本發(fā)明涉及一種三次諧波電壓定子接地保護方法，屬于發(fā)電機技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

大型發(fā)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(fā)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(guān)重要。大型發(fā)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(qū)。三次諧波電壓保護的類型較多，均能反應(yīng)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(qū)。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(jié)合實現(xiàn)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(qū)域?qū)闹行渣c附近向繞組中部擴大，現(xiàn)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(shù)自調(diào)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(shù)自調(diào)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(xiàn)象難以區(qū)分發(fā)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(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)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(xiàn)有技術(shù)中三次諧波電壓定子接地保護對發(fā)電機零序電壓回路斷線考慮不足，易出現(xiàn)斷線保護誤動作的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)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(fā)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(fā)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(jù)發(fā)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(fā)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(jīng)自調(diào)整系數(shù)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(jù)發(fā)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(fā)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(jù)如下：

式中：u1(t)表示發(fā)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(fā)電機中性點無壓判據(jù)：

式中：u1(t)表示發(fā)電機機端正序電壓；表示中性點三次諧波電壓向量。

計算發(fā)電機中性點金屬性接地判據(jù)：

式中：表示中性點三次諧波電壓在記憶時間δt內(nèi)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(fā)電機中性點無壓判據(jù)、發(fā)電機中性點金屬性接地判據(jù)均滿足，則判為發(fā)電機中性點金屬性接地，保護不閉鎖；如果發(fā)電機中性點無壓判據(jù)滿足，而發(fā)電機中性點金屬性接地判據(jù)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(fā)電機機端零序pt斷線判據(jù)、發(fā)電機中性點無壓判據(jù)、發(fā)電機中性點金屬性接地判據(jù)須連續(xù)滿足至少20ms。

保護動作前，滿足保護動作的條件連續(xù)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(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所達到的有益效果：

考慮發(fā)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(fā)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(qū)分了中性點電壓回路斷線與中性點金屬性接地，斷線發(fā)生時閉鎖保護并發(fā)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(fā)電機正常運行時三次諧波等效電路；

圖3是發(fā)電機定子接地三次諧波等效電路；

圖4是本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供的三次諧波電壓定子接地保護方法，包括：對發(fā)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(fā)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(jù)發(fā)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(fā)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(jīng)自調(diào)整系數(shù)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(fā)明在發(fā)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(fā)出相應(yīng)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(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而不能以此來限制本發(fā)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(shù)表示發(fā)電機，t表示主變壓器，tv1是機端電壓互感器，tv2表示發(fā)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(fā)電機正常運行時的三次諧波電壓等效電路，發(fā)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(shè)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(fā)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(cè)耦合電容。圖中rg為故障接地電阻，接地電阻將發(fā)電機三次諧波電壓分為了兩部分與

根據(jù)一臺300mw發(fā)電機變壓器組的參數(shù)，提供本發(fā)明的具體實施例。所需具體參數(shù)：發(fā)電機定子三相繞組對地總電容cf為0.528μf，發(fā)電機機端外部設(shè)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(cè)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(fā)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(fā)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(shù)，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(fā)電機正序電壓

步驟2：計算發(fā)電機機端零序pt是否斷線，判據(jù)為

如果上式連續(xù)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(fā)電機中性點無壓判據(jù)

然后計算發(fā)電機中性點金屬性接地判據(jù)

如果發(fā)電機中性點無壓判據(jù)、發(fā)電機中性點金屬性接地判據(jù)均連續(xù)滿足20ms，則判為中性點金屬性接地，保護不閉鎖；如果發(fā)電機中性點無壓判據(jù)連續(xù)滿足20ms，且發(fā)電機中性點金屬性接地判據(jù)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(diào)整系數(shù)然后計算差動電壓為

計算制動電壓為

式(7)中制動系數(shù)kset取0.75；

計算三次諧波電壓差動判據(jù)

u3d＞u3r(8)

如果上式連續(xù)滿足40ms以上，且發(fā)電機機端零序pt、發(fā)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(jù)

kam＞kset2(9)

式中定值根據(jù)本實施例中的發(fā)電機參數(shù)，kset2為0.96。如果式(9)連續(xù)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(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明技術(shù)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(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。