一種三次諧波電壓定子接地保護方法與流程

本發明涉及一種三次諧波電壓定子接地保護方法，屬于發電機技術領域。

背景技術：

大型發電機的定子接地故障電流較大，對定子鐵芯燒損較嚴重，易引發相間短路或匝間短路，定子接地保護的正確配置對于機組運行安全至關重要。大型發電機基本采用雙重化保護配置，其中定子接地保護至少有一套采用三次諧波電壓保護與基波零序電壓保護相配合的方式，組成雙頻式定子接地保護。

基波零序電壓保護簡單可靠，但在中性點附近存在死區。三次諧波電壓保護的類型較多，均能反應中性點附近的接地故障，但在定子繞組的中部靈敏度較低甚至存在死區。實際使用時將基波零序電壓原理與三次諧波電壓原理相結合實現100％定子接地保護。

對于大型機組，基波零序電壓保護的靈敏度易受機組對地電容影響，若機組定子對地電容較大，基波零序電壓保護的低靈敏度區域將從中性點附近向繞組中部擴大，現有幅值比三次諧波電壓保護與基波零序電壓保護相配合可能會遇到靈敏度不夠的問題，此時，可投入系數自調整的三次諧波電壓差動定子接地保護，以提高定子接地保護的靈敏度。然而無論幅值比三次諧波電壓保護還是系數自調整三次諧波電壓差動保護，可靠性并不高，機端零序pt斷線會造成幅值比三次諧波電壓保護拒動，使三次諧波電壓差動保護誤動；中性點電壓斷線會造成幅值比三次諧波電壓保護與三次諧波電壓差動保護誤動。因此，三次諧波電壓保護必須判別零序電壓斷線。其中，中性點電壓斷線的判別較為困難，單從中性點三次諧波電壓下降至零的現象難以區分發電機中性點金屬性接地與中性點電壓回路斷線。

在微機保護性能不斷提高的背景下，三次諧波電壓原理的定子接地保護仍有改進的空間，提出更為可靠的定子接地保護方案很有必要。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種三次諧波電壓定子接地保護方法，解決現有技術中三次諧波電壓定子接地保護對發電機零序電壓回路斷線考慮不足，易出現斷線保護誤動作的技術問題。

為解決上述技術問題，本發明所采用的技術方案是：一種三次諧波電壓定子接地保護方法，包括如下步驟：

對發電機機端三相電壓、機端零序電壓、中性點電壓進行瞬時采樣，并計算發電機機端正序電壓、中性點三次諧波電壓和機端零序三次諧波電壓；

根據發電機機端正序電壓、機端零序三次諧波電壓，判別機端零序pt是否斷線，當機端零序pt斷線時，則保護閉鎖；

對發電機機端正序電壓、中性點三次諧波電壓和機端零序三次諧波電壓的變化特征進行分析，判別中性點電壓回路是否斷線，當中性點電壓回路斷線時，則保護閉鎖；

利用中性點三次諧波電壓、經自調整系數校正過的機端零序三次諧波電壓合成差動電壓及制動電壓，當差動電壓大于制動電壓，且機端零序pt、中性點電壓回路均未斷線，則保護動作；

將機端零序三次諧波電壓與中性點三次諧波電壓的比值與保護定值比較，當比值大于保護定值，且中性點電壓回路未斷線，則保護動作。

根據發電機機端三相電壓、機端零序電壓、中性點電壓的瞬時值采用全波傅氏算法計算發電機機端正序電壓、中性點三次諧波電壓和機端零序三次諧波電壓。

判別機端零序pt斷線的判據如下：

式中：u1(t)表示發電機機端正序電壓；表示機端零序三次諧波電壓向量。

判別中性點電壓回路斷線的具體方法如下：

計算發電機中性點無壓判據：

式中：u1(t)表示發電機機端正序電壓；表示中性點三次諧波電壓向量。

計算發電機中性點金屬性接地判據：

式中：表示中性點三次諧波電壓在記憶時間δt內的變化量；表示前δt時刻的中性點三次諧波電壓向量；

表示機端零序三次諧波電壓變化量；表示前δt時刻的機端零序三次諧波電壓向量；

如果發電機中性點無壓判據、發電機中性點金屬性接地判據均滿足，則判為發電機中性點金屬性接地，保護不閉鎖；如果發電機中性點無壓判據滿足，而發電機中性點金屬性接地判據不滿足，則判為中性點電壓回路斷線，保護閉鎖。

所述記憶時間δt不小于80ms。

發電機機端零序pt斷線判據、發電機中性點無壓判據、發電機中性點金屬性接地判據須連續滿足至少20ms。

保護動作前，滿足保護動作的條件連續維持至少40ms，保護才能動作。

保護閉鎖時，同時輸出斷線告警。

與現有技術相比，本發明所達到的有益效果：

考慮發電機機端零序pt(即電壓互感器)、中性點電壓回路的斷線判別，斷線發生時保護不誤動；在判別中性點電壓回路斷線時，利用機端零序三次諧波電壓變化量、中性點的三次諧波電壓變化量特征區分了中性點電壓回路斷線與中性點金屬性接地，斷線發生時閉鎖保護并發出告警信號，具有較高的可靠性。

附圖說明

圖1是電壓互感器的安裝位置示意圖；

圖2是發電機正常運行時三次諧波等效電路；

圖3是發電機定子接地三次諧波等效電路；

圖4是本發明的流程圖。

具體實施方式

本發明提供的三次諧波電壓定子接地保護方法，包括：對發電機機端三相電壓、機端零序電壓、中性點電壓進行瞬時采樣，并計算發電機機端正序電壓、中性點三次諧波電壓和機端零序三次諧波電壓；根據發電機機端正序電壓、機端零序三次諧波電壓，判別機端零序pt是否斷線，當機端零序pt斷線時，則保護閉鎖；對發電機機端正序電壓、中性點三次諧波電壓和機端零序三次諧波電壓的變化特征進行分析，判別中性點電壓回路是否斷線，當中性點電壓回路斷線時，則保護閉鎖；利用中性點三次諧波電壓、經自調整系數校正過的機端零序三次諧波電壓合成差動電壓及制動電壓，當差動電壓大于制動電壓，且機端零序pt、中性點電壓回路均未斷線，則保護動作；將機端零序三次諧波電壓與中性點三次諧波電壓的比值與保護定值比較，當比值大于保護定值，且中性點電壓回路未斷線，則保護動作。本發明在發電機機端零序pt斷線、中性點電壓回路斷線時不誤動，且能夠發出相應斷線告警信號，中性點電壓斷線判別不受中性點金屬性接地影響，提高了三次諧波電壓保護的可靠性。

下面結合附圖對本發明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。

圖1是電壓互感器的安裝位置示意圖，圖中g表示發電機，t表示主變壓器，tv1是機端電壓互感器，tv2表示發電機中性點電壓互感器(或接地變壓器或消弧線圈)。

圖2是發電機正常運行時的三次諧波電壓等效電路，發電機定子繞組漏抗與電阻遠小于定子繞組對地容抗，忽略定子繞組漏抗與電阻。其中cf是定子繞組3相對地總電容，ct為機端設備對地總電容，z3n為中性點接地變或消弧線圈在三次諧波下的等效阻抗，是發電機三次諧波電壓，為機端三次諧波電壓向量，為中性點三次諧波電壓向量。

圖3是定子單相接地三次諧波等效電路，忽略高、低壓側耦合電容。圖中rg為故障接地電阻，接地電阻將發電機三次諧波電壓分為了兩部分與

根據一臺300mw發電機變壓器組的參數，提供本發明的具體實施例。所需具體參數：發電機定子三相繞組對地總電容cf為0.528μf，發電機機端外部設備對地總電容ct為0.348μf(含機端三相沖擊波吸收電容0.3μf)，主變高低壓側耦合電容cm為0.0047μf，接地變接地時中性點等效接地電阻為rn＝3636ω，變化量計算記憶時間δt為80ms。如圖4所示，具體包括以下步驟：

步驟1：對發電機中性點零序電壓、機端零序電壓、機端三相電壓進行采樣得到瞬時值un(k)、us(k)、ua(k)、ub(k)、uc(k)。本發明采用的全波傅氏算法為

式(1)中x(k)為瞬時值輸入，為輸出向量，n為諧波次數，n取24。利用式(1)對瞬時值進行計算得到當前的中性點三次諧波電壓向量當前的機端三次諧波電壓向量前80ms的中性點三次諧波電壓向量前80ms的機端三次諧波電壓向量機端三相電壓向量

計算發電機正序電壓

步驟2：計算發電機機端零序pt是否斷線，判據為

如果上式連續滿足20ms，則判為機端零序pt斷線。

步驟3：計算中性點電壓回路是否斷線，首先計算發電機中性點無壓判據

然后計算發電機中性點金屬性接地判據

如果發電機中性點無壓判據、發電機中性點金屬性接地判據均連續滿足20ms，則判為中性點金屬性接地，保護不閉鎖；如果發電機中性點無壓判據連續滿足20ms，且發電機中性點金屬性接地判據不滿足，則判為中性點電壓回路斷線，保護閉鎖。

步驟4：計算實時調整系數然后計算差動電壓為

計算制動電壓為

式(7)中制動系數kset取0.75；

計算三次諧波電壓差動判據

u3d＞u3r(8)

如果上式連續滿足40ms以上，且發電機機端零序pt、發電機中性點電壓回路均未斷線，保護動作。

步驟5：計算機端與中性點的三次諧波電壓幅值比計算三次諧波電壓幅值比保護的動作判據

kam＞kset2(9)

式中定值根據本實施例中的發電機參數，kset2為0.96。如果式(9)連續滿足40ms以上，且機端零序pt、中性電壓回路均未斷線，保護動作。

以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變形，這些改進和變形也應視為本發明的保護范圍。