態(tài)不平衡的發(fā)電機差動保護的方法，該方法包括步驟發(fā)電機差動保護裝置對電流互感器和電壓互感器的電流波形進行采樣得到電流和電壓瞬時值；通過變數(shù)據(jù)窗遞歸傅氏算法求出各電流和電壓的復數(shù)形式；按照下式計算差動電流與制動電流 式中Idz、Izd分別為差動電流和制動電流；I&T、I&N分別為發(fā)電機機端和中性點側(cè)的電流相量；按照下式所描述的動作方程，再加上發(fā)電機并網(wǎng)檢測判據(jù)、區(qū)外故障檢測判據(jù)、發(fā)電機兩側(cè)TA二次回路間隙性斷線判據(jù)以及TA飽和判據(jù)進入相量比率制動特性 式中ICD為差動電流起始值，Kres為制動系數(shù)；當以上相量比率制動特性動作后，進入采樣值比率差動制動特性判別，按照下式計算采樣值差動電流與采樣值制動電流 式中idz、izd分別為采樣值差動電流和制動電流；iT、iN分別為發(fā)電機機端和中性點的電流采樣值；按照下式進入多定值采樣值比率制動開放判據(jù)，當相量比率制動特性判據(jù)，多定值采樣值比率制動開放判據(jù)同時位于動作區(qū)后發(fā)電機差動保護瞬時動作 式中kCD∈(0,2)]]>為常數(shù)，稱為差動定值系數(shù)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中根據(jù)事先確定的m個kCD值kCD1，kCD2，ΛΛkCDm，可通過對正弦函數(shù)采樣的方法來確定對應的m個S值S1，S1，ΛΛSm，如果對于每個kCD值，在R點采樣值數(shù)據(jù)中滿足上式的點數(shù)都大于相應的S值，則多定值采樣值比率制動特性滿足。
3.如權(quán)利要求1的方法，發(fā)電機并網(wǎng)檢測判據(jù)為當發(fā)電機機端和中性點TA長時間無流判為發(fā)電機未并網(wǎng)，如果機端和中性點TA突然同時出現(xiàn)一定大小的電流則說明發(fā)電機此時并網(wǎng)。
4.如權(quán)利要求1的方法，區(qū)外故障檢測判據(jù)為當電流突變量啟動后一段時間，如果保護處在非動作區(qū)，則說明是區(qū)外故障啟動的。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領域中繼電保護的方法。為提高發(fā)電機差動保護的安全性可靠性，公開了一種抗發(fā)電機兩側(cè)電流互感器(簡稱TA，以下同)暫態(tài)不平衡的發(fā)電機差動保護的方法。本方法由相量比率制動特性和多定值采樣值比率制動開放判據(jù)組成，采用變數(shù)據(jù)窗算法和循環(huán)閉鎖原理，為保證在系統(tǒng)的暫態(tài)過程中保護動作行為正確，本方法還具有發(fā)電機并網(wǎng)檢測判據(jù)、區(qū)外故障檢測判據(jù)、發(fā)電機兩側(cè)電流互感器二次回路間隙性斷線判據(jù)以及TA飽和判據(jù)。
文檔編號H02H7/06GK1632997SQ20051000213
公開日2005年6月29日 申請日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月14日
發(fā)明者屠黎明, 蘇毅, 鄒衛(wèi)華 申請人:北京四方繼保自動化股份有限公司