一种扩大化的发电机定子接地保护预警系统和方法与流程

1.本发明涉及电力系统继电保护技术领域，尤其涉及一种扩大化的发电机定子接地保护预警系统和方法。


背景技术：

2.电厂的异常运行事件表明，发电机机端及电厂升压变压器的开关及隔离刀等附属设备出现异常时，会引发非预期保护跳闸的异常事故，一般由负序过流、过负荷等电流保护经较长延时动作。
3.电厂发电机、变压器等外接回路连接异常时导致以下情况：
4.在负载工况时，保护装置会测量到负序过流、三相不平衡电压等信息，负序过流、过负荷等保护能动作跳闸。异常事故非常规的电力系统回路短路故障，而是由于变压器或发电机回路连接异常运行引起的，因此切除时间一般也较长，运行设备需较长时间承受不平衡负荷的工况，可能引起其它附带安全问题或加剧对运行设备的损害(如三相平衡负荷因异常被切除等)。另外，因无直接针对性的保护或监视预警，造成对事故后的分析定位及排查造成困扰，并影响设备回路快速恢复正常运行，从而造成进一步经济损失。
5.现场设备的开关及附属设备缺少工作状态指示输出，或三相回路中有某一相回路接触异常时，无法输出反映异常工作状态，若需增设或改进异常工作状态功能需要进一步改变设备结构，可能直接影响设备运行性能。短期内从设备上直接改进已难实现，需考虑通过电气量保护设备来补充实现对设备运行状态的监视预警功能。
6.现有发电机定子接地保护是电厂的重要保护之一，有传统的双频式原理保护、外加注入式信号电源原理等多种成熟的保护实现方法。现有的发电机注入式原理定子接地保护，见图1，当前仅作为实现定子接地保护的单一功能。


技术实现要素：

7.针对现有技术中的问题，本发明提供一种扩大化的发电机定子接地保护预警系统和方法，对发电机及电力变压器的开关及隔离刀等附属设备出现异常运行时，进行及时预警，从而避免可能引发的进一步异常事故，并提示运维人员及时进行处理。
8.为达到上述目的，本发明提供了一种扩大化的发电机定子接地保护预警方法，包括：
9.通过第一信号源向发电机中性点配电变压器二次侧注入小电流信号，检测中性点配电变压器二次侧输出电流以及接地电阻两端的电压；
10.计算二次侧等效阻抗的实时值，如果二次侧等效阻抗为阻性，则不进行处理；如果二次侧等效阻抗为容性或感性，则采用标称值计算发电机出口断路器系统gcb均闭合时的二次侧等效阻抗的理论值；
11.将二次侧等效阻抗的实时值分别与发电机出口断路器系统gcb均闭合时理论值进行对比，如果偏差在设定范围内，则判断发电机出口断路器系统gcb闭合，否则判断存在发
电机出口断路器系统gcb有某相未闭合；
12.若保护判据未启动或动作，此时判别出发电机出口断路器系统gcb闭合异常，则经延时输出发电机回路异常预警信息。
13.进一步地，还包括：通过第二信号源向变压器的接地端注入小电压信号，采集变压器的漏电流，如果低于设定阈值，如果变压器断路器应当闭合且保护判据未启动或动作，则判定变压器断路器未正常闭合，，则经延时输出变压器连接回路异常预警信息。
14.进一步地，设定时长大于保护装置检测到故障后的动作时长。
15.进一步地，注入小电流信号或小电压信号满足不影响发电机安全运行。
16.进一步地，包括第一信号源、第一电流检测单元、第一电压检测单元、预警模块以及保护装置；
17.第一信号源用于向发电机中性点配电变压器二次侧注入小电流信号，第一电流检测单元检测中性点配电变压器二次侧输出电流，第一电压检测单元检测中性点配电变压器二次侧接地电阻两端的电压；
18.保护装置侦测发电机系统的异常情况，进行对应的保护动作；
19.预警模块包括实时计算单元、阻抗判断单元、理论值计算单元以及第一预警单元；
20.所述实时计算单元基于中性点配电变压器二次侧输出电流及接地电阻两端的电压计算二次侧等效阻抗的实时值；所述阻抗判断单元基于等效阻抗的实时值进行判断，如果阻性，则不进行处理，如果为容性或感性，则启动理论值计算单元采用标称值计算发电机出口断路器系统gcb均闭合时的二次侧等效阻抗的理论值；所述预警单元将二次侧等效阻抗的实时值分别与发电机出口断路器系统gcb均闭合时理论值进行对比，如果偏差在设定范围内，则判断发电机出口断路器系统gcb闭合，否则判断存在发电机出口断路器系统gcb未正常闭合，如果保护装置未启动或动作，，则经延时输出发电机回路异常预警信息。
21.进一步地，还包括第二信号源和第二电流检测单元；
22.所述第二信号源用于向变压器的接地端注入小电压信号；所述第二电流检测单元采集变压器的漏电流；
23.所述预警模块包括第二预警单元，对漏电流进行判断，如果低于设定阈值，则判定变压器断路器未闭合，如果变压器断路器应当闭合则等待设定时长，如果保护装置未动作，则输出变压器连接回路异常预警信息。
24.进一步地，所述设定时长大于保护装置检测到故障后的动作时长。
25.进一步地，注入小电流信号或小电压信号满足不影响发电机正常供电。
26.进一步地，当发电机检修完毕恢复连接后或者准备发电时启动发电机定子接地保护预警系统，开启第一、第二信号源进行预警。
27.本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
28.(1)本发明提高了保护设备的智能化应用水平，提升了电力设备运行安全维护能力，保障电力设备安全运行。
29.(2)本发明在利用原有注入式定子接地保护设备系统的基础上，实现对发电机、变压器连接点综合运行信息的监测和预警功能的。也可以单独通过在变压器侧接地线装设类似的注入定子接地保护信号电源，检测变压器对地漏电流信号来实现变压器连接回路异常的可靠判别，此时不需要考虑机组是否运行。
30.(3)本发明对保护装置未能动作的发电机回路连接异常、输出变压器连接回路异常情况进行预警，对发电机系统进行了扩大化的检测，提高了系统的故障监测能力。
附图说明
31.图1是现有机组保护含注入式发电机定子接地保护设备接线示意图；
32.图2为扩大化的发电机定子接地保护预警系统设备连接示意图。
具体实施方式
33.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
34.本发明可在利用原有注入式定子接地保护设备系统的基础上，实现对发电机、变压器连接点综合运行信息的监测和预警功能的。也可以单独通过在变压器侧接地线装设类似的注入定子接地保护信号电源，检测变压器对地漏电流信号来实现变压器连接回路异常的可靠判别，此时不需要考虑机组是否运行。
35.结合图1，确定是否有发电机定子绝缘破坏的定子接地故障问题，由机组原有的定子接地保护功能实现。通过整体发电机-变压器组的工作电压及电流关系可以确定发电机无联接异常。可通过发电机电流、电压序分量、三相功率以及与主变侧的电压角差等综合方法，来判别发电机有无联接异常。并网运行中发电机机端联接异常时(如开关断开一相或接触异常)电流会明显缺少一相，各序分量也明显变化。主变侧由于三角绕组的存在，各侧变化更复杂些。
36.在判别发电机无联接异常时，通过变压器侧的电压序分量及电压角差等方法来确定变压器三相联接是否异常。整体机组出现联接异常时对外的输出电流、电压及功率和短路故障时明显不同。故障时会有明显的故障电流或其它故障电气特征，在系统故障时不做异常判别，通过长延时等待(10s或更长可根据需要设定)，等待继电保护系统快速做出处理，系统恢复平稳后，再判别是否有联接异常。
37.结合图2，注入信号源2，注入小信号电压，并通过ct2，采集通过变压器的漏电流信号的变化。当变压器未并网或出现联接异常时，该漏电流信号会急剧变小。变压器正常并网运行时比联接异常时该漏电流信号数值比会大很多倍(达到十倍乃至数百倍之多)。注入信号电源2单独可以实现判别图2中变压器qf1开关联接是否异常，无需判断机组是否运行(跟发电机是否运行无关)，可长期投入使用。
38.注入信号源采用定子接地保护本身使用的注入信号源，其输出电压频率不同于工频，且便于滤波分析计算，如12.5hz、25hz、75hz等可变，幅值不超过有关设备安全运行要求，如交流12v、24v、50v等不限。
39.可通过变压器接地线安装穿心式连电流互感器接入信号源注入，磁耦合信号。因信号很微弱，不影响电力系统回路参数及人身安全。通过测量信号源的漏电流，可直接判别变压器回路连接是否异常，不受发电机系统是否投入运行的状态影响，信号源2可根据工程实际需要确定是选用。
40.图1中r0表示发电机中性点配电变二次接地电阻，通常在0.2～10欧姆不等，该参数由机组设计时，根据一次设备参数设计确定，该电阻在机组一次设备安装时装设。信号源1注入信号可以进入发电机和机端母线，装置可以采集r0的注入信号电压、注入信号电流以及工频电流、电压等信息。由保护设备算法判别发电机及机端母线是否发生接地故障(实现定子接地保护)等。本专利用于判别机端gcb是否联接异常(判别gcb开关是否有某相断开联接异常)，若机端联接正常时，再判别变压器联接是否正常。
41.通过图2中，注入信号源2，注入小信号电压，并通过ct2，采集通过变压器的漏电流信号的变化。当变压器未并网或出现联接异常时，该漏电流信号会急剧变小。变压器正常并网运行时比联接异常时该漏电流信号数值比会大很多倍(达到十倍乃至数百倍之多)。注入信号电源2单独可以实现判别图2中变压器qf1开关联接是否异常，无需判断机组是否运行(跟发电机是否运行无关)，可长期投入使用。
42.扩大化的发电机定子接地保护预警方法，包括以下判断步骤：
43.(1)当需要判断发电机出口断路器系统gcb是否存在未闭合时，通过第一信号源向发电机中性点配电变压器二次侧注入小电流信号，检测中性点配电变压器二次侧输出电流以及接地电阻两端的电压；
44.计算二次侧等效阻抗的实时值，如果二次侧等效阻抗为阻性，则不进行处理；如果二次侧等效阻抗为容性或感性，则采用标称值计算发电机出口断路器系统gcb均闭合时的二次侧等效阻抗的理论值；
45.将二次侧等效阻抗的实时值分别与发电机出口断路器系统gcb均闭合时理论值进行对比，如果偏差在设定范围内，则判断发电机出口断路器系统gcb闭合，否则判断存在发电机出口断路器系统gcb未闭合；
46.若保护装置未能启动或动作,且判别为发电机出口断路器系统gcb未正常闭合，则经延时输出发电机回路异常预警信息。
47.(2)当需要判断变压器短路其qf1是否未闭合时，通过第二信号源向变压器的接地端注入小电压信号，采集变压器的漏电流，如果低于设定阈值，则判定变压器断路器未闭合，如果变压器断路器应当闭合且保护装置设定时长内未动作，则输出变压器连接回路异常预警信息。
48.本发明另一方面提供一种扩大化的发电机定子接地保护预警系统，包括第一信号源、第一电流检测单元、第一电压检测单元、预警模块以及保护装置；
49.第一信号源用于向发电机中性点配电变压器二次侧注入小电流信号，第一电流检测单元检测中性点配电变压器二次侧输出电流，第一电压检测单元检测中性点配电变压器二次侧接地电阻两端的电压；
50.保护装置侦测发电机系统的异常情况，进行对应的保护动作；
51.预警模块包括实时计算单元、阻抗判断单元、理论值计算单元以及第一预警单元；
52.所述实时计算单元基于中性点配电变压器二次侧输出电流及接地电阻两端的电压计算二次侧等效阻抗的实时值；所述阻抗判断单元基于等效阻抗的实时值进行判断，如果阻性，则不进行处理，如果为容性或感性，则启动理论值计算单元采用标称值计算发电机出口断路器系统gcb均闭合时的二次侧等效阻抗的理论值；所述预警单元将二次侧等效阻抗的实时值分别与发电机出口断路器系统gcb均闭合时理论值进行对比，如果偏差在设定
范围内，则判断发电机出口断路器系统gcb闭合，否则判断存在发电机出口断路器系统gcb未闭合，等待设定时长，如果保护装置未动作，则输出发电机回路异常预警信息。
53.作为一种优选方案，如果需要判断变压器短路其qf1的状态，则还包括第二信号源和第二电流检测单元；
54.所述第二信号源用于向变压器的接地端注入小电压信号；所述第二电流检测单元采集变压器的漏电流；
55.所述预警模块包括第二预警单元，对漏电流进行判断，如果低于设定阈值，如果变压器断路器应当闭合,保护装置未启动或动作,则判定变压器断路器未正常闭合，，则经延时输出变压器连接回路异常预警信息。
56.综上所述，本发明涉及一种扩大化的发电机定子接地保护预警系统及方法，通过第一信号源向发电机中性点配电变压器二次侧注入小电流信号，计算二次侧等效阻抗的实时值与发电机出口断路器系统gcb均闭合时理论值进行对比，如果偏差超过阈值，判断存在发电机出口断路器系统gcb未闭合，如果保护装置设定时长内未动作，则输出发电机回路异常预警信息。通过第二信号源向变压器的接地端注入小电压信号，判断变压器连接回路是否存在异常。本发明对发电机及电力变压器的开关及隔离刀等附属设备出现异常运行时，进行及时预警，提高了保护设备的智能化应用水平，提升了电力设备运行安全维护能力，保障电力设备安全运行。
57.应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。