[发明专利]发电机失磁保护方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统设备领域，特别涉及一种电力系统故障诊断及处理技术。

背景技术

发电机失磁是指发电机突然地部分或全部失去励磁，是发电机励磁回路常见的故障。尤其对于大型发电机组，励磁系统环节较多，结构复杂，增加了发生失磁故障的概率。统计数据表明，失磁故障占发电机总故障的60％以上。发电机失磁后，将过渡到异步运行，转子出现转差，定子电流增大，定子电压下降，有功功率下降，无功功率反向并且增大；在转子回路中出现差频电流；电力系统的电压下降及某些电源支路过电流。所有这些电气量的变化，都伴有一定程度的摆动，会破坏电力系统的稳定运行，并威胁发电机本身的安全。因此，及时检测出失磁故障并采取应对措施对电力系统的安全稳定运行是非常重要的。

传统的发电机失磁保护方案主要以定子回路参数特征为主要判据，在阻抗平面上实现判断，用机端测量阻抗轨迹来反映失磁故障。目前，阻抗平面上检测失磁故障主要有两种判据，静稳极限阻抗圆判据以及异步边界阻抗圆判据。发电机失磁后的运行状态可以分为三个阶段，失磁后到失步前的等有功阶段，临界失步点以及静稳破坏后的异步运行阶段。临界失步点反应在阻抗平面上即为静稳极限阻抗圆，当隐极发电机运行在静稳极限时，功角达到90度，此时求得发电机的机端测量阻抗轨迹即为静稳极限阻抗圆，当发电机机端测量阻抗轨迹进入圆内，认为静稳破坏。当运行状态达到静稳破坏后的异步运行阶段，该阶段求得机端测量阻抗变化范围在某一圆内，即为异步边界阻抗圆，当机端测量阻抗轨迹进入圆内，表明发电机进入异步运行。但是，无论是采用静稳极限阻抗圆判据还是异步边界阻抗圆判据，均无法躲过系统振荡的影响，必须依靠延时躲过，影响了保护的速动性。另外，采用阻抗轨迹判别失磁故障是通过计算获得的间接量进行分析，计算过程中难免会产生一定误差，对测量结果产生不利的影响。

鉴于传统失磁保护的不足，文献(同步发电机失磁保护的改进方案[J].电力系统自动化，2007,31(22)：88-92.)提出了采用发电机功角作为主判据，虽提高了保护的选择性，但是牺牲了保护的速动性；文献(微机保护实现自动判别失磁类型和预测失磁深度[J].中国电机工程学报，1993,13(5)：1-9.)认为同步电动势作为主判据可以提高保护的快速性，但能否与其他异常状态相区分还有待于进一步的研究，不能完全保证保护的选择性。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于，考虑系统振荡的影响，快速有效检测出发电机的失磁故障并作出处理，保证系统的稳定性。

为了实现上述目的，本发明提出了一种发电机失磁保护方法和装置，技术方案具体如下。

一种发电机失磁保护方法，该方法包括以下步骤：

A、测量发电机转子电压，当发电机转子电压减小速度超过预定范围时，执行后续步骤；

B、按预定时间间隔测量发电机输出的有功功率P，以前一时间间隔所测量有功功率P₀的邻域范围确定有功功率范围；

C、按预定时间间隔测量发电机输出的无功功率Q，以无功功率Q大于预定阈值作为无功功率范围；

D、当有功功率P超出有功功率范围时，不启动失磁保护，返回至步骤A；

E、当有功功率P在有功功率范围内，且无功功率小于所述预定阈值至超出无功功率范围时，启动失磁保护。

特别地，当所述发电机为隐极发电机时，相应地所述失磁保护动作为减负荷操作。

特别地，当所述发电机为凸极发电机时，相应地所述失磁保护动作为切机操作。

其中，以前一时间间隔所测量有功功率P₀的邻域范围：0.9P₀≤P≤1.1P₀为范围确定有功功率范围。

另一方面，以无功功率Q大于预定阈值作为无功功率范围为：将无功功率Q转化为变换无功功率：其中U_s为无穷大系统的相电压，X_dΣ为发电机同步电抗与联系电抗总和，以变换无功功率Q′≥0作为无功功率范围。

其中，所述减小速度超过预定范围指的是间隔采样周期Δt后，发电机转子电压减小量超过0.1p.u，其中Δt＝1/f_s，而f_s是无穷大系统频率步骤；

相应地，步骤B与C的所述预定时间间隔也为采样周期。

一种发电机失磁保护装置，包括发电机转子电压测量单元、有功功率测量单元、无功功率测量单元、发电机失磁判断单元和失磁保护单元，其中

发电机转子电压测量单元，用于测量发电机转子电压；