一种双机组相复励励磁系统的失磁保护系统和方法与流程

1.本发明涉及核电机组的技术领域，更具体地说，涉及一种双机组相复励励磁系统的失磁保护系统和方法。


背景技术：

2.某核电厂3号机组控制棒电源控制系统a列失磁保护继电器动作导致a列发电机跳闸，现场检查b列电压调节器电压给定值回路端子接触不良，回路阻值增大，相当于b列电压给定值增大，b列发电机机端电压升高，b列发电机励磁电流增大，b列发电机发出无功功率增大，a列发电机无功功率减小，a列发电机励磁电流减小，导致a列发电机失磁保护动作。
3.控制棒电源控制系统正常运行时，两列发电机组并列运行，各承担系统50％有功负荷和无功负荷。发电机电压调节的原理：发电机励磁调节器通过电压给定值uset与机端电压反馈值u偏差调节发电机励磁电流的大小。当给定值uset增大或机端电压反馈值u减少或调节组件阻值增大时，则两列发电机并列母线电压同时增大，故障列发电机励磁电流将增大，无功功率增大；而正常列发电机励磁电流减少，无功功率增大，可能进入正常列失磁保护动作区而导致跳闸。


技术实现要素：

4.本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种双机组相复励励磁系统的失磁保护系统和方法。
5.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种双机组相复励励磁系统的失磁保护系统，包括：第一列机组和第二列机组；所述第一列机组和所述第二列机组均包括：采集单元、逻辑处理单元以及控制单元；
6.所述采集单元用于采集本列机组的发电机的本列运行信息和对向列机组的发电机的对向列运行信息，并将所述本列运行信息和所述对向列运行信息发送给所述逻辑处理单元；
7.所述逻辑处理单元与所述采集单元连接，用于对所述本列运行信息和所述对向列运行信息进行逻辑处理后，输出逻辑控制信号；
8.所述控制单元与所述逻辑处理单元连接，用于根据所述逻辑控制信号判断本列机组的励磁回路是否故障，并在本列机组的励磁回路故障时，切断本列机组的发电机的电源信号。
9.在本发明所述的双机组相复励励磁系统的失磁保护系统中，所述采集单元包括：电压采集模块、第一功率采集模块和第二功率采集模块；
10.所述电压采集模块用于采集本列机组的发电机的机端电压，并输出机端电压采集值；
11.所述第一功率采集模块用于采集本列机组的发电机的无功功率，并输出本列无功功率值；
12.所述第二功率采集模块用于采集对向列机组的发电机的无功功率，并输出对向列无功功率值。
13.在本发明所述的双机组相复励励磁系统的失磁保护系统中，所述逻辑处理单元包括：与非门；
14.所述与非门包括：第一输入端、第二输入端和第三输入端和输出端；
15.所述第一输入端与所述电压采集模块连接，所述第二输入端与所述第一功率采集模块连接，所述第三输入端与所述第二功率采集模块连接；
16.所述第一输入端、所述第二输入端和所述第三输入端分别接收所述机端电压采集值、本列无功功率值和对向列无功功率值，所述输出端用于输出所述逻辑控制信号。
17.在本发明所述的双机组相复励励磁系统的失磁保护系统中，所述逻辑控制信号包括：逻辑1信号和逻辑0信号；
18.所述与非门用于对所述机端电压值、所述本列无功功率值以及所述对向列无功功率值进行逻辑处理，并在所述机端电压值、所述本列无功功率值以及所述对向列无功功率值均满足预设条件时，所述与非门输出逻辑1信号，反之，所述与非门输出逻辑0信号。
19.在本发明所述的双机组相复励励磁系统的失磁保护系统中，所述预设条件包括：
20.所述机端电压值大于预设电压值，所述本列无功功率值大于预设功率值，且所述对向列无功功率值小于预设功率阈值。
21.在本发明所述的双机组相复励励磁系统的失磁保护系统中，还包括：延时单元；
22.所述延时单元设置在所述逻辑处理单元与所述控制单元之间，用于对所述逻辑控制信号进行延时处理后传送给所述控制单元。
23.本发明还提供一种双机组相复励励磁系统的失磁保护方法，应用于双机组相复励励磁系统的失磁保护系统，所述双机组相复励励磁系统的失磁保护系统包括：第一列机组和第二列机组；所述第一列机组和所述第二列机组均包括：采集单元、逻辑处理单元以及控制单元；所述方法包括以下步骤：
24.所述采集单元采集本列机组的发电机的本列运行信息和对向列机组的发电机的对向列运行信息；
25.所述逻辑处理单元接收所述本列运行信息和所述对向列运行信息，并对所述本列运行信息和所述对向列运行信息进行逻辑处理后，输出逻辑控制信号；
26.所述控制单元根据所述逻辑控制信号判断本列机组的励磁回路是否故障；
27.若是，切断本列机组的发电机的电源信号；
28.若否，不执行失磁保护。
29.在本发明所述的双机组相复励励磁系统的失磁保护方法中，所述本列运行信息包括：本列机组的发电机的机端电压值和本列无功功率值；所述对向列运行信息包括：对向列机组的发电机的对向列无功功率值；所述逻辑控制信号包括：逻辑1信号和逻辑0信号；
30.所述逻辑处理单元接收所述本列运行信息和所述对向列运行信息，并对所述本列运行信息和所述对向列运行信息进行逻辑处理后，输出逻辑控制信号包括：
31.所述逻辑处理单元判断所述机端电压值、所述本列无功功率值以及所述对向列无功功率值是否均满足预设条件；
32.若是，所述逻辑处理单元输出所述逻辑1信号；
33.若否，所述逻辑处理单元输出所述逻辑0信号。
34.在本发明所述的双机组相复励励磁系统的失磁保护方法中，所述预设条件包括：
35.所述机端电压值大于预设电压值，所述本列无功功率值大于预设功率值，且所述对向列无功功率值小于预设功率阈值。
36.在本发明所述的双机组相复励励磁系统的失磁保护方法中，所述方法还包括：
37.延时单元对所述逻辑处理单元输出的逻辑控制信号进行延时处理，并将经过延时处理后的逻辑控制信号传送给所述控制单元。
38.实施本发明的双机组相复励励磁系统的失磁保护系统和方法，具有以下有益效果：包括第一列机组和第二列机组；第一列机组和第二列机组均包括采集单元、逻辑处理单元和控制单元；采集单元采集本列机组的发电机的本列运行信息和对向列机组的发电机的对向列运行信息；逻辑处理单元对本列运行信息和对向列运行信息进行逻辑处理后，输出逻辑控制信号；控制单元根据逻辑控制信号判断本列机组的励磁回路是否故障，并在本列机组的励磁回路故障时，切断本列机组的发电机的电源信号。本发明可对双机组的发电机励磁回路故障进行监测，可防止任一列励磁回路故障导致对向列发电机跳闸而执行失磁保护动作，避免误动作发生，提升机组的安全性及可靠性，保证机组安全运行。
附图说明
39.下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
40.图1是本发明实施例提供的双机组相复励励磁系统的失磁保护系统的结构示意图；
41.图2是本发明提供的励磁保护逻辑示意图；
42.图3是本发明双机组相复励励磁系统的失磁保护方法的流程示意图；
43.图4是两机并列空载运行单机励磁调节器失效时非故障机电气量变化情况示意图；
44.图5是两机并列空载运行单机avr失效时故障机电气量变化情况示意图；
45.图6是两机并列轻载运行单机avr失效时非故障机电气量变化情况示意图；
46.图7是两机并列轻载运行单机avr失效时非故障机电气量变化情况示意图；
47.图8是两机并列重载运行单机avr失效时非故障机电气量变化情况示意图；
48.图9是两机并列重载运行单机avr失效时非故障机电气量变化情况示意图；
49.图10是控制棒电源控制系统真机试验采集数据示意图。
具体实施方式
50.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
51.参考图1，为本发明提供的双机组相复励励磁系统的失磁保护系统。其中，该双机组相复励励磁系统的失磁保护系统包括：第一列机组和第二列机组。
52.本发明实施例中，第一列机组和第二列机组均包括：采集单元11、逻辑处理单元12以及控制单元14。
53.具体的，采集单元11用于采集本列机组的发电机的本列运行信息和对向列机组的
发电机的对向列运行信息，并将本列运行信息和对向列运行信息发送给逻辑处理单元12。
54.可选的，本发明实施例中，本列运行信息包括：本列机组的发电机的机端电压值和本列无功功率值；对向列运行信息包括：对向列机组的发电机的对向列无功功率值。
55.一些实施例中，采集单元11包括：电压采集模块、第一功率采集模块和第二功率采集模块；
56.电压采集模块用于采集本列机组的发电机的机端电压，并输出机端电压采集值。
57.可选的，本发明实施例中，电压采集模块可采用现有的常规检测器件或者检测方式，只要可实现对发电机的机端电压的采集功能即可，本发明不作具体限定。
58.第一功率采集模块用于采集本列机组的发电机的无功功率，并输出本列无功功率值。
59.可选的，本发明实施例中，第一功率采集模块可以通过将电压采集模块所采集到的发电机的机端电压值，并结合电流采集模块所采集的电流进行计算得到本列无功功率值。其中，电流采集模块可采用现有的常规检测器件或者检测方式，只要可实现对发电机的励磁电流功能即可，本发明不作具体限定。
60.第二功率采集模块用于采集对向列机组的发电机的无功功率，并输出对向列无功功率值。
61.可选的，本发明实施例中，第二功率采集模块可以通过将电压采集模块所采集到的发电机的机端电压值，并结合对向列的发电机的励磁电流进行计算得到对向列无功功率值。需要说明的是，对于对向列的发电机的励磁电流可通过安装在对向列的发电机侧的电流采集模块实现电流采集。同样地安装在对向列的电流采集模块也可采用现有的常规检测器件或者检测方式，只要可实现对发电机的励磁电流功能即可，本发明不作具体限定。
62.逻辑处理单元12与采集单元11连接，用于对本列运行信息和对向列运行信息进行逻辑处理后，输出逻辑控制信号。
63.一些实施例中，该逻辑处理单元12包括：与非门。
64.具体的，该与非门包括：第一输入端、第二输入端和第三输入端和输出端。
65.其中，第一输入端与电压采集模块连接，第二输入端与第一功率采集模块连接，第三输入端与第二功率采集模块连接。
66.具体的，与非门的第一输入端、第二输入端和第三输入端分别接收机端电压采集值、本列无功功率值和对向列无功功率值，输出端用于输出逻辑控制信号。
67.可选的，本发明实施例中，逻辑控制信号包括：逻辑1信号和逻辑0信号。
68.具体的，该与非门用于对机端电压值、本列无功功率值以及对向列无功功率值进行逻辑处理，并在机端电压值、本列无功功率值以及对向列无功功率值均满足预设条件时，与非门输出逻辑1信号，反之，与非门输出逻辑0信号。
69.可选的，本发明实施例中，预设条件包括：机端电压值大于预设电压值，本列无功功率值大于预设功率值，且对向列无功功率值小于预设功率阈值。
70.可选的，本发明实施例中，预设电压值可以设置为发电机的励磁调节器的电压设定值的1.05倍。预设功率值可以设置为50kvar，预设功率阈值可以设置为-50kvar。即u》1.05un，q1》50kvar且q2《-50kvar。其中，un为电压设定值，u为机端电压值，q1为本列无功功率值，q2为对向列无功功率值。
71.具体的，当机端电压值大于预设电压值、本列无功功率值大于预设功率值、且对向列无功功率值小于预设功率阈值，则逻辑处理单元12输出逻辑1信号；反之，逻辑处理单元12输出逻辑0信号。
72.控制单元14与逻辑处理单元12连接，用于根据逻辑控制信号判断本列机组的励磁回路是否故障，并在本列机组的励磁回路故障时，切断本列机组的发电机的电源信号。
73.具体的，当逻辑处理单元12输出逻辑1信号时，控制单元14根据该逻辑1信号可判定本列机组的励磁回路故障，并切断本列机组的发电机的电源信号；当逻辑处理单元12输出逻辑0信号时，控制单元14根据该逻辑0信号可判定本列机组的励磁回路正常，没有故障，此时，控制单元14不执行失磁保护动作，保持本列机组的正常运行。
74.进一步地，为了保证逻辑处理单元12输出的逻辑控制信号的稳定性和可靠性，避免误判发生，本发明的双机组相复励励磁系统的失磁保护系统还可设置一延时单元13。其中，该延时单元13设置在逻辑处理单元12与控制单元14之间，用于对逻辑控制信号进行延时处理后传送给控制单元14。
75.可选的，本发明实施例中，该延时单元13可延时至1s秒。
76.具体的，本发明实施列的励磁保护控制逻辑如图2所示。
77.由图2可知，本发明通过在每一列机组中均设置该励磁保护控制逻辑，实现对本列发电机组的故障回路的监测，实现了只有当本列机组的励磁回路故障时，才执行失磁保护以切断本列发电机的电源。而当对向列机组的励磁回路故障、本列机组的励磁回路正常时，本列机组不执行失磁保护，从而避免了因对向列的励磁回路故障导致本列执行失磁保护误导致本列发电机跳闸的问题发生。
78.进一步地，如图3所示，为本发明提供的双机组相复励励磁系统的失磁保护方法一可选实施例的流程示意图。
79.该双机组相复励励磁系统的失磁保护方法，可以应用于本发明实施例公开的双机组相复励励磁系统的失磁保护系统。
80.具体的，如图3所示，该方法包括以下步骤：
81.步骤s301、采集单元11采集本列机组的发电机的本列运行信息和对向列机组的发电机的对向列运行信息。
82.步骤s302、逻辑处理单元12接收本列运行信息和对向列运行信息，并对本列运行信息和对向列运行信息进行逻辑处理后，输出逻辑控制信号。
83.可选的。本发明实施例中，本列运行信息包括：本列机组的发电机的机端电压值和本列无功功率值；对向列运行信息包括：对向列机组的发电机的对向列无功功率值；逻辑控制信号包括：逻辑1信号和逻辑0信号。
84.一些实施例中，逻辑处理单元12接收本列运行信息和对向列运行信息，并对本列运行信息和对向列运行信息进行逻辑处理后，输出逻辑控制信号包括：逻辑处理单元12判断机端电压值、本列无功功率值以及对向列无功功率值是否均满足预设条件；若是，逻辑处理单元12输出逻辑1信号；若否，逻辑处理单元12输出逻辑0信号。
85.可选的，本发明实施例中，预设条件包括：机端电压值大于预设电压值，本列无功功率值大于预设功率值，且对向列无功功率值小于预设功率阈值。
86.步骤s303、控制单元14根据逻辑控制信号判断本列机组的励磁回路是否故障。
87.步骤s304、若是，切断本列机组的发电机的电源信号。
88.步骤s305、若否，不执行失磁保护。
89.进一步地，一些实施例中，该方法还包括：延时单元13对逻辑处理单元12输出的逻辑控制信号进行延时处理，并将经过延时处理后的逻辑控制信号传送给控制单元14。
90.为了验证本发明预设条件的可靠性，本发明进行了控制棒电源控制系统仿真试验。
91.具体的，根据控制棒电源控制系统仿真试验，模拟两列发电机带不同大小负载并列运行时，第10s时使一列中的发电机的励磁调节器断开，两列发电机各电气量变化曲线如图4至图9所示。
92.由图4和图5可知，中船机型空载单机励磁调节器(avr)失效后，非故障机的机端电压从260v上升到302v(1.16p.u.)，机端电流从0上升到峰值319a，后下降到稳定值270a；有功功率从0波动后下降到-0.7kw，无功功率从0下降到-141kvar；励磁电流从0.78a下降到0。
93.故障机的机端电压从260v上升到302.5v(1.16p.u.),机端电流从0上升到峰值319a，后下降到稳定值270a；有功功率从0波动后上升到0.7kw，无功功率从0上升到141.5kvar；励磁电流从0.78a上升到2.19a。
94.由图6和图7可以看出，中船机型轻载单机avr失效后，非故障机的机端电压从260v上升到308v(1.18p.u.)，机端电流从54a上升到260a；有功功率从13kw上升到17kw，无功功率从20kvar下降到-136.5kvar；励磁电流从0.92a下降到0。
95.故障机的机端电压从260v上升到308v(1.18p.u.)，机端电流从54a上升到367a；有功功率从13kw上升到19kw，无功功率从20kvar上升到193kvar；励磁电流从0.92a上升到2.61a。
96.由图8和图9可以看出，中船机型重载单机avr失效后，非故障机端电压从260v上升到327.5v(1.26p.u.)，机端电流从346a下降到284a；有功功率从40kw上升到67kw，无功功率从149kvar下降到-147kvar；励磁电流从1.8a下降到0.38a。故障机端电压从260v上升到327.5v(1.26p.u.)，机端电流从346a上升到1118a；有功功率从40kw上升到62kw，无功功率从149kvar上升到632kvar；励磁电流从1.8a上升到5.7a。
97.综上，根据中船机型单机avr失效故障的仿真结果，系统在携带不同负载时发生单机avr失效故障时，故障机端电压在1.16un～1.26un间，故障机发出无功功率在141kvar～632kvar间，非故障机发出无功功率在-147kvar～-137kvar，这些参数值都满足保护逻辑的动作值。
98.进一步地，通过真机进行试验。具体的，在两列控制棒电源控制系统两列发电机并列空载运行，模拟一列发电机励磁调节器电压反馈回路故障或励磁调节器故障，采集的数据如图10所示。
99.由图10中可以看出，电流在1.4s内由0上升至280a，然后稳定不变。正常运行的ram发电机会吸收无功进相运行，并且无功《-50kvar。正常b列失磁保护延时5s左右跳闸，故障列b列电压由260v上升为283v继续运行。
100.根据控制棒电源控制系统仿真试验和真机试验数据，当一列励磁调节器相关回路故障时，并列发电机的机端电压最低为1.08p.u.，同时控制棒电源控制系统要求机端电压运行范围为0.9p.u.-1.05p.u.，因此将电压定值设定为1.05p.u.以躲过发电机正常运行区
间。
101.根据控制棒电源控制系统仿真试验和真机试验数据，当一列励磁调节器相关回路故障时，故障列发电机发出无功功率在141kvar～632kvar间，非故障列发电机吸收无功功率在-147kvar～-137kvar，同时控制棒电源控制系统失磁保护定值约在吸收80kvar时将进入动作区，因此将无功功率定值设定为50kvar以避免正常列发电机失磁保护进入动作区而跳闸。
102.控制棒电源控制系统失磁保护动作时间为5s，同时发电机励磁调节器最大调节时间为0.7s，因此为躲过发电机励磁调节器时间，尽量切除故障列，并避免另一列发电机失磁保护动作跳闸，因此将新增励磁保护动作延时时间设置为1s。
103.以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。