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一种抽 水蓄能电站水 泵启动过程差动保护方法和装置

阅读：503发布：2020-05-14

专利汇可以提供一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法和装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法，包括对启动母线所有支路电流进行采样；计算抽水蓄能电站各机组的工况系数以及SFC拖动支路的工况系数；对启动母线所有支路电流进行相位和平衡系数调整，计算各支路校正电流和差动电流采样值；采用启停机保护算法计算校正电流、差动电流和制动电流幅值；在工况状态系数满足预设的条件时，根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护。同时也公开了差动保护装置。本发明差动保护范围涵盖启动母线所有支路的拖动回路，解决了抽水蓄能电站所有水泵机组启动过程中拖动回路短路故障时没有差动保护、故障不能快速切除的问题。，下面是一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法和装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法，其特征在于：包括，
对启动母线所有支路电流进行采样，包括抽水蓄能电站内所有机组的机端电流和SFC输出变高压侧电流；
计算抽水蓄能电站各机组的工况系数以及SFC拖动支路的工况系数；
对启动母线所有支路电流进行相位和平衡系数调整，计算各支路校正电流和差动电流采样值；
采用启停机保护算法计算校正电流、差动电流和制动电流幅值；其中，由启动母线各分支的校正电流幅值和工况系数计算制动电流幅值；
在工况状态系数满足预设的条件时，根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护。
2.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法，其特征在于：
抽水蓄能电站各机组的工况系数计算过程如下，
定义抽水蓄能电站有n台机组，若第i台机组为SFC启动工况、背靠背启动工况或背靠背拖动工况时，该机组的工况系数Si为1，否则为0，i∈[1,n]。
3.根据权利要求2所述的一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法，其特征在于：
通过外接监控系统采集的机组工况信息或者保护装置接入机组的开关状态，判别机组的工况。
4.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法，其特征在于：
SFC拖动支路的工况系数计算过程如下，
引入SFC拖动支路开关位置接点，当合位时，SFC拖动支路的工况系数S0为1，否则为0。
5.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法，其特征在于：
采用电流互感器对启动母线所有支路电流进行采样，对所有支路电流，先按指向启动母线进行相位调整，然后以某一支路的电流互感器原边为基准进行平衡系数调整，计算各支路校正电流和差动电流采样值。
6.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法，其特征在于：
制动电流幅值计算公式为，
其中，i″∈[0,n]，Si″为工况系数，Ii″a1、Ii″b1、Ii″c1分别为三相校正电流采样值幅值，Ira、Irb、Irc为对应的制动电流幅值。
7.根据权利要求1所述的一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法，其特征在于：
在工况状态系数满足时，根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动
特性，实现抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护。
8.一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护装置，其特征在于：包括，
若干个电流互感器，每个电流互感器对启动母线的一条支路电流进行采样，所有电流互感器完成启动母线所有支路电流的采样；
工况系数计算模块，计算抽水蓄能电站各机组的工况系数以及SFC拖动支路的工况系数；
校正电流和差动电流计算模块，对启动母线所有支路电流进行相位和平衡系数调整，计算各支路校正电流和差动电流采样值；
幅值计算模块，采用启停机保护算法计算校正电流、差动电流和制动电流幅值；其中，由启动母线各分支的校正电流幅值和工况系数计算制动电流幅值；
差动保护判据及动作模块，在工况状态系数满足预设的条件时，根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护。

说明书全文

一种抽 水蓄能电站水 泵启动过程差动保护方法和装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法和装置，属于电力系统继电保护领域。

背景技术

[0002] 抽水蓄能电站水泵启动过程主要分为两种方式，分别是静止变频启动和背靠背启动。静止变频启动的是指电动机在起励后，由静止变频器(SFC)在电动机定子上加一个频率由低到高的电流，拖动机组转动；背靠背启动是将一台发电机组与一台水泵机组的定子进行电气连接，其相序连接关系分别为A-C、B-B、C-A。通过发电机组发电，拖动水泵机组转动。在水泵启动过程中拖动机组(或SFC)与被拖动的水泵机组连接起来形成回路。抽水蓄能电站水泵机组保护装置往往只接入本机组的电气量，常规差动保护范围不包含启动过程中的拖动回路，若在水泵启动过程中拖动回路发生相间短路故障，属于差动保护的区外故障，不能满足差动保护动作判据，需要抽水蓄能电站水泵机组保护装置的后备保护进行配合动作，牺牲了保护的灵敏度和快速性，对被保护设备不利。

发明内容

[0003] 为了解决上述技术问题，本发明提供了一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法和装置。

[0004] 为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

[0005] 一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法，包括，

[0006] 对启动母线所有支路电流进行采样，包括抽水蓄能电站内所有机组的机端电流和SFC输出变高压侧电流；

[0007] 计算抽水蓄能电站各机组的工况系数以及SFC拖动支路的工况系数；

[0008] 对启动母线所有支路电流进行相位和平衡系数调整，计算各支路校正电流和差动电流采样值；

[0009] 采用启停机保护算法计算校正电流、差动电流和制动电流幅值；

[0010] 在工况状态系数满足预设的条件时，根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护。

[0011] 抽水蓄能电站各机组的工况系数计算过程如下，

[0012] 定义抽水蓄能电站有n台机组，若第i台机组为SFC启动工况、背靠背启动工况或背靠背拖动工况时，该机组的工况系数Si为1，否则为0，i∈[1,n]。

[0013] 通过外接监控系统采集的机组工况信息或者保护装置接入机组的开关状态，判别机组的工况。

[0014] SFC拖动支路的工况系数计算过程如下，

[0015] 引入SFC拖动支路开关位置接点，当合位时，SFC拖动支路的工况系数S0为1，否则为0。

[0016] 采用电流互感器对启动母线所有支路电流进行采样，对所有支路电流，先按指向启动母线进行相位调整，然后以某一支路的电流互感器原边为基准进行平衡系数调整，计算各支路校正电流和差动电流采样值。

[0017] 制动电流幅值计算公式为，

[0018]

[0019] 其中，i″∈[0,n]，Si″为工况系数，Ii″a1、Ii″b1、Ii″c1分别为三相校正电流采样值幅值，Ira、Irb、Irc为对应的制动电流幅值。

[0020] 在工况状态系数满足时，根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护。

[0021] 一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护装置，包括，

[0022] 若干个电流互感器，每个电流互感器对启动母线的一条支路电流进行采样，所有电流互感器完成启动母线所有支路电流的采样；

[0023] 工况系数计算模块，计算抽水蓄能电站各机组的工况系数以及SFC拖动支路的工况系数；

[0024] 校正电流和差动电流计算模块，对启动母线所有支路电流进行相位和平衡系数调整，计算各支路校正电流和差动电流采样值；

[0025] 幅值计算模块，采用启停机保护算法计算校正电流、差动电流和制动电流幅值；

[0026] 差动保护判据及动作模块，在工况状态系数满足预设的条件时，根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护。

[0027] 本发明所达到的有益效果：本发明差动保护范围涵盖启动母线所有支路的拖动回路，解决了抽水蓄能电站所有水泵机组启动过程中拖动回路短路故障时没有差动保护、故障不能快速切除的问题，更好了保障设备的安全。附图说明

[0028] 图1为本发明应用原理示意图，其中，1～n为机组编号，GS101～GSn01分别为第1～n台机组的机端断路器，GS111～GSn11分别为第1～n台机组的拖动开关，GS112～GSn12分别为第1～n台机组的被拖动开关，GS121～GSn21分别为第1～n台机组的换相发电开关，GS122～GSn22分别为第1～n台机组的换相水泵开关，GS001为SFC拖动开关，F为拖动回路相间短路故障位置，CT11～CTn1分别第1～n台机组的机端电流互感器，CT01为SFC输出电流互感器，标号87表示差动保护的节点电流关联；

[0029] 图2为双折线比率制动特性图，其中Ir为制动电流，Id为差动电流，Icdqd为差动保护启动电流，It为拐点电流，k为比率制动系数；

[0030] 图3为双斜率比率制动特性图，其中k1和k2分别为比率制动系数1和比率制动系数2，It1和It2为拐点电流1和拐点电流2，两个拐点电流之间为拟合曲线；

[0031] 图4为变斜率比率制动特性图，其中k′1和k′2分别为起始斜率和最大斜率，起始斜率和最大斜率之间为变斜率拟合曲线。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

[0033] 一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护方法，包括以下步骤：

[0034] 1)采用电流互感器对启动母线所有支路电流进行采样，包括抽水蓄能电站内所有机组的机端电流和SFC输出变高压侧电流。

[0035] 2)计算抽水蓄能电站各机组的工况系数以及SFC拖动支路的工况系数。

[0036] 通过外接监控系统采集的机组工况信息或者保护装置接入机组的开关状态，判别机组的工况。即监控系统可以采集的机组工况信息，无需进行额外的逻辑判别；保护装置接入机组的开关辅助接点，依据运行工况与开关状态的固定对应逻辑关系来判别机组当前运行工况，如，SFC开关合位时机组为SFC启动工况；换相水泵开关和被拖动开关合位，SFC开关为分位时机组为背靠背启动工况；拖动开关和机端断路器合位时机组为背靠背拖动工况。

[0037] 抽水蓄能电站各机组的工况系数计算过程如下：

[0038] 定义抽水蓄能电站有n台机组，若第i台机组为SFC启动工况、背靠背启动工况或背靠背拖动工况时，该机组的工况系数Si为1，否则为0，i∈[1,n]。

[0039] SFC拖动支路的工况系数计算过程如下：

[0040] 引入SFC拖动支路开关位置接点，当合位时，SFC拖动支路的工况系数S0为1，否则为0。

[0041] 3)对启动母线所有支路电流进行相位和平衡系数调整，计算各支路校正电流和差动电流采样值。

[0042] 启动母线所有支路电流互感器同名端如图1所示，先按指向启动母线进行相位调整(电流互感器都有同名端，即定义了电流的方向，默认电流从同名端流入，指向启动母线即看电流互感器的电流是否流向母线)，然后以某一支路的电流互感器原边为基准进行平衡系数调整，计算各支路校正电流和差动电流采样值。

[0043] 下面以第1台机组机端电流互感器原边为基准，各支路校正电流采样值计算公式如下，

[0044]

[0045] 其中，i0a(k)、i0b(k)、i0c(k)分别为SFC输出变高压侧三相电流采样值，nCT01(k)为SFC输出变高压侧电流互感器原边，nCT11(k)为第1台机组机端电流互感器原边，i0a1(k)、i0b1(k)、i0c1(k)分别为SFC输出变高压侧三相校正电流采样值，iia(k)、iib(k)、iic(k)分别为第i台机组机端三相电流采样值，nCTi1(k)为第i台机组机端电流互感器原边，iia1(k)、iib1(k)、iic1(k)分别为第i台机组机端三相校正电流采样值；

[0046] 差动电流采样值计算公式如下，

[0047]

[0048] 其中，i″∈[0,n]，Si″为工况系数，ida(k)、idb(k)、idc(k)分别为三相差流采样值。

[0049] 4)采用已成熟应用的不受频率影响的启停机保护算法，包括过零点积分算法和电流峰值判别法，计算校正电流、差动电流和制动电流幅值。

[0050] 由SFC输出变高压侧三相校正电流采样值计算其幅值，由第i台机组机端三相校正电流采样值计算其幅值，由差动电流采样值计算其幅值，由启动母线各分支的校正电流幅值和工况系数计算制动电流幅值。

[0051] 制动电流幅值计算公式为，

[0052]

[0053] 其中，Ii″a1、Ii″b1、Ii″c1分别为三相校正电流采样值幅值，Ira、Irb、Irc为对应的制动电流幅值。

[0054] 5)在工况状态系数满足时，根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护。

[0055] 比率制动特性可以选择如图2所示的双折线比率制动方式、图3所示的双斜率比率制动方式或图4所示的变斜率制动方式。

[0056] 以如图2所示的双折线比率制动特性为例，差动保护动作判据为：

[0057]

[0058] 一种抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护装置，包括：

[0059] 若干个电流互感器，每个电流互感器对启动母线的一条支路电流进行采样，所有电流互感器完成启动母线所有支路电流的采样；

[0060] 工况系数计算模块，计算抽水蓄能电站各机组的工况系数以及SFC拖动支路的工况系数；

[0061] 校正电流和差动电流计算模块，对启动母线所有支路电流进行相位和平衡系数调整，计算各支路校正电流和差动电流采样值；

[0062] 幅值计算模块，采用启停机保护算法计算校正电流、差动电流和制动电流幅值；

[0063] 差动保护判据及动作模块，在工况状态系数满足时，根据差动电流和制动电流的大小，采用比率制动差动特性，实现抽水蓄能电站水泵启动过程差动保护。

[0064] 本发明差动保护范围涵盖启动母线所有支路的拖动回路，解决了抽水蓄能电站所有水泵机组启动过程中拖动回路短路故障时没有差动保护、故障不能快速切除的问题，更好了保障设备的安全。

[0065] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

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