一种火电机组零功率保护系统及其方法技术方案

本发明专利技术公开了一种火电机组零功率保护系统及其方法。当电厂送出线路发生故障从而引起调门快关动作或引起机组功率发生振荡时，若零功率保护的判据不够完善，零功率保护将发生误动作。本发明专利技术的火电机组零功率保护系统包括启动判据模块、动作判据模块及出口逻辑模块，所述的启动判据模块包括电气突变量判据和零功率保护投用判据，所述的电气突变量判据与零功率保护投用判据构成与门逻辑；所述的电气突变量判据为零功率保护启动判据中的主要判据，由发电机电压突增、电流突降、功率突降相与而成，所述的出口逻辑模块包括出口判断逻辑、自保持逻辑和出口延时。本发明专利技术提高了发电机零功率保护运行可靠性。

Zero power protection system of thermal power unit and method thereof

The invention discloses a zero power protection system of a thermal power unit and a method thereof. When the power plant sent fault causing the valve quick closing action or cause the power oscillation occurs if the criterion of zero power protection is not perfect, zero power protection will malfunction. Zero power protection system of thermal power unit of the invention includes the criterion of starting module, criterion module and export logic module, start module comprises a criterion variable electrical criterion and zero power protection for electrical criterion, the criterion of variable and zero power protection for criterion constitutes and gate logic; electrical variable criterion the main criterion for the criterion of starting in zero power protection, the generator voltage surge current, power, and a sudden drop in exports, logic module comprises logic, logic of self export and export delay. The invention improves the reliability of generator zero power protection operation.

【技术实现步骤摘要】
一种火电机组零功率保护系统及其方法
本专利技术属于电力系统继电保护
，具体地说是一种火力发电厂功率外送通道中断时的发电机组零功率保护系统及其方法。
技术介绍
大型汽轮发电机组容量大、蒸汽参数高、转子转动惯量大，当发生功率外送通道中断时(即电厂全部送出线路均与电网断开)，发电机功率无法送出，如不能及时采取锅炉熄火、主汽门关闭和灭磁等一系列措施，会引发汽轮发电机组超速、蒸汽热力系统超温超压等问题，对机组设备安全构成严重威胁。因此，目前很多火电机组均配置了发电机零功率保护，在发生功率外送通道中断时，零功率保护及时采取措施停机，保证机组安全。发生功率外送通道中断时，发电机将出现电压上升、电流减小、功率减小、频率上升等典型电气特征，零功率保护即是利用上述电气特征实现其功能判据。目前常用的零功率保护判据在判断发电机由于功率外送通道中断出现的零功率状态时一般不存在问题，但当电厂送出线路发生故障从而引起调门快关动作或引起机组功率发生振荡时，若零功率保护的判据不够完善，零功率保护将发生误动作。近期电力系统中已发生多起零功率保护误动事故。针对零功率保护存在的问题，一些文献中提出了优化的零功率保护判据，但这些判据的优化均没有从根本上解决问题。因此，有必要研究发电机出现零功率状态的本质电气特征，提出经过优化完善的零功率保护判据，提高发电机组零功率保护运行的可靠性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种火电机组零功率保护系统，以优化完善火电机组零功率保护的判据，提高零功率保护动作的可靠性。为此，本专利技术采用如下的技术方案：一种火电机组零功率保护系统，包括启动判据模块、动作判据模块及出口逻辑模块，所述的启动判据模块包括电气突变量判据和零功率保护投用判据，所述的电气突变量判据与零功率保护投用判据构成与门逻辑；所述的电气突变量判据为零功率保护启动判据中的主要判据，由发电机电压突增、电流突降、功率突降相与而成，各判据依次为ΔU＝UT-UT-20ms>0、ΔI＝IT-IT-20ms<0、ΔP＝PT-PT-20ms<0，式中，ΔU、ΔI、ΔP分别为发电机正序电压突变量、正序电流突变量和功率突变量，UT、IT、PT分别为当前时刻T的发电机正序电压、正序电流和功率的有效值，UT-20ms、IT-20ms、PT-20ms分别为当前时刻T之前20ms时的发电机正序电压、正序电流和功率的有效值；所述的出口逻辑模块包括出口判断逻辑、自保持逻辑和出口延时T2。电厂功率外送通道中断故障发生时，发电机失去系统负载，发电机机端电压将瞬时升高，发电机功率无法送出，发电机电流将瞬时减小，功率同时减小，突变量判据满足动作条件。当电厂外送线路发生故障时刻，发电机电压瞬时降低，发电机电流瞬时增大，突变量判据不满足动作条件。当电厂外送线路故障切除时，发电机电压瞬时升高，电流瞬时减小，这个特征与功率外送通道中断故障发生时发电机的电气特征相同，但线路故障切除时发电机输出功率是瞬时增大的，而功率外送通道中断时发电机输出功率是瞬时减小的，不满足突变量判据中ΔP＝PT-PT-20ms<0动作条件，因此突变量判据不会满足。由以上分析可知，利用发电机电压突增、电流突降、功率突降相与而成的突变量判据，能够有效区分电厂线路故障切除与功率外送通道中断的情况，有效防止零功率保护在电厂线路故障切除时的误启动与误动作。进一步地，所述的动作判据模块用于判别发电机是否处于零功率状态，由低功率判据P<Pset2和低电流判据Ia、b、c<Iset相与而成，其中P为发电机功率测量值，Pset2为发电机低功率整定值，Ia、b、c为发电机各相相电流有效值，Iset为发电机低电流整定值。当发电厂功率外送通道中断时，发电机功率无法送出，其输出功率及电流均将减小至接近为零的状态，满足动作判据的动作条件。进一步地，发电机低功率整定值Pset2小于发电机的最低出力，发电机低电流整定值Iset小于发电机正常运行时的最小负荷电流。进一步地，所述的发电机电压突增、电流突降和功率突降动作后均不保持。进一步地，所述的出口判断逻辑为：当启动判据满足后的150ms内动作判据满足，两者相与形成动作出口信号S；由于启动判据中的突变量判据均不保持，因此启动判据满足后需要保持150ms，在启动判据满足后的150ms内要求发电机功率及电流降至整定值以下；出口信号S与动作判据相与构成自保持功能，在出口延时T2时间内，只要动作判据未复归，零功率保护均将动作出口。发生由于线路故障或开关偷跳引起的功率外送通道中断故障时，当突变量判据满足后，发电机功率和电流必将在断路器跳开后变为零。一般220kV以上系统的断路器动作时间均小于100ms，为保证可靠性，此处启动判据的保持时间取为150ms。而在一般情况下汽轮机调节汽门关闭时发电机功率将在300ms以上才能减小至零，因此保持时间取150ms可有效区分由于汽轮机调门关闭时引起发电机零功率的情况。为提高零功率保护动作可靠性，特设置动作延时T2环节，该延时由用户根据现场情况整定。研究发电机出现零功率状态的电气特征，发现其根本特征就是在电压突增电流突降后功率在一定时间内降为零。因此，在启动判据满足后要求150ms内发电机功率及电流降至整定值以下，即给功率和电流的变化规定一个变化率，体现了发电机零功率状态的本质电气特征。该判据可有效防止汽轮机调门关闭后功率逐渐减小导致零功率保护误动作的情况。进一步地，所述的零功率保护投用判据采用P>Pset1，经过延时时间T1动作，瞬时返回；其中，P为发电机功率测量值，Pset1为零功率保护投用整定值。零功率保护投用判据根据发电机功率大小确定是否投入零功率保护功能，当发电机功率P大于零功率保护投用整定值Pset1时，零功率保护才投入；而当发电机功率P小于零功率保护投用整定值Pset1时，即使发生功率外送通道故障，一般情况下也不会对发电机及机组热力系统产生危害，因此零功率保护不投入。当电网发生故障时有可能导致机组发生振荡，设置延时时间T1的目的是即使零功率保护投用判据躲过电力系统振荡，也能防止出现零功率保护误投用的情况。进一步地，所述的Pset1小于调度对机组要求的最低出力。进一步地，所述的延时时间T1为5-10秒，以可靠躲过电力系统功率振荡周期。本专利技术还提供采用上述火电机组零功率保护系统进行保护的方法，其步骤如下：1)采集被保护发电机的机端电压U及机端电流I；2)计算发电机功率P、正序电压突变量ΔU、正序电流突变量ΔI和功率突变量ΔP，其中，ΔU＝UT-UT-20ms、ΔI＝IT-T-20ms、ΔP＝PT-PT-20ms式中，UT、IT、PT分别为当前时刻T时的发电机正序电压、正序电流、功率的有效值；UT-20ms、IT-20ms、PT-20ms分别为当前时刻T之前20ms时的发电机正序电压、正序电流、功率的有效值；3)若发电机功率P大于零功率保护投入整定值Pset1，且满足延时T1，则进行投入零功率保护；若发电机功率P不满足大于Pset1且延时T1的条件，则零功率保护无效；4)在零功率保护投入的情况下，判断电气突变量判据是否满足，即是否同时满足ΔU>0、ΔI<0、ΔP<0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种火电机组零功率保护系统，包括启动判据模块、动作判据模块及出口逻辑模块，所述的启动判据模块包括电气突变量判据和零功率保护投用判据，所述的电气突变量判据与零功率保护投用判据构成与门逻辑；所述的电气突变量判据为零功率保护启动判据中的主要判据，由发电机电压突增、电流突降、功率突降相与而成，各判据依次为ΔU＝UT‑UT‑20ms>0、ΔI＝IT‑IT‑20ms<0、ΔP＝PT‑PT‑20ms<0，式中，ΔU、ΔI、ΔP分别为发电机正序电压突变量、正序电流突变量和功率突变量，UT、IT、PT分别为当前时刻T的发电机正序电压、正序电流和功率的有效值，UT‑20ms、IT‑20ms、PT‑20ms分别为当前时刻T之前20ms时的发电机正序电压、正序电流和功率的有效值；所述的出口逻辑模块包括出口判断逻辑、自保持逻辑和出口延时T2。

【技术特征摘要】
1.一种火电机组零功率保护系统，包括启动判据模块、动作判据模块及出口逻辑模块，所述的启动判据模块包括电气突变量判据和零功率保护投用判据，所述的电气突变量判据与零功率保护投用判据构成与门逻辑；所述的电气突变量判据为零功率保护启动判据中的主要判据，由发电机电压突增、电流突降、功率突降相与而成，各判据依次为ΔU＝UT-UT-20ms>0、ΔI＝IT-IT-20ms<0、ΔP＝PT-PT-20ms<0，式中，ΔU、ΔI、ΔP分别为发电机正序电压突变量、正序电流突变量和功率突变量，UT、IT、PT分别为当前时刻T的发电机正序电压、正序电流和功率的有效值，UT-20ms、IT-20ms、PT-20ms分别为当前时刻T之前20ms时的发电机正序电压、正序电流和功率的有效值；所述的出口逻辑模块包括出口判断逻辑、自保持逻辑和出口延时T2。2.根据权利要求1所述的火电机组零功率保护系统，其特征在于，所述的动作判据模块用于判别发电机是否处于零功率状态，由低功率判据P<Pset2和低电流判据Ia、b、c<Iset相与而成，其中P为发电机功率测量值，Pset2为发电机低功率整定值，Ia、b、c为发电机各相相电流有效值，Iset为发电机低电流整定值。3.根据权利要求2所述的火电机组零功率保护系统，其特征在于，发电机低功率整定值Pset2小于发电机的最低出力，发电机低电流整定值Iset小于发电机正常运行时的最小负荷电流。4.根据权利要求1所述的火电机组零功率保护系统，其特征在于，所述的发电机电压突增、电流突降和功率突降动作后均不保持。5.根据权利要求4所述的火电机组零功率保护系统，其特征在于，所述的出口判断逻辑为：当启动判据满足后的150ms内动作判据满足，两者相与形成动作出口信号S；出口信号S与动作判据相与构成自保持功能，在出口延时T2时间内，只要动作判据未复归，零功率保护均将动作出口。6.根据权利要求1所述的火电机组零功率保护系统，其特征在于，所述的零功率保护投用判据采用P>Pset1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，陆承宇，王松，阮黎翔，吴栋萁，丁峰，方芳，孙文文，宣佳卓，汪冬辉，柯人观，罗华峰，戚宣威，
申请(专利权)人：国网浙江省电力公司电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33