基于三次谐波电压变化量差动原理的定子接地保护方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种基于Ξ次谐波电压变化量差动原理的定子接地保护方法，属于发 电机定子单相接地保护技术领域。
【背景技术】
[0002] 大型发电机的定子接地故障电流较大，对定子铁忍烧损较严重，易引发相间短路 或应间短路，严重威胁机组的运行安全。常用的定子接地保护主要有注入式定子接地保护 与双频定子接地保护。
[0003] 注入式定子接地保护在大型机组已有较多应用，其优点明显，可直接测量接地电 阻，理论上灵敏度一致且停机不受影响。但该保护需要一套额外的注入电源，成本较高，且 保护装置投运时厂方人员现场校正流程复杂，接地变二次侧电流互感器的工作特性在发电 机工况变化时仍需改善。运些不利因素限制了注入式定子接地保护的全面推广。
[0004] 双频定子接地保护由基波零序电压保护与Ξ次谐波电压保护组成。基波零序电压 保护简单可靠，但在中性点附近存在死区。Ξ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Ξ次谐波电压原理相结合实现100%定子接地保护。由于双频定子接地保护原 理简单，成本低，保护性能可靠，双重化的发电机保护至少有一套会选用双频定子接地保 护。
[0005] 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 Ξ次谐波电压保护与基波零序电压保护相配合会遇到灵敏度不够的问题。因此，在微机保 护性能不断提高的背景下，Ξ次谐波电压原理的定子接地保护仍在不断发展，提出更高灵 敏度的定子接地保护方案很有必要。
【发明内容】
[0006] 目的：为了解决基波零序电压保护与传统Ξ次谐波电压保护相配合应用于大型机 组时灵敏度不足的问题，本发明提出一种基于Ξ次谐波电压变化量差动原理的定子接地保 护方法，具有较高的灵敏度和可靠性。
[0007] 技术方案:本发明利用发电机中性点的Ξ次谐波电压变化量与经实时调整系数校 正过的机端Ξ次谐波电压变化量来合成差动电压化d及制动电压化r，并使用判据化dXJ3r进行 差动判别，如果满足，保护动作;为防止高压侧Ξ次谐波电压的干扰，增加辅助判据，根据高 压侦控次谐波电压变化量来设置浮动的制动口坎值Udt，当高压侦控次谐波电压变化时能实 时调整制动口坎，如果U3d〉Udt，则与判据U3d〉U3r的判别结果与口出口；中性点、机端及高压侧 Ξ次谐波电压变化量计算中的记忆时间A t至少需要4个基波周期；判据化d>化r与化d〉Udt至 少持续满足2个基波周期，保护才能动作。
[000引利用发电机中性点的Ξ次谐波电压变化量与经实时调整系数校正过的机端Ξ次 谐波电压变化量来合成差动电压U3d及制动电压化。并使用判据U3d〉U3r进行差动判别，步骤 如下：
[0009] 步骤一:对发电机中性点零序电压、机端零序电压进行采样得到瞬时值Un、Us;
[0010] 步骤二:利用傅氏算法对瞬时值Un、Us进行计算，得到当前的中性点立次谐波电压 向量心3。(0、当前的机端Ξ次谐波电压向量心3,(0、前Δ t时刻的中性点Ξ次谐波电压向量 咕尤-間、前A t时刻的机端S次谐波电压向量咕(?-ΔΟ ;
[00川步骤S :计算中性点S次谐波电压变化量Δ咕脚=4似-玲乐-Δ?)，机端S次谐波 电压变化量Δ?4(0 =扣W -咕(? - Δ0 ;
[0012] 步骤四：计算实时调整系鑽
然后计算差动电压[；,,,-卡[7，,,(如乂一^,、叫，制 动电压巧,=心(KU0| +吟Δ?λ。脚I}，其中Kset是制动系数，取0.6~0.9;
[001引步骤五:判断U3d、U3r的关系是否满足U3d〉U3r，如果满足，保护动作。
[0014] 为防止高压侧Ξ次谐波电压的干扰，增加辅助判据，根据高压侧Ξ次谐波电压变 化量来设置浮动的制动口坎值Udt，当高压侧Ξ次谐波电压变化时能实时调整制动口坎，如 果化d〉Udt，同时满足化d>化r，保护动作；步骤如下：
[0015] 5a:对主变高压侧零序电压进行采样得到瞬时值Eh;
[0016] 5b:通过傅氏算法对瞬时值化进行计算，得到当前的高压侧Ξ次谐波电压向量为 焉;，於、前A t时刻的主变高压侧Ξ次谐波电压向量为马成-A/);
[0017] 5c:计算高压侧Ξ次谐波电压变化量δ4,(/) = 4:(0-4:(/-心）；
[001引 5d:计算发电机Ξ次谐波电压幅值￡3 = 1斬脚-?4(0|，然后计算制动口坎电压 =1.2|γΔ4,(0(1 +知1 + 0化&，丫为主变高低压侧S次谐波电压禪合系数，在此作为定值输 入，计算公式为
其中《3为Ξ次谐波角频率，值为942.虹ad/s， Cm为主变高低压侧每相禪合电容，Cf为发电机；相对地总电容，Ct为发电机机端外部设备对 地总电容，Z3n为发电机中性点Ξ次谐波等效接地阻抗，接地变接地时Z3n为中性点接地变等 效一次电阻，消弧线圈接地时Z3n为中性点消弧线圈Ξ次谐波感抗，不接地时1/Z3n为零。
[0019] 作为优选方案，中性点、机端、高压侧Ξ次谐波电压变化量计算中的记忆时间At 至少需要4个基波周期。
[0020] 作为优选方案，差动电压U3d、制动电压U3r及制动口坎Udt的关系U3d〉U3r与U3d〉Udt必 须连续满足至少2个基波周期，保护才能动作。
[0021] 有益效果：本发明提供的基于Ξ次谐波电压变化量差动原理的定子接地保护方 法，利用发电机中性点的Ξ次谐波电压变化量与经实时调整系数校正过的机端Ξ次谐波电 压变化量来合成差动电压与制动电压，并进行差动判别，能有效区分定子接地故障与发电 机Ξ次谐波电压正常变化，提高了定子接地保护的稳定性。常规保护方案未检测主变高压 侧的Ξ次谐波电压，无法将高压侧与发电机的Ξ次谐波电压分开考虑，为防止误动采用较 为可靠且固定的制动系数，灵敏度无法提高。本发明中的辅助判据考虑了高压侧Ξ次谐波 电压的干扰，在高压侧Ξ次谐波电压不变时具有很高的灵敏度，当高压侧Ξ次谐波电压变 化时能实时调整制动口坎值，尽可能保证灵敏度又防止误动作。
【附图说明】
[0022] 图1 TV安装位置图；
[0023] 图2发电机正常运行时Ξ次谐波等效电路；
[0024] 图3发电机定子接地Ξ次谐波等效电路；
[0025] 图4运行工况正常变化时Ξ次谐波电压向量；
[0026] 图5定子接地时Ξ次谐波电压向量；
[0027] 图6本发明的处理过程示意图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
[0029] 图1是本发明的TV安装位置图。图中G表示发电机，T表示主变，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），TV3是主变高压侧电压 互感器。
[0030] 图2是发电机正常运行时的Ξ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，Cm为主变高低压侧每相禪合电容，Z3n为中性点接地变或消弧线 圈在Ξ次谐波下的等效阻抗，鳥是发电机Ξ次谐波电压，为机端Ξ次谐波电压，为中 性点Ξ次谐波电压，鳥，为主变高压侧饱和引起的Ξ次谐波电压。
[0031] 图3是定子单相接地Ξ次谐波等效电路（忽略高压侧Ξ次谐波电压，由于Cm远小于 Cf，且无法预测高压侧Ξ次谐波电压相位，现有Ξ次谐波电压原理定子接地保护分析均忽 略高压侧Ξ次谐波电压）。图中Rg为故障接地电阻，接地电阻将发电机Ξ次谐波电压分为了 两部分鸟与巧。本发明中的差动主判据是在忽略高压侧=次谐波电压的基础上得到的，而 辅助判据专口考虑了高压侧Ξ次谐波电压的影响。
[0032] 图4是机组运行工况正常改变导致发电机Ξ次谐波电压变化的向量图(假设发电机Ξ 次谐波电压的初始相位为〇°)，图4是在图2的基础上得到的。图帥山）（迈)、t/,(!嘲（班)分 别是变化前的中性点及机端Ξ次谐波电压向量，机组运行工况改变时发电机Ξ次谐波电压 由直典-Δ句（盈）变为邱)(泣U,',川（死)、iy,)(雨)分别是变化后的中性点及机端的S次谐波 电压向量。由于接地参数保持不变，中性点、机端两侧的Ξ次谐波电压变化量保持了变化前 的相位关系，通过引入合适的系数与，将机端Ξ次谐波电压变化量Δ?λ、(0 (瓦^ )校正为 占