发电机定子单相接地保护方法技术

一种发电机定子单相接地保护方法，含有采用发电机本体信号的零序电压定子单相接地保护步骤，其特征在于：该方法利用了机端和中性点零序电压的故障分量作为保护所用量，包括以下步骤： （１）对发电机的机端和中性点零序电压进行采样，并根据采样值以一个工频周期为计算间隔分别计算相应的机端和中性点零序电压故障分量瞬时值Δｕ↓［ｔ］和Δｕ↓［ｎ］； （２）根据上述机端和中性点零序电压故障分量的瞬时值Δｕ↓［ｔ］和Δｕ↓［ｎ］，利用傅立叶滤波算法分别计算机端和中性点零序电压的三次谐波电压故障分量Δ＊↓［３ｔ］和Δ＊↓［３ｎ］； （３）计算动作信号Δｕ↓［ｏｐ］＝│Δ＊↓［３ｔ］＋Δ＊↓［３ｎ］│，制动信号Δｕ↓［ｒｅｓ］＝│Δ＊↓［３ｔ］－Δ＊↓［３ｎ］│；再分别计算一个工频周期数据窗内的动作量与制动量＊＊＊，＊＊＊，其中ｉ为采样序列号，Ｌ为数据窗的数据长度，ｋ为数据窗内的采样点，Δｔ为采样间隔，计算中可将Δｔ标么化； （４）基于三次谐波电压故障分量的向量合成幅值描述的判据表达形式如下：ＥΔｕ↓［ｏｐ］＞βＥΔｕ↓［ｒｅｓ］，其中β为可靠性系数； 如果上述判据连续满足Ｍ次，则判断为定子单相接地故障。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统主设备继电保护
，尤其涉及一种基于零序电压故障分量的发电机定子单相接地故障保护方法。目前对三次谐波电压判据改进的保护方案主要有利用微机的强大记忆功能跟踪发电机机端和中性点三次谐波电压变化的自适应保护，但该方案在轻载和重载时灵敏度是不同的，整定值按重载工况整定，从而牺牲了轻载工况下的灵敏度。另一种改进是利用机端和中性点三次谐波电压故障分量的比值和相位差作为判据，但此判据的整定约束条件太强，在实际应用中将使其整定值对保护的灵敏度及可靠性影响较大。本专利技术提出的第一种，含有采用发电机本体信号的零序电压定子单相接地保护步骤，其特征在于该方法利用了机端和中性点零序电压的故障分量作为保护所用量，包括以下步骤(1)对发电机的机端和中性点零序电压进行采样，并根据采样值以一个工频周期为计算间隔分别计算相应的机端和中性点零序电压故障分量瞬时值Δut和Δun；(2)根据上述机端和中性点零序电压故障分量的瞬时值Δut和Δun，利用傅立叶滤波算法分别计算机端和中性点零序电压的三次谐波电压故障分量 和 (3)计算动作信号Δuop=|Δu·3t+Δu·3n|,]]>制动信号Δures=|Δu·3t-Δu·3n|;]]>再分别计算一个工频周期数据窗内的动作量与制动量EΔuop(i)=Σk=i-LiΔuop2(k)Δt,EΔures(i)=Σk=i-LiΔures2(k)Δt,]]>其中i为采样序列号，L为数据窗的数据长度，k为数据窗内的采样点，Δt为采样间隔，计算中可将Δt标么化；(4)基于三次谐波电压故障分量的向量合成幅值描述的判据表达形式如下EΔuop＞βEΔures，其中β为可靠性系数，可取1～5。如果上述判据连续满足M次，则判断为定子单相接地故障。M可取1/2～2/3个工频周期采样点数。上述的第一种中所述的一个工频周期的采样点不少于12点。本专利技术提出的第二种，含有采用发电机本体信号的零序电压定子单相接地保护步骤，其特征在于该方法利用了机端和中性点零序电压的故障分量作为保护所用量，包括以下步骤(1)对发电机的机端和中性点零序电压进行采样，并根据采样值以一个工频周期为计算间隔分别计算相应的机端和中性点零序电压故障分量瞬时值Δut和Δun；(2)计算动作信号uop＝|Δut+Δun|，制动信号ures＝β|Δut-Δun|+uε，其中β为可靠性系数，可取1～5；uε为门槛电压，可取正常中性点基波零序偏移电压有效值的4～20％，门槛电压的设置主要是为躲过正常情况下基波增量的非零输出；(3)分别计算一个工频周期的数据窗内动作信号与制动信号的谱能量Euop(i)=Σk=i-Liuop2(k)Δt,Eures(i)=Σk=i-Liures2(k)Δt,]]>i为采样序列号，L为数据窗的数据长度，k为数据窗内的采样点，Δt为采样间隔，计算中可将Δt标么化；(4)取动作信号的谱能量为保护动作量，制动信号的谱能量为保护制动量，得到由信号谱能量描述的判据表达形式Euop＞Eures；如果上述判据连续满足M次，则判断为定子单相接地故障。M可取1/2～2/3个工频周期采样点数。上述的第二种中所述的一个工频周期的采样点不少于12点。第一种方法由机端和中性点零序电压故障分量提取相应的三次谐波电压故障分量，利用三次谐波电压故障分量的向量合成构成判据，使得判据的物理概念更容易理解；第二种方法直接把机端和中性点两侧零序电压故障分量瞬时值的和与差做为保护动作信号与制动信号，通过比较数据窗内相应信号的谱能量大小检测定子单相接地故障，使得判据的表达形式更简洁，计算更简便。两种判据的共同之处在于都是利用机端和中性点零序电压的故障分量以及机端和中性点零序电压故障分量的和与差作为保护的动作量和制动量。理想的定子单相接地保护应具有以下性质发生接地故障时，特征信号的幅值或相位只要有轻微的突变，判据就应动作；正常运行时，特征信号的幅值或相位发生较大的缓变，判据也不应动作。本专利技术中基于三次谐波电压故障分量的保护判据具有上述特点，首先，三次谐波电压的故障分量反应了接地故障的突变程度，接地故障发生后机端和中性点的三次谐波电压故障分量近似相同，判据左侧动作量大于右侧制动量，判据灵敏动作；其次，正常时机端和中性点的三次谐波电压相位差大于90°，当发电机运行方式变化或发生其它原因引起机端和中性点的三次谐波电压发生变化，即使有较大的缓变，判据左侧动作量总是小于右侧制动量，判据不会动作。进一步分析，基于三次谐波电压故障分量的保护判据故障前后的动作量和制动量变化方向相反，能够自适应发电机运行工况的变化，鲁棒性很强，整定简单。向量的合成结果也可以通过信号在一个周期内的能量来描述，这样就无需将零序电压中的基波和三次谐波分开，由此得到基于谱能量的第二种判据表达形式。由于发电机的绕组对地电容不对称，可能导致正常运行时中性点有偏移电压，使得基于稳态量的基波零序电压保护在中性点附近存在死区。由于第二种判据中包含基波零序电压故障分量，即使有偏移电压存在，在死区内发生单相接地故障时，基波零序电压也会产生故障分量，这样就可提高保护的灵敏度。图2为发电机正常运行时三次谐波电压的简化电路示意图。图3为本专利技术实施例的发电机部分接线示意图。图4为本专利技术实施例的工作原理框图。图5为本专利技术中判据形式用向量合成幅值描述的的判断方法的流程图。图6为本专利技术中判据形式用信号谱能量描述的的判断方法的流程图。图7为本专利技术实施例中第一种向量型判据在单相接地过程中的动作情况图。图8为本专利技术实施例中端和中性点三次谐波电压在单相接地故障前后的变化图。图9为本专利技术实施例中第二种能量型判据在单相接地过程中的动作情况图。附图说明图10为本专利技术实施例中机端和中性点基波零序电压和三次谐波电压在单相接地故障前后的变化图。从原理上来看，因为发电机定子绕组的漏抗和电阻远小于定子绕组对地容抗，如果忽略定子绕组漏抗和电阻的影响，当发电机发生定子单相接地后，基波和三次谐波故障分量的零序简化电路都可以等效为图1中的电路，其中Zt、Zn分别为机端和中性点等效阻抗，Rg为接地过渡电阻， 为故障前故障点的电压。从图中可以看出，故障后机端和中性点零序电压的故障分量 和 近似相同(包括幅值与相位)。正常运行时，由于定子绕组对地电容不对称使发电机机端和中性点存在基波零序电压，但两者的大小几乎相同，且它们的变化很小。正常时三次谐波电压的等效电路如图2所示，其中Ct为每相机端附加电容，Cg为每相绕组对地电容，Rn、Ln为中性点接地电阻和电感， 为发电机三次谐波电动势，对于不同的中性点接地方式，正常时机端和中性点三次谐波电压 和 的相位差为90°～180本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发电机定子单相接地保护方法，含有采用发电机本体信号的零序电压定子单相接地保护步骤，其特征在于该方法利用了机端和中性点零序电压的故障分量作为保护所用量，包括以下步骤(1)对发电机的机端和中性点零序电压进行采样，并根据采样值以一个工频周期为计算间隔分别计算相应的机端和中性点零序电压故障分量瞬时值Δut和Δun；(2)根据上述机端和中性点零序电压故障分量的瞬时值Δut和Δun，利用傅立叶滤波算法分别计算机端和中性点零序电压的三次谐波电压故障分量 和 (3)计算动作信号Δuop=|Δu·3t+Δu·3n|,]]>制动信号Δures=|Δu·3t-Δu·3n|;]]>再分别计算一个工频周期数据窗内的动作量与制动量EΔuop(i)=Σk=i-LiΔuop2(k)Δt,EΔures(i)=Σk=i-LiΔures2(k)Δt,]]>其中i为采样序列号，L为数据窗的数据长度，k为数据窗内的采样点，Δt为采样间隔，计算中可将Δt标么化；(4)基于三次谐波电压故障分量的向量合成幅值描述...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕大强，王祥珩，王维俭，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：