CN102646958B - 发电机异步自激振荡保护装置及保护方法 - Google Patents

Abstract

发电机异步自激振荡继电保护方法，由交流输入插件接受发电机机端电流互感器的三相电流信号；交流输入插件接收的信号经过模数转换后，由DSP插件同时使用固定采样频率采集发电机机端的三相电流信号，并经过低通滤波和带通滤波，得到次同步模态频率的信号，采用过零点算法得到次同步模态的频率，采用变数据窗的傅氏计算方法得到三相电流次同步模态信号的幅值，分相进行定时限和反时限保护判别，发出报警信号或跳闸信号。反映发电机电枢电流中存在过量的次同步电流的异步自激振荡继电保护。CPU插件负责底层驱动软件、总线控制、通讯、人机交互处理、报文处理、故障录波等功能。整个装置实现发电机异步自激振荡保护。

Description

发电机异步自激振荡保护装置及保护方法

技术领域

本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及发电机异步自激振荡的继电保护装置及保护方法。

背景技术

一些大型火电厂远离负荷中心，采用长距离输电，并在输电线路中配置串联电容补偿等设备，有时也采用直流输电方式。当参数配合不当时，可能发生发电机的异步自励磁现象(简称异步自激)，发电机定子绕组当中的电枢电流出现略低于同步频率(工频)的次同步频率的电流，次同步电流会产生脉振转矩，使机组发热、振动加剧，严重时会损伤设备。次同步振荡频率大多在10Hz～45Hz之间。

比如，我国内蒙古大唐托克托电厂，装机容量为8×600MW，经托源四回线输送至浑源变电站，再经源安双回线、源霸双回线向京津唐电网送电。在浑源变电站的线路上安装了8套固定电容串补。发电机主变压器的高压侧装设了静态阻塞滤波器(SBF)。SBF是由一组电感、电容相互串并联的电路。2008年4月，托克托电厂进行主变压器高压侧短路升流的过程中，由于SBF参数不当，发电机组出现了明显的异步自激，且电流呈发散趋势，使发电机组不能正常并网运行。之后调整了SBF的设计参数，2年后，SBF才正式投入运营，异步自激得到抑制。为防止出现类似的异步自激而损坏设备，应装设异步自激振荡保护装置。

针对发电机异步自激振荡，过去有专利《监测电力系统次同步振荡的方法及监测仪》(ZL94100918.1)提出了一种方法，该方法通过测量暂态功率，提取暂态功率中的次同步分量，与设定的定值进行比较，超过定值时，报警或跳闸。同时该专利设计了相应的监测仪。该专利存在不足，比如上面提到的托克托电厂进行主变压器高压侧短路升流的过程中出现的异步自激，由于短路时电压很小，暂态功率不可能大，该方法难以奏效。此外，受当时技术条件的限制，数字硬件电路上也只是采用了单CPU的模式，可靠性不高。

发明内容

本发明的目的是：提出一种反映发电机电枢电流中存在过量的次同步电流的异步自激振荡继电保护方法。当发电机出现异步自激振荡时，发电机定子绕组的三相电流中既有工频(50Hz)分量，又包含次同步(10Hz～45Hz)分量，有时可出现多个次同步分量，每个次同步分量，称为对应频率的模态分量。以此判据对次同步电流的异步自激振荡进行继电保护。

本发明的技术方案是：发电机异步自激振荡继电保护方法，交流输入插件(AI)接受发电机机端电流互感器(CT)的电流信号；经过模数(AD)转换后，DSP插件同时使用固定采样频率采集发电机的三相电流信号，经过低通滤波和带通滤波，得到次同步模态频率的信号，采用过零点算法得到次同步模态的频率，采用变数据窗的傅氏计算方法得到三相次同步模态信号的幅值，分相进行定时限和反时限保护判别，发出报警信号或跳闸信号；信号输出插件(DO)输出报警信号继电器空接点；跳闸输出插件(TRIP_OUT)输出跳闸继电器空接点。主CPU插件负责底层驱动软件、总线控制、通讯、人机交互处理、报文处理、故障录波等功能。整个装置实现发电机异步自激振荡保护。由交流输入插件接受发电机机端电流互感器的三相电流信号；交流输入插件接收的信号经过模数转换后，由DSP插件同时使用固定采样频率采集发电机机端的三相电流信号，并经过低通滤波和带通滤波，得到次同步模态频率的信号，采用过零点算法得到次同步模态的频率，采用变数据窗的傅氏计算方法得到三相电流次同步模态信号的幅值，分相进行定时限和反时限保护判别，发出报警信号或跳闸信号。

采用“CPU+双DSP”的系统结构形式，使用固定采样频率采集发电机的三相电流信号，只有两块DSP同时判别出异步自激，才输出报警或跳闸信号。

采用两块DSP插件同时使用固定采样频率采集发电机的三相电流信号i_A、i_B、i_C，经过低通滤波式1和带通滤波式2，得到次同步模态频率的信号i″_m，A、i″_m，B、i″_m，C，

$\left[\begin{array}{c}{i^{\′}}_A\\ {i^{\′}}_B\\ {i^{\′}}_C\end{array}\right]=H_L\left(s\right)\left[\begin{array}{c}{i}_A\\ i_B\\ i_C\end{array}\right]$ 式1

$\begin{array}{cc}\left[\begin{array}{c}{i^{\′\′}}_{m,A}\\ {i^{\′\′}}_{m,B}\\ {i^{\′\′}}_{m,C}\end{array}\right]=H_{B,m}\left(s\right)\left[\begin{array}{c}{i^{\′}}_A\\ {i^{\′}}_B\\ {i^{\′}}_C\end{array}\right]& m=\mathrm{1,2},\·\·\·\end{array}$ 式2

其中，H_L(S)为低通滤波器，截止频率在43Hz～48Hz范围内，低通滤波参数固定在保护装置的定值中，不需要调整；H_B，m(s)为第m个带通滤波器，带通滤波参数也固定在保护装置中，根据被保护的发电机的需求，确定需要高阶带通滤波器的个数。

两块DSP插件采用过零点算法同时处理次同步模态频率的信号i″_m，A、i″_m，B、i″_m，C，m＝1，2，...，得出信号i″_m，A、i″_m，B、i″_m，C的频率，将相电流的频率取平均值作为最终的模态频率f_m；然后采用变数据窗的傅氏计算得到次同步模态信号i″_m，A、i″_m，B、i″_m，C的幅值序列I_m，i(n)和对应的相量

采用的傅氏计算的公式为：

$\left\{\begin{array}{cc}{\stackrel{\→}{I}}_{m,i}\left(n\right)=g_m(a_{m,i}\left(n\right)-j\·b_{m,i}\left(n\right))& \\ I_{m,i}\left(n\right)=g_m\sqrt{a_{m,i}^2\left(n\right)+b_{m,i}^2\left(n\right)}& \\ a_{m,i}\left(n\right)=\frac{2}{N_m}\left[\underset{k=0}{\overset{N_m-1}{\mathrm{\Σ}}}{i^{\′\′}}_{m,i}(n-N_m+k)\cos (k\·\frac{2\mathrm{\π}}{N_m})\right]& i=A,B,C,m=\mathrm{1,2},\·\·\·\\ b_{m,i}\left(n\right)=\frac{2}{N_m}\left[\underset{k=0}{\overset{N_m-1}{\mathrm{\Σ}}}{i^{\′\′}}_{m,i}(n-N_m+k)\sin (k\·\frac{2\mathrm{\π}}{N_m})\right]& \\ N_m=\mathrm{round}(f_s/f_m)& \end{array}\right.$ 式3

其中，g_m为增益校正系数，f_s为保护装置或监测装置的采样频率，f_m为次同步模态频率，N_m为对应f_m的数据窗长度，I_m，i(n)是次同步电流的幅值序列，是对应的相量，前面两次滤波如果造成信号衰减，由式3中增加了增益校正系数g_m，进行幅值校正，校正系数是模态频率的函数，事先由滤波器的幅频特性确定。

两块DSP插件同时对计算的幅值I_m，i进行定时限和反时限保护判别，判据为：

定时限判据：I_m，i＞I_set，m且t_m，i＞t_set，m               式4

反时限判据： $t_{m,i}=\frac{80T_{p,m}}{I_{m,i}^2/I_n^2-1}$ 且I_m，i＞I_pk，m且t_m，i＞t_min，m                              式5

其中，I_set，m为第m个次同步模态的定时限电流定值，取值范围0.1A～5.0A；t_mj和t_set，m分别为第m个次同步模态的时间和第m个次同步模态的定时限保护延时值，t_set，m取值范围0.01～60s；t_min，m为第m个次同步模态的反时限保护最小动作延时，取值范围0.01～60s；T_p，m为第m个次同步模态的反时限保护的时间常数，取值范围0.01～60s；I_m，i为采用式3计算的次同步电流幅值；I_n为发电机额定电流值；I_pk，m为第m个次同步模态的反时限保护电流启动值，所有电流值均为CT二次值。

1)逻辑判别的结果是报警或跳闸；

2)报警信号输出，两块DSP插件将报警逻辑判别的结果送出，通过背板总线，将报警信号送给信号输出插件，由信号输出插件输出报警信号继电器空接点，如果两块DSP判别的结果不同，则装置闭锁输出；

3)跳闸信号输出，两块DSP插件将跳闸逻辑判别的结果送出，通过背板总线，将跳闸信号送给跳闸输出插件，由跳闸输出插件输出跳闸继电器空接点，如果两块DSP判别的结果不同，则装置闭锁输出。

CPU插件提供底层驱动软件，具备总线控制、通讯、人机交互处理、报文处理、故障录波的控制模块。

发电机异步自激振荡继电保护保护装置，包括主CPU插件、交流输入插件(AI)、两块DSP插件、模数(AD)转换电路、一块信号输出插件(DO)和一块跳闸输出插件(TRIP_OUT)，其中交流输入插件(AI)连接并接受发电机机端电流互感器(CT)的电流信号，经过模数(AD)转换电路后接两块DSP插件，两块DSP插件使用固定采样频率采集发电机的三相电流信号并经低通滤波和带通滤波，经过零点测频和傅氏滤波，进行逻辑判别，输出信号两块DSP插件输出接信号输出插件(DO)和跳闸输出插件(TRIP_OUT)。两块DSP插件将报警逻辑判别的结果通过背板总线，将报警信号接信号输出插件，由信号输出插件输出报警信号继电器空接点，如果两块DSP判别的结果不同，则装置闭锁输出。

本发明的有益效果是：通过高阶的低通滤波和带通滤波，可以得到次同步模态电流的瞬时值；采用傅氏算法可以准确计算各个模态信号的幅值及相量，通过定时限、反时限过电流保护，实现发电机异步自激励磁的保护。保护装置只需要测量发电机机端三相电流，方法简单可靠；同时解决了发电机组短路实验过程中如果出现异步自激，暂态功率方法失效的问题；此外，采用“CPU+双DSP”的硬件结构形式，，只有两块DSP同时判别出异步自激，才输出报警或跳闸信号，提高了保护装置的可靠性。

附图说明

图1是本发明硬件系统框图。

图2是本发明设计的一个8阶Chebyshev II型低通滤波器的幅频特性图。

图3是本发明设计的2个8阶Chebyshev II型带通滤波器的幅频特性图。

图4是本发明定时限、反时限保护逻辑图。

图1中：

a.发电机。

b.发电机机端三相电流互感器。

c.异步自激振荡保护装置。

图4中：

a.式4中的电流判据逻辑元件，条件满足时输出1，否则输出0。

b.式4中的“延时”逻辑元件，当输入由0变1时，经过延时t_set输出1，当输入为0不变或由1变为0时，输出为0。

c.定时限保护报警或跳闸结果输出。

d.式5中的电流启动逻辑元件，条件满足时输出1，否则输出0。

e.式5中的与电流值相关的“延时”逻辑元件。时间t由式5确定，是电流I_eq，2的函数。

当输入由0变1时，计时器开始计时，延时到达t时，逻辑输出1；当输入为0不变或由1变为0时，计时器开始递减直到为0，此时逻辑输出0。

f.式5中的最小时间t_min的“延时”逻辑元件。当输入由0变1时，经过延时t_min输出1，当输入为0不变或由1变为0时，输出为0。

g.“与”门操作逻辑。

h.反时限保护报警或跳闸结果输出。

具体实施方式

(1)交流输入插件(AI)。发电机机端三相电流经过电流互感器(CT)变送后，输入到保护装置的交流输入插件(AI)，经过背板总线再送到两块DSP插件上。

(2)电流信号采样。两块DSP插件同时对交流输入信号进行模数(AD)转换，同时使用固定采样频率，对发电机机端电流互感器CT二次侧电流进行采样，得到三相电流i_A、i_B、i_C。

(3)低通滤波。低通滤波参数固定在保护装置的定值中，不需要调整。DSP芯片计算程序计算三相电流，将i_A、i_B、i_C经过一个高阶的低通滤波，结果为：

$\left[\begin{array}{c}{i^{\′}}_A\\ {i^{\′}}_B\\ {i^{\′}}_C\end{array}\right]=H_L\left(s\right)\left[\begin{array}{c}{i}_A\\ i_B\\ i_C\end{array}\right]$ 式1

其中，H_L(s)为低通滤波器，截止频率在43Hz～48Hz范围内。

(4)带通滤波。带通滤波参数固定在保护装置中。根据被保护的发电机的需求，确定需要多少组高阶带通滤波器，一般2～4个即可，比如只关心两个模态频率的次同步电流，则只需设计2个带通滤波器。DSP芯片计算程序将上述信号进一步滤波，得到次同步模态电流：

$\begin{array}{cc}\left[\begin{array}{c}{i^{\′\′}}_{m,A}\\ {i^{\′\′}}_{m,B}\\ {i^{\′\′}}_{m,C}\end{array}\right]=H_{B,m}\left(s\right)\left[\begin{array}{c}{i^{\′}}_A\\ {i^{\′}}_B\\ {i^{\′}}_C\end{array}\right]& m=\mathrm{1,2},\·\·\·\end{array}$ 式2

其中，H_B，m(S)为第m个带通滤波器。

(5)过零点测频和傅氏滤波：经过上述处理后得到的信号都是正弦度比较好的正弦波。可采用过零点算法计算出信号i″_m，A、i″_m，B、i″_m，C的频率，三相电流的频率取平均值作为最终的模态频率f_m。DSP芯片计算程序采用傅氏算法计算出次同步模态信号i″_m，A、i″_m，B、i″_m，C的幅值序列I_m，i(n)和对应的相量

得到：

式3

其中，g_m为增益校正系数，f_s为保护装置或监测装置的采样频率，f_m为次同步模态频率，N_m为对应f_m的数据窗长度，I_m，i(n)是次同步电流的幅值序列，

是对应的相量。由于前面两次滤波有可能造成信号衰减，所以式3中增加了增益校正系数g_m，进行幅值校正。校正系数是模态频率的函数，事先由滤波器的幅频特性确定；

$\left\{\begin{array}{cc}{\stackrel{\→}{I}}_{m,i}\left(n\right)=g_m(a_{m,i}\left(n\right)-j\·b_{m,i}\left(n\right))& \\ I_{m,i}\left(n\right)=g_m\sqrt{a_{m,i}^2\left(n\right)+b_{m,i}^2\left(n\right)}& \\ a_{m,i}\left(n\right)=\frac{2}{N_m}\left[\underset{k=0}{\overset{N_m-1}{\mathrm{\Σ}}}{i^{\′\′}}_{m,i}(n-N_m+k)\cos (k\·\frac{2\mathrm{\π}}{N_m})\right]& i=A,B,C,m=\mathrm{1,2},\·\·\·\\ b_{m,i}\left(n\right)=\frac{2}{N_m}\left[\underset{k=0}{\overset{N_m-1}{\mathrm{\Σ}}}{i^{\′\′}}_{m,i}(n-N_m+k)\sin (k\·\frac{2\mathrm{\π}}{N_m})\right]& \\ N_m=\mathrm{round}(f_s/f_m)& \end{array}\right.$ 式4

(6)次同步电流的定时限和反时限保护判别，两块DSP插件同时对计算的幅值I_m，i进行定时限和反时限保护判别，判据为：

定时限判据：I_m，i＞I_set，m且t_m，i＞t_set，m               式5

反时限判据： $t_{m,i}=\frac{80T_{p,m}}{I_{m,i}^2/I_n^2-1}$ 且I_m，i＞I_pk，m且t_m，i＞t_min，m                              式6

其中，I_set，m为第m个次同步模态的定时限电流定值，取值范围0.1A～5.0A；t_set，m为第m个次同步模态的定时限保护延时，取值范围0.01～60s；t_min，m为第m个次同步模态的反时限保护最小动作延时，取值范围0.01～60s；T_p，m为第m个次同步模态的反时限保护的时间常数，取值范围0.01～60s；I_m，i为采用式3计算的次同步电流幅值；I_n为发电机额定电流值，I_pk，m为第m个次同步模态的反时限保护电流启动值。所有电流值均为CT二次值。

(7)逻辑判别的结果可以是报警或跳闸。

报警信号输出，两块DSP插件将报警逻辑判别的结果送出，通过背板总线，将报警信号送给信号输出插件(DO)，由信号输出插件(DO)输出报警信号继电器空接点。如果两块DSP判别的结果不同，则装置闭锁输出。

跳闸信号输出，两块DSP插件将跳闸逻辑判别的结果送出，通过背板总线，将跳闸信号送给跳闸输出插件(TRIP_OUT)，由跳闸输出插件(TRIP_OUT)输出跳闸继电器空接点。如果两块DSP判别的结果不同，则装置闭锁输出。

(8)主CPU插件。主CPU插件负责底层驱动软件、总线控制、通讯、人机交互处理、报文处理、故障录波等功能。

本发明实施例：设计一种反映发电机电枢电流中存在过量的次同步电流的异步自激振荡继电保护装置及保护方法。下面结合某电厂一台600MW汽轮发电机的具体情况，说明该方法的具体实施方式。

该发电机组在主变压器高压侧安装了静态阻塞滤波器SBF，SBF是一些电感和电容相互串并联的电路。现场试验表明，SBF投入后，发电机曾出现异步自激现象，发电机三相电流中包含27.0Hz和39.0Hz附近频率的这两个次同步模态分量；后调整SBF的参数后，异步自激得到一定程度的抑制。为防止异步自激振荡损坏发电机组，安装异步自激振荡保护装置。为了便于说明具体的方法，这里假设出现了27.0Hz和39.0Hz这两个模态频率的次同步电流为例进行说明。

具体方案如下：

(1)保护装置的核心结构是“CPU+双DSP”，即有一块CPU插件，两块DSP插件，两块DSP插件同时进行次同步电流的计算以及保护逻辑的判别，构成“双重化”，只有两块DSP都判出异步自激振荡了，保护装置才报警或跳闸。保护装置还包括了交流输入插件(AI)、信号输出插件(DO)和跳闸输出插件(TRIP_OUT)。

(2)交流输入插件(AI)及电流信号采样。发电机机端三相电流经过电流互感器(CT)变送后，输入到保护装置的交流输入插件(AI)，经过背板总线再送到两块DSP插件上。两块DSP插件同时对交流输入信号进行模数(AD)转换，同时以固定采样频率(比如是1200Hz)进行采样，得到发电机机端电流互感器CT二次侧电流，即得到三相电流信号i_A、i_B、i_C。

(3)低通滤波。设计一个低通滤波器H_L(s)，其截止频率在43Hz～48Hz范围内。设计完成的滤波器参数作为定值固定下来，保存在保护装置中。这里给一个实例，采用一个8阶的Chebyshev II型低通滤波器，低通滤波器H_L(s)的转移函数为：

$H_L\left(s\right)=\left(\underset{i=0}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{b}_i{s}^{(8-i)}\right)/\left(\underset{i=0}{\overset{8}{\mathrm{\Σ}}}{a}_i{s}^{(8-i)}\right)$

滤波器中各参数为：

b0～b8的结果(用科学计数法表示)分别为：0.01，-1.1910e-14，3.1583e4，4.3568e-9，1.5585e10，2.9148e-3，2.4612e15，2.9683e2，1.2145e20。

a0～a8的结果(用科学计数法表示)分别为：1.0，1.5282e3，1.1680e6，5.8185e8，2.0770e11，5.4613e13，1.0651e16，1.4105e18，1.2145e20。

低通滤波器的参数与模态频率无关，是固定的定值。滤波器的幅频特性如图2所示。滤波器的型式不限于Chebyshev II型。按式1计算得到第一次滤波后的值i′_A、i′_B、i′_C。

(4)带通滤波。针对27.0Hz和39.0Hz这两个模态频率，设计2组高阶带通滤波器。设计完成的滤波器参数作为定值固定下来，保存在保护装置中。这里给一个实例，选择8阶的Chebyshev II型带通滤波器，形式为：

2组带通滤波器的中心频率分别为27.0Hz和39.0Hz，具体的滤波器参数如下：

H_B，1(s)的参数：

b0～b8的结果(用科学计数法表示)分别为：0.01，-1.4043e-016，2.0466e3，-3.4929e-011，1.0471e8，-3.3800e-006，1.3394e12，-1.4832e-002，4.2829e15。

a0～a8的结果(用科学计数法表示)分别为：1.0，152.84，1.1402e5，1.2258e7，4.5378e9，3.1359e11，7.4618e13，2.5588e15，4.2829e17。

H_B，2(s)的参数：

b0～b8的结果(用科学计数法表示)分别为：0.01，1.1199e-015，3.2972e3，2.5408e-010，3.2334e8，6.3763e-006，1.0656e13，-0.10984，1.0445e17。

a0～a8的结果(用科学计数法表示)分别为：1.0，152.84，2.3909e5，2.6595e7，2.0733e10，1.5119e12，7.7268e14，2.8080e16，1.0445e19。

滤波器的型式不限于Chebyshev II型。滤波器的幅频特性如图3所示。按式2计算得到两组次同步电流信号(m＝1，2)：i″_m，A、i″_m，B、i″_m，C。

次同步振荡频率在10Hz～27Hz还可设有其它频率的带通滤波器。

(5)对得到的次同步电流信号进行过零点测频和傅氏计算。

经过上述处理后得到的信号都是正弦度比较好的正弦波。可采用过零点算法计算出模态频率f_m。过零点方法测频：测量正弦波形相邻两次由负变正(或由负变正)的过零点对应的时间长度，时间的倒数就是频率，从而得到i″_m，A、i″_m，B、i″_m，C的频率，三个频率取平均值作为最终的模态频率f_m。对于一个次同步模态频率，如果其三相电流中有一相电流信号太小，不足以准确测出频率，则取两相模态电流的频率做平均；类似的，如果其三相电流中有两相电流信号太小，则取剩下的那一个信号较大的电流的频率为测频结果；如果其三相电流信号都很小，则取带通滤波器的中心频率(27.0Hz和39.0Hz)作为模态频率的测量结果。

设测量到的2个模态频率分别为f_1，2＝27.0Hz，39.0Hz，由此得到傅氏计算的数据窗长度为N₁＝round(1200Hz/27.0Hz)＝round(44.4)＝44，N₂＝round(1200Hz/39.0Hz)＝round(30.8)＝31。

采用傅氏算法(式3)计算出次同步模态信号i″_m，A、i″_m，B、i″_m，C的幅值序列I_m，i(n)和对应的相量

其中，因为两次滤波造成信号衰减，所以还要确定式3当中的增益校正系数g_m。根据测量频率的结果，查低通滤波器和带通滤波器对应的幅频特性图2和图3，找到信号经过两次滤波的增益g_L(f_m)和g_B，m(f_m)，则模态频率f₁＝27.0Hz的增益系数为：g₁＝(1/1.0)×(1/1.0)＝1.0，模态频率f2＝39.0Hz的增益系数为：g₂＝(1/0.8602)×(1/1.0)＝1.1625。

(6)次同步电流的定时限和反时限保护判别。将计算的各相电流中的各个次同步模态电流幅值I_m，i代入判据式4和式5。对于这里所举的实例：两个次同步模态频率下定值相同，定时限报警定值为I_set，1＝I_set，2＝0.18A，延时t_set，1＝t_set，2＝1.5s；定时限跳闸定值为I_set，1＝I_set，2＝0.5A，延时为t_set，1＝t_set，2＝12s；反时限电流启动值为I_pk，1＝I_pk，2＝0.2A，反时限报警时间常数为T_p，1＝T_p，2＝0.05s，反时限跳闸时间常数为T_p，1＝T_p，2＝0.16s；反时限最小动作延时为t_min，1＝t_min，2＝5s。另外，发电机额定电流I_n＝3.5A(机端CT的二次值，CT的变比为25kA/5A)。逻辑判别条件满足后，对应的报警标志或跳闸标志置为1，否则置为0。

(7)报警信号输出。两块DSP插件将报警逻辑判别的结果送出，通过背板总线，将报警信号送给信号输出插件(DO)，由信号输出插件(DO)输出报警信号继电器空接点。如果两块DSP判别的结果不同，则装置闭锁输出。

(8)跳闸信号输出。两块DSP插件将跳闸逻辑判别的结果送出，通过背板总线，将跳闸信号送给跳闸输出插件(TRIP_OUT)，由跳闸输出插件(TRIP_OUT)输出跳闸继电器空接点。如果两块DSP判别的结果不同，则装置闭锁输出。

(9)保护装置主CPU插件的功能。主CPU插件负责底层驱动软件、总线控制、通讯、人机交互处理、报文处理、故障录波等功能。

采用上述方法，即可检测发电机电枢电流中多个模态的次同步电流，并实现发电机异步自激振荡保护。

Claims (3)

1.发电机异步自激振荡继电保护方法，其特征是：由交流输入插件接受发电机机端电流互感器的电流信号；经过模数转换后，DSP插件同时使用固定采样频率采集发电机的三相电流信号，经过低通滤波和带通滤波，得到次同步模态信号，采用过零点算法得到次同步模态信号的频率，采用变数据窗的傅氏计算方法得到三相次同步模态信号的幅值，分相进行定时限和反时限保护判别，发出报警信号或跳闸信号；采用“CPU+双DSP插件”的系统结构形式，使用固定采样频率采集发电机的三相电流信号，只有两块DSP插件同时判别出异步自激，才输出报警或跳闸信号；两块DSP插件同时使用固定采样频率采集发电机的三相电流信号i_A、i_B、i_C，经过低通滤波式1和带通滤波式2，得到次同步模态信号i"_m,A、i"_m,B、i"_m,C，

$\left[\begin{array}{c}{i^{\′}}_A\\ {i^{\′}}_B\\ {i^{\′}}_C\end{array}\right]=H_L\left(s\right)\left[\begin{array}{c}{i}_A\\ i_B\\ i_C\end{array}\right]$          式1

$\left[\begin{array}{c}{i^{\′\′}}_{m,A}\\ {i^{\′\′}}_{m,B}\\ {i^{\′\′}}_{m,C}\end{array}\right]=H_{B,m}\left(s\right)\left[\begin{array}{c}{i^{\′}}_A\\ {i^{\′}}_B\\ {i^{\′}}_C\end{array}\right],m=\mathrm{1,2},\·\·\·$         式2

其中，H_L(s)为低通滤波器，截止频率在43Hz～48Hz范围内，低通滤波参数固定在保护装置的定值中，不需要调整；H_B,m(s)为第m个带通滤波器，带通滤波参数也固定在保护装置中，根据被保护的发电机的需求，确定需要带通滤波器的个数；两块DSP插件采用过零点算法同时处理次同步模态信号i"_m,A、i"_m,B、i"_m,C，m=1,2,…，得出信号i"_m,A、i"_m,B、i"_m,C的频率，并将其取平均值作为最终的次同步模态信号频率f_m：然后采用变数据窗的傅氏计算得到次同步模态信号i"_m,A、i"_m,B、i"_m,C的幅值序列I_m,i(n)和对应的相量

采用的傅氏计算的公式为：

$\left\{\begin{array}{c}{\stackrel{\→}{I}}_{m,i}\left(n\right)=g_m(a_{m,i}\left(n\right)-j\·b_{m,i}\left(n\right))\\ I_{m,i}\left(n\right)=g_m\sqrt{a_{m,i}^2\left(n\right)+b_{m,i}^2\left(n\right)}\\ a_{m,i}\left(n\right)=\frac{2}{N_m}\left[\underset{k=0}{\overset{N_m-1}{\mathrm{\Σ}}}{i^{\′\′}}_{m,i}(n-N_m+k)\cos (k\·\frac{2\mathrm{\π}}{N_m})\right]\\ b_{m,i}\left(n\right)=\frac{2}{N_m}\left[\underset{k=0}{\overset{N_m-1}{\mathrm{\Σ}}}{i^{\′\′}}_{m,i}(n-N_m+k)\sin (k\·\frac{2\mathrm{\π}}{N_m})\right]\\ N_m=\mathrm{round}(f_s/f_m)\end{array}\right.i=A,B,C,m=\mathrm{1,2},\·\·\·$ 式3

其中，g_m为增益校正系数，f_s为保护装置的采样频率，f_m为次同步模态信号频率，N_m为对应f_m的数据窗长度，I_m,i(n)是次同步模态信号幅值序列，

是对应的相量，当前面两次滤波造成信号衰减，式3中增加了增益校正系数g_m进行幅值校正，增益校正系数是次同步模态信号频率的函数，事先由带通滤波器的幅频特性确定；

两块DSP插件同时对计算的幅值I_m,i进行定时限和反时限保护判别，判据为：

定时限判据：I_m,i＞I_set,m且t_m,i＞t_set,m          式4

反时限判据：

且I_m,i＞I_pk,m且t_m,i＞t_min,m     式5

其中，I_set,m为第m个次同步模态信号的定时限电流定值，取值范围0.1A～5.0A；t_set,m为第m个次同步模态信号的定时限保护延时，取值范围0.01～60s；t_min,m为第m个次同步模态信号的反时限保护最小动作延时，取值范围0.01～60s；T_p,m为第m个次同步模态信号的反时限保护的时间常数，取值范围0.01～60s；I_m,i为采用式3计算的I_m,i(n)；I_n为发电机额定电流值；I_pk,m为第m个次同步模态信号的反时限保护电流启动值，所有电流值均为CT二次值。

2.如权利要求1所述的发电机异步自激振荡继电保护方法，其特征是：

1）逻辑判别的结果是报警或跳闸；

2）报警信号输出，两块DSP插件将报警逻辑判别的结果送出，通过背板总线，将报警信号送给信号输出插件，由信号输出插件输出报警信号继电器空接点，如果两块DSP判别的结果不同，则保护装置闭锁输出；

3）跳闸信号输出，两块DSP插件将跳闸逻辑判别的结果送出，通过背板总线，将跳闸信号送给跳闸输出插件，由跳闸输出插件输出跳闸继电器空接点，如果两块DSP判别的结果不同，则保护装置闭锁输出。

3.如权利要求1所述的发电机异步自激振荡继电保护方法，其特征是：CPU插件负责底层驱动软件、总线控制、通讯、人机交互处理、报文处理、故障录波功能。

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