[發明專利]汽輪發電機組暫態扭矩越限快速保護方法及裝置

有效

• 申請號: 201910235729.X
• 申請日: 2019-03-27
• 公開（公告）號: CN111756017B
• 公開（公告）日: 2022-07-22
• 發明（設計）人: 張琦雪;馬志恒;王凱;肖鵬;趙錦忠;王新寶;王光;陳俊
• 申請（專利權）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;南京南瑞繼保工程技術有限公司
• 主分類號: H02H7/06
• 分類號: H02H7/06;H02H1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種汽輪發電機組暫態扭矩越限快速保護方法及裝置，保護裝置通過短延時濾波及移動數據窗峰值檢測法測量大軸的轉速差波動幅值Δω_amp，同時保護裝置檢測機端電流工頻變化量幅值ΔI_amp、暫態電磁有功功率波動分量的幅值ΔP_amp；當ΔI_amp或ΔP_amp越限時保護啟動并保持T1時間；保護啟動后，進行轉速差波動幅值Δω_amp的定時限和反時限保護判別；轉速測量通道自檢異常，或者檢測到發電機沒有并網時，保護閉鎖；當定時限或反時限保護動作，且沒有保護閉鎖時，保護動作出口解列發電機。本發明兼顧了快速性和可靠性，易于實現。

技術領域

本發明屬于電力系統繼電保護技術領域，尤其涉及汽輪發電機組次同步扭振的暫態扭矩的保護方法及裝置。

背景技術

汽輪發電機組軸系很長，通常包括汽機高壓缸轉子、中壓缸轉子、低壓缸轉子、發電機轉子。機組穩定運行時，整個轉子大軸近似一個剛體，高速旋轉。當電網出現次同步振蕩時，在機網交互的作用下，汽輪發電機組軸系各轉子之間可能出現相互扭轉擺動的扭振現象。次同步振蕩及扭振的危害很大，不僅影響電網的安全穩定，還可能造成汽輪發電機組軸系的疲勞損傷，降低機組使用壽命，嚴重時甚至導致大軸出現裂紋，造成巨大損失。

理論研究與工程實踐表明，當汽輪發電機組采用點對網的長距離輸電模式，且在輸電線路上裝設電容串補設備時，易引發電網次同步振蕩及汽輪發電機組軸系扭振。當包含電容串補的電網系統的固有振蕩頻率與汽輪發電機組軸系扭振固有振蕩頻率接近互補，在電網側出現擾動時，有可能在轉子軸系上產生非常大的沖擊性扭矩，該扭矩甚至超過沒有電容串補情形下電網系統三相短路故障所產生的扭矩。這種現象稱為“暫態扭矩放大”。它可以在很短的時間內造成汽輪發電機組軸系損壞，因此需要有快速、可靠的暫態扭矩保護。

針對存在次同步振蕩及扭振風險的汽輪發電機組，為保障機組安全運行，目前均裝設專門的扭振保護(TSR保護)，其基本方法是測量發電機組大軸轉速，經過多個級聯濾波器的模態分解，從轉速中得到各個扭振模態頻率的分量，采用簡化等值的轉子多質量塊等值模型，辨識各轉子質量塊之間的扭矩，再結合應力－壽命曲線(S-N曲線)，計算扭矩產生的疲勞值，當疲勞值超過預設的定值，保護動作，解列發電機。

現有的扭振保護(TSR保護)可以有效地應對一般情況下扭振對機組大軸的影響，及時解列發電機，使發電機脫離電網，避免長時間的扭振造成機組大軸疲勞損壞。但是該方法也存在一定缺點：對沖擊很大的扭振即暫態扭矩放大，該保護不能快速動作。從《電力系統次同步諧振的分析與控制》(謝小榮著，科學出版社，2015年)第11章的介紹可知，TSR保護在辨識扭矩時需要經過復雜的濾波，包括低通濾波(公式11.3)、高通濾波(公式11.4)、帶阻濾波(公式11.5)、模式濾波(公式11.9)，其中模式濾波是一組與扭振模態頻率相關的帶通帶阻濾波器相級聯，經過這一系列處理之后，才得到辨識的扭矩，它和實際的扭矩相比有明顯的延遲；比如從圖11.16中可以看出，故障沖擊擾動之后經歷了約0.5s，辨識的扭矩才能和實際的扭矩相吻合。此外，得到扭矩之后，再進行疲勞計算，又需要少量延遲，因此TSR保護不滿足暫態扭矩保護的快速動作要求。

現有技術中，有一種方法，直接檢測扭振轉速偏差超過預設定值后保護動作。這種方法雖然較快，但是它只依賴于轉速信號測量結果，存在保護誤動的風險。