专利名称：用于保护同步机来避免由磁极滑动引起的损坏的方法
技术领域：
本发明的主题是用于保护同步机来避免由磁极滑动引起的损坏的方法，该方法在电力网中的发电单元中或驱动单元中的同步机操作期间能适用。发明性方法使用由同步机中的过载和励磁损耗所产生的磁极滑动以及由故障和电压崩溃引起的磁极滑动的检测。发明性方法在同步马达和同步发电机中都能适用。
背景技术：
作为发电或驱动单元的一部分而操作的同步机中的转子磁极的滑动可以由于延迟消除电力网中的故障或由于同步机的不正确励磁而发生。由于连续磁极滑动的缘故，同步机可能失去与电力网的同步。在同步机的发电机模式操作情况下的磁极滑动期间，可能发生转子扭矩的摆动以及输送给电力网的有功功率的波动。如果磁极滑动由励磁损耗产生，机械和电效应可以忽略，但如果在全励磁的情况下出现该现象，则它的效应可能对于发电机本身以及对于电力网是有害的。此外，磁极滑动期间有功功率变化明显伴随着同步发电机的输出端上的电压波动。用于测量负载角(也称为功率角)的方法和用于基于负载角的值检测同步发电机中的磁极滑动的方法从专利申请W02008/102105中获悉。该方法通过测量在包含励磁器的单元和具有永磁体(其激励该励磁器)的机器中工作的同步发电机的负载角的值而实现，并且它提供有用于测量在具有永磁体的机器的定子中感应的电压的设备以及测量在同步发电机的定子中感应的电压的设备，以及用于比较测量的电压波形的设备。在呈现的单元中，凭借比较器来测量负载角并且测量在于将发电机定子的电压波形的相移与具有永磁体的机器的转子的电压波形比较。为了进行比较，这两个电压都从正弦波形转变为矩形信号的形式，并且然后测量它们之间的相移。接着，使用相移的值来计算负载角，并且在这之后将负载角与对同步发电机确定的参考值比较，并且计算负载角随时间的变化。如果负载角的值超出参考值，这将直接指示可能在同步发电机中检测到磁极滑动。如果检测到磁极滑动，适当的报警信号将发送到控制发电机的设备以采取进一步措施，所述措施在于断开发电机断路器并且立即关闭发电机。负载角的值随时间的变化用作发生磁极滑动的指示。如果检测到负载角的值突然变化(其大于预定阈值)，适当的报警信号将发送到控制发电机操作的设备并且将采取导致关闭发电机的进一步的动作。磁极滑动现象检测的准确度直接取决于独立地对不同类型的同步发电机确定的参考值。负载角测量的准确度取决于用于测量在具有永磁体的机器的定子中感应的电压以及在同步发电机的定子中感应的电压的仪器的准确度，或取决于比较测量的电压波形的设备的准确度。在呈现的方法中，同步发电机中滑动现象的检测取决于用于激励发电机的励磁器的类型，并且在同步发电机(其包含励磁装备而不是在描述的方法中所呈现的装备)的情况下，无法实现它。如果没有来自具有永磁体的机器的定子的电压信号(其激励励磁器)，无法进行这样的信号与发电机定子的电压波形的信号之间的比较。在两个出版物中，第一个是由Redfern M.A., Checksfield M.J.撰写的“A newpole slipping protection algorithm for dispersed storage and generation usingthe equal area criterion，，(IEEE Transaction in Industrial Application,87年9月，卷 IA-23，第 5 期，页 777-785)，并且第二个由 Redfern M.A., Checksfield M.J., H.T.Yip 撰写的 “Field Trials to Demonstrate the Performance of a new Pole SlippingProtection，，(“Developments in Power System Protection，，，1997 年 3 月 25-27 日，会议出版，第434期，页44-47)，呈现用于保护同步机来避免由转子磁极滑动引起的损坏的方法。在这些出版物中，呈现与公用事业供应系统并行操作的同步发电机磁极滑动的基于电力的方法。为了检测过临界稳定点操作，该方法使用三相无功功率Q、三相有功功率P以及有功功率的变化率dP/dt。无功功率Q用于告知发电机是否以大于90°的负载角操作。从正交轴同步电抗Xq计算无功功率Q跳闸水平Qtrip，并且其被输入作为外部设置。根据发电机操作点自动调整有功功率跳闸水平Pt。还根据发电机操作点连续调整功率跳闸设置的变化率。引入1.5个电力系统循环时间约束来确保方法在短路故障期间仍然稳定。大部分的故障将不满足跳闸标准中的全部，但少数仅持续小于一个电力循环地使标准得到满足。方法使用发电机参数:正交轴同步电抗Xq、直轴瞬态电抗Xd连同发电机额定值Sgen,以及发电机操作点来得出跳闸水平。通过根据电流操作点而动态调整跳闸设置，该方法可以使用灵敏的跳闸水平来快速检测由于稳态或动态不稳定性而发生的磁极滑动。在瞬态干扰期间，自动使用较大的跳闸水平，从而确保在稳定的功率摇摆期间没有误跳闸。相似的方法在M.A., Checksfield M.J.的出版物“A study into a newsolution for the problems experienced with pole slipping protection，， (IEEETransaction on Power Delivery, 98 年 4 月，卷 10,第 2 期，页 394-404)中呈现。这两个之前呈现的出版物的仅有差异在于计算Qtrip的等式的方法不同，其中Qtrip是无功功率Q的阈值水平。
发明内容
—种用于保护同步机(其是发电或驱动单元的一部分)来避免由转子磁极滑动引起的损坏的方法的本质是测量的同步机的电流和电压信号以及假设的永久参数是用于确定在特定的采样频率fs发生干扰的二进制逻辑指示符Trig_start (其取决于有功功率波形)的基础，对于其干扰发生标准证明是有效的，该干扰发生标准在被满足时意指可以发生磁极滑动。然后，确定磁极滑动的二进制逻辑指示符PS_det，对于其磁极滑动发生标准证明对于发电机模式或驱动模式是有效的，该标准在被满足时，在发生磁极滑动情况下转子操作的时间被累计。确定关于激活PS_trip的决定的二进制逻辑指示符，对于其超出在滑动情况下转子操作所允许的阈值的标准证明是有效的，该标准在被满足时，自动激活保护同步机来避免滑动的措施。如果，在执行干扰发生检测过程期间，在限定的时间内未满足干扰发生标准，实行突然干扰检测的过程和/或应计干扰检测的过程。实行这两个过程直到对于发电机模式或对于马达模式满足磁极滑动发生标准，在这之后继续如先前的进一步动作。检测突然干扰的过程通过证实突然干扰发生标准的真实性而执行，其在满足下面的逻辑关系时被满足:
权利要求
1.一种用于保护同步机来避免由转子磁极滑动引起的损坏的方法，所述同步机是发电或驱动单元的一部分，所述方法在于检测所述同步机(2)中的磁极滑动并且用信号通知紧急状况或使机器(2)从所述电力网(3)断开、使用计算机测量设备(6)用于转换测量的信号、使用有功功率(P)和无功功率(Q)的因变量以及对有功功率(P)和无功功率(Q)计算的阈值水平，其特征在于，根据所述同步机(2)的测量的电流和电压信号以及假设的永久参数，在预定采样频率(fs)确定依赖于有功功率波形的干扰发生的二进制逻辑指示符(Trig_start)，对于所述指示符，干扰发生标准证明是有效的，所述干扰发生标准在被满足时意指能够发生磁极滑动，然后确定磁极滑动的二进制逻辑指示符(PS_det)，对于其，磁极滑动发生的标准证明对于发电机模式或驱动模式是有效的，所述标准在被满足时，在磁极滑动发生的情况下转子操作的时间被累计，确定关于跳闸动作的决定的二进制逻辑指示符(PS_trip)，对于其超出在滑动情况下转子操作所允许的阈值的标准证明是有效的，所述标准在被满足时，自动激活保护所述同步机(2)来避免滑动的措施，并且如果，在执行所述干扰发生检测过程期间，在限定的时间后，未满足所述干扰发生标准，实行突然干扰检测的过程和/或应计干扰检测的过程，实行所述过程直到对于所述发电机模式或对于马达模式满足所述磁极滑动发生标准，在这之后继续如先前的进一步动作，其中检测突然干扰的过程通过证实突然干扰发生标准的真实性而执行，其在满足下面的逻辑关系时被满足:
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在干扰发生的所述二进制指示符(Trig_start)呈现等于I的逻辑值时满足所述干扰发生标准，逻辑值I意指真。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在分别满足下面的逻辑关系时满足对于所述发电机模式或对于所述马达模式的所述磁极滑动发生标准: 〇对于发电机操作模式:
4.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，在检测的磁极滑动期间累计的操作时间超出由用户确定的阈值N7时并且在已经检测到磁极滑动时满足超出在滑动情况下转子操作的可允许阈值的标准。
5.如任一前述权利要求所述的方法，其特征在于，所述计算机测量设备(6)是数字保护继电器。
6.一种用于保护同步机(2)来避免由转子磁极滑动引起的损坏的系统，所述同步机(2)是发电/驱动单元(I)的一部分，所述系统包含用于测量电流(4)和电压(5)的传感器以及计算机测量设备(6)，其特征在于，它包含干扰检测模块(13)、磁极滑动检测模块(14)和判定模块(15)，在所述计算机设备(6)的存储器中实现的它们执行如权利要求1-5所述的方法。
7.一种用于保护同步机(2)来避免由转子磁极滑动引起的损坏的计算机程序，所述同步机(2)是发电或驱动单元(I)的一部分，所述计算机程序能加载到所述计算机测量设备(6)内并且能在所述计算机测量设备(6)中执行，其特征在于，在程序运行期间它执行如权利要求1-5所述的方法。
全文摘要
本发明的主题是用于保护同步机(2)来避免由磁极滑动引起的损坏的方法，该方法在电力网中的发电单元或驱动单元(1)中的同步机操作期间能适用。在发明性方法中，测量的同步机(2)的电流和电压信号以及假设的恒定参数是用于确定干扰发生的二进制逻辑指示符(Trig_start)的基础，对于其干扰发生标准证明是有效的，该干扰发生标准在被满足时意指可以发生磁极滑动，然后确定磁极滑动的二进制逻辑指示符(PS_det)，对于其磁极滑动发生标准证明对于发电机模式或驱动模式是有效的，该标准在被满足时，在发生磁极滑动情况下转子操作的时间被累计，确定关于跳闸动作的决定的二进制逻辑指示符(PS_trip)，对于其超出在滑动情况下转子操作所允许的阈值的标准证明是有效的，该标准在被满足时，自动激活保护同步机(2)来避免滑动的措施。如果，在执行所述干扰发生检测过程的期间，在限定的时间后未满足所述干扰发生标准，实行突然干扰检测过程和/或应计干扰检测的过程，实行这些过程直到对于所述发电机模式或对于所述马达模式满足所述磁极滑动发生标准，在这之后继续如先前的进一步动作。
文档编号H02P9/10GK103210578SQ201180055006
公开日2013年7月17日 申请日期2011年10月17日 优先权日2010年11月15日
发明者J.克拉塔, A.布雷克 申请人:Abb 技术有限公司