[发明专利]发电机异步自激振荡保护装置及保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及发电机异步自激振荡的继电保护装置及保护方法。

背景技术

一些大型火电厂远离负荷中心，采用长距离输电，并在输电线路中配置串联电容补偿等设备，有时也采用直流输电方式。当参数配合不当时，可能发生发电机的异步自励磁现象(简称异步自激)，发电机定子绕组当中的电枢电流出现略低于同步频率(工频)的次同步频率的电流，次同步电流会产生脉振转矩，使机组发热、振动加剧，严重时会损伤设备。次同步振荡频率大多在10Hz～45Hz之间。

比如，我国内蒙古大唐托克托电厂，装机容量为8×600MW，经托源四回线输送至浑源变电站，再经源安双回线、源霸双回线向京津唐电网送电。在浑源变电站的线路上安装了8套固定电容串补。发电机主变压器的高压侧装设了静态阻塞滤波器(SBF)。SBF是由一组电感、电容相互串并联的电路。2008年4月，托克托电厂进行主变压器高压侧短路升流的过程中，由于SBF参数不当，发电机组出现了明显的异步自激，且电流呈发散趋势，使发电机组不能正常并网运行。之后调整了SBF的设计参数，2年后，SBF才正式投入运营，异步自激得到抑制。为防止出现类似的异步自激而损坏设备，应装设异步自激振荡保护装置。

针对发电机异步自激振荡，过去有专利《监测电力系统次同步振荡的方法及监测仪》(ZL94100918.1)提出了一种方法，该方法通过测量暂态功率，提取暂态功率中的次同步分量，与设定的定值进行比较，超过定值时，报警或跳闸。同时该专利设计了相应的监测仪。该专利存在不足，比如上面提到的托克托电厂进行主变压器高压侧短路升流的过程中出现的异步自激，由于短路时电压很小，暂态功率不可能大，该方法难以奏效。此外，受当时技术条件的限制，数字硬件电路上也只是采用了单CPU的模式，可靠性不高。

发明内容

本发明的目的是：提出一种反映发电机电枢电流中存在过量的次同步电流的异步自激振荡继电保护方法。当发电机出现异步自激振荡时，发电机定子绕组的三相电流中既有工频(50Hz)分量，又包含次同步(10Hz～45Hz)分量，有时可出现多个次同步分量，每个次同步分量，称为对应频率的模态分量。以此判据对次同步电流的异步自激振荡进行继电保护。

本发明的技术方案是：发电机异步自激振荡继电保护方法，交流输入插件(AI)接受发电机机端电流互感器(CT)的电流信号；经过模数(AD)转换后，DSP插件同时使用固定采样频率采集发电机的三相电流信号，经过低通滤波和带通滤波，得到次同步模态频率的信号，采用过零点算法得到次同步模态的频率，采用变数据窗的傅氏计算方法得到三相次同步模态信号的幅值，分相进行定时限和反时限保护判别，发出报警信号或跳闸信号；信号输出插件(DO)输出报警信号继电器空接点；跳闸输出插件(TRIP_OUT)输出跳闸继电器空接点。主CPU插件负责底层驱动软件、总线控制、通讯、人机交互处理、报文处理、故障录波等功能。整个装置实现发电机异步自激振荡保护。由交流输入插件接受发电机机端电流互感器的三相电流信号；交流输入插件接收的信号经过模数转换后，由DSP插件同时使用固定采样频率采集发电机机端的三相电流信号，并经过低通滤波和带通滤波，得到次同步模态频率的信号，采用过零点算法得到次同步模态的频率，采用变数据窗的傅氏计算方法得到三相电流次同步模态信号的幅值，分相进行定时限和反时限保护判别，发出报警信号或跳闸信号。

采用“CPU+双DSP”的系统结构形式，使用固定采样频率采集发电机的三相电流信号，只有两块DSP同时判别出异步自激，才输出报警或跳闸信号。

采用两块DSP插件同时使用固定采样频率采集发电机的三相电流信号i_A、i_B、i_C，经过低通滤波式1和带通滤波式2，得到次同步模态频率的信号i″_m，A、i″_m，B、i″_m，C，