发电机机端断路器非全相保护新型判据的研究

2012年1月,某蓄能水电厂发电机在轻载运行时,发电机机端断路器(Generator Circuit Breaker, GCB)发生单相断线故障,而相关保护未能及时切除故障,导致故障范围扩大。针对此问题,通过比较分析现有的反时限负序电流保护和基于GCB两侧基波零序电压相角差的GCB非全相保护,提出综合零序电压和负序电流量的GCB非全相保护复合判据。考虑GCB两侧基波零序电压故障特征量的幅值、相位变化,提出基于零序电压比值和相量差的GCB非全相保护新型判据。这几种新型判据进一步完善了GCB非全相保护,可在相关电厂得到应用。     

发电机断路器失灵保护判据问题探讨

对一起发电机出口断路器失灵保护误动事故进行了论述和分析,提出了现有发电机断路器失灵保护中的电流判据会导致保护拒动的问题,分析了小电流接地系统单相接地及相间短路等故障时,断路器失灵保护电流判据无法起动的原因,对改进发电机断路器失灵保护判据提出了采用有流判据及增加电压等判据的建议。     

基于电压型故障特征量的发电机机端断路器非全相保护

针对广州蓄能水电厂A厂在轻载发电工况下,发电机机端断路器(GCB)发生单相断线时,相关保护未能及时切除故障导致事故扩大的现状,利用对称分量法对GCB非全相故障进行了理论分析,并运用PSCAD软件搭建了GCB非全相故障的动态仿真计算模型。根据故障特征提出了以GCB两侧基波零序电压的相角差作为GCB非全相保护新型判据的构想,通过动模实验验证了仿真计算模型的正确性与GCB非全相保护新型判据的合理性。     

发变组启动失灵保护负序电流判据整定值的选择

通过使用不对称分量法和故障过程中负序网络图,计算发变组主开关在一相拒合和一相拒分两种不同非全相过程中的负序电流量,比较发电机所能承受负序能力情况,分析发变组启动失灵保护负序电流判据整定计算与保护的灵敏度之间的关系,提出发变组启动失灵保护负序电流判据整定计算依据的建议,并提出了在发电机非全相时运行单位的处理措施和注意事项.     

核电厂发电机出口断路器失灵保护设计

核电厂发电机机端与升压变压器之间都装设发电机出口断路器,而且装设了发电机出口断路器失灵保护。文中分析核电厂发电机所配置的保护及其定值,发现发电机出口断路器失灵保护设计存在问题:某些启动跳发电机出口断路器、灭磁、关闭主汽门的电气保护,因电流判据不满足而不能直接有效地启动发电机出口断路器失灵保护;汽轮发电机组在程序跳闸过程中,发电机出口断路器发生故障而不能跳开,也不能启动发电机出口断路器失灵保护。对上述问题所造成的危害,文中提出核电厂发电机出口断路器失灵保护设计的改进措施,完善了核电厂发电机出口断路器失灵保护设计。     

基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护

提出发电机定子绕组匝间短路保护新判据方法,包括主判据和闭锁判据.主判据由发电机机端负序电压和中性点负序电流构成;闭锁判据由发电机机端负序电压、主变高压侧负序电压、主变中压侧负序电压、高厂变1分支负序电压、高厂变2分支负序电压构成.如果主判据为真,再判断闭锁判据是否为真,如果闭锁判据也为真,则立即闭锁保护,否则延时保护动作并发告警信号.所提方法不仅可对发电机的各种非对称故障进行反应,还可以对主变及厂用变压器的一部分内部故障进行反应;与纵向零序电压方案相比较,可不增加一次设备并且容易双重化;在靠近发电机中性点处相间故障时,可得到较高的灵敏度.     

发变组启动失灵保护负序电流判据整定值的选择

通过使用不对称分量法和故障过程中负序网络图,计算发变组主开关在一相拒合和一相拒分两种不同非全相过程中的负序电流量,比较发电机所能承受负序能力情况,分析发变组启动失灵保护负序电流判据整定计算与保护的灵敏度之间的关系,提出发变组启动失灵保护负序电流判据整定计算依据的建议,并提出了在发电机非全相时运行单位的处理措施和注意事项。     

高压直流输电系统中交流滤波器小组开关失灵保护研究

分析了交流滤波器小组开关失灵保护的特点.在某些特殊的故障方式下,流过交流滤波器小组开关的故障电流和正常运行时的负荷电流相差不大.如果仅采用相电流判据,将无法避免失灵保护误动或者拒动.针对单纯采用相电流判据的不足之处,本文提出增加零序电流、负序电流及电流变化量判据,以有效地避免保护误动或者拒动.     

基于断口两侧电压相量差的发电机机端断路器非全相保护

抽水蓄能机组和燃气轮机组的机端断路器(GCB)分合操作频繁,易发生非全相故障,且并网初期和解列时尚无保护功能可快速检测出该问题。文中采用对称分量法分析单机无穷大系统非全相故障时的断口两侧电压量特征,提出了基于断口两侧电压相量差的GCB非全相保护新原理,并通过动模实验加以验证。该原理不依赖电流量大小和断路器三相不一致接点,且不受电压互感器断线影响,可快速检测机组并网初期和解列时的GCB非全相故障。该原理已在广州抽水蓄能电站4台300 MW机组上投入使用,运行情况良好。     

高压直流输电系统中交流滤波器小组开关失灵保护研究

分析了交流滤波器小组开关失灵保护的特点。在某些特殊的故障方式下,流过交流滤波器小组开关的故障电流和正常运行时的负荷电流相差不大。如果仅采用相电流判据,将无法避免失灵保护误动或者拒动。针对单纯采用相电流判据的不足之处,本文提出增加零序电流、负序电流及电流变化量判据,以有效地避免保护误动或者拒动。     

基于相角差的发电机定子接地保护方向元件

分析了发电机发生内外部单相接地故障后,机端和中性点侧3次谐波电压、基波零序电压和零序电流之间相角的变化关系。在此基础上,提出基于相角判别的新型发电机定子接地保护方向元件。该方向元件由2部分组成:对距中性点50%以内的定子绕组故障,利用机端和中性点两侧故障分量3次谐波电压的相角值相等且为负值的特点构成;对50%以上范围的定子绕组故障,由于零序故障电压和电流均相对较大,采用零序电压和零序电流相位的关系来识别故障方向。该方向元件构成原理简单,可以与目前现场应用的各种单相接地保护方案配合使用,具有较强的工程应用前景。     

防止高压厂用变压器低压侧单相接地造成发电机单相接地保护误动

大型发电机应装设动作电压≥5V的基波零序电压（3U0)定子单相接地保护,但实际运行中,6kV厂用系统单相接地时,发电机侧基波零序电压高达13．2V和11．9V,造成发电机单相接地保护误动。误动原因是没有考虑高压厂用变压器耦合电容的传递零序电压,应该通过计算传递电压的大小,确定发电机3U0定子接地保护的动作电压值;或者为了获得动作死区≤5％的3U0定子接地保护,增设厂用系统零序制动电压。     

采用S变换相位差及能量相对熵的换流变零序差动保护新判据

针对换流变压器零序差动保护误动现象,提出一种采用S变换相位差及能量相对熵算法的换流变零序差动保护新判据。通过分析换流变压器区内各类故障、区外故障及外部故障切除时零序电流的特点,利用零序差动保护两侧自产零序电流和中性线上零序电流的相位和能量概率分布差异进行识别。当发生区外故障时,零序差动保护两侧零序电流的波形极为相似,其相位差和能量相对熵值都基本为0。当发生区内故障时,零序差动保护两侧零序电流相位相反且波形相似度小,其相位差接近180°且能量相对熵值增大。仿真验证表明,该判据可准确迅速识别区内与区外故障,其性能不受故障类型和过渡电阻的影响,且具有一定的抗电流互感器饱和的能力。     

基于暂态电压比原理的直流配电网故障保护方案

由于直流配电网故障时短路电流呈现上升快、峰值大、过程短的基本特点,给故障的可靠识别和快速切除造成了困难。利用线路出口限流电抗器两侧电压的时域特性实现区内、外故障的可靠判别,提出了一种适用于直流配电网线路的继电保护方案,并通过单侧电气量保护与双侧电气量保护的配合实现了直流配电线路保护的速动性和选择性。该方案仅通过限流电抗器的暂态电压比即可实现对故障的快速检测、识别,不仅能满足直流电网对保护的要求,而且保护方案简单、易实现。大量仿真实例验证了保护方案的可行性,且具备较强的抗过渡电阻能力。     

高压线路方向保护新原理的研究

应用综合相量的概念,提出了一种高压输电线路故障方向判别的新原理,能在较短的数据窗内计算出电压、电流的相位差,从而达到判断故障方向的目的。该继电器的动作速度快于常规的基于工频电气量的方向保护,其可靠性优于行波方向保护,且具有较高的灵敏度。     

Modified Notch Filter-based Instantaneous Phasor Estimation for High-speed Distance Protection

A novel method for estimating the instantaneous phasor of a fault current signal is proposed for high-speed distance protection immune to a DC-offset. The method uses a modified notch filter in order to eliminate the fundamental frequency component from the fault current signal. Since the output of the modified notch filter is the delayed DC-offset, delay compensation results in the same waveform as the original DC-offset. Subtracting the obtained DC-offset from the fault current signal yields a sinusoidal waveform, which becomes the real part of the instantaneous phasor. The imaginary part of the instantaneous phasor is based on the first difference of the fault current signal. Since a DC-offset also appears in the first difference, the DC-offset is removed from the first difference using the results of the delay compensation. The performance of the proposed method was evaluated for a–phase to ground faults on a 345 kV 100 km overhead transmission line. The Electromagnetic Transient Program was used to generate fault current signals for different fault locations and fault inception angles. The performance evaluation showed that the proposed method can estimate the instantaneous phasor of a fault current signal with high speed and high accuracy. The paper concludes by describing the hardware implementation of the proposed method on a prototype unit based on a digital signal processor.     

基于正序基波电压合成相量的发电机并网条件核算法

考虑到三相电压或多或少有些不平衡,提出了一种新的基于正序基波电压合成相量的发电机并网条件核算法。采用离散傅氏法求得正序基波电压合成相量的估计值,通过寻找处在相邻周期的相角差为零的2个合成相量的估计值来实现频率的精确估计,然后利用双线性插值法对采样数据进行同步化处理,以获取更加准确的合成相量。同时,建立了一种基于滑差分段恒加速的预报模型,并利用越前角和超越前角来确定发送并网信号的时机。试验表明:文中提出的方法能够在三相电压不平衡和滑差角速度波动时预报出合理的并网时机。