专利名称：发电机断路器的同步开路方法及其控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及在包含多个发电机系统的发电机主电路中断路器同步断开的方法和控制设备。
根据电气协会1999年度报告中“第十届电力及能源组会议-论文集(部分B)电力设备及现象-B18断路器NO.464”中的最新知识，据报道，当发生短路故障和观察(通过计算和分析)部分具有支路的电力线结构(具有电气分支的结构)处的电流波形时，在实际电力系统中出现无电流通过电流零点的现象。
该报告不仅澄清了这种现象的发生机理，而且建议了实际操作中的防范措施。例如，由于作为电源系统的方案和设计所造成的每个电气部件特性的复合系统特性，发生无电流通过电流零点的现象是不可避免的，因此提出计划根据现象发生的前提条件调整断开(同步断开)电力线上的AC断路器的断开时间。
如果当从判断串联补偿器的旁路保护设备是错误工作还是不能正确工作的装置将旁路保护失败信号发送到操作断路器的保护设备时在故障电流中出现欠流(zero-less)现象，则日本专利申请特许公开No.7-274380(1995)中公开的技术是适用的，其中公开了一种通过控制断路器保护串联补偿系统不受故障损坏的方法，使得保护继电器在欠零现象消失时及时发出断路器计时断开信号。在日本专利申请特许公开No.60-189124(1985)中公开了另一项适用技术，该技术是一种在发电机主电路中设置用于抑制在突发电流中出现无电流通过电流零点现象的电阻，以便加速衰减从发电机发出的电流的直流分量，从而使电流通过电流零点的方法。
尽管上述论文提出了防止无电流通过电流零点现象的防范措施的概念，但没有提出实际操作中的具体措施。
而且，日本专利申请特许公开No.7-274380(1995)和60-189124(1985)公开了针对上述无电流通过电流零点现象的措施，但未考虑以下情况。即，如果在发电和输电系统中发生多个周期无电流通过电流零点的现象，其中多个发电机系统(组)与大容量系统相连接，这些发电机系统并行操作。因为错误动作或接地失败这样的故障出现在多个发电机系统中的任一系统中，那么即使当试图断开其他可靠发电机系统的断路器时，也可能发生未通过电流零点的电流不能被关断，于是发电机主电路由于这种无电流通过电流零点现象而不能得到安全的保护。上述公开的专利申请都没有考虑到这一点。
本发明的目的是提供一种发电机断路器同步开路以便能在可靠发电机系统的断路器同步开路时保护发电机主电路不受无电流通过电流零点现象损坏的方法和控制装置。
为了实现上述目的，本发明提供一种用于发电机主电路的发电机断路器同步开路方法，其中多个发电机经断路器与输电系统相连接，使得断路器能同步接通或断开；其中，在当安装在发电机主电路中的断路器将被同步断开的时刻，如果检测到用于判断其他发电机主电路中出现电气故障的电信号，则在检测到电信号之后将断路器的同步断开暂停一段特定的时间长度。
本发明还提供一种用于发电机主电路的发电机断路器同步开路方法，其中多个发电机经断路器与输电系统相连接，使得断路器能同步接通或断开；其中，在当安装在发电机主电路中的断路器将被同步断开的时刻，则在断路器同步断开之前放大发电机输出的AC电流波形幅度，使得AC电流到达电流零点，然后同步断开断路器。
此外，为了实现上述目的，本发明提供一种用于包含多个发电机系统的发电机主电路的发电机断路器同步开路的控制装置，其中发电机经断路器与输电系统相连接；所述多个发电机系统包含检测电气故障出现的检测装置和在电气故障的情况下断开断路器的保护继电器；其中，所述同步开路控制装置设有互锁电路，当输出安装在发电机系统中的断路器同步开路命令信号的时刻，如果输出安装在其他发电机系统中的保护继电器的动作信号，则在输出动作信号之后的一段特定的时间长度暂停输出同步开路命令信号。
本发明还提供一种用于包含多个发电机系统的发电机主电路的发电机断路器同步开路控制装置，其中发电机经断路器与输电系统相连接；其中在当其电路将不与多个发电机系统同步断开的一个发电机系统的断路器将被同步断开时，在同步断开断路器之前，通过所述同步开路控制装置放大发电机输出的AC电流波形幅度，使得AC电流到达电流零点，然后同步断开断路器。
图1是根据本发明一个实施例的发电机主电路的控制和保护单元框图；图2是低负载范围电流I2和时间t之间的关系图表；图3是根据本发明一个实施例的互锁的逻辑框图；图4是根据本发明一个实施例的互锁的逻辑框图；图5是低负载范围电流I2和时间t之间的关系图表；图6是本实施例的发电机主电路示意图；图7是AVR控制的传递函数的简要示意图；图8是PSVR控制的传递函数的简要示意图；图9是功率潮流图；图10是总的无功功率控制图；图11是包含多个发电机系统的发电机主电路图。
本实施例涉及在正常发电站的发电和输电系统中工作的每个发电机的单独控制方法和控制装置，其中多个发电机连接到输电线或者连接在多个发电站中的系统中，这些发电站的电气变化相互影响，本发明尤其涉及通过断开电势与发电机主电路的发电机电压相同的电路的断路器来同步断开发电机电路的操作。此外，该实施例可适用于任何发电站，无论原动机系统的类型如何例如热或核系统，只要电路状况的特征和特定系统特性是相同的。
在目前发电机断路器或发电机负载断路开关的操作中，根据在日本本土电力用途的操作记录，例如，正常情况是，为了同步断开发电站的发电机电路，首先逐步减小发电机的电力输出(有效功率)使负载充分最小化，以便不给锅炉、涡轮、燃气轮机和原动机侧的其他部件施加来自发电机的突然冲击，然后同步断开发电机断路器。发电厂通常设计成即使发电厂遭受所谓的“负载关断”操作，在操作中突然从大负载变成零负载，装置和部件也不应受到损坏。但是，因为频繁的负载关断加速了装置和部件磨损，所以通常不采用这种操作。
现在，在下文中阐明与无电流通过电流零点现象有关的技术问题。
在发电机主电路中出现无电流通过电流零点的现象就会带来问题，在联合循环的最新式发电厂中尤其如此。(说这种现象不发生在热电厂中并非总是正确的。)尽管联合循环的发电厂中单个机器的输出比大型热电厂中的小，但越来越多的电厂已经建造成具有一系列多个发电机系统，以便在总体上获得高于热电厂的输出。由于这些年来在大多数热电厂中需要DSS(日常起动&停止)操作，所以假定在电力需求较低的时区内发电机的电路将被同步断开。
为了同步断开发电机断路器，仅在断开发电机断路器的操作之前在低负载范围内操作发电机。在这段时期内，当AC电流幅度仍很小时，例如如果在相邻发电机系统的主电路中出现短路故障，则在将很快同步断开的该可靠发电机主电路中出现前述无电流通过电流零点现象。由于在无电流通过电流零点现象期间同步断开发电机断路器是AC断路器的断开操作，所以它导致强迫DC电流关断的操作，可能造成AC断路器的机械装置等被损坏的严重问题。损坏程度取决于不同的条件，但受损的断路器可能不再能使用了，并且在某些情况下有可能引起火灾。
在一些情况下，也可能认为上述条件是可忽略不计的，原因是在发电机主电路中出现电气故障的可能性非常低。但是，对于配备有大量发电机系统且如上所述涉及发电机主电路的频繁关断和同步断开的电厂来说，以上条件意味着电厂在每次操作时都面临危险。因此，对于一些电厂来说，不能处于另人满意的状况。
下面参考附图解释本发明的实施例。
图11示出了包含多个发电机系统的发电机主电路。根据图11所示的实施例，建造有#1发电机系统1，其中发电机11经主变压器21与开关板母线51(输电系统)相连接。此外，断路器31和断路器41分别连接主变压器21的初级绕组和次级绕组，断路器31与发电机11相连接，断路器41与开关板母线51相连接，对它们进行操作以同步接通或断开电力线路。也与开关板母线51相连接的是#2发电机系统2，它以与#1发电机系统相同的方式包含发电机12、主变压器22和断路器32、42。图中，I1表示发电机11(G1)的操作电流，I2表示发电机12(G2)的操作电流。必须指出，在图11所示的实施例中，为便于解释省略了发电站内部的电源电路。此外，尽管变压器21和22在大多数情况下形成3-导线变压器的一个单元，同时，在每个变压器高压侧上的断路器41和42合理地形成一个单元，但也为了便于解释将它们显示出来。
图11中的实施例示出了发电机11和12经主变压器21和22处于发电操作以便将电力发送到开关板母线51的状态。如图所示，假定在操作期间在发电机主电路中位置6处发生电气故障(事故)。当在#1发电机系统1的线路上点6处突然发生故障(事故)时，并且如果是三相之间的短路，则就会出现那里的线电压损失，从发电机11提供大突发电流。尽管类似的大电流也从系统和主变压器侧流入那里，为了防止电气故障扩张通常设有自动接口，用于断开所安装的断路器31和41以同步断开电路，突发电流由于该自动接口功能而被关断。
以下在上述条件的基础上解释发生在发电机主电路中的现象。在下文的解释中，发生电气故障的带发电机11(G1)的系统称为故障系统，可靠操作的带发电机12(G2)的系统称为可靠系统。
在上面提及的论文中指出的电气现象意味着当在小负载下可靠发电机系统的电路同步断开时，即具体地说，当可靠系统结束了发电操作、其电路将被同步断开时，如果假定电气故障发生在另一个发电机主电路中，可靠系统的发电机主电路电流的波形导致无电流通过电流零点现象发生。该现象不发生在具有图11所示结构的所有系统中，而是其发生取决于电路特性的条件，该条件是以同一连接线路上电气装置和部件的规格为基础的，包括发电机11和12的阻抗以及其他系统的短路容量(未示出)，在开关板之后。在电路特性中，最直接又重要的参数是分支点处两条不同线路的时间常数的比值。
图2示出了典型的相A的波形观测结果，相A是在相同现象下在可靠系统中发电机低负载范围电流I2的相之一。图中，纵轴表示电流，横轴表示时间，图2所示是在图中Ta所示的时刻波形幅度突然增大高于稳态值，原因是故障影响从故障系统瞬间传播开并且无电流通过电流零点现象已经发生，然后，在从Ta到Tb的持续时间T0之后，幅度恢复过零。
如果持续时间T0足够短，以上情况不会导致出现问题。根据前面提及的发电机自动电压调节器(AVR)的电路特性或功能和容量，持续时间T0可以是几秒那么长。这里，根据出现故障的定时6处每相的位置，另两相不总是呈现相同的波形。即，由于断路器是三相类型的，因此在任何一相都有可能出现类似现象。
下面，关于图1所示的本发明的第一实施例，以下解释从出现电气故障一直到在同步断开可靠系统的发电机主电路过程中在控制系统中产生断路器断开命令信号的步骤。图1中的实施例与图11所示的结构相同，区别在于加入了用于测量发电机11和12的电流的电流检测器(CT)101、111、102和112以及加入了控制和保护单元61和62，控制和保护单元61和62对由以上电流检测器检测到的检测信号101a、111a、102a和112a进行处理，以便用于控制断路器31、32、41和42并保护发电机11和12。将通过控制和保护单元61和62控制的断路器31、32、41和42的控制信号用虚线61a和62a示出。
在上述结构的实施例中，假定在发电机11主电路中的点6处发生电气故障，并且就在发电机主电路同步断开之前可靠系统的发电机12处于低负载操作下。一旦发生电气故障，导致突发电流从发电机11和主变压器21侧流入点6。所以在实施例中，安装电流检测器(CT)101和111、用于比例微分保护继电器的检测器，控制和保护单元61根据电流检测器101和111测量的电流差值执行故障判断。如果控制和保护单元61从这些电流检测器的测量结果中判断出故障的发生，则将用于隔离故障点的断路器断开命令信号31a从控制和保护单元61送到断路器31，并且当断路器31断开时，关断已经检测到故障的主电路(发电机系统)线路。此外，当检测到电气故障时，在控制和保护单元61检测到电气故障出现之后的一段指定的时间长度，控制和保护单元61向故障发电机系统以外的其他可靠系统中的发电机的控制和保护单元发送阻塞断路器32同步断开发电机主电路的阻塞信号150，故障发电机系统以外的其他可靠系统中的发电机的控制和保护单元即在图11所示的实施例中，带可靠发电机12的发电机系统的控制和保护单元62。
另一方面，在控制和保护单元62中，在从控制和保护单元61接收阻塞信号150之后，通过包含在控制和保护单元62中的断路器操作电路形成互锁，以便在另一个发电机系统中检测到发生电气故障之后的一段指定时间长度阻塞断路器32同步断开发电机主电路。
在#1发电机系统1中发生电气故障的情况下，以上解释包含了#2发电机系统2的断路器32的断开操作，在#2发电机系统2中发生电气故障的情况下，以与以上解释相类似的方式从控制和保护单元62向控制和保护单元61发送阻塞信号150。即，控制和保护单元61也配有互锁电路，该互锁电路在断开断路器的命令发出后的指定时间内发送断路器断开命令信号31a，以便在另一个发电机系统中检测到发生电气故障之后的指定时间长度内阻塞断路器31同步断开发电机主电路。
此外，尽管上述解释意味着安装在初级侧上的断路器31和32是将同步断开的断路器，也容许使安装在次级侧上的断路器41和42同步断开。当这些断路器41和42将同步断开时，并且如果指示电气故障出现的阻塞信号已经发出，通过互锁电路强迫控制发送断路器断开命令信号41a和42a，它在指定的时间长度内阻塞断路器断开命令信号41a和42a的发送，使得断路器41和42不能同步断开。
接下来，利用图2，解释在无电流通过电流零点现象持续时间T0期间为尽可能充分地阻塞可靠系统的断路器同步断开发电机主电路而设置的定时器。图中示出了一个例子，其中利用来自发电机闭锁继电器(86G)的输出信号作为典型信号，用于在故障发生之后尽可能最短时间内检测故障。即，电流I2(相A)的波形突然开始增大，高于稳态值，就在出现短路故障之后从Ta所示的时刻开始，直至Tx所示的时刻，随之保护继电器动作，然后致动发电机闭锁继电器(86G)并用该信号作为起动定时器计数操作的触发信号。从时刻Tx开始到下一时刻Ty设为指定长度，尽管与无电流通过电流零点现象的持续时间T0相比不需要太长时间，但最好将定时器设定值T1设为足够充分的时间长度。而定时器设定值T1越长，发电机主电路越能确定地得到保护，设为1.0秒左右将能覆盖实际操作中的几乎所有条件。
图中，如上所述，定时器设定值T1的开始点Tx通过无电流通过电流零点现象持续时间T0的时区在数量上显示了一个事实，首先现象出现，然后在一些时间上的延迟之后，检测系统开始操作。换言之，该事实意味着在从现象持续时间T0的起点到定时器设定值T1的起点的时间差T3期间，在持续时间内关断由进行中的无电流通过电流零点现象造成的DC电流是不可能的。但是，由于该时间差T3极短，所以该实施例认为时间差T3可忽略不计。
由于发电机闭锁信号不仅包含发电机内部的电气故障，而且包括电气故障的因素或元件，在由某一元件造成的发电机断开故障的情况下可以不发生无电流通过电流零点的现象。由于这个原因，想到采用特殊设计的检测系统来有效地限制造成无电流通过电流零点现象的因素。由于这种对特定因素的限制，因此能进一步缩短从现象开始出现到开始产生闭锁继电器动作信号的时间差。但是，由于电路构造变得复杂了，结果增加了有关的发电机系统数量，因此可能因为对所需触点数量的限制或其他原因使电路的整体可靠性变差。此外，考虑未来检查传输线路特性的必要性也是重要的，以便满足传输操作中的变化，包括未来系统短路容量的增大和减小。因此，以逐案为基础采取优化系统的必要措施。
图3根据上述概念示出了作为防范措施安装的断路器31、32、41、42等的互锁逻辑的例子。该逻辑用于一种结构，其中断路器安装在主变压器的低压侧。假定突发电流能在所示的断路器容量内被关断，则用于接收断路器断开信号的图3中的断路器73表示与图1所示断路器31相同的装置。在图3中，符号92是单次(one-shot)定时器，用于在特定的时间长度“t“内输出接通信号，符号93是逻辑符号，表示“非”，符号94是逻辑符号，表示“与”。
如果当向控制单元输入同步断路器断开信号71以便断开断路器73的同时没有输出检测其他发电机系统中电气故障出现的信号，例如用于其他发电机系统的闭锁继电器(86G)动作信号，则满足同步断开断路器73的命令条件，因此将断路器73同步断开为“OFF”。如果检测其他发电机系统的闭锁继电器(86G)动作信号，则将动作信号输出用于单次定时器92作为与前述定时器设定值T1相对应的输出，同时保持一个仅在定时器设定值的一段时间长度内有效的位信号，阻塞最后阶段输出同步电路断开信号。
如上所述，如果在闭锁继电器(86G)动作之后立刻发送同步电路断开命令，就能通过使单次定时器92将同步断路器断开信号71的输出保持一段特定的时间长度能使输出同步断路器断开信号71暂停定时器设定值T1的一段时间长度。结果，即使无电流通过电流零点现象已经出现在其电路将同步断开的可靠发电机系统上，可靠发电机系统也能更安全地断开其电路而不对装置和部件造成损坏。尤其在配备有多个发电机系统且涉及频繁关断和同步断路器断开的联合循环的发电厂中，能在每次同步断路器断开时安全保护发电机主电路。
图4示出了系统的另一个例子，其中采用了多个阻塞信号来阻塞同步断路器断开。图中所示信号74-76的源是从其他发电机系统发送的信号。类似地，该构造实质上将用于采用特殊信号的系统，所述特殊信号基于故障的单个因素。例如，只要存在三个可以确认的要素作为无电流通过电流零点现象发生的因素，利用元件有代表性的信号来设计系统是可能的；用于其他发电机的比例微分保护继电器动作信号74，用于其他发电机的磁场损失保护继电器动作信号75，以及用于其他发电机的反相序过流保护继电器动作信号76。在图4所示的互锁电路中，如果在输出保护继电器动作信号74-76中任何一个信号的同时输出同步断路器断开命令信号71，则通过单次定时器92使同步断路器断开命令信号71的输出保持一段特定的时间长度。
尽管在阻塞同步断路器断开有效的条件的同时满足同步断路器断开命令信号71比时间长度长的先决条件是必要的，但该逻辑的细节这里不作解释，因为它是控制电路的配合问题。
在以上解释的第一实施例中，通过延迟将被同步断开的断路器的操作定时来改善控制，以便避免尽可能多的同步。提前估计和限定无电流通过电流零点现象的持续时间，并且假定持续时间比秒数量级短，在持续时间内抑制或阻塞同步断路器断开。假定持续时间比秒数量级短是基于这样的观点在时间方面，该现象对整个动力设备关断过程的影响较小。由于一旦以上适用就需要互锁措施，用包含定时器和继电器功能的逻辑电路能实现控制。
从直接影响的观点来看，该实施例能防止所谓的DC关断，这是因为希望在当电流波形返回到电流零点时的定时和时刻发电机的电路同步断开。这种延迟时间的思想本身是非常普通的措施，但对于应当使用什么信号仍要给出工程试验。用与电气故障中断开动作密切相关的有代表性的信号，包括发电机主电路中电气故障的检测元件的信号或者发电机闭锁继电器的信号，尽可能准确地采取措施。
接下来，解释本发明的第二实施例。
图5是图2所示的图表，图表上，放大的电流幅度的电流幅度波形叠加在一起。即，在实际应用中，其电路将被同步断开的发电机系统的发电输出被减小。这是与有效功率相关的动力设备关断过程中的正常操作。这里，在该实施例中，由于注意力放在发电机的无功功率上，所以执行有意增大发电机的AC电流波形幅度的控制方法而不会对传统的主要动力设备关断操作产生大的冲击。为此目的，需要操作发电机的励磁电流，并将操作电压设得高一点。
即，当安装在可靠发电机系统上的断路器将被同步断开时，发电机输出的AC电流波形幅度被同步放大或者在同步断开断路器的定时之前被放大，使得AC电流通过电流零点。在AC电流波形的幅度控制中，通过操作发电机的励磁电流(负载命令值)将AC电流波形放大到任何理想的幅度，这在以后解释。这里，在发电机的励磁电流控制中，希望即使在无电流通过电流零点现象下，也将其电路将被断开的发电机系统的发电机负载设成励磁电流等于电流幅度通过电流零点所需的负载命令值。
因此，如图5所示，通过将由实线55所示的AC电流波形幅度增大到粗线56所示的幅度，有可能将幅度保持在过零上并且在不涉及DC关断的情况下同步断开断路器。由于在该实施例中设定并提前改变励磁电流，出现无电流通过电流零点现象的持续时间T0和AC电流波形的幅度增大时间T2之间的相关性是使得T0总是包括T2。结果，在图2所示的第一实施例中，因为在断路器实际同步断开的期望定时能消除时间差，所以能更安全地保护发电机主电路不受无电流通过电流零点现象的损坏。
图6示出了该实施例中发电机主电路的部分构造。用于调节发电机电压的自动电压调节器(AVR)的基本功能是控制发电机常数的端电压。在可控硅自励方法的情况下，由自动电压调节器控制的励磁电源电路通常通过可控硅整流器82将励磁变压器23的AC电源转换成DC电流，在该转换过程中确定输出电流的同时，根据来自ARV63的命令信号进行操作。
图7示出了与通过AVR63控制有关的传递函数示意图。在该图中，从电压检测器81输入发电机电压作为被测电压VG，输入发电机电压的状态量作为输入信号。此外，提供发电机电压的控制目标信号的AVR电压设定值(通常称为“90R”)用作参考电压，在信号预处理63a之后计算该参考值和发电机电压(VG)的状态量之间的偏差63b。然后，为了控制发电机电压以便消除目标值和状态量之间的偏差确定增益63c，经校正项63e在上/下限控制63b指定的范围内产生控制信号。在该实施例中，如上所述，通过提高AVR电压设定值作为处于AVR电压设定值(90R)中的临时目标值来增大无功功率，AVR电压设定值(90R)是表示图7所示传递函数内部参考值的一个部分。结果，由于如图5所示放大发电机的AC电流幅度波形，并导致AC电流的幅度通过电流零点，则可安全保护发电机主电路不受无电流通过电流零点现象的损坏。
图8示出了PSVR控制传递函数的示意图，该控制加到图7所示的AVR函数部分。即，图8中的示意图通过电力系统电压调节器(所谓的PSVR)64进行的控制，为了控制系统电压，该控制具有产生用于系统电压设定值(所谓的“90H”)的目标参考信号的功能。
在图8所示的实施例中，如此产生用于可控硅整流器82的输出电流的控制命令信号以便一旦图6所示的自动电压调节器(AVR)和电力系统电压调节器(PSVR)64处于相关操作中则控制系统电压调节器的输出信号。这里，通过检测器检测的系统电压VS(未示出)输入到电力系统电压调节器(PSVR)中，并计算电压和提供系统电压控制目标信号的系统电压设定值(90H)中的参考值之间的偏差64a。然后，计算增益64b，以便使电压和系统电压设定值(90H)的参考值之间的偏差最小。在上/下限控制内指定的范围输出用于系统电压VS的控制命令信号64d。
如图6和图8所示，从电力系统电压调节器(PSVR)64输出的控制命令信号输入到自动电压调节器(AVR)63中。对于该控制命令信号，再次计算通过偏差63b计算的偏差信号和控制命令信号64d之间的偏差，从而得到偏差63f，根据该偏差信号计算增益63c。
该过程将在发电机电压的上/下限内控制系统电压的变化，并且不显著影响该实施例的一个主题即无电流通过电流零点现象的时间，这是因为算法控制的周期足够长，但仍稍微影响初始条件及其他。为此原因，为了不抵消在无功功率上升过程中相互操作的影响，通过临时抑制一项功能执行该控制。
由于可以理解如何执行该励磁电流控制确定发电机系统在正常控制下与无功功率有关的操作条件，所以一些发电站可以设有控制机构，该控制机构管理给图9全部所示的每个发电机系统的系统提供的无功功率。即，在X1、X2、X3和X4处监视功率潮流，也在图中所示的XC1、XC2和XC3处进行监视，以便根据操作意图通过控制潮流控制送到输电线的无功功率，例如用于增加或减少输电目的地的电压。
该控制是为了将每个发电机系统归纳成一个总的函数。因此，能计划和实现一种操作，这种操作从长远看来，通过检测单个来自其电路将同步断开的上述发电机系统临时增大的无功功率而不导致供电失衡，并降低从其他发电机系统提供无功功率。图10示出了与该总无功功率控制有关的控制概念的一个例子。这里，当XC3≠0时，确定每个输出X1、X2、X3和X4的命令值，以便实现特定的XC1和XC2(=X2)。然后，从系统的连接构造中导出图中作为条件1示出的等式(XC1+XC3=X1，X2，X3)和条件2(XC2-XC3=XC4)，它们用作单个发电机系统的无功功率乏的设置极限，该极限可在发电机的容许范围内随意设置。对于具体的例子，假定XC1、XC2和XC3为已知值，当在正常操作期间应用X1=X2=X3=(XC1+XC3)/3，并将其电路将同步断开的发电机系统设为G2，则无功功率量是同步断开发电机断路器断开时间的无功功率增量和所需时间的乘积，其被分成X1和X2以保持动力设备处于平衡。
以上AVR或PSVR的控制结构通常设有过励、欠励和异常电压报警。但在该实施例中，除非特别需要，否则不提供与期望电压增大操作直接有关的异常电压报警，但提前采取禁止输出的防范措施，因为这是有意电压增大操作，可以将持续时间变得短于1秒。具体地说，将包含在增大电压设定值的同时不允许输出高电压报警的互锁。
接下来，当图1中可用于同步断开发电机主电路的断路器具有断路器32或断路器42的构造时，尽管将在正常操作下在主变压器的低压侧上由断路器32完成发电机主电路的同步断开，但如果在电气故障下由于发电机系统的影响，在断路器32上导致无电流通过电流零点现象或者接收到断开断路器的信号，则断开主变压器高压侧上的断路器42。上述情况包括几乎同时关断断路器32和42的操作。两个断路器几乎同时关断的原因是考虑到在正常断开发电机主电路下使得故障系统上的故障检测电路操作定时从低压侧断路器的操作定时被延迟。该操作的背景是当主变压器高压侧上的断路器将同步断开时，无电流通过电流零点现象改变其特性且出现在高压侧波形中的比低压侧波形中的更剧烈。这里，如果从主电路的低压侧取出用于内部电源的分支线路，则同步断开高压侧上的断路器意味着内部电源的临时损耗，所以从操作的观点来说，最好该操作应限制在从其他电源系统接收内部电源的情况中。
接下来，为了解释实际操作中人工接口的条件，下面解释如何输出报警。
特别地，由于临时增大无功功率的方法涉及增大电压，在非常短的时间内，希望提前用声音通知发电站内的操作人员充分知晓，例如“无功功率增大，正常开路”。实际上，考虑到声音通知的目前状态，可以将以上通知加到现有通知“发电机主电路断开”上，或者产生报警声音或光或闪烁可视指示灯。
在管理无功功率增大方面，控制系统应当设计成能够根据一段时间长度的经验结果进行必要的修改，因为需要根据按照初始设定值获得的实际电压增量来改变预设电流幅度增量，从而进一步增大电流幅度，或者减小该幅度以便消除太多的容差。
根据上述方法，可采取适当措施来处理这种现象，在同步断开发电机断路器时导致危险操作范围，在无电流通过电流零点现象下涉及发电机主电路的同步断开，无电流通过电流零点现象在每个发电站中发电机开路控制的传统正常操作中没有被认识到或者最终没有采取任何防范措施。也可能为发电站提供安全操作方法，从长远来看，在更广的范围内提高了整个操作效率。
特别涉及与发电机主电路的主要电源系统有关的基本问题的该方法从稳定供电角度是方便的，因为它不仅考虑了发电机主电路保护，而且还考虑直至下一次起动的涡轮动力系以及发电机和辅助装置的可靠性，尽管以上是基于计算和分析的结果。
如上所述，作为消除电流零点的有效装置，第二实施例采用的方法采取了必要措施来消除其电路需要被断开的发电机断开时的电流零点。即，发电机电流的波形幅度是被有意增大的，因此通过从高负载(有效功率负载)范围执行快速开路(负载关断)或者通过增大无功功率来消除无电流通过电流零点现象，其中尽管无功功率很小。由于在该方法中电流幅度充分大，因此对电流状态量进行操作使得无电流通过电流零点现象总是通过电流零点，在同步断开AC断路器时不会有任何障碍。
此外，作为增大无功功率的一种方法增大发电机电压设定值是关于作为增大上述无功功率的结果在增大电流幅度的过程开始时将操作什么的一个问题。即，由于发电机电压和无功功率输出均在正常可控范围内处于几乎线性相关，所以在增大电压设定值时存在无功功率被增大的特性。利用该特性，增大电压设定值的操作将增大无功功率。
本发明产生了能提供发电机断路器同步开路的方法及其控制装置的效果，从而能保护发电机主电路不受以下现象的影响在同步断开发电机主电路时可以很多周期电流不通过电流零点。
权利要求
1．一种用于发电机主电路的发电机断路器同步开路方法，其中多个发电机经断路器与输电系统相连接，使得断路器能同步接通或断开；其中，当安装在发电机主电路中的断路器将被同步断开时，如果检测到判断另一发电机主电路中出现电气故障的电信号，则在检测到电信号后在一段特定的时间长度暂停同步断开断路器。
2．一种用于发电机主电路的发电机断路器同步开路方法，其中多个发电机经断路器与输电系统相连接，使得断路器能同步接通或断开；其中，当安装在发电机主电路中的断路器将被同步断开时，在断路器被同步断开之前放大发电机输出的AC电流波形的幅度，使得AC电流到达电流零点，然后同步断开断路器。
3．根据权利要求2的发电机断路器的同步开路方法；其中当电流可以在很多周期不通过电流零点的现象(下文所说的无电流通过电流零点现象)发生时，将其电路将被同步断开的发电机的负载命令值设为等于AC电流能到达电流零点的发电机负载的一个值。
4．根据权利要求2的发电机断路器的同步开路方法；其中当无电流通过电流零点现象发生时，将其电路将被同步断开的发电机的负载命令值设为等于AC电流能到达电流零点的无功功率负载的一个值。
5．根据权利要求2的发电机断路器的同步开路方法；其中当无电流通过电流零点现象发生时，将用于其电路将被同步断开的发电机的电压设定值增大到与AC电流能到达电流零点的无功功率相对应的一个设定值，将用于其电路将不同步断开的其他发电机的电压设定值减小到与上述其电路将被同步断开的发电机增大的无功功率相对应的一个设定值，以便调节每个发电机的无功功率分配。
6．根据权利要求2至5中任一项的发电机断路器的同步开路方法；其中设有发电机电压调节装置和系统电压控制装置，当发电机电压调节装置和系统电压控制装置处于共同操作时，禁止系统电压控制装置的输出信号。
7．根据权利要求1的发电机断路器的同步开路方法；其中检测其他发电机主电路中出现电气故障，作为判断电气故障出现的电信号，用来自保护继电器元件、来自发电机保护继电器组的每个元件或者来自发电机闭锁继电器的输出作为电势与发电机主电路电压相同的部分的短路保护。
8．根据权利要求1的发电机断路器的同步开路方法；其中在增大发电机电压的变压器的高压侧和低压侧上设有断路器，并且，在当发电机主电路将被同步断开时，如果输出在其他发电机主电路中发生电气故障的信号，则输出断开高压侧断路器或断开将被同步断开的发电机主电路的高压侧和低压侧断路器的操作命令信号。
9．一种用于发电机主电路的发电机断路器的同步开路方法，所述发电机主电路包含多个发电机系统，在所述多个发电机系统中，发电机经断路器与输电系统相连接；其中，当检测到多个发电机系统中出现电气故障时，并用为发电机系统安装的断路器将发电机系统中的任何一个发电机系统的电路同步断开，如果检测到除以上其电路将被同步断开的发电机系统以外的其他发电机系统中出现电气故障，则在检测到电气故障出现之后的一段特定时间长度保持不输出发电机系统电路将被同步断开的同步断路器断开信号。
10．一种用于发电机主电路的发电机断路器的同步开路方法，所述发电机主电路包含多个发电机系统，在所述多个发电机系统中，发电机经断路器与输电系统相连接；其中，当多个发电机系统中任何一个发电机系统的电路将被同步断开时，如果检测到除以上其电路将被同步断开的发电机系统以外的其他发电机系统中出现电气故障，则优先同步断开安装在其电路将被同步断开的发电机系统中的断路器，并且放大其电路将被同步断开的发电机系统的发电机输出的AC电流波形幅度，使得AC电流到达电流零点，然后同步断开断路器。
11．一种用于发电机主电路的发电机断路器的同步开路控制装置，所述发电机主电路包含多个发电机系统，在所述多个发电机系统中，发电机经断路器与输电系统相连接，所述多个发电机系统包含用于检测电气故障出现的检测装置和用于在电气故障情况下断开断路器的保护继电器；其中，用于同步开路的所述控制装置设有互锁电路，在将要输出安装在发电机系统中的断路器的同步开路命令信号的时刻，如果输出安装在其他发电机系统中的保护继电器的动作信号，则在输出动作信号之后的一段特定时间长度内暂停输出同步开路命令信号。
12．一种用于发电机主电路的发电机断路器的同步开路控制装置，所述发电机主电路包含多个发电机系统，在所述多个发电机系统中，发电机经断路器与输电系统相连接；所述多个发电机系统包含检测发电机系统电流的#1和#2电流检测器和一个保护继电器，如果#1和#2电流检测器检测到的电流差或电流差的比值超过预设值，则所述保护继电器断开安装在发电机系统中的断路器；其中，当安装在发电机系统中的断路器将被同步断开的时刻，如果没有正在输出安装在其他发电机系统中的保护继电器的动作信号，则由用于同步开路的所述控制装置输出断路器的同步开路命令信号。
13．一种用于发电机主电路的发电机断路器的同步开路控制装置，所述发电机主电路包含多个发电机系统，在所述多个发电机系统中，发电机经断路器与输电系统相连接；其中当多个发电机系统中电路将被同步断开的发电机系统的断路器将被同步断开的时刻，在断路器被同步断开之前由用于同步开路的所述控制装置放大发电机输出的AC电流波形幅度，使得AC电流到达电流零点，然后同步断开断路器。
14．根据权利要求13的发电机断路器的同步开路控制装置；其中当无电流通过电流零点现象出现时，将用于其电路将被同步断开的发电机的电压设定值增大到与电流幅度能到达电流零点的无功功率相对应的一个设定值，将用于其电路将不被同步断开的其他发电机的电压设定值减小到与其电路将被同步断开的发电机的上述增大的无功功率相对应的一个设定值，以便调节每个发电机的无功功率分配。
15．根据权利要求11的发电机断路器的同步开路控制装置；其中上述多个发电机系统设有增大发电机电压的变压器，并且在所述变压器的高压侧和低压侧上设置上述断路器；以及，在发电机主电路将被同步断开的时刻，如果输出其他发电机主电路中出现电气故障的信号，则由用于同步开路的所述控制装置输出操作命令信号，以断开高压侧断路器或者同时断开将被同步断开的发电机主电路的高压侧和低压侧断路器。
全文摘要
本发明提供一种发电机断路器同步开路的方法及其控制装置,提供一种将发电机励磁电流控制包含到控制机构中的构造。能预测很多周期电流不通过电流零点现象的出现,利用涵盖造成这种现象的电气故障的单个元件的发电机闭锁继电器或者在该电路中集成所有那些元件,通过定时器有意造成时间延迟以便防止这种现象的同步性。一旦通过计算能预测这种现象,则增大发电机的无功功率输出,从而增大可靠发电机的AC电流幅度以便消除这种现象。
文档编号H02H3/02GK1298191SQ00134288
公开日2001年6月6日 申请日期2000年11月30日 优先权日1999年11月30日
发明者难波茂昭, 宇田宪吾, 深井雅之 申请人:株式会社日立制作所