一种三次谐波电压定子接地保护方法与流程

本发明涉及一种三次谐波电压定子接地保护方法，属于发电机技术领域。

背景技术：

大型发电机的定子接地故障电流较大，对定子铁芯烧损较严重，易引发相间短路或匝间短路，定子接地保护的正确配置对于机组运行安全至关重要。大型发电机基本采用双重化保护配置，其中定子接地保护至少有一套采用三次谐波电压保护与基波零序电压保护相配合的方式，组成双频式定子接地保护。

基波零序电压保护简单可靠，但在中性点附近存在死区。三次谐波电压保护的类型较多，均能反应中性点附近的接地故障，但在定子绕组的中部灵敏度较低甚至存在死区。实际使用时将基波零序电压原理与三次谐波电压原理相结合实现100％定子接地保护。

对于大型机组，基波零序电压保护的灵敏度易受机组对地电容影响，若机组定子对地电容较大，基波零序电压保护的低灵敏度区域将从中性点附近向绕组中部扩大，现有幅值比三次谐波电压保护与基波零序电压保护相配合可能会遇到灵敏度不够的问题，此时，可投入系数自调整的三次谐波电压差动定子接地保护，以提高定子接地保护的灵敏度。然而无论幅值比三次谐波电压保护还是系数自调整三次谐波电压差动保护，可靠性并不高，机端零序pt断线会造成幅值比三次谐波电压保护拒动，使三次谐波电压差动保护误动；中性点电压断线会造成幅值比三次谐波电压保护与三次谐波电压差动保护误动。因此，三次谐波电压保护必须判别零序电压断线。其中，中性点电压断线的判别较为困难，单从中性点三次谐波电压下降至零的现象难以区分发电机中性点金属性接地与中性点电压回路断线。

在微机保护性能不断提高的背景下，三次谐波电压原理的定子接地保护仍有改进的空间，提出更为可靠的定子接地保护方案很有必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种三次谐波电压定子接地保护方法，解决现有技术中三次谐波电压定子接地保护对发电机零序电压回路断线考虑不足，易出现断线保护误动作的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种三次谐波电压定子接地保护方法，包括如下步骤：

对发电机机端三相电压、机端零序电压、中性点电压进行瞬时采样，并计算发电机机端正序电压、中性点三次谐波电压和机端零序三次谐波电压；

根据发电机机端正序电压、机端零序三次谐波电压，判别机端零序pt是否断线，当机端零序pt断线时，则保护闭锁；

对发电机机端正序电压、中性点三次谐波电压和机端零序三次谐波电压的变化特征进行分析，判别中性点电压回路是否断线，当中性点电压回路断线时，则保护闭锁；

利用中性点三次谐波电压、经自调整系数校正过的机端零序三次谐波电压合成差动电压及制动电压，当差动电压大于制动电压，且机端零序pt、中性点电压回路均未断线，则保护动作；

将机端零序三次谐波电压与中性点三次谐波电压的比值与保护定值比较，当比值大于保护定值，且中性点电压回路未断线，则保护动作。

根据发电机机端三相电压、机端零序电压、中性点电压的瞬时值采用全波傅氏算法计算发电机机端正序电压、中性点三次谐波电压和机端零序三次谐波电压。

判别机端零序pt断线的判据如下：

式中：u1(t)表示发电机机端正序电压；表示机端零序三次谐波电压向量。

判别中性点电压回路断线的具体方法如下：

计算发电机中性点无压判据：

式中：u1(t)表示发电机机端正序电压；表示中性点三次谐波电压向量。

计算发电机中性点金属性接地判据：

式中：表示中性点三次谐波电压在记忆时间δt内的变化量；表示前δt时刻的中性点三次谐波电压向量；

表示机端零序三次谐波电压变化量；表示前δt时刻的机端零序三次谐波电压向量；

如果发电机中性点无压判据、发电机中性点金属性接地判据均满足，则判为发电机中性点金属性接地，保护不闭锁；如果发电机中性点无压判据满足，而发电机中性点金属性接地判据不满足，则判为中性点电压回路断线，保护闭锁。

所述记忆时间δt不小于80ms。

发电机机端零序pt断线判据、发电机中性点无压判据、发电机中性点金属性接地判据须连续满足至少20ms。

保护动作前，满足保护动作的条件连续维持至少40ms，保护才能动作。

保护闭锁时，同时输出断线告警。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

考虑发电机机端零序pt(即电压互感器)、中性点电压回路的断线判别，断线发生时保护不误动；在判别中性点电压回路断线时，利用机端零序三次谐波电压变化量、中性点的三次谐波电压变化量特征区分了中性点电压回路断线与中性点金属性接地，断线发生时闭锁保护并发出告警信号，具有较高的可靠性。

附图说明

图1是电压互感器的安装位置示意图；

图2是发电机正常运行时三次谐波等效电路；

图3是发电机定子接地三次谐波等效电路；

图4是本发明的流程图。

具体实施方式

本发明提供的三次谐波电压定子接地保护方法，包括：对发电机机端三相电压、机端零序电压、中性点电压进行瞬时采样，并计算发电机机端正序电压、中性点三次谐波电压和机端零序三次谐波电压；根据发电机机端正序电压、机端零序三次谐波电压，判别机端零序pt是否断线，当机端零序pt断线时，则保护闭锁；对发电机机端正序电压、中性点三次谐波电压和机端零序三次谐波电压的变化特征进行分析，判别中性点电压回路是否断线，当中性点电压回路断线时，则保护闭锁；利用中性点三次谐波电压、经自调整系数校正过的机端零序三次谐波电压合成差动电压及制动电压，当差动电压大于制动电压，且机端零序pt、中性点电压回路均未断线，则保护动作；将机端零序三次谐波电压与中性点三次谐波电压的比值与保护定值比较，当比值大于保护定值，且中性点电压回路未断线，则保护动作。本发明在发电机机端零序pt断线、中性点电压回路断线时不误动，且能够发出相应断线告警信号，中性点电压断线判别不受中性点金属性接地影响，提高了三次谐波电压保护的可靠性。

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

图1是电压互感器的安装位置示意图，图中g表示发电机，t表示主变压器，tv1是机端电压互感器，tv2表示发电机中性点电压互感器(或接地变压器或消弧线圈)。

图2是发电机正常运行时的三次谐波电压等效电路，发电机定子绕组漏抗与电阻远小于定子绕组对地容抗，忽略定子绕组漏抗与电阻。其中cf是定子绕组3相对地总电容，ct为机端设备对地总电容，z3n为中性点接地变或消弧线圈在三次谐波下的等效阻抗，是发电机三次谐波电压，为机端三次谐波电压向量，为中性点三次谐波电压向量。

图3是定子单相接地三次谐波等效电路，忽略高、低压侧耦合电容。图中rg为故障接地电阻，接地电阻将发电机三次谐波电压分为了两部分与

根据一台300mw发电机变压器组的参数，提供本发明的具体实施例。所需具体参数：发电机定子三相绕组对地总电容cf为0.528μf，发电机机端外部设备对地总电容ct为0.348μf(含机端三相冲击波吸收电容0.3μf)，主变高低压侧耦合电容cm为0.0047μf，接地变接地时中性点等效接地电阻为rn＝3636ω，变化量计算记忆时间δt为80ms。如图4所示，具体包括以下步骤：

步骤1：对发电机中性点零序电压、机端零序电压、机端三相电压进行采样得到瞬时值un(k)、us(k)、ua(k)、ub(k)、uc(k)。本发明采用的全波傅氏算法为

式(1)中x(k)为瞬时值输入，为输出向量，n为谐波次数，n取24。利用式(1)对瞬时值进行计算得到当前的中性点三次谐波电压向量当前的机端三次谐波电压向量前80ms的中性点三次谐波电压向量前80ms的机端三次谐波电压向量机端三相电压向量

计算发电机正序电压

步骤2：计算发电机机端零序pt是否断线，判据为

如果上式连续满足20ms，则判为机端零序pt断线。

步骤3：计算中性点电压回路是否断线，首先计算发电机中性点无压判据

然后计算发电机中性点金属性接地判据

如果发电机中性点无压判据、发电机中性点金属性接地判据均连续满足20ms，则判为中性点金属性接地，保护不闭锁；如果发电机中性点无压判据连续满足20ms，且发电机中性点金属性接地判据不满足，则判为中性点电压回路断线，保护闭锁。

步骤4：计算实时调整系数然后计算差动电压为

计算制动电压为

式(7)中制动系数kset取0.75；

计算三次谐波电压差动判据

u3d＞u3r(8)

如果上式连续满足40ms以上，且发电机机端零序pt、发电机中性点电压回路均未断线，保护动作。

步骤5：计算机端与中性点的三次谐波电压幅值比计算三次谐波电压幅值比保护的动作判据

kam＞kset2(9)

式中定值根据本实施例中的发电机参数，kset2为0.96。如果式(9)连续满足40ms以上，且机端零序pt、中性电压回路均未断线，保护动作。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。