发变组过激磁保护协调配置的评估方法与流程

1.本发明涉及涉网保护安全技术领域，具体涉及一种基于d5000系统的发变组过激磁保护协调配置的自动评估方法。


背景技术：

2.为确保安全运行，发电机变压器组都配有完备的伏赫限制和过激磁保护功能，伏赫限制作为第一道防线，防止发电机或与其相连的变压器过磁通，过激磁保护作为第二道防线，通过切机操作阻止过激磁现象继续恶化而损坏设备。因此，在实际应用中不仅要考虑伏赫限制与过激磁保护的配合关系，防止因定值设置不当造成过激磁保护先于伏赫限制动作，还要考虑过激磁保护不能超出发电机或变压器允许的过激磁能力，以此来保证发电机组的运行安全。由于区域电网内涉及发电机组数量众多，并且发变组过激磁能力与伏赫限制和过激磁保护之间的配合关系相对复杂，如果逐一人工校核会降低工作效率，而且不利于短时间快速判断机组是否存在安全隐患。


技术实现要素：

3.本发明的目的是为了解决如何高效的检测发电机组安全性的问题，提出了发变组过激磁保护协调配置的评估方法。
4.发变组过激磁保护协调配置的评估方法，所述方法包括以下步骤：
5.步骤1、对所有发电厂内的发电机组建立层级模型，所述层级模型指电力系统包括多个发电厂，对多个发电厂设置不同的名称，每个发电厂包括多个发电机组，对多个发电机组设置不同的名称及导入对应的定值表，通过索引层级模型中的某个发电厂的某个发电机组名称查找对应发电机组的定值表，所述定值表包括伏赫限制动作特性信息和过激磁保护动作特性信息；
6.步骤2、根据第j个发电机组伏赫限制动作特性信息拟合得到伏赫限制动作特性曲线，根据第j个发电机组过激磁保护动作特性信息中定时限值拟合得到定时限过激磁保护动作特性曲线，根据第j个发电机组过激磁保护动作特性信息中反时限值拟合得到反时限过激磁保护动作特性曲线；
7.步骤3、判断定时限过激磁保护动作特性曲线中低定值是否小于等于反时限过激磁保护动作特性曲线中下限定值，如果是，执行步骤4，如果否，则执行步骤8；
8.步骤4、判断所述定时限过激磁保护动作特性曲线中低定值的延时时间是否小于所述反时限过激磁保护动作特性曲线中下限定值的延时时间，如果是，则执行步骤5，如果否，则执行步骤8；
9.步骤5、判断过激磁保护动作特性曲线是否完全在过激磁能力曲线之下，如果是，则执行步骤6，如果否，则执行步骤8；
10.步骤6、判断伏赫限制动作特性曲线是否完全在过激磁保护动作特性曲线之下，如果是，则执行步骤7，如果否，则执行步骤8；
11.步骤7、相应发电机能够安全稳定运行，j＝j+1，j为大于等于1的正整数，则执行步骤2至步骤6，直到完成对所有发电机的评估；
12.步骤8、相应发电机运行存在安全隐患，j＝j+1，则执行步骤2至步骤6，直到完成对所有发电机的评估。
13.本发明的有益效果是：
14.本技术可以基于d5000系统实现发变组过激磁保护协调配置的自动评估方法，d5000系统平台简介：d5000是国网公司组织开发的新一代的网省级调度系统，通过d5000及广域监测系统(wams)测量分析电网动态特性，对机组一次调频功能、agc功能、励磁系统和调速系统进行在线监测、分析和评估，着力解决各电厂涉网设备功能不完善、性能不达标、参数不匹配等问题。
15.本技术通过远方数据导入，将机组过激磁能力与伏赫限制和过激磁保护三者之间的自动校核评估结果作为判断发电机是否能够安全稳定运行的依据，为电网日常生产调度提供判断依据，该方法操作简单，远程数据维护方便，不仅提高了工作效率，也为电网日常生产调度提供便利。
附图说明
16.图1为发变组过激磁保护协调配置的评估方法的流程图，图中m表示发电机组总数量；
17.图2为过激磁保护和伏赫限制层级结构图；
18.图3为过激磁保护反时限特性曲线图；
19.图4为伏赫限制与过激磁保护以及过激磁能力之间的配合示意图；
20.图5为伏赫限制动作曲线图；
21.图6为反时限过激磁保护特性曲线图。
具体实施方式
22.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
23.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
24.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
25.具体实施方式一：结合图1说明本实施方式，本实施方式所述的发变组过激磁保护协调配置的评估方法，所述方法包括以下步骤：
26.步骤1、对所有发电厂内的发电机组建立层级模型，所述层级模型指电力系统包括多个发电厂，对多个发电厂设置不同的名称，每个发电厂包括多个发电机组，对多个发电机组设置不同的名称及导入对应的定值表，通过索引层级模型中的某个发电厂的某个发电机组名称查找对应发电机组的定值表，所述定值表包括伏赫限制动作特性信息和过激磁保护动作特性信息；
27.步骤2、根据第j个发电机组伏赫限制动作特性信息拟合得到伏赫限制动作特性曲线，根据第j个发电机组过激磁保护动作特性信息中定时限值拟合得到定时限过激磁保护动作特性曲线，根据第j个发电机组过激磁保护动作特性信息中反时限值拟合得到反时限过激磁保护动作特性曲线；
28.步骤3、判断定时限过激磁保护动作特性曲线中低定值是否小于等于反时限过激磁保护动作特性曲线中下限定值，如果是，执行步骤4，如果否，则执行步骤8；
29.步骤4、判断所述定时限过激磁保护动作特性曲线中低定值的延时时间是否小于所述反时限过激磁保护动作特性曲线中下限定值的延时时间，如果是，则执行步骤5，如果否，则执行步骤8；
30.步骤5、判断过激磁保护动作特性曲线是否完全在过激磁能力曲线之下，如果是，则执行步骤6，如果否，则执行步骤8；
31.步骤6、判断伏赫限制动作特性曲线是否完全在过激磁保护动作特性曲线之下，如果是，则执行步骤7，如果否，则执行步骤8；
32.步骤7、相应发电机能够安全稳定运行，j＝j+1，j为大于等于1的正整数，则执行步骤2至步骤6，直到完成对所有发电机的评估；
33.步骤8、相应发电机运行存在安全隐患，j＝j+1，则执行步骤2至步骤6，直到完成对所有发电机的评估。
34.本实施方式中，伏赫限制、过激磁保护与过激磁能力配合分析：
35.发电机会因为电压升高或者频率降低而出现过激磁现象，一般表现为铁芯过热，虽然机组发生过激磁时并非每次都造成设备的明显破坏，但是多次反复过激磁，将会因过热而使绝缘老化，降低设备的使用寿命。为了能够对各种极限运行工况及时做出反应，确保安全运行，现代的机组都配有完备的限制和保护功能。avr上配有伏赫限制，发变组都装有过激磁保护，两者之间存在着一定的配合关系，共同为励磁系统和机组提供完善的限制和保护措施。
36.伏赫限制与过激磁保护根据磁通密度限制机组过激磁运行。大型的发电机电压调节器放大倍数都很高，可以认为其端电压恒定不变，又已知发电机的空载端电压与绕组匝数和所链的磁通成正比，即：
37.u
t
＝4.44fwbs
38.由于匝数是固定的，所以可得铁芯中磁通密度的表达式为：
[0039][0040]
式中：u
t
表示绕组外加电压，b表示磁通密度，f表示频率，w表示铁芯绕组匝数，s表示铁芯截面积，可以看出b与u
t
/f成正比，当f下降时，电压保持恒定，磁通将会增大，造成发电机铁芯中的涡流损耗增大，铁芯发热。因伏赫限制与过激磁保护均反应过激磁倍数而动作，定义过激磁倍数n如下：
[0041][0042]
式中：b、bn分别为磁通量、额定磁通量；u、f分别为机端电压、频率；un、fn分别为额定电压、额定频率；u
*
、f
*
分别为电压标么值、频率标么值。
[0043]
当发生过磁通时，如果过励磁的倍数大于伏赫限制的启动值，伏赫限制先动作于减少铁芯内磁通，伏赫限制启动值应大于发电机电压正常运行上限(两者均是标幺值，频率的标幺值取1)，限制值可等于或略低于发电机电压正常运行上限，如发电机电压正常运行上限为1.05，伏赫限制启动值可选1.08，限制值可选1.05。过激磁保护通过切机操作阻止过激磁现象继续恶化，通常包括两套方案。第一套方案由过激磁保护定时限低定值和定时限高定值两段组成，低定值动作于发信告警，高定值跳闸切机；第二套方案过激磁保护由定时限告警段和反时限跳闸段组成，反时限动作特性曲线(见图3)由下限段、反时限段和上限段组成，每段都对应一个跳闸时限。
[0044]
过激磁保护根据发变组允许过激磁的耐受能力进行整定计算，应与发变组中发电机或变压器过激磁特性较弱者相匹配，当发电机与变压器之间有断路器时，应分别为发电机和变压器配置过激磁保护。伏赫限制器的参数设置应与过激磁保护动作特性协调配合，如果机组配有定时限过激磁保护和反时限过激磁保护两套方案，则伏赫限制不但要与定时限过激磁保护配合，还要与反时限过激磁保护配合，遵循伏赫限制先于过激磁保护动作，具有更高的灵敏度，从一定意义上来讲，过激磁保护可以看作是伏赫限制的后备，归纳总结两者之间的配合整定原则如下：
[0045]
1)励磁调节器中伏赫限制器的参数设置应与过激磁保护动作特性相配合，遵循伏赫限制灵敏度高于过激磁保护的原则。
[0046]
2)发电机组过激磁保护可装设由低定值和高定值两部分组成的定时限过激磁保护或反时限过激磁保护，宜优先装设反时限过激磁保护。
[0047]
3)发电机组过激磁保护如果配置定时限保护，其低定值部分应动作于信号，高定值部分应动作于解列。
[0048]
4)发电机组过激磁保护如果配置反时限保护，反时限保护应动作于解列。
[0049]
5)过激磁保护长时间运行的定值不得低于1.07倍。
[0050]
综上所述，伏赫限制与过激磁保护以及过激磁能力曲线之间的合理配合关系如图4所示，图4中曲线1为制造厂提供的过激磁能力曲线，曲线2为整定的过激磁保护反时限曲线，曲线3为伏赫限制曲线。
[0051]
由图4可知，合理的配合关系是伏赫限制应完全在过激磁保护的下方，过激磁保护完全在过激磁能力曲线之下，没有重叠区域，并且留出一定的合理级差。这样保证了发电机发生过激磁时，过激磁倍数先达到伏赫限制的启动值，动作减小磁通的增加，如果伏赫限制动作不能把磁通限制到正常运行的合理范围内，则经过一个合理的级差，过激磁倍数将达到过激磁保护的启动值，动作于跳闸切机，但是过激磁保护的整定值不能超越过激磁能力曲线。
[0052]
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的发变组过激磁保护协调配置的评估方法进一步限定，在本实施方式中，相应发电机能够安全稳定运行，指：
[0053]
当发变组发生过激磁时，发变组内的过激磁倍数先达到伏赫限制动作特性曲线的启动值，限制住过激磁的增加，当伏赫限制未能限制住过激磁的增加时，过激磁倍数达到定时限过激磁保护动作特性曲线的启动值时，动作于跳闸切机，防止发变组损坏，保证发电机的安全运行。
[0054]
本实施方式中，发变组过激磁保护协调配置自动评估方法
[0055]
为了实现发变组过激磁保护协调配置的自动校核评估，需要对发变组过激磁保护的索引信息、定值表以及校核表进行建模，建模所需信息来自国家电网智能电网调度技术支持系统(d5000)黑龙江网厂协调电子台帐中的基础数据。
[0056]
1)基础数据的形成，在d5000网厂协调模块中，通过远方数据导入，形成中间数据文件。最后，通过数据整合将中间数据转化成所需的计算数据。
[0057]
2)索引信息建模，由于电网中机组数目庞大，发变组过激磁保护和伏赫限制的关系复杂，直接逐一校核较为困难。根据分层分解的原则将整个电网分解成发电厂、机组、过激磁保护和伏赫限制三个层级，各个层级之间的关系相互关联，采用层次逻辑图方式，即电力系统网络—发电厂—发电机组—过激磁保护/伏赫限制—定值信息存储和查询，各个层级之间的关系如图2所示。通过层级建模，可以方便、准确地索引到每一个电厂过激磁保护和伏赫限制模型，进行相应的信息存储和查询。其中，发电厂可通过电厂名称及电厂id编号唯一确定，发电机则可通过机组名称、基准电压和机组id编号进行索引。
[0058]
3)定值表建模，定值是描述保护动作特性的重要参数，通常以定值表的形式存在。在定值表中每行数据包含有发电厂名称、发电厂id编号，发电机组名字、发电机基准电压、变压器基准电压、发电机组id编号、保护名称、保护编号、过激磁保护采用的整定原理、保护定值等，这些数据能准确唯一地对应电网中某电厂的某台机组的过激磁保护整定参数。为了实现对全网机组过激磁保护和伏赫限制的自动校核，需要为每个校核对象建立相应的定值表。定值表模型由保护对象索引信息和定值信息两部分组成，其中索引信息用于确定校核对象位置。索引信息和定值信息共同构成了过激磁保护和伏赫限制模型与相应定值之间的关联映射。表1针对过激磁保护、伏赫限制、过激磁能力给出了定值表的结构，其中每个定值信息项包含了序号、定值名称、数据类型、长度和单位。在表1中，过激磁保护参数可以看作由描述过激磁保护的索引信息和定值两部分组成，过激磁保护整定参数中若保护原理为0表示保护整定采用发电机过激磁保护，为1表示保护采用的是变压器过激磁保护；过激磁保护出口类型0表示投报警信号，1表示投出口跳闸，同样，伏赫限制定值参数和过激磁能力定值参数也可以同样的方式一起引入。
[0059]
表1索引定值表格式
[0060]
[0061]
[0062][0063]
4)校核表建模，对发电机过激磁保护和伏赫限制逻辑建模，并统计待校核对象，生成校核表。在校核表中每行数据表示一台机组的一种校核操作，由校核表统计出待校核的发电机组个数，并在自动校核程序中新建相应个数的类对象，对类对象进行初始化。为了实现自动校核，需要对相应的校核操作进行规范。校核表模型根据分层的方式来确定校核表的格式，分层的方式涉及电厂、发电机组、过激磁保护和伏赫限制三个层级。在校核表中，每行校核命令包括发电厂名称、电厂id、发电机组名称、发电机基准电压、变压器基准电压、发电机组id、保护名称、限制名称实现一种校核功能。对发电机组配合关系校核时，需要同时确定发电机组配置的过激磁保护以及与其对应的伏赫限制。表2给出了过激磁保护校核的数据格式，待校核对象则由索引信息(即发电厂名称、发电厂id编号，发电机组名字、发电机基准电压、变压器基准电压、发电机组id编号、保护名称、保护编号)确定，并通过索引信息实现与定值表的关联映射。在具体实现上，配合关系静态校核由待校核的保护和对应限制共同组成。
[0064]
表2校核表示例
[0065][0066]
5)机组过激磁保护、伏赫限制、过激磁能力配合关系自动校核的流程，依各个模型中存储的待校核的过激磁保护和伏赫限制定值信息拟合或整定生成过激磁保护和伏赫限制动作特性曲线，通过过激磁保护与伏赫限制之间的配合整定原则实现对发电机上装设的伏赫限制与过激磁保护配合关系之间的自动校核，同时引入发电机、变压器过激磁能力，与过激磁保护相比较，判断过激磁保护协调配合的正确性，最后计算并保存动作特性曲线以
及输出配合关系的评价信息，根据输出的评价信息可以方便地统计出全网过激磁保护与伏赫限制的配合状况以及机组安全运行的评估结果。图1给出了判断发变组过激磁保护协调配置正确与否的自动评估静态校核详细流程，过激磁保护与伏赫限制不能超过机组过激磁能力，过激磁保护根据发变组允许过激磁的耐受能力进行整定计算，应与发变组中发电机或变压器过激磁特性较弱者相匹配，当发电机与变压器之间有断路器时，应分别为发电机和变压器配置过激磁保护。伏赫限制器的参数设置应与过激磁保护动作特性协调配合，如果机组配有定时限过激磁保护和反时限过激磁保护两套方案，则伏赫限制不但要与定时限过激磁保护配合，还要与反时限过激磁保护配合，遵循伏赫限制先于过激磁保护动作，过激磁保护的整定值不超越过激磁能力，则表明三者配合关系合理，发电机可以安全运行，否则，配合存在问题，发电机运行存在安全隐患。
[0067]
表3：调节器定值单
[0068][0069]
1、表3为伏赫限制具体定值单样例，与表1伏赫限制定值相同，只不过表1没有列全，按照上表定值，伏赫限制动作下限为106％，也就是定值设定为1.06，伏赫限制间隔倍数为5％，表示每隔0.05取一个点，在坐标系中拟合伏赫动作特性曲线，横坐标为动作时间，纵坐标为伏赫比值倍数，对应上表定值单取五点为：
[0070]
第1点1.06 40；(因1.06是动作下限值，所以下面的每个点按间隔倍数增加0.05)
[0071]
第2点1.11 8；
[0072]
第3点1.16 3；
[0073]
第4点1.21 1；
[0074]
第5点1.26 0.1；
[0075]
由以上五点可以拟合一条近似曲线为伏赫限制动作曲线，如图5。
[0076]
2、由定值表判定过激磁保护原理是一个独立的过程，与伏赫限制动作特性曲线无关，这个可以理解为分别调用定值表，拟合伏赫限制动作特性曲线先调用定值表，过激磁保护原理后调用定值表，只有流程上的先后顺序，没有逻辑关系。
[0077]
3、过激磁保护动作特性曲线分为定时限和反时限，定时限过激磁保护取值表1中10-15，反时限过激磁保护特性曲线由表1中18-34拟合。假设定值表定值如下：
[0079][0080][0081]
由上表可知，定时限i段定值v/f定值为1.3，定时限i段延时0.5秒，定时限i段保护出口为解列灭磁，表明当过激磁达到定值1.3时，经0.5秒延时发电机跳闸；定时限ii段定值为1.2，定时限ii段延时6秒，定时限ii段保护出口为投信号，表明当过激磁达到定值1.2时，经6秒延时发告警信号；
[0082]
在坐标系中拟合反时限过激磁保护动作特性曲线，横坐标为动作时间，纵坐标为
伏赫比值倍数，取上表18-33(与表1相同)拟合曲线，对应上表定值单取八点为：
[0083]
第1点1.3 0.5；
[0084]
第2点1.28 1；
[0085]
第3点1.25 2；
[0086]
第4点1.22 5；
[0087]
第5点1.2 6；
[0088]
第6点1.17 15；
[0089]
第7点1.15 18；
[0090]
第8点1.1 50；
[0091]
通过以上八点可以拟合反时限过激磁保护特性曲线如图6，拟合的曲线投跳闸表明越过曲线时发电机全停。
[0092]
4、当发电机或变压器过激磁保护同时投入定时限过激磁保护和反时限过激磁保护时，定时限过激磁保护低定值投信号，高定值投跳闸；反时限过激磁保护全部定值都投跳闸，因此需要定时限过激磁保护与反时限过激磁保护中信号和跳闸相配合，即定时限过激磁保护达到低定值时应该先发信号，防止定时限低定值大于反时限全部定值中的最小定值而导致反时限先动作跳闸(因反时限全段都是投跳闸，应该先发信号后跳闸)。
[0093]
定时限过激磁保护低定值指的是表中10和13对应的“定时限i段定值”和“定时限ii段定值”中最小的那个定值，比如定时限i段定值设为1.07，定时限ii段定值设为1.1，定时限过激磁保护低定值为最小的定时限i段定值1.07。
[0094]
反时限下限定值是反时限过激磁保护的最小定值，投跳闸，对应于表中的32，假如反时限下限定值设置为1.2，那么定时限低定值(定时限i段定值设为1.07，投信号)小于反时限下限定值1.2(投跳闸)，说明先定值达到1.07发信号后达到1.2跳闸，配置合理，假如定时限低定值设置为1.2投信号，反时限下限定值1.1投跳闸，那么先达到反时限1.1跳闸而定时限1.2的信号没发出，配置不合理。
[0095]
5、假设表中“定时限i段定值”为定时限过激磁保护低定值(“定时限i段定值”和“定时限ii段定值”中最小的)，对应于定时限过激磁保护低定值(定时限i段定值)延时时间为表中的11(即定时限i段延时)，假设定时限i段延时设置时间为12秒，假如定时限i段定值设为1.07，那么表示当达到定值1.07时延时12秒定时限过激磁保护动作，发信号(因为低定值投信号)。反时限下限定值是反时限过激磁保护的最小定值，投跳闸，对应于表中的32，假如反时限下限定值设置为1.2，其对应的反时限下限延时为表中33，假设此时反时限下限延时定值时间设为5秒，表示当反时限定值达到1.2时，延时5秒发电机跳闸。
[0096]
逻辑关系为：当过激磁达到定时限过激磁保护定值1.07时，开始计时，12秒内不会发出信号，当计时达到12秒才会发信号，在这12秒时间段内，过激磁不断增加，当从时间0秒累积计时到3秒时，过激磁增加到反时限过激磁保护定值1.2时，反时限过激磁保护延时时间开始计时，5秒后，也就是定时限计时到8秒(3秒+5秒)，反时限过激磁保护动作跳闸，而此时定时限过激磁保护刚延时到8秒，未达到延时时间定值的12秒，未发出告警信号，而反时限保护已经动作跳机了。正常的逻辑要求：告警信号要早于发电机跳闸信号发出。
[0097]
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式二所述的发变组过激磁保护协调配置的评估方法进一步限定，在本实施方式中，过激磁倍数n表示为：
[0098][0099]
式中，b、bn分别为磁通量、额定磁通量；u、f分别为机端电压、频率；un、fn分别为额定电压、额定频率；u
*
、f
*
分别为电压标么值、频率标么值，u
t
＝4.44fwbs，u
t
表示绕组外加电压，b表示磁通密度，f表示频率，w表示铁芯绕组匝数，s表示铁芯截面积。
[0100]
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式二所述的发变组过激磁保护协调配置的评估方法进一步限定，在本实施方式中，根据第j个发电机组伏赫动作特性信息拟合得到伏赫限制动作特性曲线，具体为：
[0101]
发电机组伏赫限制动作特性信息包括伏赫限制动作下限、伏赫限制动作下限动作时间、伏赫限制间隔倍数和多个伏赫兹动作时间，以伏赫限制动作下限为第一个点，每隔伏赫限制间隔倍数取一个点，为每个伏赫兹动作时间取一个对应的点，以伏赫限制动作下限动作时间和多个伏赫兹动作时间为横坐标，以伏赫限制动作下限和为每个伏赫兹动作时间取的对应点为纵坐标，得到伏赫动作特性曲线。
[0102]
具体实施方式五：本实施方式是对具体实施方式一所述的发变组过激磁保护协调配置的评估方法进一步限定，在本实施方式中，所述步骤8还包括：
[0103]
对存在安全隐患的相应发电机，修改定值表，使相应发电机能够安全稳定运行。
[0104]
本实施方式中，在发现相应发电机存在安全隐患时，这时修改人为设定的定值表，使得发电机发生过激磁时，发电机内的过激磁倍数先达到伏赫限制动作特性曲线的启动值，然后过激磁倍数再达到时限过激磁保护动作特性曲线的启动值时，动作于跳闸切机，保证发电机的安全运行。但是过激磁保护的整定值不能超越过激磁能力曲线。修改成如图4的方式，才能保证发电机的安全。
[0105]
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。