一种发电机失磁保护定值整定方法
【专利摘要】本发明公开了一种发电机失磁保护定值整定方法，包括步骤：将阻抗原理失磁保护阻抗圆映射至P?Q平面获得异步边界动作边界圆和静稳极限动作边界圆；对异步边界动作边界圆和静稳极限动作边界圆分别取可靠系数进行缩放，绘制出新的两边界圆在P?Q平面；根据发电机额定有功功率的大小画出一条与Q轴平行的等有功竖线；根据等有功竖线与新的两边界圆的相交点，结合发电机失磁时从系统侧吸收无功实际情况，选择相交点处无功功率为逆无功原理失磁保护的逆无功定值。有益效果：通过将阻抗原理失磁保护动作边界映射至P?Q平面上，获得逆无功原理失磁保护的逆无功定值，提供科学、可靠依据，克服逆无功原理失磁保护依靠工程经验整定保护定值困难。
【专利说明】
一种发电机失磁保护定值整定方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种发电机失磁保护定值整定方法，属于电力系统继电保护技术领 域。
【背景技术】
[0002] 发电机失磁保护主要有两种原理:阻抗原理失磁保护和逆无功原理失磁保护。
[0003] 阻抗原理失磁保护以机端阻抗是否落入阻抗动作边界作为失磁保护的主判据，转 子低电压为辅助判据共同组成阻抗原理失磁保护。阻抗动作边界可以是静稳极限圆和异步 边界圆中的一种。前者为功角3 = 90°时，机端阻抗在阻抗平面上极限边界;后者为同步发电 机失磁故障后进入异步运行状态后，机端阻抗在阻抗平面上变化轨迹的包络线。
[0004] 逆无功原理失磁保护通过检测联网机组是否从系统侧吸收无功作为主判据，判断 是否发生失磁故障。以发电机过负荷或者过电流作为逆无功原理失磁保护辅助判据，与主 判据共同组成逆无功原理失磁保护。
[0005] 在失磁保护定值整定中，阻抗原理失磁保护定值整定可参考行业导则，逆无功原 理失磁保护依靠工程经验整定。
[0006] 在工程应用中，阻抗原理失磁保护一般需要使用转子低电压作为辅助判据。然而， 使用无刷励磁系统的发电机由于无法直接采集转子电压，造成阻抗原理失磁保护无法使用 辅助判据，增加误动可能性，对于此类发电机组建议使用逆无功原理失磁保护。
[0007] 但是，发电机失磁保护作为一种涉网保护，对于电网运行稳定性有着重要影响，对 保护可靠性有着更高要求。为了克服逆无功原理失磁保护依靠工程经验整定保护定值困 难，需要提供一种科学、可靠的定值整定方法。
【发明内容】
[0008] 本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种发电机失磁保护定值 整定方法，特别适用于无刷励磁系统的发电机，通过将阻抗原理失磁保护动作边界映射至 P-Q平面上，获得发电机失磁故障时逆无功原理失磁保护的逆无功定值，可为逆无功原理失 磁保护定值整定提供科学、可靠依据。
[0009] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
[0010] 一种发电机失磁保护定值整定方法，包括以下步骤：
[0011] 1)以发电机额定值为基准，根据阻抗原理失磁保护整定导则，获得阻抗原理失磁 保护阻抗圆，将阻抗原理失磁保护阻抗圆映射至P-Q平面；
[0012] 其中阻抗原理失磁保护阻抗圆包括异步边界阻抗圆和静稳极限边界阻抗圆；
[0013] 将异步边界阻抗圆映射至P-Q平面获得异步边界动作边界圆，异步边界动作边界 圆的内部为异步边界动作区域；
[0014] 将静稳极限边界阻抗圆映射至P-Q平面获得静稳极限动作边界圆，静稳极限动作 边界圆的外部为静稳极限动作区域；
[0015] 2)对异步边界动作边界圆和静稳极限动作边界圆进行缩放，分别取可靠系数，用 可靠系数乘以异步边界动作边界圆、静稳极限动作边界圆的半径和圆心，绘制出新的两边 界圆在P-Q平面；
[0016] 其中，异步边界动作边界圆进行放大绘制，所取可靠系数大于1，绘制出新的异步 边界动作边界圆；静稳极限动作边界圆进行缩小绘制，所取可靠系数小于1，绘制出新的静 稳极限动作边界圆；
[0017] 3)根据发电机额定有功功率的大小画出一条与Q轴平行的等有功竖线P，P = nPCN， 其中，η为有功功率的可靠系数，P?为发电机额定有功功率；
[0018] 4)根据等有功竖线P与新的两边界圆的相交点，结合发电机失磁时从系统侧吸收 无功实际情况，选择相交点处无功功率为逆无功原理失磁保护的逆无功定值；
[0019] 选择新的异步边界动作边界圆时，选择等有功竖线P与新的异步边界动作边界圆 的靠近P轴相交点；选择新的静稳极限动作边界圆时，选择等有功竖线P与新的静稳极限动 作边界圆的靠近P轴相交点。
[0020] 本发明进一步设置为:所述阻抗原理失磁保护阻抗圆的动作方程为，
[0021] /- +(.r-^0)' < /?,；' (.1.)
[0022] 其中，r为阻抗平面电阻值，X为阻抗平面电抗值，Xo为阻抗圆圆心在电抗轴上值，Ro 为阻抗圆半径；
[0023]所述异步边界阻抗圆为，
[0024]
[0025] 其中，Xa为异步阻抗圆上端点的标幺值，Xb为异步边界阻抗圆和静稳极限边界阻抗 圆的下端点的标幺值，X'd为发电机暂态电抗的标幺值，Xd为发电机同步电抗的标幺值，服为 发电机额定电压，SN为发电机额定视在功率，n a为电流互感器变比，nv为电压互感器变比； [0026]所述静稳极限边界阻抗圆为，
[0027]
[0028] 其中，X。为静稳极限边界阻抗圆的上端点的标幺值，X_为发电机与系统间的联系 电抗；
[0029]所述将阻抗原理失磁保护阻抗圆映射至P-Q平面，具体是，
[0030] 因为
[0031]
[0032] 将式(4)带入式(1)中，可得映射至P-Q平面的方程为式(5)，
[0033]
[0034] 对于静稳极限边界阻抗圆，>0，化简式(5)可得式(6)，
[0035] υ υ υ
ν
[0036] 将乂^"^^/^办二"^+乂"/^带入式⑷沖^导到静稳极限动作边界圆的方 程为式〇-
[0037]
[0038] 对于异步边界阻抗圆，尤- Xn2 < 0，化简式（5)可得式（8)，
[0039]
[0040] 将乂〇=0'<1/21(1)/2，1?()=〇' (1/2+乂(1)/2带入式(8)中，得到异步边界动作边界圆的 方程为式(9)，
[0041]
[0042] 其中，式(4)至式(9)中的U为发电机机端电压，P为发电机机端输出有功功率，Q为 发电机机端输出无功功率。
[0043] 本发明进一步设置为:所述步骤2)中的静稳极限动作边界圆进行缩小绘制，所取 可靠系数为静稳储备系数，取值为10%~99%。
[0044] 本发明进一步设置为:所述步骤2)中的异步边界动作边界圆进行放大绘制，所取 可靠系数为101 %~150 %。
[0045] 与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：
[0046] 1、提供了阻抗原理失磁保护与逆无功原理失磁保护动作边界映射关系；
[0047] 2、提供科学、可靠的逆无功原理失磁保护逆无功定值整定方法，可避免逆无功原 理失磁保护逆无功定值依靠工程经验整定所存在的保护定值困难。
[0048]上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下 面结合附图对本发明作进一步的描述。
【附图说明】
[0049] 图1为本发明将阻抗原理失磁保护阻抗圆映射至P-Q平面的示意图；
[0050] 图2为本发明逆无功失磁保护定值整定的示意图；
[0051 ]图中图号含义：1为异步边界阻抗圆，2为静稳极限边界阻抗圆，3为异步边界动作 边界圆，4为静稳极限动作边界圆，10为新的异步边界动作边界圆，20为新的静稳极限动作 边界圆。
【具体实施方式】
[0052]下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
[0053]本发明提供一种发电机失磁保护定值整定方法，包括以下步骤：
[0054] 1)以发电机额定值为基准，根据阻抗原理失磁保护整定导则，获得阻抗原理失磁 保护阻抗圆，将阻抗原理失磁保护阻抗圆映射至P-Q平面；
[0055] 其中阻抗原理失磁保护阻抗圆包括异步边界阻抗圆和静稳极限边界阻抗圆；
[0056] 将异步边界阻抗圆映射至P-Q平面获得异步边界动作边界圆，异步边界动作边界 圆的内部为异步边界动作区域；
[0057] 将静稳极限边界阻抗圆映射至P-Q平面获得静稳极限动作边界圆，静稳极限动作 边界圆的外部为静稳极限动作区域。
[0058]所述阻抗原理失磁保护阻抗圆的动作方程为，
[0059] Γ： +(.v- Xny < Rl (])
[0060] 其中，r为阻抗平面电阻值，x为阻抗平面电抗值，X〇为阻抗圆圆心在电抗轴上值，R〇 为阻抗圆半径;异步边界阻抗圆与静稳极限边界阻抗圆的边界不同体现在动作方程的半径 和圆心不同。
[0061 ]所述异步边界阻抗圆为，
[0062] V. .乂.*
[0063] 其中，Xa为异步阻抗圆上端点的标幺值，Xb为异步边界阻抗圆和静稳极限边界阻抗 圆的下端点的标幺值，X'd为发电机暂态电抗的标幺值，Xd为发电机同步电抗的标幺值，服为 发电机额定电压，SN为发电机额定视在功率，na为电流互感器变比，nv为电压互感器变比； [0064]所述静稳极限边界阻抗圆为，
[0065]
[0066] 其中，X。为静稳极限边界阻抗圆的上端点的标幺值，X_为发电机与系统间的联系 电抗；
[0067]所述将阻抗原理失磁保护阻抗圆映射至P-Q平面，具体是，
[0068] 因为
[0069]
[0070] 将式(4)带入式(1)中，可得映射至P-Q平面的方程为式(5)，
[0071]
( 5 )
[0072] 对于静稳极限边界阻抗圆，< -X。2 > 0，化简式(5)可得式(6)，
[0073]
(6:).
[0074] 将乂^"^^/^办二"^+乂"/^带入式⑷沖^导到静稳极限动作边界圆的方 程为式(7)，
[0075]
\. .、. 从 7， \ V： …1· 以乂 ./
[0076] 对于异步边界阻抗圆，凡2 -Z〇2 <0，化简式(5)可得式(8)，
[0077] 八 ?) ^^0
[0078] 将Xo = (X ' d/2-Xd) /2，Ro = (X ' d/2+Xd) /2带入式(8)中，得到异步边界动作边界圆的 方程为式(9)，
[0079]
[0080] 其中，式(4)至式(9)中的U为发电机机端电压，P为发电机机端输出有功功率，Q为 发电机机端输出无功功率。
[0081] 如图1所示，将阻抗原理失磁保护阻抗圆映射至P-Q平面，图1中所示圆1、圆2分别 表示异步边界阻抗圆和静稳极限边界阻抗圆，圆3、圆4分别表示在P-Q平面上的异步边界动 作边界圆和静稳极限动作边界圆，其中圆3内部为异步边界动作区域，圆4外部为静稳极限 动作区域。动作边界在阻抗平面和P-Q平面上的对应关系如下表1所示。
[0082]
12345678 表 1 2 2)进行定值整定，定值整定过程中，可以选择静稳极限动作边界圆，亦可选择异步 边界动作边界圆。 3 对异步边界动作边界圆和静稳极限动作边界圆进行缩放，分别取可靠系数，用可 靠系数乘以异步边界动作边界圆、静稳极限动作边界圆的半径和圆心，绘制出新的两边界 圆在P-Q平面； 4 其中，异步边界动作边界圆进行放大绘制，所取可靠系数大于1，可选为101%~ 150%，绘制出新的异步边界动作边界圆；静稳极限动作边界圆进行缩小绘制，所取可靠系 数小于1，即为静稳储备系数，一般取值为10%~99%，绘制出新的静稳极限动作边界圆。 5 3)根据发电机额定有功功率的大小画出一条与Q轴平行的等有功竖线P，P = nPCN， 其中，η为有功功率的可靠系数，P?为发电机额定有功功率。 6 4)根据等有功竖线P与新的两边界圆的相交点，结合发电机失磁时从系统侧吸收 无功实际情况，选择相交点处无功功率为逆无功原理失磁保护的逆无功定值； 7 选择新的异步边界动作边界圆时，选择等有功竖线P与新的异步边界动作边界圆 8 的靠近P轴相交点；选择新的静稳极限动作边界圆时，选择等有功竖线P与新的静稳极限动 作边界圆的靠近P轴相交点。如图2所示，等有功竖线P与新的两边界圆存在四个相交点，自 上而下分别为F点、D点、E点和G点，结合发电机失磁时从系统侧吸收无功实际情况，应该取 图2中的D点或E点，而不是F点和G点，最后取图2中的D点或E点处的无功功率为逆无功原理 失磁保护的逆无功定值。
[0090] 下面以某1000MVA汽轮发电机组为例，额定参数如下表2所示，计算逆无功失磁保 护的逆无功定值。
[0091]
[0106]新的静稳极限动作边界圆与P轴交于(0.99,0)点，与直线P = 0.9(额定功率因素 下）相交于（0·9，-0·069)点。
[0107]根据机端电流二次值：
[0108]
[0109] 计算得发电机二次视在功率：
[0110]
[0111]由此确定逆无功定值：
[0112] Qg = 0.069X686.39ff=47.36ff
[0113] 本发明的创新点在于，通过将阻抗原理失磁保护动作边界映射至P-Q平面上，获得 发电机失磁故障时逆无功原理失磁保护的逆无功定值，可为逆无功原理失磁保护定值整定 提供科学、可靠依据，从而克服逆无功原理失磁保护依靠工程经验整定保护定值困难。
[0114] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该 了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原 理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进 都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界 定。
【主权项】
1. 一种发电机失磁保护定值整定方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 以发电机额定值为基准，根据阻抗原理失磁保护整定导则，获得阻抗原理失磁保护 阻抗圆，将阻抗原理失磁保护阻抗圆映射至P-Q平面； 其中阻抗原理失磁保护阻抗圆包括异步边界阻抗圆和静稳极限边界阻抗圆； 将异步边界阻抗圆映射至P-Q平面获得异步边界动作边界圆，异步边界动作边界圆的 内部为异步边界动作区域； 将静稳极限边界阻抗圆映射至P-Q平面获得静稳极限动作边界圆，静稳极限动作边界 圆的外部为静稳极限动作区域； 2) 对异步边界动作边界圆和静稳极限动作边界圆进行缩放，分别取可靠系数，用可靠 系数乘以异步边界动作边界圆、静稳极限动作边界圆的半径和圆心，绘制出新的两边界圆 在P-Q平面； 其中，异步边界动作边界圆进行放大绘制，所取可靠系数大于1，绘制出新的异步边界 动作边界圆；静稳极限动作边界圆进行缩小绘制，所取可靠系数小于1，绘制出新的静稳极 限动作边界圆； 3) 根据发电机额定有功功率的大小画出一条与Q轴平行的等有功竖线P，P = nPCN，其中， η为有功功率的可靠系数，Pcn为发电机额定有功功率； 4) 根据等有功竖线P与新的两边界圆的相交点，结合发电机失磁时从系统侧吸收无功 实际情况，选择相交点处无功功率为逆无功原理失磁保护的逆无功定值； 选择新的异步边界动作边界圆时，选择等有功竖线P与新的异步边界动作边界圆的靠 近P轴相交点；选择新的静稳极限动作边界圆时，选择等有功竖线P与新的静稳极限动作边 界圆的靠近P轴相交点。2. 根据权利要求1所述的一种发电机失磁保护定值整定方法，其特征在于:所述阻抗原 理失磁保护阻抗圆的动作方程为， Γ2 + {,? - X4)2 < ( 1 ) 其中，r为阻抗平面电阻值，X为阻抗平面电抗值，Xo为阻抗圆圆心在电抗轴上值，Ro为阻 抗圆半径； 所述异步边界阻抗圆为，其中，Xa为异步阻抗圆上端点的标么值，Xb为异步边界阻抗圆和静稳极限边界阻抗圆的 下端点的标幺值，x'd为发电机暂态电抗的标幺值，Xd为发电机同步电抗的标幺值，Un为发电 机额定电压，Sn为发电机额定视在功率，n a为电流互感器变比，nv为电压互感器变比； 所述静稳极限边界阻抗圆为，其中，X。为静稳极限边界阻抗圆的上端点的标幺值，X_为发电机与系统间的联系电抗； 所述将阻抗原理失磁保护阻抗圆映射至P-Q平面，具体是， 因为将式(4)带入式(1)中，可得映射至P-Q平面的方程为式(5)，对于静稳极限边界阻抗圆，^ -Xf > 〇，化简式(5)可得式(6)，将如二"^^/^办二^^"/^带入式⑷中屬到静稳极限动作边界圆的方程为式 ⑴，对于异步边界阻抗圆，忠- <〇，化简式(5)可得式(8)，将知=0'<1/21(1)/2，1?()=〇'(1/2+乂 (1)/2带入式(8)中，得到异步边界动作边界圆的方程 为式(9)，其中，式(4)至式(9)中的U为发电机机端电压，P为发电机机端输出有功功率，Q为发电 机机端输出无功功率。3. 根据权利要求1所述的一种发电机失磁保护定值整定方法，其特征在于:所述步骤2) 中的静稳极限动作边界圆进行缩小绘制，所取可靠系数为静稳储备系数，取值为10%~ 99% 〇4. 根据权利要求1所述的一种发电机失磁保护定值整定方法，其特征在于:所述步骤2) 中的异步边界动作边界圆进行放大绘制，所取可靠系数为101 %~150%。
【文档编号】H02H7/06GK105932643SQ201610324370
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】徐业荣, 包明磊, 李玉平, 桑建斌, 李明
【申请人】南京国电南自电网自动化有限公司