一种基于自适应的选择性定子接地保护方法与流程

本发明涉及继电保护领域，具体涉及一种基于自适应的选择性定子接地保护方法。

背景技术：

当一台发电机连接一台主变压器运行时，发电机的定子绕组或其引出线由于运行时间过长、绝缘性能下降，可能会发生单相接地故障，即发电机内部固定电枢绕组某相与大地相连。此时需要反映此种故障类型的定子接地保护来切除故障设备。图1示意了c相接地故障的情况，图中g代表交流发电机，t代表变压器，gcb代表发电机出口断路器，a、b、c代表电力三相回路。

目前定子接地保护从原理上可分为两类：基波零序电压原理和注入式原理。在发生定子单相接地时，机端基波零序电压会升高，且接地相对地电阻值会显著降低。基波零序电压保护采集机端零序电压值，通过判断机端基波零序电压的升高来报警停机；注入式保护则是测量定子回路相对地的绝缘电阻值，通过判断定子回路相对地绝缘电阻值的下降来报警停机。

从上述介绍可以看出，基波零序电压保护和注入式保护这两种方案都有一个共同的缺点，就是不具备选择性，当用在扩大单元接线时，当某一台发电机内部绕组及其引出线发生单相接地故障时，其余非故障发电机定子接地保护均会动作跳闸，进而扩大事故范围。图2示意了多机并联系统，假如g1机组内部发生单相接地故障，由于三台机组的机端相互连接，则每台机组机端的pt(电压互感器)都会测量到相同的零序电压值，这会造成g2和g3机组也跳闸，扩大了事故范围。

为了提高定子接地保护动作的选择性，目前一般采用不同机组间的动作延时配合，来降低非故障跳闸概率；比如1号机组定子接地保护延时0.3s跳闸，2号机组定子接地保护延时0.6s跳闸，当1号机组发生定子接地保护故障时，则1号机组定子接地保护先跳闸切除故障，2号发电机由于延时较长不会跳闸，机组继续运行而不受影响。

但是这种方法的缺点是只能把定子接地保护的选择性提高50％，只能保证配置短延时保护的机组内部故障时保护具有选择性，而在配置长延时保护的机组内部故障时也会出现非故障跳闸的情况。即，如果是2号发电机发生定子接地故障，则1号发电机定子接地保护也会先跳闸。

为了进一步提高发电机发生定子接地故障时定子接地保护动作的选择性，也有个别厂家采用带零序方向的基波零序电压保护，该保护通过机端的零序电压和零序电流之间的角度γ来判断是该发电机内部接地故障还是外部接地故障，图3所示为其原理示意图，图4所示为其动作范围示意图，图中阴影区为动作区，反方向为不动作区，整个分区由动作灵敏角φ决定，当γ值处在阴影区内时保护动作跳闸，处在反方向不动作区内时保护不动作。

基于此原理，当判定故障发生在发电机绕组内部时则率先跳闸，当判定故障发生在其它发电机内部时，则延时跳闸。此方法使得任何的接地故障发生时，保护均能选择性地跳闸，不会扩大事故范围。但是，该原理的保护需要整定动作灵敏角φ，该定值由并接发电机绕组、母线和其他主接线上的设备的对地电容、阻抗综合决定，受并联的发电机台数影响，当前的解决方式是取不同机组运行台数下所测得的灵敏角的算术和平均值作为固定整定值，这种方式会大大降低方向判据的灵敏性，可靠性不足，严重时会引起误动或拒动。

综上，现有技术中的定子接地保护方案存在选择性受局限，灵敏度低，可靠性低的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是：提出一种基于自适应的选择性定子接地保护方法，解决现有技术中的定子接地保护方案存在选择性受局限，灵敏度低，可靠性低的问题。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：

一种基于自适应的选择性定子接地保护方法，包括：

根据采集到的零序电压值大小判断是否出现接地故障；

当出现接地故障时，定子接地保护根据方向判据决策动作与否：

通过采集机端零序电压和零序电流，求出两个向量间的角度γ，当角度γ在动作区内时，保护动作跳闸；当在动作区之外时，保护不动作；

所述方向判据中的动作灵敏角φ的确定方式为：

通过采集发电机出口断路器位置，通过位置判断主接线运行方式，进而把方向判据的动作灵敏度角φ自动切换到与该主接线匹配的预设定值上。

作为进一步优化，所述方向判据中的动作灵敏角φ的确定方式具体包括：

每台机组的定子接地保护均采集所有机组出口的gcb位置信号，每台机组的定子接地保护内部均整定完整的对应n种不同运行方式下的动作灵敏角φ1～n，当某台机组的定子接地保护根据采集到的gcb位置信号判断出该主接线运行在第m种运行方式下时，则该保护的动作灵敏角定值自动切换为对应的φm。

本发明的有益效果是：

与采用多机组间靠延时配合和固定灵敏度角定值方向保护两种方式相比较，采用通过gcb位置自动识别主接线运行方式进而自动切换灵敏度角定值，最大的优点是即保证了保护动作的选择性，又大大提高了保护动作的可靠性，接线简单，运行安全可靠。

附图说明

图1为c相接地故障示意图；

图2为多机并联系统示意图；

图3为带方向的基波零序电压保护示意图；

图4为带方向的基波零序电压保护动作范围示意图；

图5为本发明中的基于自适应的选择性定子接地保护方法流程图。

具体实施方式

本发明旨在提出一种基于自适应的选择性定子接地保护方法，解决现有技术中的定子接地保护方案存在选择性受局限，灵敏度低，可靠性低的问题。

其核心思想是：在解决多机并联系统定子接地保护动作选择性时，创新地提出了通过采集发电机出口断路器位置，通过位置判断主接线运行方式，进而把方向判据的动作灵敏度角定值自动切换到与该主接线匹配的定值上，即确保了保护的绝对选择性，又大大提高了保护动作的灵敏度，防止误动或拒动，整个设计无需增加设备，仅需采集各机组断路器位置信号，接线简单，运行安全可靠。因此，本发明方案既避开了传统的不同机组间靠动作延时配合造成的选择性不足，又避开了方向保护依靠多个运行方式下的平均灵敏度角固定值造成的灵敏度不足，大大提高了定子接地保护的选择性和可靠性，避免了非故障跳闸，减少了不必要的停电损失。

为使得多机并联系统定子接地保护动作完全具有选择性，且各种运行方式下均具有良好的灵敏度，本发明在具体实现上，采用以下手段，流程如图5所示：

1)首先根据采集到的零序电压值大小判断是否出现接地故障；

2)为了确保在多机并联系统中定子接地保护具有完全选择性，定子接地保护带方向判据，通过采集机端零序电压和零序电流，求出两个向量间的角度γ，当角度γ在动作区内时，保护动作跳闸；当在动作区之外时，保护不动作；

3)为了确保保护在各种运行方式下的可靠性，均具有良好的灵敏度，每台机组的定子接地保护均采集所有机组出口的gcb位置信号，每台机组的定子接地保护内部均整定完整的对应n种不同运行方式下的动作灵敏角φ1～n，当某台机组的定子接地保护根据采集到的gcb位置信号判断出该主接线运行在第m种运行方式下时，则该保护的动作灵敏角定值自动切换为对应的φm。

以本方案应用在图2所示的多机并联系统为例,g1的定子接地保护分别采集1、2、3号机组出口的断路器位置信号，当只有1号机组在运行时，即只有qf1在合位时，方向判据动作灵敏角定值对应为φ1；当只有两台机组在运行时，即qf1、qf2和qf3中任有两个在合位而另一个在分位时，方向判据动作灵敏角定值对应为φ2；当三台机组全部在运行时，即qf1、qf2和qf3均在合位时，方向判据动作灵敏角定值对应为φ3。

综上所述，相较于传统的多机组延时配合方式，或者固定灵敏度角方式，本发明巧妙地通过采集各台机组的出口断路器位置信号，依据该信号自动识别主接线运行形式，进而自动切换方向判据的动作灵敏度角定值，使得该定值能自适应主接线的变化，使得方向判据始终具有最高的灵敏度，大大提高了定子接地保护的选择性和可靠性，避免了非故障跳闸，减少了不必要的停电损失。