[发明专利]基于三次谐波电压变化量差动原理的定子接地保护方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三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

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，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。

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。这些不利因素限制了注入式定子接地保护的全面推广。

双频定子接地保护由基波零序电压保护与三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。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。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。

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，现有三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，三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

目的：为了解决基波零序电压保护与传统三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三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。

技术方案：本发明利用发电机中性点的三次谐波电压变化量与经实时调整系数校正过的机端三次谐波电压变化量来合成差动电压U_3d及制动电压U_3r，并使用判据U_3d>U_3r进行差动判别，如果满足，保护动作；为防止高压侧三次谐波电压的干扰，增加辅助判据，根据高压侧三次谐波电压变化量来设置浮动的制动门坎值U_dt，当高压侧三次谐波电压变化时能实时调整制动门坎，如果U_3d>U_dt，则与判据U_3d>U_3r的判别结果与门出口；中性点、机端及高压侧三次谐波电压变化量计算中的记忆时间Δt至少需要4个基波周期；判据U_3d>U_3r与U_3d>U_dt至少持续满足2个基波周期，保护才能动作。

利用发电机中性点的三次谐波电压变化量与经实时调整系数校正过的机端三次谐波电压变化量来合成差动电压U_3d及制动电压U_3r，并使用判据U_3d>U_3r进行差动判别，步骤如下：

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U_n、U_s；

步骤二：利用傅氏算法对瞬时值U_n、U_s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Δt时刻的中性点三次谐波电压向量前Δt时刻的机端三次谐波电压向量

步骤三：计算中性点三次谐波电压变化量机端三次谐波电压变化量

步骤四：计算实时调整系数然后计算差动电压制动电压其中K_set是制动系数，取0.6～0.9；

步骤五：判断U_3d、U_3r的关系是否满足U_3d>U_3r，如果满足，保护动作。