专利名称：一种发电机电动机组背靠背启动过程中的事故处理方法
技术领域：
本发明涉及电力系统继电保护领域，特别涉及一种发电机电动机组背靠背启动过程中的事故处理方法。
背景技术：
背靠背启动是抽水蓄能电站的一种主要启动方式。所谓背靠背启动，是指将发电机2和电动机5直接连接，并利用发电机2直接拖动电动机5，直至电动机5转速达到可以并网运行的同步转速，则背靠背启动完成，发电机电动机组背靠背启动过程示意图如图1所示。在电网或变频系统出现故障时，采用背靠背启动可保证机组的正常运行，提高电站运行的可靠性与经济性。目前国内外在发电机电动机组背靠背启动策略方面有些研究，主要对影响启动过程的因素和启动过程的控制策略进行研究。发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术中至少存在以下缺点和不足:现有技术中对发电机电动机组在背靠背启动过程中发生短路故障的短路电流特性及事故处理尚无明确的处理方法，一旦在启动过程中发生故障，可能会由于机组的继电保护配置不合理，导致启动回路中电气设备的损坏。
发明内容
本发明提供了一种发电机电动机组背靠背启动过程中的事故处理方法，本方法在发电机电动机组背靠背启动过程中保证了机组和启动回路设备的安全，同时快速的切除故障，详见下文描述:一种发电机电动机组背靠背启动过程中的事故处理方法，所述方法包括以下步骤:(I)在发电机电动机组背靠背启动过程中判断是否发生短路故障，如果是，执行步骤⑶；如果否，执行步骤(2);(2)发电机电动机组背靠背启动过程正常完成，直至电动机转速达到并网运行的同步转速，背靠背启动完成，流程结束；(3)根据短路故障时短路电流的特性和发电机电动机组背靠背启动过程中失磁特性，发生故障时立即同时跳开发电机和电动机的灭磁开关；(4)判断是否达到预设延时时间，如果是，跳开启动回路的断路器；如果否，等待到达所述预设延时时间，再跳开启动回路的断路器，流程结束。所述短路故障时短路电流的特性具体为:发电机电动机组背靠背启动过程中发生短路故障的短路电流幅值不随频率的变化而变化。所述短路电流幅值不随频率的变化而变化具体为:低频工况下发生短路故障的短路电流幅值与工频工况下短路电流幅值一致。
所述发电机电动机组背靠背启动过程中失磁特性具体为:单独跳开发电机的灭磁开关时，启动回路电流比正常启动电流大；单独跳开电动机的灭磁开关时，启动回路电流比正常启动电流大；同时跳开发电机和电动机的灭磁开关时，启动回路电流上升数秒时间后，迅速衰减至O。本发明提供的技术方案的有益效果是:通过对短路电流特性和失磁特性的分析，在发生故障时同时跳开发电机和电动机的灭磁开关，经过预设延时时间后再跳开启动回路断路器；该方法在发电机电动机组背靠背启动过程中能保证机组和启动回路设备的安全，同时快速的切除故障，降低了电站运行的成本，在工程应用中具有很好的实用价值。
图1为发电机电动机组背靠背启动过程示意图；图2为发电机电动机组背靠背启动过程中发生三相短路故障的短路电流峰值随频率变化曲线；图3为发电机电动机组背靠背启动过程中发生三相短路故障的稳态短路电流幅值随频率变化曲线；图4为发电机电动机组背靠背启动过程中单独跳开发电机的灭磁开关启动回路电流变化曲线；图5为发电机电动机组背靠背启动过程中单独跳开电动机的灭磁开关启动回路电流变化曲线；图6为发电机电动机组背靠背启动过程中同时跳开发电机和电动机的灭磁开关启动回路电流变化曲线；图7为发电机电动机组背靠背启动过程若发生三相短路故障后同时跳开发电机和电动机的灭磁开关短路电流变化曲线；图8为发电机电动机组背靠背启动过程事故处理方法流程图。附图中所列部件列表如下所示:1:灭磁开关；2:发电机；3:断路器； 4:启动回路；5:电动机。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。为了保证在发电机电动机组背靠背启动过程中启动回路设备的安全，同时快速的切除故障，本发明实施例提供了 一种发电机电动机组背靠背启动过程中的事故处理方法，参见图8，该方法包括以下步骤:101:在发电机电动机组背靠背启动过程中判断是否发生短路故障，如果是，执行步骤103 ;如果否，执行步骤102:对发电机电动机组背靠背启动过程中发生短路故障时短路电流特性进行如下分析:由于发电机2、电动机5的转子惯性较大，在短路暂态分析过程中转子的转速还来不及大的变化，故在发电机电动机组背靠背启动过程中的短路暂态分析中不计转子速度的变化，只考虑电磁暂态过程的分析。电磁暂态分析的基础是磁链守恒原理，在发电机电动机组背靠背启动过程中，启动回路中会流过0-50Hz的低频电流，并且电流频率随转速的上升由OHz逐渐上升到50Hz。理论分析和试验均证明了发电机电动机组背靠背启动过程中发生短路故障的短路电流幅值基本不随频率的变化而变化，即低频工况(小于50Hz)下发生短路故障的短路电流幅值与工频工况下(50Hz)短路电流幅值相差不大。短路电流峰值随频率变化曲线如图2所示，稳态短路电流幅值随频率变化曲线如图3所示。从图2和图3中能直接看出，短路电流峰值和稳态短路电流幅值在低频工况下与工频工况下均相差不大。102:发电机电动机组背靠背启动过程正常完成，直至电动机转速达到并网运行的同步转速，背靠背启动完成，流程结束；103:立即同时跳开发电机2和电动机5的灭磁开关I ;对发电机电动机组背靠背启动过程中失磁特性进行如下分析:针对发电机电动机组背靠背启动过程中的失磁特性进行了各种失磁情况的分析，发电机2和电动机5的容量以300MW为例，在发电机电动机组背靠背启动过程中的180s时刻左右跳开灭磁开关I，结果如下:发电机电动机组背靠背启动过程中单独跳开发电机2的灭磁开关I时，启动回路上的电流变化曲线如图4所示。由图4可见，启动回路4的电流比正常启动电流大，即180s以后的启动回路4的电流远远大于180s以如的启动回路4的电流，有可能损坏启动回路4中的电气设备。发电机电动机组背靠背启动过程中单独跳开电动机5的灭磁开关I时，启动回路4上的电流变化曲线如图5所示。由图5可见，启动回路4的电流与单独跳开发电机2的灭磁开关I情况基本一致，即180s以后的启动回路4的电流远远大于180s以如的启动回路4的电流，有可能损坏启动回路4中的电气设备。发电机电动机组背靠背启动过程中同时跳开发电机2和电动机5的灭磁开关I时，启动回路4上的电流变化曲线如图6所示。由图6可见，启动回路4的电流上升数秒时间后(3秒左右)，迅速衰减至O。由上述失磁特性分析可知，故障时同时跳开发电机2和电动机5的灭磁开关1，既能保证启动回路4中电气设备的安全，且能快速的切除故障。104:判断是否达到预设延时时间，如果是，跳开启动回路4中的断路器3 ;如果否，等待到达预设延时时间，再跳开启动回路4中的断路器3，流程结束。发电机电动机组背靠背启动过程发生短路故障，同时跳开发电机2和电动机5的灭磁开关I后，短路电流变化曲线如图7所示。由图7可见，在跳开灭磁开关I的短时间内(1.5秒左右)，短路电流仍然较大，然后迅速衰减至O。具体实现时，预设延时时间根据抽水蓄能电站的实际情况确定，本发明实施例以5秒为例进行说明。本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施例的示意图，上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种发电机电动机组背靠背启动过程中的事故处理方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤: (1)在发电机电动机组背靠背启动过程中判断是否发生短路故障，如果是，执行步骤(3);如果否，执行步骤(2); (2)发电机电动机组背靠背启动过程正常完成，直至电动机转速达到并网运行的同步转速，背靠背启动完成，流程结束； (3)根据短路故障时短路电流的特性和发电机电动机组背靠背启动过程中失磁特性，发生故障时立即同时跳开发电机和电动机的灭磁开关； (4)判断是否达到预设延时时间，如果是，跳开启动回路的断路器；如果否，等待到达所述预设延时时间，再跳开启动回路的断路器，流程结束。
2.根据权利要求1所述的一种发电机电动机组背靠背启动过程中的事故处理方法，其特征在于，所述短路故障时短路电流的特性具体为: 发电机电动机组背靠背启动过程中发生短路故障的短路电流幅值不随频率的变化而变化。
3.根据权利要求2所述的一种发电机电动机组背靠背启动过程中的事故处理方法，其特征在于，所述短路电流幅值不随频率的变化而变化具体为: 低频工况下发生短路故障的短路电流幅值与工频工况下短路电流幅值一致。
4.根据权利要求1所述的一种发电机电动机组背靠背启动过程中的事故处理方法，其特征在于，所述发电机电动机组背靠背启动过程中失磁特性具体为: 单独跳开发电机的灭磁开关时，启动回路电流比正常启动电流大； 单独跳开电动机的灭磁开关时，启动回路电流比正常启动电流大； 同时跳开发电机和电动机的灭磁开关时，启动回路电流上升数秒时间后，迅速衰减至O0
全文摘要
本发明公开了一种发电机电动机组背靠背启动过程中的事故处理方法，涉及电力系统继电保护领域，根据短路故障时短路电流的特性和发电机电动机组背靠背启动过程中失磁特性，发生故障时立即同时跳开发电机和电动机的灭磁开关，经过预设延时时间后再跳开启动回路断路器；该方法在发电机电动机组背靠背启动过程中能保证机组和启动回路设备的安全，同时快速的切除故障，降低了电站运行的成本，在工程应用中具有很好的实用价值。
文档编号H02H7/085GK103138239SQ20131006199
公开日2013年6月5日 申请日期2013年2月27日 优先权日2013年2月27日
发明者李斌, 段志田, 郭丰瑞 申请人:天津大学