一种核电站棒控电源系统的发电机差动保护方法

本技术属于发电机继电保护领域，更具体地，涉及一种核电站棒控电源系统的发电机差动保护方法。

背景技术：

1、核电厂中，核反应堆棒控系统用于驱动燃料棒提升或插入，实现反应堆发电功率调节。棒控电源系统是为控制棒驱动机构(crdm)供电的专用电气系统，核心发电装置为两台并列运行的发电机。发电机定子绕组内部短路故障包括相间短路故障、分支间短路故障和匝间短路故障。短路故障会引起很大的短路电流，对发电机造成严重损害。发电机内部故障主保护包括发电机纵差保护、裂相横差保护和单元件横差保护等。与常规发电机仅在机端并列运行不同，棒控电源系统发电机在机端和中性点侧连接在一起，两台发电机之间联系更加紧密，故障特征也和传统的并列发电机有所差异。因此，主保护的优化配置是优选合适的保护类型，尽可能充分的反应不同的故障。

2、学者分析了不同绕组形式的发电机主保护配置实例，提出对不同的发电机绕组结构应采取不同的优化设计方案。纵联电流差动保护主要反应相间短路故障，而对于分支间短路故障和匝间短路故障，如果中性点侧引出的端子数足够，则采用不完全纵差保护和横差保护方案，保护的灵敏度都比较高。但部分发电机中性点侧每相仅有一个引出端，难以配置不完全纵差保护和横差保护，针对分支间短路故障和匝间短路故障可能会选择配置负序功率方向保护、纵向基波零序电压保护和转子二次谐波电流保护。针对纵差保护和裂相横差保护，相关研究和应用比较完备，目前研究多集中在其他辅助判据。

3、由于控制棒驱动机构电源系统发电机的差动保护受限于保护ct(currenttransformer，电流互感器)配置，只能反应定子绕组的相间短路故障，不具备反应定子绕组可能发生的匝间故障、分支间故障的能力。此外，现有对于短路故障采用固定门槛式的差动保护进行反应，也容易造成差动保护的拒动和误动。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本技术的目的在于提供一种核电站棒控电源系统的发电机差动保护方法，旨在解决棒控电源发电机因采用单分支定子绕组导致现有差动保护不能识别定子绕组内部故障并进行保护的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本技术提供了一种核电站棒控电源系统的发电机差动保护方法，所述棒控电源系统发电机运行处于双机并列运行工况，双机联合差动保护采用比率制动特性差动保护，所述差动保护方法包括：

3、s1.获取比率制动特性差动保护动作判据，获取双发电机内部短路故障主保护方式和当前各发电机各相定子绕组中性点处、机端处的电流值；

4、s2.融合双机信息，同时使用当前双发电机对应相定子绕组中性点处、机端处的电流值，根据双发电机内部短路故障保护方式，计算各相的差动电流和制动电流；

5、s3.对于每一相定子绕组，同时使用该相的双机差动电流、双机制动电流和比率制动特性差动保护动作判据，确定该相定子绕组是否发生故障；

6、s4.对于发生故障的各相定子绕组，使用该相定子绕组的负序功率方向判据确定发生故障的发电机。

7、优选地，所述比率制动特性差动保护动作判据为：

8、当ires≤ires.0时，

9、

10、当ires>ires.0时，

11、

12、其中，iop为差动电流，ires为制动电流，iop.0为差动保护的最小动作电流，通过实测两台发电机间的不平衡电流进行整定；ires.0为差动保护的最小制动电流，当发电机出现外部短路时用于呈现制动作用；m为保护动作特性的斜率。

13、优选地，所述双发电机内部短路故障主保护方式为仅采用不完全纵差保护、仅采用裂相横差保护或者同时采用不完全纵差保护和裂相横差保护。

14、优选地，双发电机内部短路故障主保护方式为不完全纵差保护时，融合双机电流信息，同时使用两台发电机的电流量计算各相的差动电流和制动电流：

15、a相的差动电流iop.a＝|2i2-i1-i3|；

16、a相的制动电流ires.a＝|(2i2+i1+i3)/4|；

17、b相的差动电流iop.b＝|2i6-i5-i7|；

18、b相的制动电流ires.b＝|(2i6+i5+i7)/4|；

19、c相的差动电流iop.c＝|2i10-i9-i11|；

20、c相的制动电流ires.c＝|(2i10+i9+i11)/4|；

21、其中，i1,i5,i9分别为第一发电机的a、b、c相定子绕组中性点处电流相量，i3,i7,i11分别为第二发电机的a、b、c相定子绕组中性点处电流相量，i2,i6,i10分别为第一发电机的a、b、c相定子绕组机端处电流相量，||表示取幅值。

22、优选地，双发电机内部短路故障主保护方式为裂相横差保护时，融合双机电流信息，同时使用两台发电机的电流量计算各相的差动电流和制动电流：

23、a相的差动电流iop.a＝|i1-i3|；

24、a相的制动电流ires.a＝|(i1+i3)/2|；

25、b相的差动电流iop.b＝|i5-i7|；

26、b相的制动电流ires.b＝|(i5+i7)/2|；

27、c相的差动电流iop.c＝|i9-i11|；

28、c相的制动电流ires.c＝|(i9+i11)/2|；

29、其中，i1,i5,i9分别为第一发电机的a、b、c相定子绕中性点处电流相量，i3,i7,i11分别为第二发电机的a、b、c相定子绕组中性点处电流相量，||表示取幅值。

30、优选地，双发电机内部短路故障主保护方式同时采用不完全纵差保护和裂相横差保护，当且仅当两种保护方式均判断为制动区域时，判定该相定子绕组未发生故障，除此之外，均判定该相定子绕组发生故障。

31、优选地，使用该相定子绕组的负序功率方向判据确定导致故障发生的发电机具体如下：

32、若则为故障发电机，否则，为非故障发电机；其中，为δu2的相角，δu2为故障前后机端负序电压的相量差，为δi2的相角，δi2为故障前后机端负序电流的相量差，为负序功率方向继电器的灵敏角。

33、优选地，若三相定子绕组均未发生故障，重新获取当前各发电机各相定子绕组中性点处、机端处的电流值，再次执行s2-s4。

34、优选地，该方法还包括：

35、当判断故障发生且确定故障发电机后，均采取将故障发电机停机，切除出当前系统的保护方式。

36、为实现上述目的，第二方面，本技术提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机读取存储介质中的计算机指令后，计算机执行如第一方面所述的差动保护方法。

37、可以理解的是，第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

38、总体而言，通过本技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

39、本技术提出一种核电站棒控电源系统的发电机差动保护方法，包括：s1.获取比率制动特性差动保护动作判据，获取双发电机内部短路故障主保护方式和当前各发电机各相定子绕组中性点处、机端处的电流值；s2.融合双机信息，同时使用当前双发电机对应相定子绕组中性点处、机端处的电流值，根据双发电机内部短路故障保护方式，计算各相的差动电流和制动电流；s3.对于每一相定子绕组，同时使用该相的双机差动电流、双机制动电流和比率制动特性差动保护动作判据，确定该相定子绕组是否发生故障；s4.对于发生故障的各相定子绕组，使用该相定子绕组的负序功率方向判据确定导致故障发生的发电机。核电站棒控电源系统发电机组多采用每相定子绕组单分支接线方式。而传统的不完全纵差保护与横差保护均需要在每相的不同分支上提取特征量进行保护，故无法在棒控电源系统发电机组的保护中进行应用。但棒控电源发电机在正常运行工况下处于双机并列状态，两台发电机中性点和机端均并联在一起，每相定子绕组可对应等效为双分支连接结构。基于此特性，本技术提出了一种双机并列运行的联合差动保护方法，同时提取两台电机定子绕组的特征量构造判据，将双机信息量进行融合，对棒控电源发电机匝间短路、相间短路、定子开焊故障进行识别，确定故障机组，并实施保护，能够解决棒控电源发电机因采用单分支定子绕组导致现有差动保护不能有效识别定子绕组内部故障并进行保护的问题，可以满足实际工程需要，对保障棒控电源发电机机组安全稳定运行有重大意义。