本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)繼電保護技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種火力發(fā)電廠功率外送通道中斷時的發(fā)電機組零功率保護系統(tǒng)及其方法。

背景技術(shù)：

大型汽輪發(fā)電機組容量大、蒸汽參數(shù)高、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量大，當(dāng)發(fā)生功率外送通道中斷時(即電廠全部送出線路均與電網(wǎng)斷開)，發(fā)電機功率無法送出，如不能及時采取鍋爐熄火、主汽門關(guān)閉和滅磁等一系列措施，會引發(fā)汽輪發(fā)電機組超速、蒸汽熱力系統(tǒng)超溫超壓等問題，對機組設(shè)備安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，目前很多火電機組均配置了發(fā)電機零功率保護，在發(fā)生功率外送通道中斷時，零功率保護及時采取措施停機，保證機組安全。

發(fā)生功率外送通道中斷時，發(fā)電機將出現(xiàn)電壓上升、電流減小、功率減小、頻率上升等典型電氣特征，零功率保護即是利用上述電氣特征實現(xiàn)其功能判據(jù)。目前常用的零功率保護判據(jù)在判斷發(fā)電機由于功率外送通道中斷出現(xiàn)的零功率狀態(tài)時一般不存在問題，但當(dāng)電廠送出線路發(fā)生故障從而引起調(diào)門快關(guān)動作或引起機組功率發(fā)生振蕩時，若零功率保護的判據(jù)不夠完善，零功率保護將發(fā)生誤動作。近期電力系統(tǒng)中已發(fā)生多起零功率保護誤動事故。針對零功率保護存在的問題，一些文獻中提出了優(yōu)化的零功率保護判據(jù)，但這些判據(jù)的優(yōu)化均沒有從根本上解決問題。

因此，有必要研究發(fā)電機出現(xiàn)零功率狀態(tài)的本質(zhì)電氣特征，提出經(jīng)過優(yōu)化完善的零功率保護判據(jù)，提高發(fā)電機組零功率保護運行的可靠性。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種火電機組零功率保護系統(tǒng)，以優(yōu)化完善火電機組零功率保護的判據(jù)，提高零功率保護動作的可靠性。

為此，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種火電機組零功率保護系統(tǒng)，包括啟動判據(jù)模塊、動作判據(jù)模塊及出口邏輯模塊，

所述的啟動判據(jù)模塊包括電氣突變量判據(jù)和零功率保護投用判據(jù)，所述的電氣突變量判據(jù)與零功率保護投用判據(jù)構(gòu)成與門邏輯；

所述的電氣突變量判據(jù)為零功率保護啟動判據(jù)中的主要判據(jù)，由發(fā)電機電壓突增、電流突降、功率突降相與而成，各判據(jù)依次為δu＝ut-ut-20ms>0、δi＝it-it-20ms<0、δp＝pt-pt-20ms<0，式中，δu、δi、δp分別為發(fā)電機正序電壓突變量、正序電流突變量和功率突變量，ut、it、pt分別為當(dāng)前時刻t的發(fā)電機正序電壓、正序電流和功率的有效值，ut-20ms、it-20ms、pt-20ms分別為當(dāng)前時刻t之前20ms時的發(fā)電機正序電壓、正序電流和功率的有效值；

所述的出口邏輯模塊包括出口判斷邏輯、自保持邏輯和出口延時t2。

電廠功率外送通道中斷故障發(fā)生時，發(fā)電機失去系統(tǒng)負(fù)載，發(fā)電機機端電壓將瞬時升高，發(fā)電機功率無法送出，發(fā)電機電流將瞬時減小，功率同時減小，突變量判據(jù)滿足動作條件。當(dāng)電廠外送線路發(fā)生故障時刻，發(fā)電機電壓瞬時降低，發(fā)電機電流瞬時增大，突變量判據(jù)不滿足動作條件。當(dāng)電廠外送線路故障切除時，發(fā)電機電壓瞬時升高，電流瞬時減小，這個特征與功率外送通道中斷故障發(fā)生時發(fā)電機的電氣特征相同，但線路故障切除時發(fā)電機輸出功率是瞬時增大的，而功率外送通道中斷時發(fā)電機輸出功率是瞬時減小的，不滿足突變量判據(jù)中δp＝pt-pt-20ms<0動作條件，因此突變量判據(jù)不會滿足。由以上分析可知，利用發(fā)電機電壓突增、電流突降、功率突降相與而成的突變量判據(jù)，能夠有效區(qū)分電廠線路故障切除與功率外送通道中斷的情況，有效防止零功率保護在電廠線路故障切除時的誤啟動與誤動作。

進一步地，所述的動作判據(jù)模塊用于判別發(fā)電機是否處于零功率狀態(tài)，由低功率判據(jù)p<pset2和低電流判據(jù)ia、b、c<iset相與而成，其中p為發(fā)電機功率測量值，pset2為發(fā)電機低功率整定值，ia、b、c為發(fā)電機各相相電流有效值，iset為發(fā)電機低電流整定值。當(dāng)發(fā)電廠功率外送通道中斷時，發(fā)電機功率無法送出，其輸出功率及電流均將減小至接近為零的狀態(tài)，滿足動作判據(jù)的動作條件。

進一步地，發(fā)電機低功率整定值pset2小于發(fā)電機的最低出力，發(fā)電機低電流整定值iset小于發(fā)電機正常運行時的最小負(fù)荷電流。

進一步地，所述的發(fā)電機電壓突增、電流突降和功率突降動作后均不保持。

進一步地，所述的出口判斷邏輯為：當(dāng)啟動判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)動作判據(jù)滿足，兩者相與形成動作出口信號s；由于啟動判據(jù)中的突變量判據(jù)均不保持，因此啟動判據(jù)滿足后需要保持150ms，在啟動判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)要求發(fā)電機功率及電流降至整定值以下；出口信號s與動作判據(jù)相與構(gòu)成自保持功能，在出口延時t2時間內(nèi)，只要動作判據(jù)未復(fù)歸，零功率保護均將動作出口。

發(fā)生由于線路故障或開關(guān)偷跳引起的功率外送通道中斷故障時，當(dāng)突變量判據(jù)滿足后，發(fā)電機功率和電流必將在斷路器跳開后變?yōu)榱?。一?20kv以上系統(tǒng)的斷路器動作時間均小于100ms，為保證可靠性，此處啟動判據(jù)的保持時間取為150ms。而在一般情況下汽輪機調(diào)節(jié)汽門關(guān)閉時發(fā)電機功率將在300ms以上才能減小至零，因此保持時間取150ms可有效區(qū)分由于汽輪機調(diào)門關(guān)閉時引起發(fā)電機零功率的情況。

為提高零功率保護動作可靠性，特設(shè)置動作延時t2環(huán)節(jié)，該延時由用戶根據(jù)現(xiàn)場情況整定。研究發(fā)電機出現(xiàn)零功率狀態(tài)的電氣特征，發(fā)現(xiàn)其根本特征就是在電壓突增電流突降后功率在一定時間內(nèi)降為零。因此，在啟動判據(jù)滿足后要求150ms內(nèi)發(fā)電機功率及電流降至整定值以下，即給功率和電流的變化規(guī)定一個變化率，體現(xiàn)了發(fā)電機零功率狀態(tài)的本質(zhì)電氣特征。該判據(jù)可有效防止汽輪機調(diào)門關(guān)閉后功率逐漸減小導(dǎo)致零功率保護誤動作的情況。

進一步地，所述的零功率保護投用判據(jù)采用p>pset1，經(jīng)過延時時間t1動作，瞬時返回；其中，p為發(fā)電機功率測量值，pset1為零功率保護投用整定值。

零功率保護投用判據(jù)根據(jù)發(fā)電機功率大小確定是否投入零功率保護功能，當(dāng)發(fā)電機功率p大于零功率保護投用整定值pset1時，零功率保護才投入；而當(dāng)發(fā)電機功率p小于零功率保護投用整定值pset1時，即使發(fā)生功率外送通道故障，一般情況下也不會對發(fā)電機及機組熱力系統(tǒng)產(chǎn)生危害，因此零功率保護不投入。當(dāng)電網(wǎng)發(fā)生故障時有可能導(dǎo)致機組發(fā)生振蕩，設(shè)置延時時間t1的目的是即使零功率保護投用判據(jù)躲過電力系統(tǒng)振蕩，也能防止出現(xiàn)零功率保護誤投用的情況。

進一步地，所述的pset1小于調(diào)度對機組要求的最低出力。

進一步地，所述的延時時間t1為5-10秒，以可靠躲過電力系統(tǒng)功率振蕩周期。

本發(fā)明還提供采用上述火電機組零功率保護系統(tǒng)進行保護的方法，其步驟如下：

1)采集被保護發(fā)電機的機端電壓u及機端電流i；

2)計算發(fā)電機功率p、正序電壓突變量δu、正序電流突變量δi和功率突變量δp，其中，

δu＝ut-ut-20ms、δi＝it-t-20ms、δp＝pt-pt-20ms

式中，ut、it、pt分別為當(dāng)前時刻t時的發(fā)電機正序電壓、正序電流、功率的有效值；

ut-20ms、it-20ms、pt-20ms分別為當(dāng)前時刻t之前20ms時的發(fā)電機正序電壓、正序電流、功率的有效值；

3)若發(fā)電機功率p大于零功率保護投入整定值pset1，且滿足延時t1，則進行投入零功率保護；若發(fā)電機功率p不滿足大于pset1且延時t1的條件，則零功率保護無效；

4)在零功率保護投入的情況下，判斷電氣突變量判據(jù)是否滿足，即是否同時滿足δu>0、δi<0、δp<0的動作條件，若突變量判據(jù)滿足則進入保持150ms的延時環(huán)節(jié)，若突變量判據(jù)不滿足則返回步驟3)；

5)在突變量判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)判斷動作判據(jù)是否滿足，即在突變量判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)檢查發(fā)電機功率及三相電流是否均降至整定值以下，要求發(fā)電機功率p<pset2和發(fā)電機三相電流ia、b、c<iset同時滿足；若突變量判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)動作判據(jù)滿足，則動作信號s置1，否則返回步驟3)。

6)動作信號s在滿足出口延時t2后，零功率保護將動作出口，若在出口延時t2內(nèi)動作信號s返回，則零功率保護將不會動作出口，同時返回步驟3)。

本發(fā)明具有的有益效果如下：本發(fā)明提出了一種更加完善的火電機組零功率保護判據(jù)，解決了當(dāng)電廠送出線路發(fā)生故障而引起調(diào)門快關(guān)動作或引起機組功率發(fā)生振蕩時零功率保護誤動作的情況，提高了發(fā)電機零功率保護運行可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明保護系統(tǒng)的原理框圖；

圖2為本發(fā)明保護方法的流程圖。

具體實施方式

下面結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行完整、清晰的描述。

實施例1

如圖1所示的火電機組零功率保護系統(tǒng)，其由啟動判據(jù)模塊、動作判據(jù)模塊及出口邏輯模塊組成。

所述的啟動判據(jù)模塊由電氣突變量判據(jù)和零功率保護投用判據(jù)組成，所述的電氣突變量判據(jù)與零功率保護投用判據(jù)構(gòu)成與門邏輯。

所述的電氣突變量判據(jù)為零功率保護啟動判據(jù)中的主要判據(jù)，由發(fā)電機電壓突增、電流突降、功率突降相與而成，各判據(jù)依次為δu＝ut-ut-20ms>0、δi＝it-it-20ms<0、δp＝pt-pt-20ms<0，式中，δu、δi、δp分別為發(fā)電機正序電壓突變量、正序電流突變量和功率突變量，ut、it、pt分別為當(dāng)前時刻t的發(fā)電機正序電壓、正序電流和功率的有效值，ut-20ms、it-20ms、pt-20ms分別為當(dāng)前時刻t之前20ms時的發(fā)電機正序電壓、正序電流和功率的有效值。所述的發(fā)電機電壓突增、電流突降和功率突降動作后均不保持。

所述的零功率保護投用判據(jù)采用p>pset1，經(jīng)過延時時間t1動作，瞬時返回；其中，p為發(fā)電機功率測量值，pset1為零功率保護投用整定值。所述的pset1小于調(diào)度對機組要求的最低出力，所述的延時時間t1為5-10秒。

所述的動作判據(jù)模塊用于判別發(fā)電機是否處于零功率狀態(tài)，由低功率判據(jù)p<pset2和低電流判據(jù)ia、b、c<iset相與而成，其中p為發(fā)電機功率測量值，pset2為發(fā)電機低功率整定值，ia、b、c為發(fā)電機各相相電流有效值，iset為發(fā)電機低電流整定值。發(fā)電機低功率整定值pset2小于發(fā)電機的最低出力，發(fā)電機低電流整定值iset小于發(fā)電機正常運行時的最小負(fù)荷電流。

所述的出口邏輯模塊由出口判斷邏輯、自保持邏輯和出口延時t2組成。所述的出口判斷邏輯為：當(dāng)啟動判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)動作判據(jù)滿足，兩者相與形成動作出口信號s；由于啟動判據(jù)中的突變量判據(jù)均不保持，因此啟動判據(jù)滿足后需要保持150ms，在啟動判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)要求發(fā)電機功率及電流降至整定值以下；出口信號s與動作判據(jù)相與構(gòu)成自保持功能，在出口延時t2時間內(nèi)，只要動作判據(jù)未復(fù)歸，零功率保護均將動作出口。

實施例2

如圖2所示，一種火電機組零功率保護方法，其步驟如下：

1)采集被保護發(fā)電機的機端電壓u及機端電流i。

2)計算發(fā)電機功率p、正序電壓突變量δu、正序電流突變量δi和功率突變量δp，其中，

δu＝ut-ut-20ms、δi＝it-it-20ms、δp＝pt-pt-20ms，

式中，ut、it、pt分別為當(dāng)前時刻t時的發(fā)電機正序電壓、正序電流、功率的有效值。

ut-20ms、it-20ms、pt-20ms分別為當(dāng)前時刻t之前20ms時的發(fā)電機正序電壓、正序電流、功率的有效值。

3)若發(fā)電機功率p大于零功率保護投入整定值pset1，且滿足一定延時t1，則進行投入零功率保護，并根據(jù)圖1中的判據(jù)進行計算。若發(fā)電機功率p不滿足大于pset1且延時t1的條件，則零功率保護無效。

4)在零功率保護投入的情況下，判斷突變量判據(jù)是否滿足，即是否同時滿足δu>0、δi<0、δp<0的動作條件。若突變量判據(jù)滿足則進入保持150ms的延時環(huán)節(jié)，若突變量判據(jù)不滿足則返回步驟3。

5)在突變量判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)判斷動作判據(jù)是否滿足，即在突變量判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)檢查發(fā)電機功率及三相電流是否均降至整定值以下，要求發(fā)電機功率p<pset2和發(fā)電機三相電流ia、b、c<iset同時滿足。若突變量判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)動作判據(jù)滿足，則動作信號s置1，否則返回步驟3。

6)動作信號s在滿足出口延時t2(一般為0.5-1秒)后，零功率保護將動作出口，若在出口延時t2內(nèi)動作信號s返回，則零功率保護將不會動作出口，同時返回步驟3。

在零功率保護投入的情況下，分如下兩種情況對零功率保護的動作行為進行說明：

(1)當(dāng)發(fā)生功率外送通道中斷故障時

當(dāng)發(fā)電廠功率外送通道中斷時，發(fā)電機機端電壓升高，機端電流減小，發(fā)電機功率減小，即

δu＝ut-ut-20ms>0、δi＝it-it-20ms<0、δp＝pt-pt-20ms<0均滿足條件，啟動判據(jù)將滿足。

啟動判據(jù)滿足后將保持150ms，在此期間，實時計算發(fā)電機功率及發(fā)電機相電流大小，由于發(fā)電廠外送通道中斷，發(fā)電機功率無法送出，發(fā)電機電流及功率均將減小至零，p<pset2和ia、b、c<iset均將滿足，即動作判據(jù)滿足。

在啟動判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)動作判據(jù)滿足，因此出口邏輯輸出量s將為1，在出口延時整定時間內(nèi)，發(fā)電機電流及功率均將維持為零的狀態(tài)，動作判據(jù)不會返回，零功率保護將動作出口。

(2)當(dāng)電廠送出線路發(fā)生故障從而引起汽輪機調(diào)門快關(guān)動作時

當(dāng)線路發(fā)生故障時，發(fā)電機機端電壓瞬時降低，機端電流瞬時降低，不符合零功率保護突變量的條件，因此零功率保護不會啟動。線路故障切除時，發(fā)電機電壓瞬時升高，電流瞬時降低，但其功率是瞬時增加的，也不會滿足啟動條件，因此，零功率保護也不會啟動。

另外，即使由于某種原因造成啟動判據(jù)滿足，而此時剛好發(fā)生汽輪機調(diào)門快關(guān)保護動作，汽輪機調(diào)門關(guān)閉，發(fā)電機功率逐漸減小，但由于本判據(jù)要求在啟動判據(jù)滿足后的150ms內(nèi)發(fā)電機功率減小至零，而目前汽輪機調(diào)門關(guān)閉的時間一般大于300ms，因此無法滿足150ms內(nèi)發(fā)電機功率降為零的要求，零功率保護不會動作出口。該方法可以有效避免當(dāng)電廠送出線路發(fā)生故障從而引起汽輪機調(diào)門快關(guān)動作時零功率保護出現(xiàn)誤動作的情況。

本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員應(yīng)明白，本發(fā)明的實施例可提供為方法、系統(tǒng)、或計算機程序產(chǎn)品。因此，本發(fā)明可采用完全硬件實施例、完全軟件實施例、或結(jié)合軟件和硬件方面的實施例的形式。而且，本發(fā)明可采用在一個或多個其中包含有計算機可用程序代碼的計算機可用存儲介質(zhì)(包括但不限于磁盤存儲器、cd-rom、光學(xué)存儲器等)上實施的計算機程序產(chǎn)品的形式。

本發(fā)明是參照根據(jù)本發(fā)明實施例的方法、設(shè)備(系統(tǒng))、和計算機程序產(chǎn)品的流程圖和/或方框圖來描述的。應(yīng)理解可由計算機程序指令實現(xiàn)流程圖和/或方框圖中的每一流程和/或方框、以及流程圖和/或方框圖中的流程和/或方框的結(jié)合。可提供這些計算機程序指令到通用計算機、專用計算機、嵌入式處理機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器以產(chǎn)生一個機器，使得通過計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備的處理器執(zhí)行的指令產(chǎn)生用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的裝置。

這些計算機程序指令也可存儲在能引導(dǎo)計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備以特定方式工作的計算機可讀存儲器中，使得存儲在該計算機可讀存儲器中的指令產(chǎn)生包括指令裝置的制造品，該指令裝置實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能。

這些計算機程序指令也可裝載到計算機或其他可編程數(shù)據(jù)處理設(shè)備上，使得在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行一系列操作步驟以產(chǎn)生計算機實現(xiàn)的處理，從而在計算機或其他可編程設(shè)備上執(zhí)行的指令提供用于實現(xiàn)在流程圖一個流程或多個流程和/或方框圖一個方框或多個方框中指定的功能的步驟。

對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，閱讀上述說明后，各種變化和修正無疑將顯而易見。因此，所附的權(quán)利要求書應(yīng)看作是涵蓋本發(fā)明的真實意圖和范圍的全部變化和修正。在權(quán)利要求書范圍內(nèi)任何和所有等價的范圍與內(nèi)容，都應(yīng)認(rèn)為仍屬本發(fā)明的意圖和范圍內(nèi)。