專利名稱：三次諧波動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)結(jié)合電壓比判據(jù)的定子接地保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地涉及繼電保護(hù)的方法。
背景技術(shù)：
大型同步發(fā)電機(jī)組是電能生產(chǎn)的基本設(shè)備，在電力系統(tǒng)中占有非常重要的地位。近年來(lái)發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不斷加大，它們?cè)靸r(jià)極為昂貴，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，一旦因故障而遭到損壞，檢修難度大、時(shí)間長(zhǎng)，同時(shí)會(huì)影響到系統(tǒng)穩(wěn)定，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的直接和間接損失十分巨大。這樣就對(duì)機(jī)組保護(hù)裝置的選擇性、快速性、可靠性、靈敏性提出了更高的要求。
定子繞組單相接地故障是發(fā)電機(jī)最常見(jiàn)的故障之一，而且往往是更為嚴(yán)重的繞組內(nèi)部短路故障發(fā)生的先兆，定子繞組單相接地保護(hù)的可靠與靈敏動(dòng)作可以降低內(nèi)部短路故障的發(fā)生幾率，減少故障造成的損失。發(fā)電機(jī)單機(jī)容量的增大一般使定子繞組對(duì)地電容增加，相應(yīng)的單相接地電流也增大，如不采取措施，單相接地故障將危及定子鐵芯，與單純的定子繞組損壞相比，檢修更為困難。對(duì)于大中型機(jī)組，必須裝設(shè)100％保護(hù)區(qū)的定子接地保護(hù)，且要求在定子繞組任一點(diǎn)經(jīng)一定過(guò)渡電阻接地時(shí)，保護(hù)能靈敏動(dòng)作。當(dāng)單相接地電流小于一定的安全接地電流時(shí)，定子接地保護(hù)可動(dòng)作于信號(hào)，但應(yīng)及時(shí)處理，以免再發(fā)生另一點(diǎn)接地故障而燒毀發(fā)電機(jī)；反之定子接地保護(hù)應(yīng)動(dòng)作于跳閘，以確保機(jī)組及其鐵芯安全。
一般采用基波零壓和三次諧波電壓判據(jù)共同構(gòu)成100％定子接地保護(hù)。其中基波零壓定子接地保護(hù)可反應(yīng)機(jī)端到中性點(diǎn)95％～85％的定子接地故障，三次諧波零壓保護(hù)主要用來(lái)保護(hù)中性點(diǎn)到機(jī)端25％左右范圍的定子接地故障。實(shí)際中，基波零壓定子接地保護(hù)運(yùn)行情況較好，但三次諧波定子接地保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況較差，主要原因是正常運(yùn)行時(shí)三次諧波含量比較小，給采樣回路的設(shè)計(jì)以及高精度濾波算法的設(shè)計(jì)帶來(lái)一系列的問(wèn)題，再加上現(xiàn)場(chǎng)零序電壓互感器(簡(jiǎn)稱TV，以下同)回路異常和保護(hù)實(shí)現(xiàn)方式不夠完善，使三次諧波定子接地保護(hù)成為一種非常容易誤動(dòng)的保護(hù)，嚴(yán)重影響發(fā)電機(jī)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
針對(duì)三次諧波定子接地保護(hù)的現(xiàn)狀，本發(fā)明提出了將三次諧波電壓比和動(dòng)態(tài)調(diào)整式三次諧波電壓差動(dòng)相結(jié)合的綜合定子接地保護(hù)方法，可大大改善發(fā)電機(jī)的運(yùn)行情況。

發(fā)明內(nèi)容
為實(shí)現(xiàn)大型機(jī)組100％定子接地保護(hù)，提高三次諧波定子接地保護(hù)的可靠性，同時(shí)保證該保護(hù)的靈敏性。本發(fā)明提供了一種將三次諧波電壓比和動(dòng)態(tài)調(diào)整式三次諧波電壓差動(dòng)相結(jié)合，來(lái)實(shí)現(xiàn)綜合定子接地保護(hù)的方法。該方法包括步驟發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置對(duì)電壓互感器的電壓波形進(jìn)行采樣得到電壓瞬時(shí)值；通過(guò)傅氏算法加數(shù)字濾波算法求出三次諧波電壓的復(fù)數(shù)形式；通過(guò)記憶的三次諧波電壓算出其變化量，并計(jì)算出三次諧波電勢(shì)；在較重負(fù)荷工況下自動(dòng)進(jìn)入改進(jìn)的動(dòng)態(tài)調(diào)整三次諧波電壓差動(dòng)判據(jù)；在并網(wǎng)前和輕負(fù)荷工況下自動(dòng)進(jìn)入三次諧波電壓比判據(jù)；另外當(dāng)機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)三次諧波同時(shí)變化，機(jī)端或中性點(diǎn)側(cè)至少一側(cè)有三次諧波，E3變化小等輔助判據(jù)同時(shí)滿足時(shí)保護(hù)經(jīng)一定延時(shí)動(dòng)作。該方法可自動(dòng)適應(yīng)不同的運(yùn)行工況，對(duì)接地故障的識(shí)別更加準(zhǔn)確，在提高靈敏度的同時(shí)可保證保護(hù)的安全可靠運(yùn)行。


圖1顯示了電壓互感器的安裝位置和極性的定義；圖2顯示了本發(fā)明簡(jiǎn)化的保護(hù)邏輯圖。
具體實(shí)施方案TV和TA的安裝位置和極性的定義請(qǐng)參考圖1，圖中GS為發(fā)電機(jī)，MT為主變，TV1為機(jī)端普通TV，TV2為中機(jī)點(diǎn)TV(或消弧線圈或配電變壓器)，TA1為機(jī)端TA，TA2為中性點(diǎn)TA。對(duì)于中性點(diǎn)非直接接地的發(fā)電機(jī)，由于電機(jī)結(jié)構(gòu)的原因，在正常運(yùn)行時(shí)其機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)都會(huì)存在一定的三次諧波，會(huì)在TV二次側(cè)感應(yīng)出一定的三次諧波電壓U3t&和U3n&，而發(fā)電機(jī)可等效為一個(gè)三次諧波電勢(shì)源，其電勢(shì)為 U3t&，U3n&和E3&的大小皆與發(fā)電機(jī)的運(yùn)行工況有關(guān)。當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)附近發(fā)生定子一點(diǎn)接地故障后，中性點(diǎn)三次諧波電壓U3n&將減小，機(jī)端三次諧波電壓U3t&將增大，但E3&不會(huì)有很大變化?？煽偨Y(jié)出定子接地故障時(shí)的特征中性點(diǎn)三次諧波電壓U3n&與機(jī)端三次諧波電壓U3t&都發(fā)生了變化，中性點(diǎn)三次諧波電壓U3n&與機(jī)端三次諧波電壓U3t&至少有一個(gè)不為零。針對(duì)以上定子接地故障特征提出如下判據(jù)(1)動(dòng)態(tài)調(diào)整式三次諧波電壓差動(dòng)保護(hù)根據(jù)圖2顯示的保護(hù)邏輯圖，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在20％額定電流以上的工況時(shí)投入動(dòng)態(tài)調(diào)整式三次諧波電壓差動(dòng)保護(hù)，保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為 式中，U3n&為經(jīng)變比補(bǔ)償后的中性點(diǎn)側(cè)零序電壓的三次諧波電壓相量；U3t&為機(jī)端側(cè)零序電壓的三次諧波電壓相量；IGe為發(fā)電機(jī)額定電流；KP&為復(fù)數(shù)，在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)根據(jù)軟件計(jì)算得到，使得修正以后的機(jī)端與中性點(diǎn)三次諧波電壓相等，方程動(dòng)作量即左側(cè)量接近于零，從而在發(fā)生接地故障時(shí)獲得最大的相對(duì)變化量；K32為三次諧波制動(dòng)系數(shù)定值，取值則只取決于計(jì)算誤差，可取很小，有利于識(shí)別故障；Imax為發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)最大相電流。
其中U3n′=U3n·3nTVnnTVt---(3)]]>
式中U3n為實(shí)際的中性點(diǎn)側(cè)零序電壓的三次諧波分量；nTVn為中性點(diǎn)TV變比；nTVt為機(jī)端TV變比。
動(dòng)態(tài)調(diào)整式三次諧波電壓差動(dòng)判據(jù)中KP&的計(jì)算條件為a)E3變化大，KP&計(jì)算無(wú)效；b)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波都小于某一門檻時(shí)，KP&計(jì)算無(wú)效；c)機(jī)端和中性點(diǎn)一側(cè)有三次諧波電壓而另一側(cè)沒(méi)有三次諧波電壓，保持上次KP&；d)機(jī)端或中性點(diǎn)三次諧波電壓有變化時(shí)，保持上次KP&；e)動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)起動(dòng)，保持上次KP&；f)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波都大于某一門檻，而且變化量都小于某一門檻時(shí)，計(jì)算本次的KP&。
為提高保護(hù)的可靠性，采用如下輔助判據(jù)a)E3變化大，動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)返回；b)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波都小于某一門檻時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)返回；c)KP&計(jì)算無(wú)效，動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)返回；d)機(jī)端或中性點(diǎn)三次諧波電壓一個(gè)有變化，另一個(gè)沒(méi)有變化時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)返回；e)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓同時(shí)有變化時(shí)，起動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)判別，若動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)不滿足則保持一定時(shí)間，在該保持時(shí)間內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)都不滿足，動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)返回。
當(dāng)動(dòng)態(tài)調(diào)整式三次諧波電壓差動(dòng)判據(jù)和上述輔助判據(jù)都滿足時(shí)，三次諧波定子接地保護(hù)動(dòng)作，可根據(jù)用戶所整定的定值跳閘或發(fā)信。
(2)三次諧波電壓比保護(hù)根據(jù)圖2顯示的保護(hù)邏輯圖，當(dāng)發(fā)電機(jī)運(yùn)行在20％額定負(fù)荷以下的工況時(shí)投入三次諧波電壓比保護(hù)，保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為 式中K31為三次諧波電壓比定值，必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)。
為提高保護(hù)的可靠性，增加如下輔助判據(jù)a)E3變化大，三次諧波電壓比判據(jù)返回；b)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波都小于某一門檻時(shí)，三次諧波電壓比判據(jù)返回；c)機(jī)端或中性點(diǎn)三次諧波電壓一個(gè)有變化，另一個(gè)沒(méi)有變化時(shí)，三次諧波電壓比判據(jù)返回；d)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓同時(shí)有變化時(shí)，起動(dòng)三次諧波電壓比判據(jù)判別，若三次諧波電壓比判據(jù)不滿足則保持一定時(shí)間，在該保持時(shí)間內(nèi)三次諧波電壓比判據(jù)都不滿足，三次諧波電壓比判據(jù)返回。
當(dāng)三次諧波電壓比判據(jù)和上述輔助判據(jù)都滿足時(shí)，三次諧波定子接地保護(hù)動(dòng)作，可根據(jù)用戶所整定的定值跳閘或發(fā)信。
三次諧波電壓采用零點(diǎn)濾波加傅氏算法進(jìn)行計(jì)算，使得基波濾過(guò)比高達(dá)100倍以上，即使在系統(tǒng)頻率偏移的情況下，仍然能保證很高的基波濾過(guò)比。
根據(jù)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下，在機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)零序電壓回路都會(huì)存在一定的三次諧波，當(dāng)裝置檢測(cè)出某一側(cè)TV中三次諧波長(zhǎng)時(shí)間接近于零時(shí)，將發(fā)出告警信號(hào)，以便運(yùn)行人員進(jìn)行及時(shí)處理。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)判別發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓三次諧波分量和機(jī)端開(kāi)口三角電壓三次諧波分量，來(lái)鑒別發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障的方法，由動(dòng)態(tài)調(diào)整三次諧波電壓差動(dòng)判據(jù)，三次諧波電壓比判據(jù)及輔助判據(jù)組成，該方法包括步驟保護(hù)裝置對(duì)電壓互感器的電壓波形進(jìn)行采樣得到電壓瞬時(shí)值；通過(guò)傅氏算法加數(shù)字濾波器算法求出三次諧波電壓的復(fù)數(shù)形式；通過(guò)記憶的三次諧波電壓算出其變化量，并計(jì)算出三次諧波電勢(shì)；在較重負(fù)荷工況下自動(dòng)進(jìn)入改進(jìn)的動(dòng)態(tài)調(diào)整三次諧波電壓差動(dòng)判據(jù)；在并網(wǎng)前和輕負(fù)荷工況下自動(dòng)進(jìn)入三次諧波電壓比判據(jù)。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中當(dāng)機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)三次諧波電壓同時(shí)變化，機(jī)端或中性點(diǎn)側(cè)至少一側(cè)有三次諧波電壓，E3變化輔助判據(jù)同時(shí)滿足時(shí)保護(hù)經(jīng)延時(shí)后動(dòng)作。
3.如權(quán)利要求1的方法，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷電流大于20％額定電流時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入動(dòng)態(tài)調(diào)整式三次諧波電壓差動(dòng)保護(hù)判據(jù) 式中U&′3n為經(jīng)變比補(bǔ)償后的中性點(diǎn)側(cè)零序電壓的三次諧波電壓相量；U&′3n為機(jī)端側(cè)零序電壓的三次諧波電壓相量；IGe為發(fā)電機(jī)額定電流；K32為三次諧波制動(dòng)系數(shù)定值；Imax為發(fā)電機(jī)機(jī)端側(cè)最大相電流；K&P為實(shí)時(shí)跟蹤運(yùn)行工況的動(dòng)態(tài)調(diào)整系數(shù)，使得正常運(yùn)行時(shí)動(dòng)作量接近于零，其中U3n′=U3n·3nTVnnTVt]]>式中U3n為實(shí)際的中性點(diǎn)側(cè)零序電壓的三次諧波分量；nTVn為中性點(diǎn)TV變比；nTVt為機(jī)端TV變比，動(dòng)態(tài)調(diào)整式三次諧波電壓差動(dòng)接地保護(hù)應(yīng)同時(shí)滿足以下輔助判據(jù)才能出口a)E3變化大，動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)返回；b)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波都小于某一門檻時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)返回；c)Kp計(jì)算無(wú)效，動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)返回；d)機(jī)端或中性點(diǎn)三次諧波電壓一個(gè)有變化，另一個(gè)沒(méi)有變化時(shí)，動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)返回；e)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓同時(shí)有變化時(shí)，起動(dòng)動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)判別，若動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)不滿足則保持一定時(shí)間，在該保持時(shí)間內(nèi)動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)都不滿足，動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)返回。
4.如權(quán)利要求2的方法，動(dòng)態(tài)調(diào)整系數(shù)K&P為復(fù)數(shù)，計(jì)算條件如下a)E3變化大，K&P計(jì)算無(wú)效；b)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波都小于某一門檻時(shí)，K&P計(jì)算無(wú)效；c)機(jī)端和中性點(diǎn)一側(cè)有三次諧波電壓而另一側(cè)沒(méi)有三次諧波電壓保持上次K&P；d)機(jī)端或中性點(diǎn)三次諧波電壓有變化時(shí)，保持上次K&P；e)動(dòng)態(tài)調(diào)整判據(jù)起動(dòng)，保持上次K&P；f)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波都大于某一門檻，而且變化量都小于某一門檻時(shí)，計(jì)算本次的K&P。
5.如權(quán)利要求1的方法，當(dāng)發(fā)電機(jī)負(fù)荷電流小于20％額定電流時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入三次諧波電壓比保護(hù)判據(jù) 式中K31為三次諧波電壓比定值，必須經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，三次諧波電壓比保護(hù)應(yīng)同時(shí)滿足輔助判據(jù)a)E3變化大，三次諧波電壓比判據(jù)返回；b)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波都小于某一門檻時(shí)，三次諧波電壓比判據(jù)返回；c)機(jī)端或中性點(diǎn)三次諧波電壓一個(gè)有變化，另一個(gè)沒(méi)有變化時(shí)，三次諧波電壓比判據(jù)返回；d)機(jī)端和中性點(diǎn)三次諧波電壓同時(shí)有變化時(shí)，起動(dòng)三次諧波比判據(jù)判別，若三次諧波比判據(jù)不滿足則保持一定時(shí)間，在該保持時(shí)間內(nèi)三次諧波電壓比判據(jù)都不滿足，三次諧波電壓比判據(jù)返回。
6.如權(quán)利要求1的方法，其中根據(jù)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行情況下，在機(jī)端和中性點(diǎn)側(cè)零序電壓回路會(huì)存在三次諧波，當(dāng)裝置檢測(cè)出某一側(cè)TV中三次諧波長(zhǎng)時(shí)間接近于零時(shí)，將發(fā)出告警信號(hào)，以便運(yùn)行人員進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域中繼電保護(hù)的方法。公開(kāi)了一種通過(guò)判別發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電壓三次諧波分量和機(jī)端開(kāi)口三角電壓三次諧波分量，來(lái)鑒別發(fā)電機(jī)定子繞組接地故障的方法，該方法包括如下步驟發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置對(duì)電壓互感器的電壓波形進(jìn)行采樣得到電壓瞬時(shí)值；通過(guò)傅氏算法加數(shù)字濾波器算法求出三次諧波電壓的復(fù)數(shù)形式；通過(guò)記憶的三次諧波電壓算出其變化量，并計(jì)算出三次諧波電勢(shì)；在較重負(fù)荷工況下自動(dòng)進(jìn)入改進(jìn)的動(dòng)態(tài)調(diào)整三次諧波電壓差動(dòng)判據(jù)；在并網(wǎng)前和輕負(fù)荷工況下自動(dòng)進(jìn)入三次諧波電壓比判據(jù)；當(dāng)輔助判據(jù)同時(shí)滿足時(shí)保護(hù)經(jīng)一定延時(shí)動(dòng)作。該方法可自動(dòng)適應(yīng)不同的運(yùn)行工況，對(duì)接地故障的識(shí)別更加準(zhǔn)確，在提高靈敏度的同時(shí)可保證保護(hù)的安全可靠運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02H7/06GK1632998SQ20051000213
公開(kāi)日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月14日
發(fā)明者屠黎明, 蘇毅, 鄒東霞 申請(qǐng)人:北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司