CN111460750B - 一种发电机、变压器保护整定值自动生成***和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种发电机、变压器保护整定值自动生成***和方法，能根据包括大方式下***各节点最大短路电流计算、冲击电流计算、故障电流衰减特性及稳定周期分量计算进行校核一次设备的短路容量及动、热稳定性，能自动计算大型水轮发电机、变压器保护整定值，并按照装置既定的定值单格式输出保护定值单，同时可对设备动稳定性及热稳性校核，输出校核结果，解决电厂对发电机、变压器保护装置定值计算和设备短路容量核算的问题，本发明在水电站具有极高的推广价值，适合具有一般的专业知识的电力技术人员使用，可推广用于火电厂的发电机、变压器保护整定计算、电力***变压器保护整定计算、电力***故障分析、潮流计算等，其延申应用开发用途广。

Description

一种发电机、变压器保护整定值自动生成***和方法
技术领域
本发明属于电力***继电保护技术领域，主要涉及发电机、变压器保护整定值自动生成***和方法。
背景技术
据继电保护设计规范“六统一”原则中“统一的定值、报告格式”要求，使得由计算机自动计算和生成定值单成为可能。
根据继电保护技术监督工作要求定期开展继电保护整定值的校核工作，同时根据***变化定期开展对设备动稳定性及热稳性校核工作。一般电厂因专业技术限制，这些工作往往需委托专业机构开展而投入较大的资金，如云南工信委电力【2017】266号文件要求发电机、变压器保护定值整定计算工作需委托相关试验研究院进行，其收费为数十万元/台。
发明内容
为解决上述现有技术存在的不足，发明人经过研发设计，提供了一种发电机、变压器保护整定值自动生成***和方法，能自动计算大型水轮发电机、变压器保护整定值，并按照装置既定的定值单格式输出保护定值单，同时可对设备动稳定性及热稳性校核，输出校核结果，解决电厂对发电机、变压器保护装置定值计算和设备短路容量核算的问题。
具体的，本发明是这样实现的：
一种发电机、变压器保护整定值自动生成***，包括：
设备参数输入及等效阻抗生成模块，用于输入电力***设备原始参数信息并进行输入格式编制、基准值的换算，保护装置常规值、保护现场调试和试验实测值；并进行***等效阻抗和标幺值的计算；并根据电力***故障类型对***故障网络图简化及计算、各序等效网络图计算；得电力***设备试验测试值信息；
短路计算及整定值计算模块，用于对电力***设备进行短路容量计算及校核、保护整定计算，通过对大方式下电力***设备各节点最大短路电流计算、冲击电流计算、故障电流衰减特性及稳定周期分量计算和根据保护原理对通用大型发电机、变压器继电保护进行整定计算；并用于根据计算结果，校核一次设备的动稳定性、热稳定性及开关的短路容量及设备过载能力是否满足要求，得短路容量及整定值计算值；
整定值合理性审查模块，用于对***给出的整定值，根据短路计算结果和电力***设备现场调试试验实测参数、设备厂家技术要求和现场运行要求，进行逐一审查整定值的合理性，并最终确定整定值；
定值单生成及输出模块，用于将审查和整定后的短路计算结果及整定值根据预制的定值单格式，编制符合现场实际的发电机、变压器保护整定值通知单，并把整定参数逐一自动链接到经过审查和整定的定值地址，生成整定值通知单。
进一步的，所述定值单生成及输出模块，还包括：
根据功能配置统一、回路设计统一、端子排布置统一、接口标准统一、屏柜压板统一和保护定值、报告格式统一的设计规范要求生成保护装置整定值、典型保护装置定值单编制。
进一步的，所述短路计算及整定值计算模块还包括根据大方式下***各节点最大短路电流计算、冲击电流计算、故障电流衰减特性及稳定周期分量计算进行校核一次电力***设备的短路容量及动、热稳定性。
进一步的，所述电力***设备等效阻抗和标幺值计算，包括电站发电机、变压器与***连接的主接线图、等值阻抗图各元件参数计算，得电力***设备简化等效阻抗图。
进一步的，所述电力***故障类型及故障网络图简化及计算，包括大方式与小方式下各节点发生三相短路、两相短路及单相接地故障正序、负序及零序等效网络图计算；以及电力***大方式与小方式下各节点发生三相短路、两相短路及单相接地的故障电流计算、故障电压计算。
进一步的，所述电力***设备试验测试值信息，包括发电机、变压器保护装置常规的***参数设置、现场保护调试试验参数、现场一次设备参数的实际试验值和设备厂家技术及现场运行要求值。
本发明的另一方面，提供了一种发电机、变压器保护整定值自动生成方法，包括以下步骤：
S1、输入电力***设备、电厂设备的原始参数、保护装置常规值、保护现场调试和试验实测值，并进行输入格式编制、基准值的换算，得整定计算原始参数表；
S2、进行***等效阻抗或标幺值的计算；并根据电力***故障类型对***故障网络图简化及计算、各序等效网络图计算；得电力***故障计算、故障分析所需故障量；
S3、获取步骤S1和S2中的参数，根据发电机、变压器保护功能原理，基于相应的参数计算方法和相应设置的中间变量，并对各保护功能进行保护定值整定计算，得确定的整定值；
S4、基于S3中的整定值，结合电力***设备的实际运行要求，编制并输出相应的定值通知单。
进一步的，所述电力***设备参数、电厂设备参数、保护装置常规值、保护现场调试和试验实测值包括：***等效参数、发动机基本参数、主变压器基本参数、电抗器基本参数、励磁变参数、高厂变参数、公用变参数、照明变参数、坝顶变参数、检修变参数、设备库变参数、营地变参数、厂柴油发变参数中的一种或多种电力设备的继电保护***整定参数。
进一步的，所述电力***故障类型对***故障网络图简化及计算、各序等效网络图计算，包括：生成***等效图、主变抗阻计算、各个元件折算到基准调节下的标么值计算、生成***等效阻抗图、发生各类故障时各发电机的故障电流计算中的一种或多种。
其中保护定值、报告格式统一要求各保护装置制造商按照标准格式进行保护定值、报告格式的统一，为现场运行维护标准化创造条件。
本发明为解决其他技术问题所采用的进一步技术方案是：根据包括大方式下***各节点最大短路电流计算、冲击电流计算、故障电流衰减特性及稳定周期分量计算进行校核一次设备的短路容量及动、热稳定性。
本发明的有益效果：基于Excel表格编程开发的计算机自动计算大型水轮发电机、变压器保护整定值，并按照装置既定的定值单格式输出保护定值单，同时可对设备动稳定性及热稳性校核，输出校核结果，解决电厂对发电机、变压器保护装置定值计算和设备短路容量核算的问题，为一般电厂因专业技术限制需委托专业机构开展该项工作而节省较大的资金，该***已经针对许继公司生产的WFB-800型投运于龙开口公司的#1～5发电机、变压器保护装置进行了定值整定工作，并对龙开口水电站一次***设备的短路容量进行校核工作，为龙开口公司2019年度节省技术咨询费用支出120多万元。在水电站具有极高的推广价值。无需安装或增加其他任何软件。该技术适合具有一般的专业知识的电力技术人员使用，无需特别专业技术要求。该技术可推广性强，延申应用开发用途广，可推广用于火电厂的发电机、变压器保护整定计算、电力***变压器保护整定计算、电力***故障分析、潮流计算等。
附图说明
图1为一种发电机、变压器保护整定值自动生成***的构成示意图；
图2为一种发电机、变压器保护整定值自动生成方法的步骤示意图；
图3为***参数及电厂设备参数表示意图；
图4为原始参数下的主接线图；
图5为实施例2中选定基准值下的***等效阻抗图；
图6为实施例2中大方式下K1点三相短路周期分量计算阻抗简化图；
图7为实施例2中大方式下K1点三相短路次暂态分量计算阻抗简化图；
图8为实施例2中K1点三相短路暂态分量计算阻抗简化图；
图9为实施例2中K1点三相故障电流与时间的衰减图；
图10为实施例2失磁保护动作阻抗园；
图11为实施例2中水轮发电机失磁滴状阻抗园；
图12为WFB-801A/F发电机保护装置定值单首页图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本实施例中所提及的名词解释：
电力***设备原始参数信息，是指：线路阻抗、发电机同步电抗、暂态和次暂态电抗、变压器短路阻抗等设备参数。
保护现场调试和试验实测值，是指：保护投产试验需要在机组在运行中进行的***参数测试，如发电机、变压器中性点电压，差动保护不平衡电流等。
电力***故障类型，包括哪些：三相短路故障、两相短路故障、单相接地故障、线路断线缺相等故障。
简化及计算、各序等效网络图计算，中“简化”是指：“各序”是指：简化是电力***故障计算过程中把复杂***阻抗图逐步进行简化成等效的阻抗电路图，各序指正序阻抗、负序阻抗及零序阻抗(专业名词)
试验测试值信息，包括哪些：常规的约定是指装置电压为100V、点流为1A或5A等参数,试验测试值如中性点电压，差动保护不平衡电流等。
电力***设备、电厂设备的原始参数，是指：同电力***设备原始参数信息
电力***故障计算、故障分析所需故障量，是指：短路电流(最大短路电流、零序电流、负序电流等)、零序电压等；
获取步骤S1和S2中的参数，根据发电机、变压器保护功能原理，基于相应的参数计算方法和相应设置的中间变量，并对各保护功能进行保护定值整定计算，得确定的整定值；其中：发电机、变压器保护功能原理具体是指根据不同故障类型而配置的继电保护功能，而不同的厂家又可以利用不同的原理实现该保护功能，如发电机定子接地保护，有“注入信号式定子接地保护”和“基波零序电压+三次谐波构成的定子接地保护”；对应于不同原理的保护功能有其特定的整定参数和计算方法，中间变量是指本***计算过程中的一些参数存储地址。
实施例1：对电力***故障分析计算、保护整定计算等所有的计算功能均通过编程、自动进行相关计算、比较，得出结果，并通过预编制好的定值单格式输出定值单。
所述整定值自动计算***包括设备参数输入及等效阻抗生成模块；一般约定及试验测试值模块；短路计算及整定值计算模块；整定值合理性审查模块；定值单生成及打印输出。
所述设备参数输入及等效阻抗生成模块包括原始设备参数输入格式编制、***等效阻抗(标幺值)计算、根据电力***故障类型对***故障网络图简化及计算、各序等效网络图计算。
所述一般约定及试验测试值模块包括发电机、变压器保护装置常规的***参数设置、现场保护调试试验参数、现场一次设备参数的实际试验值和设备厂家技术要求值。
所述短路计算及整定值计算模块包括电力设备短路容量计算及校核、保护整定计算，包括大方式下***各节点最大短路电流计算、冲击电流计算、故障电流衰减特性及稳定周期分量计算和根据DL/T684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》、《南方电网大型发电机及发变组保护整定技术规范》、《南方电网大型发电机变压器继电保护整定计算规程》、《厂用电继电保护整定计算导则DL T1502-2016》及装置厂家技术说明书及现场运行要求，对通用大型发电机、变压器继电保护进行整定计算。
所述整定值合理性审查模块是根据保护装置现场调试试验实测参数、现场一次设备参数投产短路试验、升压试验、温升试验及并网试验等的现场实际试验值和设备厂家技术要求值，并充分考虑继电保护装置“可靠性”、“快速性”、“灵敏性”、“选择性”和现场运行要求，对自动计算推荐结果进行逐一审查和整定。
所述定值单生成及输出模块，包括根据“六统一”设计规范要求设计的发电机、变压器保护装置定值单格式，编制符合现场实际的发电机、变压器保护整定值通知单，并把所有的整定参数逐一自动链接到经过审查和整定的定值地址，最终生成整定值通知单。
实施例2：一种基于Excel开发的大型水轮发电机、变压器保护整定值计算***，如图1所示，包括设备参数输入及等效阻抗生成模块；一般约定及试验测试值模块；短路计算及整定值计算模块；整定值合理性审查模块；定值单生成及输出。
以龙开口公司#1～5发电机、变压器保护装置定值整定过程为例，说明具体实施方法。
(1)设备参数输入及等效阻抗生成模块：
步骤S1、根据***参数及电厂设备参数，编制***参数表，并输入完整参数，参数表如图3所示，
步骤S2、根据***参数，选择合适的标幺值，把所有参数折算到选定的基准值下的标幺值，如图4所示，得等效***阻抗图；其中，关于短路计算的设定为
Figure GDA0004220319760000091
计算方法：编制计算公式，公式中的数据均从设备参数表中链接：
如主变阻抗计算：Xt＝E54/100*B34/C54，其中C54引用自设备参数！C36，E54引用自设备参数！C41，B34为基准容量。
各个元件折算到基准条件下的标么值：
Figure GDA0004220319760000092
Figure GDA0004220319760000101
***等效阻抗图如图5所示，
步骤S3、各设备(故障点)故障电流、电压计算(以K1点三相短路故障为例)。图中各数据的计算需要基本的电工知识，已经简化后的等效阻抗图，
K1点发生三相短路故障时故障电流周期分量计算，大方式下的等效图如图6所示，等效阻抗计算结果如下表所示：
Figure GDA0004220319760000102
每台机组的故障电流周期分量：
IKG＝12.2870kA
K1点主变高压侧三相短路时各发电机的故障电流非周期分量计算(次暂态分量)，用Xd″代替Xd得大方式下的等效图如图7所示，等效阻抗计算：
Figure GDA0004220319760000111
每台机组的故障电流非周期分量(次暂态分量)为：
IKGaper＝34.9407
K1点主变高压侧三相短路时各发电机的故障电流非周期分量计算(暂态分量)，用Xd′代替Xd得大方式下的等效图如图8所示，等效阻抗计算：
Figure GDA0004220319760000112
每台机组的故障电流非周期分量(暂态分量)为：
I′KGaper＝28.9490KA
D、发电机1G供给短路全电流公式：
Figure GDA0004220319760000113
该公式由指数函数，三角函数等组成，已知(Ta＝0.44；T′a＝2.12；T″a＝0.12)，根据最大值原理当t＝0.01s时，短路电流达最大值(峰值)：计算过程可以分为若干个函数，最终取i＝f(t)，可以计算及绘制故障电流与时间的衰减图(图为故障初期、故障1s及故障2s附近的电流)，从而可以校核开关设备的短路能力是否满足要求，同时可以整定开关的闭锁跳闸电流。
Figure GDA0004220319760000121
Figure GDA0004220319760000122
得故障电流与时间的衰减图，如图9所示。
步骤S4、根据发电机、变压器保护功能原理进行保护定值整定计算(发电机失磁保护整定阻抗园整定计算为例)。
根据DL/T684-2012《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》、《南方电网大型发电机及发变组保护整定技术规范》、《南方电网大型发电机变压器继电保护整定计算规程》要求，编制参数计算公式，再从参数表格、故障计算(整定计算)过程中引用相关参数地址，从而自动计算定值结果。(对于一些计算结果，往往需要根据现场试验，才能确定最优参数，然后再确定整定值。这些工作有定值审核、判断，并根据《导则》和厂家技术说明要求进行选择参数。)
Figure GDA0004220319760000123
＝计算过程！J155*设备参数！C6*设备参数！C6/设备参数！C4*设备参数！C28/设备参数！C32
注意：公式中所有计算数据均引自设备参数输入及等效阻抗生成模块中的数值地址。同理，进行其他定值的整定。
定子阻抗判据：异步边界阻抗继电器整定。异步边界阻抗圆动作判据主要用于与***联系紧密的发电机失磁故障检测，它能反应失磁发电机机端的最终阻抗，但动作可能较晚。
异步圆公式如下：
Figure GDA0004220319760000131
Figure GDA0004220319760000132
静稳圆公式如下：
＝15.46(＝其计算过程！J155*设备参数！C6*设备参数！C6/设备参数！C4*设备参数！C28/设备参数！C32)
Figure GDA0004220319760000133
Xcon等于***归算到本发电厂主变高压侧母线的***最小电抗XS.min(由调度中心告知，对应于最大运行方式)。
无功反向定值(与静稳极限阻抗配合，按躲过发电机额定有功下允许的进相运行无功整定)
Q＝Krel·Qjx＝1.3*Qjx＝44.7
若作为防止故障、振荡误动，一般整定：
Q＝5％·Qgn＝0.05*Qgn＝2.42
异步圆、静稳圆如图10所示，其中，圆1为异步圆(***联系紧密)，圆2为汽轮发电机静稳极限圆，直线3为无功反向；
如图11所示水轮发电机失磁滴状阻抗圆。
编制保护装置定值单格式。
根据继电保护设计“六统一”规范要求，结合装置实际，编制定值单格式。(以下是龙开口公司***参数及电厂设备参数表示意图)，如图12所示；
根据定值格式，建立各元素参数链接。如定值3.4比率制动系数定值链接自“＝'D:\继电保护整定计算***1\[龙开口电厂短路电流计算2019.xls]发电机零序差动保护整定'！$N$7”。完成所有定值参数链接建立后，自动开放整定计算结果链接，输出定值单。
Figure GDA0004220319760000141
定值单审核，对各定值合理性进行审核，主要是对后备保护与其他保护的配合性和对运行要求的符合性进行审核，要求有一定专业基础。
定值单审核后，进行电子签名，即可以定值单打印。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种发电机、变压器保护整定值自动生成***，其特征在于，包括：
设备参数输入及等效阻抗生成模块，用于输入电力***设备原始参数信息并进行输入格式编制、基准值的换算，保护装置常规值、保护现场调试和试验实测值；并进行***等效阻抗和标幺值的计算；并根据电力***故障类型对***故障网络图简化及计算、各序等效网络图计算；得电力***设备试验测试值信息；所述电力***设备试验测试值信息，包括发电机、变压器保护装置常规的***参数设置、现场保护调试试验参数、现场一次设备参数的实际试验值和设备厂家技术及现场运行要求值；
短路计算及整定值计算模块，用于对电力***设备进行短路容量计算及校核、保护整定计算，通过对大方式下电力***设备各节点最大短路电流计算、冲击电流计算、故障电流衰减特性及稳定周期分量计算和根据保护原理对通用大型发电机、变压器继电保护进行整定计算；并用于根据计算结果，校核一次设备的动稳定性、热稳定性及开关的短路容量及设备过载能力是否满足要求，得短路容量及整定值计算值；
整定值合理性审查模块，用于对***给出的整定值，根据短路计算结果和电力***设备现场调试试验实测参数、设备厂家技术要求和现场运行要求，进行逐一审查整定值的合理性，并最终确定整定值；
定值单生成及输出模块，用于将审查和整定后的短路计算结果及整定值根据预制的定值单格式，编制符合现场实际的发电机、变压器保护整定值通知单，并把整定参数逐一自动链接到经过审查和整定的定值地址，生成整定值通知单。
2.根据权利要求1所述的发电机、变压器保护整定值自动生成***，其特征在于，所述定值单生成及输出模块，还包括：
根据功能配置统一、回路设计统一、端子排布置统一、接口标准统一、屏柜压板统一和保护定值、报告格式统一的设计规范要求生成保护装置整定值、典型保护装置定值单编制。
3.根据权利要求1所述的发电机、变压器保护整定值自动生成***，其特征在于，所述电力***设备等效阻抗和标幺值计算，包括电站发电机、变压器与***连接的主接线图、等值阻抗图各元件参数计算，得电力***设备简化等效阻抗图。
4.根据权利要求1所述的发电机、变压器保护整定值自动生成***，其特征在于，所述电力***故障类型及故障网络图简化及计算，包括大方式与小方式下各节点发生三相短路、两相短路及单相接地故障正序、负序及零序等效网络图计算；以及电力***大方式与小方式下各节点发生三相短路、两相短路及单相接地的故障电流计算、故障电压计算。
5.一种发电机、变压器保护整定值自动生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、输入电力***设备、电厂设备的原始参数、保护装置常规值、保护现场调试和试验实测值，并进行输入格式编制、基准值的换算，得整定计算原始参数表；
S2、进行***等效阻抗或标幺值的计算；并根据电力***故障类型对***故障网络图简化及计算、各序等效网络图计算；得电力***故障计算、故障分析所需故障量；
S3、获取步骤S1和S2中的参数，根据发电机、变压器保护功能原理，基于相应的参数计算方法和相应设置的中间变量，并对各保护功能进行保护定值整定计算，得确定的整定值；
S4、基于S3中的整定值，结合电力***设备的实际运行要求，编制并输出相应的定值通知单。
6.根据权利要求5所述的发电机、变压器保护整定值自动生成方法，其特征在于，所述电力***设备参数、电厂设备参数、保护装置常规值、保护现场调试和试验实测值包括：***等效参数、发动机基本参数、主变压器基本参数、电抗器基本参数、励磁变参数、高厂变参数、公用变参数、照明变参数、坝顶变参数、检修变参数、设备库变参数、营地变参数、厂柴油发变参数中的一种或多种电力设备的继电保护***整定参数。
7.根据权利要求5所述的发电机、变压器保护整定值自动生成方法，其特征在于，所述电力***故障类型对***故障网络图简化及计算、各序等效网络图计算，包括：生成***等效图、主变抗阻计算、各个元件折算到基准调节下的标么值计算、生成***等效阻抗图、发生各类故障时各发电机的故障电流计算中的一种或多种。
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