核电站复压过流保护装置和发电机保护系统的制作方法

本申请涉及核电站发电机和输电保护系统技术领域，特别是涉及一种核电站复压过流保护装置和发电机保护系统。

背景技术：

发电机和输电保护系统(gpa)一般包括两个保护通道，两个保护通道均配置有发电机复压过流保护(后备保护)，可以在系统故障时，跳变(即断开)主变高压侧开关(用于连接主变压器与外电网)，从而将发电机与外电网切除。

一般地，发电机和输电保护系统还存在差动保护(主保护)。例如，当发电机内部相间短路故障时，发电机差动保护动作，控制发电机出口断路器(gcb，generatorcircuit-breaker)跳闸且灭磁开关动作灭磁，使发电机出口电压和电流均降低，此时故障发电机成功由主保护装置切除。

然而，在短路故障发生时，发电机输出端的电流满足复压过流保护装置的过流条件，因此复压过流保护装置的过流元件动作；同时发电机端输出的电压降低，满足低压条件，因此复压过流保护装置的低压元件保持输出低压信号，在预定延时后，仍会跳变主变高压侧开关，使得外电网无法向厂变供电，进而可能触发报警、设备失电(例如核电厂停堆)等问题。也就是说，在故障发电机已由发电机差动保护切除的状况下，由于复压过流保护误动，主变高压侧开关仍然跳闸，使得事故范围扩大。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够避免误动的核电站复压过流保护装置和发电机保护系统。

第一方面，一种核电站复压过流保护装置，包括：

过流元件，用于在第一预设条件下向保护元件发送保护命令，以及在发电机端满足过流条件时向低压元件发送过流信号；所述第一预设条件包括以下内容中的至少一种：发电机端满足过流条件、接收到低压元件发送的低压信号；发电机端满足过流条件包括：发电机端的输出电流大于预设电流定值；

低压元件，与所述过流元件连接，并与发电机出口开关连接，用于在第二预设条件下，向所述过流元件保持输出低压信号；以及在所述发电机出口开关处于断开状态时，控制所述过流元件和所述低压元件之间为断开状态；所述第二预设条件包括：发电机端满足低压条件且接收到过流元件发送的过流信号，发电机端满足低压条件包括：发电机端的输出电压小于预设电压定值；

保护元件，与所述过流元件和主变压器连接，用于根据所述保护命令输出主变跳闸控制信号；所述主变跳闸控制信号用于控制所述主变压器跳闸。

在其中一个实施例中，所述低压元件还用于在所述发电机出口开关处于闭合状态时，控制所述过流元件和所述低压元件之间为连接状态。

在其中一个实施例中，所述发电机出口开关为发电机出口断路器，所述低压元件与所述发电机出口断路器的位置接点连接，用于根据所述位置接点输出的逻辑值，控制所述过流元件和所述低压元件之间为断开状态或连接状态；所述逻辑值与所述发电机出口断路器的状态相关，包括断开逻辑值和闭合逻辑值。

在其中一个实施例中，所述低压元件包括连接开关，所述连接开关用于连接所述过流元件和所述低压元件中除所述连接开关的部分；所述连接开关包括连接状态和断开状态。

在其中一个实施例中，所述装置还包括：

低压记忆元件，与所述低压元件连接，用于在所述低压元件输出低压信号超过预设时间后，向所述低压元件输出停止信号；所述停止信号用于使所述低压元件停止输出低压信号。

在其中一个实施例中，所述低压元件与发电机出口开关之间为光耦连接。

在其中一个实施例中，所述核电站复压过流保护装置与核电站的发电机端通过互感线圈连接。

第二方面，一种发电机保护系统，包括：发电机主保护装置和上述核电站复压过流保护装置；所述发电机主保护装置包括：发电机出口开关；所述发电机出口开关用于连接发电机与主变压器，且与所述低压元件连接，用于在发电机相间短路故障时断开发电机与主变压器之间的连接。

在其中一个实施例中，所述发电机出口开关为发电机出口断路器，所述发电机出口断路器包括位置接点；所述位置接点用于在检测到发电机出口断路器处于断开位置时，输出第一组保护定值，以及在检测到发电机出口断路器处于闭合位置时，输出第二组保护定值；所述第一组保护定值中低压元件状态定值为断开逻辑值；所述第二组保护定值中低压元件状态定值为闭合逻辑值。

在其中一个实施例中，所述发电机主保护装置为7um622型保护装置。

上述核电站复压过流保护装置和发电机保护系统，能够在起到常规的复压过流保护作用的情况下，避免在发电机出口开关处于断开状态下误动，避免了事故范围的扩大。

附图说明

图1为一个实施例中核电站复压过流保护装置的应用环境图；

图2a为一个实施例中核电站复压过流保护装置的结构框图；

图2b为一个实施例中核电站复压过流保护装置的保护逻辑框图；

图3为一个实施例中核电站复压过流保护装置的保护逻辑示意图；

图4a为一个实施例中设置低压元件状态定值的示意图之一；

图4b为一个实施例中设置低压元件状态定值的示意图之二。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

本申请提供的核电站复压过流保护装置，可以应用于如图1所示的应用环境中。其中，汽轮机与发电机连接，发电机与主变压器低压侧连接，主变压器高压侧可以连接外电网，由此可以由汽轮机做功带动发电机旋转实现发电，并将发出的电通过主变压器发送到外电网；此外，发电机与励磁线圈磁耦合连接，励磁线圈可以为发电机生成工作磁场；主变压器低压侧还与厂变压器连接，用于向电厂内供电。

其中，汽轮机侧设置有汽轮机紧急停机阀c(紧急脱扣阀)和汽轮机停机阀d(由多个高压截止阀组成)，励磁线圈侧设置有灭磁开关e；发电机出口侧设置有发电机出口开关，用于连接发电机和主变压器低压侧；主变压器高压侧设置有主变高压侧断路器a和主变高压侧断路器b；上述a、b、c、d、e均为发电机保护系统的一部分，发电机保护系统可以通过在发电机故障时控制a、b、c、d、e实现发电机保护。核电站复压过流保护装置，作为发电机保护系统的后备保护，同样可以控制a、b、c、d、e实现发电机保护。

在一个实施例中，如图2a和图2b所示，提供了一种核电站复压过流保护装置，以应用于图1所示的环境为例进行说明，可以包括：

过流元件11，用于在第一预设条件下向保护元件13发送保护命令，以及在发电机端满足过流条件时向低压元件12发送过流信号；所述第一预设条件包括以下内容中的至少一种：发电机端满足过流条件、接收到低压元件12发送的低压信号；发电机端满足过流条件包括：发电机端的输出电流大于预设电流定值；

低压元件12，与所述过流元件11连接，并与发电机出口开关连接，用于在第二预设条件下，向所述过流元件11保持输出低压信号；以及在所述发电机出口开关处于断开状态时，控制所述过流元件11和所述低压元件12之间为断开状态；所述第二预设条件包括：发电机端满足低压条件且接收到过流元件11发送的过流信号，发电机端满足低压条件包括：发电机端的输出电压小于预设电压定值；

保护元件13，与所述过流元件11和主变压器连接，用于根据所述保护命令输出主变跳闸控制信号；所述主变跳闸控制信号用于控制所述主变压器跳闸。

当发电机出现故障(如内部相间短路)时，发电机端的输出电流会增加，因此过流元件可以检测发电机端的输出电流是否大于预设电流定值，当发电机端满足过流条件时，过流元件可以向保护元件发送保护命令，以控制保护元件根据所述保护命令输出主变跳闸控制信号；所述主变跳闸控制信号可以控制主变高压侧断路器a和主变高压侧断路器b断开。一般地，参照图2b所示，所述保护元件可以包括延时器，延时器可以在过流元件持续输出保护命令预设时间t之后，才输出主变跳闸控制信号，其中，预设时间t可调；所述保护元件还可以包括与延时器连接的跳闸矩阵，跳闸矩阵由多个跳闸开关组成，可以进行不同时长的延时处理。

然而，发电机一般需要在励磁线圈产生的磁场下工作，励磁电源取自发电机出口，当发电机端故障导致输出电流增加的同时，发电机端的输出电压会下降，从而励磁线圈电压下降，励磁电流降低，导致发电机端的输出电流不能维持，即输出电流会降低；因此，如果过流元件仅在发电机端满足过流条件时，输出保护命令，则容易发生发电机端的输出电流突然下降导致保护拒动，即不执行保护动作。

因此在本实施例中采用复压过流保护，在过流保护的基础上，增加记忆功能，一旦过流保护启动，即使电流值掉到电流定值以下，利用低压元件可以保持输出低压信号，使得低压元件可以输出保护命令，即核电站复压过流保护装置能够高效启动保护。具体地，低压元件被配置为在发电机端满足过流条件时向低压元件发送过流信号，相应地，低压元件被配置为在发电机端满足低压条件且接收到过流元件发送的过流信号时，向过流元件保持输出低压信号；所述过流元件还被配置为在接收到低压元件发送的低压信号时，向保护元件发送保护命令，因此可以实现上述保护逻辑。

但是，上述保护逻辑存在发电机出口开关处于断开状态，已经将故障发动机切除的情况下，过流元件还会在接收到低压元件发送的低压信号时，向保护元件发送保护命令，使得核电站复压过流保护装置误动的问题。因此，在本实施例中，低压元件可以与所述发电机出口开关连接，可以检测发电机出口开关的状态，并在发电机出口开关处于断开状态时，控制过流元件和低压元件之间为断开状态，隔断低压元件向过流元件发送的低压信号，使得过流元件在发电机出口开关处于断开状态时，无法接收到复压过流信号而不会触发保护动作；同时，因发电机出口开关断开，发电机的输出电流也会降低，并不会满足过流条件而触发保护动作，因此避免了核电站复压过流保护装置的误动。

需要说明的是，上述过流信号、低压信号等可以是模拟信号，也可以是数字信号，还可以是逻辑信号“0”或“1”，只要能实现上述的保护逻辑即可。

本实施例的核电站复压过流保护装置能够在起到常规的复压过流保护作用的情况下，避免在发电机出口开关处于断开状态下误动，避免了事故范围的扩大。

可选地，所述低压元件12还用于在所述发电机出口开关处于闭合状态时，控制所述过流元件11和所述低压元件12之间为连接状态。如此，低压元件可以主动在发电机出口开关处于闭合状态时，维持过流元件和所述低压元件之间为连接状态，可以在发电机出口开关因特殊情况拒动的场景下，仍能起到应有的保护作用，实现备份保护。

在一个实施例中，所述发电机出口开关为发电机出口断路器，所述低压元件12与所述发电机出口断路器的位置接点连接，用于根据所述位置接点输出的逻辑值，控制所述过流元件11和所述低压元件12之间为断开状态或连接状态；所述逻辑值与所述发电机出口断路器的状态相关，包括断开逻辑值和闭合逻辑值。

需要说明的是，在一些应用场景下，发电机与主变压器之间的发电机出口开关为负荷开关；对于主变、厂变或26kv母线等需保护出口全停的故障，由于负荷开关只能在汽轮机跳闸、灭磁开关断开等断开之后通过负荷开关打开逻辑才能打开，导致发电机将短时和主变及厂变压器相连，发电机在励磁线圈的励磁电流衰减阶段仍向故障点提供电流；而当发电机与主变压器之间的发电机出口开关为发电机出口断路器(gcb)时，由于gcb的特性，在汽轮机跳闸、灭磁开关断开的时候，可以同时跳开gcb，从而可以及时切除发电机与故障点电的联系，而使主变压器等受到更好的保护。本实施例可以应用于各种发电机出口开关，包括但不限于负荷开关、gcb。

当发电机出口开关为发电机出口断路器时，断路器在实现电路的通断这个功能的同时，还可以通过位置触点向其它部件输出信号；在本实施例中，发电机出口断路器可以包括位置接点，该位置接点可以根据发电机出口断路器的开关位置，检测发电机出口断路器处于闭合状态，还是处于断开状态；该位置接点可以在检测到发电机出口断路器处于闭合位置时，输出闭合逻辑值，在检测到发电机出口断路器处于闭闸位置时，输出断开逻辑值。相应地，所述低压元件可以与所述发电机出口断路器的位置接点连接，并根据所述位置接点输出的断开逻辑值，控制所述低压元件和所述过流元件之间为断开状态；以及根据所述位置接点输出的闭合逻辑值，控制所述低压元件和所述过流元件之间为连接状态。

可选地，参照图2b所示，所述低压元件12包括连接开关121，所述连接开关121用于连接所述过流元件11和所述低压元件中除所述连接开关的部分；所述连接开关包括连接状态和断开状态。

需要说明的是，在本实施例中，控制低压元件和过流元件之间断开、或连接并不限于通过控制连接开关来实现，也可以通过输出逻辑信号的方式来实现。例如，当低压元件在第二预设条件下向过流元件输出的低压信号为逻辑信号“1”，在不满足第二预设条件下向过流元件输出逻辑信号“0”时；低压元件可以根据发电机出口开关的状态，生成表征发电机出口开关状态的逻辑信号“0”或“1”，分别表示闭闸状态和闭合状态；低压元件可以将表征发电机出口开关状态的逻辑信号和原向过流元件输出的逻辑信号输入“与”门电路，并将“与”门电路输出的逻辑信号，发送给过流元件作为新的低压信号。

具体地，参照图3所示，示出了本实施例的复压过流保护的逻辑示意图。其中，当发电机端满足过流条件且发电机出口开关拒动时，电流判断元件输出为“1”，当发电机端满足低压条件时，电压判断元件输出为“1”，则“与”门元件输出为“1”；因此，rs触发器s端输入为“1”，r端输入为“0”，s端输出为“1”；当发电机出口开关拒动时，发电机出口开关为闭闸状态，相应地，连接开关为连接状态，“或”门元件输入分别为“1”和“1”，则“或”门元件输出为“1”，即输出保护命令，从而通过保护元件13实现保护动作，即延时t1跳a、b开关，再延时t2跳c、d、e、g开关；其中，即使在此过程中发电机端电流降低且不满足过流条件时，电流判断元件输出为“0”，“与”门元件输出为“0”，rs触发器s端输入为“0”，但r端输入仍为“0”，因此rs触发器会保持功能，即持续输出“1”，因此还可以实现保护动作。

而当发电机出口开关动作时，发电机出口开关为断开状态，相应地，连接开关为断开状态；而且因为发电机出口开关的保护动作，发电机端一般不满足过流条件，即电流判断元件输出为“0”，则“或”门元件输入分别为“0”和“0”，因此“或”门元件输出为“0”，即不会触发保护动作，即避免了误动。

相比图3，图2b中的保护逻辑中，过流元件的逻辑中增加了三路电流判断元件，因为输出电流一般具有l1、l2、l3三相，因此可以在任一一相满足过流条件时均可能触发保护；还增加了闭锁判断元件，一般情况下为保护装置为未闭锁状态，即逻辑信号为“0”，涉及“非”门之后的“与”门，并不影响过流元件的逻辑。而低压元件的逻辑中，电压判断元件与pt断线在内的另外两路逻辑信号输入到“与”门中，因为另外两路逻辑信号一般在“非”门之后均为“1”，因此另外两路逻辑信号并不影响“与”门的输出，仅与电压判断元件的输出相关。

在一个实施例中，参照图2b所示，所述装置还可以包括：低压记忆元件14，与所述低压元件12连接，用于在所述低压元件12输出低压信号超过预设时间后，向所述低压元件12输出停止信号；所述停止信号用于使所述低压元件12停止输出低压信号。

可以理解的是，参照图2b所示，一旦过流元件向低压元件发送过流信号“1”，且低压条件满足时，rs触发器会输出“1”；即使过流条件不满足，即s端输入为“0”时，但只要r端输入为“0”，rs触发器便可以保持输出“1”，即保持输出低压信号；当rs触发器保持输出“1”的时长大于低压记忆元件的预设时间后，低压记忆元件向“或”门输入“1”，因此“或”门必然输出“1”，故r端输入为“1”，则rs触发器会输出“0”，停止输出低压信号，即低压记忆元件通过“或”门向低压元件输出停止信号，低压记忆元件的预设时间为低压元件保持输出低压信号的记忆时间。因此，本实施例可以灵活调整低压记忆元件保持输出低压信号的时间，以应对不同的保护场景。

可选地，所述低压元件与发电机出口开关之间为光耦连接；光耦连接是以光为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器与受光器封装在同一管壳内，实现了“电—光—电”转换，具有体积小、寿命长、无触点、抗干扰能力强、输出和输入之间绝缘、单向传输信号等优点。因此低压元件可以根据光耦元件检测发电机出口开关的状态，可以更可信、更稳定地控制低压元件与过流元件之间的连接状态，避免误动的同时，也避免拒动。

可选地，所述核电站复压过流保护装置与核电站的发电机端通过互感线圈连接。本实施例的核电站复压过流保护装置可以应用于核电站等对安全级别的要求相比常规电站而言更高的场景。一般地，发电机端的电压大小和电流大小可以通过互感线圈感应的感应电流和感应电势测得。

在一个实施例中，本实施例还提出了一种发电机保护系统，包括：发电机主保护装置和上述核电站复压过流保护装置；所述发电机主保护装置包括：发电机出口开关；所述发电机出口开关用于连接发电机与主变压器，且与所述低压元件连接，用于在发电机相间短路故障时断开发电机与主变压器之间的连接。

上述发电机主保护装置可以实现对发电机的至少一种主保护，主保护可以是差动保护等。

可选地，所述发电机出口开关为发电机出口断路器，所述发电机出口断路器包括位置接点；所述位置接点用于在检测到发电机出口断路器处于断开位置时，输出第一组保护定值，以及在检测到发电机出口断路器处于闭合位置时，输出第二组保护定值；所述第一组保护定值中低压元件状态定值为断开逻辑值；所述第二组保护定值中低压元件状态定值为闭合逻辑值。

可选地，所述发电机主保护装置为7um622型保护装置。

示例性地，7um622型保护装置，可以设置两组定值，通过发电机出口断路器gcb的位置接点进行切换。当发电机出口断路器断开时，位置接点输出a组定值；当发电机断路器闭合时，位置接点自动切换输出b组定值。相对于b组定值，a组定值中的1204(低压元件状态定值)由“on”改为“off”，取消了发电机断路器断开后低压元件的保持功能，保留电流元件的过流跳闸功能；而发电机断路器闭合时，现有功能保持不变，即b组定值保持当前整定，对主变、厂变保留核电站复压过流保护装置的后备保护功能，当发电机故障时，主保护动作(差动保护)将发电机出口断路器跳闸，发电机保护由gcb的位置接点自动由b组定值切换为a组定值，由于a组定值没有保持功能，因此保护返回。需要说明的是，本实施例还可以用于其它类型的保护装置。

此外，所述发电机保护系统还可以包括上位机和通信模块，所述上位机与所述通信模块连接；所述通信模块分别与所述发电机主保护装置、所述核电站复压过流保护装置连接；所述上位机用于通过所述通信模块获取所述发电机主保护装置和所述核电站复压过流保护装置的状态，并根据所述状态对所述发电机主保护装置、所述核电站复压过流保护装置进行实时监测，具体地可以进行状态显示、状态分析甚至报警等处理，便于及早发现故障并检修。所述上位机还可以通过所述通信模块对所述发电机主保护装置、所述核电站复压过流保护装置进行参数设置，例如设置所述发电机出口断路器的位置接点输出的定值、低压记忆元件的记忆时间等。

参照图4a所示的修改定值前的界面示意图和图4b所述的修改定值后的界面示意图，在上位机中与所述发电机主保护装置相配套的软件上可以修改a组定值中的低压元件状态定值，从由“on”改为“off”。经现场实际验证，修改该低压元件状态定值，保护无需重新启动，工作状态不会中断，不会触发报警和装置闭锁。

关于上述发电机保护系统的具体限定可以参照上述核电站复压过流保护装置中的说明，这里不再赘述。

本领域技术人员可以理解，图1-3中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。