Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЙ ЗАЩИТЫ ПРИ ПРЕОБРАЗОВАНИИ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ВЫХОДНОГО ТРАНСФОРМАТОРА СИСТЕМЫ СО СТАТИЧЕСКИМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

[0001] Настоящее изобретение относится к области релейной защиты для электроэнергетических систем, в частности к способу дифференциальной защиты при преобразовании частоты для выходного трансформатора системы со статическим преобразователем частоты (СПЧ) и к соответствующему устройству релейной защиты или устройству контроля.

ОПИСАНИЕ ПРЕДШЕСТВУЮЩЕГО УРОВНЯ ТЕХНИКИ

[0002] Система с СПЧ, как правило, применяется на гидроаккумулирующих электростанциях и газотурбинных генераторных установках большой мощности, для осуществления пуска установки с преобразованием частоты. В настоящее время используемые внутри страны системы с СПЧ являются устройствами, полностью ввозимыми из-за рубежа. Релейная защита системы с СПЧ, как правило, интегрирована в регулятор СПЧ. Частоты токов на сторонах высокого и низкого напряжения выходного трансформатора системы с СПЧ являются варьируемыми, а все алгоритмы дифференциальной защиты для традиционных трансформаторов берут за основу промышленную частоту тока; по этой причине применение функции релейной защиты для выходного трансформатора затруднено. Кроме того, ни одна из зарубежных систем с СПЧ не оснащена функцией дифференциальной защиты для выходного трансформатора, а максимальная токовая защита без выдержки времени служит в качестве первичной быстродействующей защиты; в результате чувствительность является низкой, что негативно сказывается на защищаемом устройстве.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническая проблема

[0003] Целью настоящего изобретения является создание способа дифференциальной защиты при преобразовании частоты для выходного трансформатора системы с СПЧ, который использует алгоритм защиты пуска и останова генератора, не зависящий от частоты, для расчета амплитудных значений тока небаланса и тормозного тока выходного трансформатора, чтобы осуществить дифференциальную защиту с торможением, адаптацию к изменению частоты в широком диапазоне, а также улучшить чувствительность обнаружения внутреннего короткого замыкания выходного трансформатора.

Техническое решение

[0004] Техническое решение, используемое в настоящем изобретении, следующее: в способе дифференциальной защиты при преобразовании частоты для выходного трансформатора системы с СПЧ устройство защиты системы с СПЧ измеряет трехфазный ток на каждой стороне выходного трансформатора системы с СПЧ; фазовая коррекция и регулировка коэффициента баланса выполняются по току на каждой стороне выходного трансформатора в соответствии со схемой соединения обмоток выходного трансформатора для вычисления значений выборки корректирующего тока на каждой стороне и тока небаланса; алгоритм защиты пуска и останова генератора, не зависящий от частоты, используется для расчета амплитудных значений корректирующего тока, тока небаланса и тормозного тока; при этом дифференциальная защита при преобразовании частоты для выходного трансформатора осуществляется с помощью тормозной дифференциальной характеристики в соответствии с величинами тока небаланса и тормозного тока.

[0005] Выходной трансформатор может быть двухобмоточным трансформатором или трехобмоточным трансформатором; в соответствии со схемой соединения обмоток выходного трансформатора сторона, обмотки которой соединены в треугольник, используется в качестве эталона для выполнения фазовой коррекции на стороне, обмотки которой соединены в звезду; и в то же время, с учетом того, что вторичные номинальные токи на каждой стороне трансформатора различны, коэффициент баланса каждой стороны регулируется, чтобы вычислить дискретные значения корректирующего тока на каждой стороне выходного трансформатора и ток небаланса.

[0006] Алгоритм защиты пуска и останова генератора, не зависящий от частоты, используется для расчета амплитудных значений корректирующего тока, тока небаланса и тормозного тока, чтобы осуществить адаптацию к изменению частоты в широком диапазоне, при этом алгоритм защиты пуска и останова включает интегральный алгоритм определения точки перехода через нуль и метод определения максимального текущего значения.

[0007] Способ расчета коэффициента баланса для каждой стороны такой же, как и для дифференциальной защиты традиционного трансформатора, коэффициент баланса на стороне высокого напряжения обозначен K_H, коэффициент баланса на стороне 1 низкого напряжения обозначен K_L1 и коэффициент баланса на стороне 2 низкого напряжения обозначен K_L2; , , , , , , , и рассчитываются и являются дискретными значениями выборки трехфазных корректирующих токов на стороне высокого напряжения, стороне 1 низкого напряжения и стороне 2 низкого напряжения соответственно; и

трехфазные токи небаланса рассчитываются с помощью корректирующего тока на стороне высокого и низкого напряжения:

формула (1)

где , и - дискретные значения выборки токов небаланса трех фаз соответственно.

[0008] При использовании алгоритма защиты пуска и останова генератора, не зависящего от частоты, амплитудные значения ( , и ) корректирующих токов на стороне высокого напряжения рассчитываются с использованием значений выборки корректирующих токов на стороне высокого напряжения; амплитудные значения ( , и ) корректирующих токов на стороне 1 низкого напряжения рассчитываются с использованием значений выборки корректирующих токов на стороне 1 низкого напряжения; амплитудные значения ( , и ) корректирующих токов на стороне 2 низкого напряжения рассчитываются с использованием значений выборки корректирующих токов на стороне 2 низкого напряжения; и амплитудные значения ( , и ) токов небаланса рассчитываются с использованием значений выборки токов небаланса.

[0009] Тормозные токи рассчитываются с помощью корректирующих токов на сторонах высокого и низкого напряжения следующим образом:

формула (2)

где , и - тормозные токи трех фаз соответственно.

[0010] Дифференциальная защита при преобразовании частоты для выходного трансформатора осуществляется с помощью тормозной дифференциальной характеристики в соответствии с величинами тока небаланса и тормозного тока, при этом тормозная дифференциальная характеристика может быть билинейной или полилинейной тормозной характеристикой, тормозной характеристикой с двумя коэффициентами торможения или тормозной характеристикой с переменным коэффициентом торможения.

[0011] Уравнение срабатывания дифференциальной защиты с билинейной тормозной характеристикой следующее:

формула (3),

где I_r - тормозной ток, I_d - ток небаланса, I_s - начальный ток срабатывания дифференциальной защиты, I_t - начальный тормозной ток, k - коэффициент торможения; и

используется определение изменения состояния: если условия уравнения срабатывания по формуле (3) удовлетворяются, то происходит срабатывание дифференциальной защиты выходного трансформатора.

Полезный эффект изобретения

[0012] Полезные эффекты настоящего изобретения следующие: осуществлена дифференциальная защита при преобразовании частоты для выходного трансформатора системы с СПЧ, причем способ защиты в настоящем изобретении адаптирован к изменению частоты в широком диапазоне, по сравнению с максимальной токовой защитой без выдержки времени значительно улучшает чувствительность обнаружения внутреннего короткого замыкания в выходном трансформаторе и лучше обеспечивает безопасность устройства.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0013] На фиг. 1 представлена принципиальная схема системы с СПЧ и измерения тока на каждой стороне выходного трансформатора в соответствии с настоящим изобретением, где TR1 - входной трансформатор, TR2 - выходной трансформатор, Ld - дроссель постоянного тока, NB1 - мостовой выпрямитель 1 стороны сетевых мостов, NB2 - мостовой выпрямитель 2 стороны сетевых мостов, MB1 - инверторный мост 1 стороны машинных мостов, MB2 - инверторный мост 2 стороны машинных мостов, VCB1 - входной автоматический выключатель, VCB2 - выходной автоматический выключатель, S1 - рубильник на стороне низкого напряжения выходного трансформатора, S2 - рубильник байпаса, СТ1 и СТ2 - трансформаторы тока на стороне 1 и 2 низкого напряжения выходного трансформатора соответственно, CT3 - трансформатор тока на стороне высокого напряжения выходного трансформатора;

[0014] на фиг. 2 приведена билинейная тормозная характеристика, где I_r - тормозной ток, I_d - ток небаланса, I_s - начальный ток срабатывания дифференциальной защиты, I_{t -} начальный тормозной ток, k - коэффициент торможения;

[0015] на фиг. 3 приведена тормозная характеристика с двумя коэффициентами торможения, где I_r - тормозной ток, I_d - ток небаланса, I_s - начальный ток срабатывания дифференциальной защиты, k₁ и k₂ - коэффициент 1 торможения и коэффициент 2 торможения соответственно, I_t1 и I_t2 - начальный тормозной ток 1 и начальный тормозной ток 2, а также аппроксимирующая кривая между двумя этими токами; и

[0016] на фиг. 4 представлена тормозная характеристика с переменным коэффициентом торможения, где I_r - тормозной ток, I_d - ток небаланса, I_s - начальный ток срабатывания дифференциальной защиты, k₁ и k_2, - начальный коэффициент торможения и максимальный коэффициент торможения соответственно, I_t - начальный тормозной ток, и аппроксимирующая кривая между точками с начальным коэффициентом торможения и максимальным коэффициентом торможения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0017] Ниже детально описаны технические решения настоящего изобретения со ссылками на прилагаемый графический материал.

[0018] Как показано на фиг. 1, трехфазные токи измеряются с помощью трансформаторов тока CT на сторонах высокого и низкого напряжения выходного трансформатора, значения выборки корректирующего тока и тока небаланса на каждой стороне выходного трансформатора получают после фазовой коррекции, а регулировку коэффициента баланса выполняют по току на каждой стороне выходного трансформатора в соответствии со схемой соединения обмоток выходного трансформатора.

[0019] В соответствии со схемой соединения обмоток выходного трансформатора сторона, обмотки которой соединены в треугольник, используется в качестве эталона для выполнения фазовой коррекции на стороне, обмотки которой соединенных в звезду; в то же время с учетом того, что вторичные номинальные токи на каждой стороне трансформатора различны, коэффициент баланса на каждой стороне регулируется, чтобы вычислить значения выборки корректирующего тока на каждой стороне и тока небаланса. В качестве примера использована схема соединения обмоток Y, d, d-11, в качестве положительного направления тока выбрано направление тока, втекающего в трансформатор на каждой стороне, значения выборки трехфазных токов на стороне высокого напряжения выходного трансформатора обозначены i_Ha(k), i_Hb(k) и i_Hc(k), значения выборки трехфазных токов на стороне 1 низкого напряжения обозначены i_L1a(k), i_L1b(k) и i_L1c(k), значения выборки трехфазных токов на стороне 2 низкого напряжения обозначены как i_L2a(k), i_L2b(k) и i_L2c(k), таким образом фазовая коррекция трехфазных токов на стороне высокого напряжения выполняется по следующей формуле:

формула (1),

где , и - значения выборки трехфазных токов после выполнения фазовой коррекции на стороне высокого напряжения.

[0020] Способ расчета коэффициента баланса для каждой стороны является таким же, как и в дифференциальной защите традиционного трансформатора, коэффициент баланса на стороне высокого напряжения обозначен K_H, коэффициент баланса на стороне 1 низкого напряжения обозначен K_L1, а коэффициент баланса на стороне 2 низкого напряжения обозначен K_L2, следовательно, формула вычисления значений выборки корректирующих токов на сторонах высокого и низкого напряжения следующая:

формула (2),

где , и - дискретные значения выборки корректирующих токов трех фаз на стороне высокого напряжения соответственно, , и - дискретные значения выборки корректирующих токов трех фаз на стороне 1 низкого напряжения соответственно; и , и - дискретные значения выборки трехфазных корректирующих токов на стороне 2 низкого напряжения соответственно.

[0021] Трехфазные токи небаланса рассчитываются с помощью корректирующего тока на сторонах высокого и низкого напряжения:

формула (3)

где , и - дискретные значения выборки трехфазных токов небаланса соответственно.

[0022] При использовании алгоритма защиты пуска и останова (интегральный алгоритм определения точки перехода через нуль и метод определения текущего максимального значения см. в документе Chen Deshu. Principle and Technology for Computer Relay Protection [M]. Beijing: China Electric Power Press, 1992.), не зависящий от частоты и обдуманно применяемый при защите генератора, амплитудные значения ( , и ) корректирующих токов на стороне высокого напряжения рассчитываются с использованием дискретных значений выборки корректирующих токов на стороне высокого напряжения; амплитудные значения ( , и ) корректирующих токов на стороне 1 низкого напряжения рассчитываются с использованием значений выборки корректирующих токов на стороне 1 низкого напряжения; амплитудные значения ( , и ) корректирующих токов на стороне 2 низкого напряжения рассчитываются с использованием значений выборки корректирующих токов на стороне 2 низкого напряжения; и амплитудные значения ( , и ) токов небаланса рассчитываются с использованием значений выборки токов небаланса.

[0023] Тормозные токи рассчитываются с помощью корректирующих токов на сторонах высокого и низкого напряжения следующим образом:

формула (4),

где , и - тормозные токи трех фаз соответственно.

[0024] Дифференциальная защита при преобразовании частоты для выходного трансформатора осуществляется с помощью тормозной дифференциальной характеристики в соответствии с величинами тока небаланса и тормозного тока. Как показано на фиг. 2, фиг. 3 и фиг. 4, тормозная дифференциальная характеристика может быть билинейной или полилинейной тормозной характеристикой, тормозной характеристикой с двумя коэффициентами торможения или тормозной характеристикой с переменным коэффициентом торможения (см. документ Gao Chunru. Setting Calculation and Operation Technology of Relay Protection for Large Generator Unit (second edition) [M]. Beijing: China Electric Power Press, 2010.)

[0025] При использовании в качестве примера билинейной тормозной характеристики, приведенной на фиг. 2, уравнение срабатывания дифференциальной защиты следующее:

формула (5)

где I_r - тормозной ток, I_d - ток небаланса, I_s - начальный ток срабатывания дифференциальной защиты, I_t - начальный тормозной ток, k - коэффициент торможения.

[0026] Используется определение изменения состояния: если условия уравнения срабатывания формулы (5) удовлетворяются, то происходит срабатывание дифференциальной защиты выходного трансформатора.

[0027] Вышеприведенные варианты осуществления изобретения используются только для описания технических идей настоящего изобретения и не ограничивают объем патентной защиты настоящего изобретения, а любое видоизменение, выполненное на основании технических решений в соответствии с техническими идеями, предложенными в настоящем изобретении, будет находиться в пределах объема патентной защиты настоящего изобретения.