[發(fā)明專利]一種大型發(fā)電機(jī)單元件零序橫差電流綜合繼電保護(hù)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110198159.5
• 申請日: 2011-07-14
• 公開（公告）號: CN102882185A
• 公開（公告）日: 2013-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張侃君;周友斌;夏勇軍;胡剛;史端端
• 申請（專利權(quán)）人: 湖北省電力公司電力科學(xué)研究院;國家電網(wǎng)公司
• 主分類號: H02H7/06
• 分類號: H02H7/06
• 代理公司: 武漢楚天專利事務(wù)所 42113
• 代理人: 孔敏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種采用定子多分支繞組并聯(lián)結(jié)構(gòu)的大型、特大型水輪發(fā)電機(jī)的單元件零序橫差電流綜合繼電保護(hù)方法。

背景技術(shù)

隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，大型、特大型水輪發(fā)電機(jī)組將逐漸成為我國水力發(fā)電的主要力量，其安全運(yùn)行與否將直接影響電網(wǎng)的穩(wěn)定性。由于大型、特大型水輪發(fā)電機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，機(jī)組要求配置性能可靠、靈敏度高的主保護(hù)。在各種發(fā)電機(jī)主保護(hù)中，反應(yīng)發(fā)電機(jī)兩個(gè)中性點(diǎn)連線上橫差電流的單元件零序橫差電流保護(hù)(以下簡稱為單元件橫差保護(hù))，不僅是最靈敏的匝間保護(hù)，可以與其他主保護(hù)配合獲得最大的保護(hù)范圍，而且還是目前使用的唯一能靈敏反應(yīng)定子繞組分支斷線故障的保護(hù)，因此已得到了普遍重視和廣泛應(yīng)用。

發(fā)電機(jī)單元件橫差保護(hù)的原理為：當(dāng)發(fā)電機(jī)處于正常運(yùn)行時(shí)，由于發(fā)電機(jī)主氣隙磁通基本上為均勻分布，此時(shí)流過發(fā)電機(jī)兩個(gè)中性點(diǎn)連線上的橫差電流為不平衡電流，其數(shù)值較小。當(dāng)發(fā)電機(jī)內(nèi)部發(fā)生匝間短路、相間短路以及分支斷線等故障時(shí)，由于發(fā)電機(jī)主氣隙磁通分布不再均勻，橫差電流的數(shù)值會增大。因此可通過判別橫差電流的數(shù)值，來判斷發(fā)電機(jī)內(nèi)部是否發(fā)生不對稱故障。

現(xiàn)有發(fā)電機(jī)單元件橫差保護(hù)存在的不足主要有以下方面：

(1)保護(hù)算法存在問題

目前發(fā)電機(jī)單元件橫差保護(hù)采用數(shù)據(jù)窗為工頻周期的全周傅氏算法(以下簡稱為常規(guī)算法)計(jì)算基波電流。對于具有定子多分支繞組結(jié)構(gòu)的大型水輪發(fā)電機(jī)，由于制造和安裝工藝的問題，發(fā)電機(jī)主氣隙不可能完全均勻，從而導(dǎo)致在主氣隙中產(chǎn)生一個(gè)附加的低頻磁通分量。在該低頻磁通分量的作用下，會在橫差電流中產(chǎn)生頻率為f₁-f_L和f₁+f_L的諧波分量(f₁為工頻，f_L為低頻分量頻率)，由于該諧波為分?jǐn)?shù)次諧波，采用常規(guī)算法無法將其有效濾除。由此計(jì)算的橫差電流基波分量數(shù)值與實(shí)際數(shù)值有較大偏差且存在著較大波動，并會造成整定值過大而降低保護(hù)靈敏度。

(2)保護(hù)判據(jù)存在的問題

保護(hù)主判據(jù)目前主要有兩種，簡單的橫差過流判據(jù)(以下簡稱為主判據(jù)1)，見式(1)，以及帶制動特性的橫差過流判據(jù)(以下簡稱為主判據(jù)2)，見式(2)和式(3)。主判據(jù)1的表達(dá)式為：

I_g01＞I_g0.set1????(1)

式(1)中：I_g01為橫差基波電流，I_g0.set1為保護(hù)定值。主判據(jù)1僅通過判別橫差基波電流的數(shù)值來鑒別發(fā)電機(jī)是否發(fā)生內(nèi)部故障。雖然發(fā)電機(jī)發(fā)生內(nèi)部故障時(shí)橫差基波電流會增大，但是當(dāng)發(fā)電機(jī)發(fā)生外部短路故障或者出現(xiàn)振蕩時(shí)，橫差基波電流也可能增大。如果為躲過外部故障或異常工況而將整定值數(shù)值設(shè)置過大，則會降低保護(hù)的靈敏度；反之，保護(hù)可能會在部分非內(nèi)部故障情況下出現(xiàn)誤動。因此在采用該判據(jù)時(shí)，對定值整定的要求較高。

主判據(jù)2的表達(dá)式為：

當(dāng)I_gt.max＜I_g.res時(shí)：I_g01＞I_g0.set2(2)

當(dāng)I_gt.max≥I_g.res時(shí)：I_g01＞I_g0.set2+k₀(I_gt.max-I_gt.res)(3)

式(2)和(3)中，I_gt.max為機(jī)端最大相電流；I_g.res為拐點(diǎn)電流，k₀為制動系數(shù)，I_g01為橫差基波電流，I_g0.set2為保護(hù)定值。

主判據(jù)2動作特性見圖1，保護(hù)判據(jù)由平臺段和斜線段判據(jù)組成，前者與主判據(jù)1相同，后者在發(fā)生外部短路導(dǎo)致故障相電流增大時(shí)，自動增大定值以防止保護(hù)誤動。橫差電流的大小與發(fā)電機(jī)主氣隙磁通的大小和分布有著直接的關(guān)系，而主氣隙磁通的大小與發(fā)電機(jī)定子繞組電流、勵(lì)磁繞組電流的數(shù)值，以及兩者所產(chǎn)生磁動勢的夾角有關(guān)；主氣隙磁通的分布與電機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化程度有關(guān)。故而橫差電流的數(shù)值、變化趨勢和變化程度是多種因素綜合作用的結(jié)果，難以在橫差電流與定子相電流之間建立起直接聯(lián)系。因此，主判據(jù)2采用發(fā)電機(jī)機(jī)端相電流作為制動電流的理論依據(jù)是不充分的。