CN100424956C - 容错复判型负序方向闭锁的发电机纵向零压匝间保护方法 - Google Patents

容错复判型负序方向闭锁的发电机纵向零压匝间保护方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力系统领域中继电保护的方法。公开了一种通过判别发电机纵向零序电压以及中性点电流和机端电压，来鉴别发电机匝间短路的方法，该方法包括如下步骤：发电机保护装置对互感器的电流电压波形进行采样得到电流电压瞬时值；通过数字滤波算法加傅氏算法求出各电气量的复数形式；通过滤序算法滤出中性点电流和电压的负序分量；当负序方向元件和纵向零压元件同时动作时保护出口；当中性点电流互感器断线或机端普通电压互感器断线后自动退出负序方向元件，同时投入高定值纵向零压保护。该方法提高了纵向零压型发电机匝间保护的可靠性。

Description

容错复判型负序方向闭锁的发电机纵向零压匝间保护方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及继电保护的方法。
背景技术
大型同步发电机组是电能生产的基本设备，在电力系统中占有非常重要的地位。近年来发电机单机容量不断加大，它们造价极为昂贵，结构更为复杂，一旦因故障而遭到损坏，检修难度大、时间长，对国民经济造成的直接和间接损失十分巨大。这样就对机组保护装置的选择性、快速性、可靠性、灵敏性提出了更高的要求。
无论是大型汽轮发电机还是大型水轮发电机，其定子绕组同槽上下层线棒属同相的比例都较大。由于定子水内冷线圈的漏水，定子绕组端部积尘、积油多，再加上发电机组长年累月的震动、发热和受强大电磁力的作用，在定子槽内或端部可能引发匝间短路故障，运行统计资料也表明确有匝间短路的实例，也曾发生过因未装设定子绕组匝间保护引起发电机严重烧坏的恶性事故。所以应装设大型发电机定子绕组匝间短路保护。
对于中性点可以装设4～6个电流互感器(简称TA，以下同)的发电机，可以装设单元件横差、裂相横差或不完全纵差等主保护来保护定子绕组匝间短路。但实际中，国内外有很多发电机中性点只可装设3个TA，此时可在发电机机端装设匝间保护专用电压互感器(简称专用TV，下同)。该专用TV采用全绝缘，一次中性点通过高压电缆与发电机中性点相连接。当发电机发生匝间短路时，该专用TV的开口三角绕组两端会产生零序电压；而用对称分量法计算表明，在主变高压侧，即Y侧发生不对称故障时不会产生纵向零压。利用这一特点可构成纵向零序电压的发电机匝间短路保护。
但是，对发电机来说对称分量法只是一个近似的模型，没有考虑发电机铁芯饱和现象以及纵横轴的不对称，也没有考虑故障时气隙磁场中的谐波分量引起的绕组间的互感，用来分析故障的暂态过程时其分析结果并不是很精确，无法解释非故障相电压升高的现象。单纯的纵向零压匝间保护方案曾有多起误动事故，其原因是：在区外故障时，专用TV的开口三角可能会产生一定的纵向零序不平衡电压。
针对单纯的纵向零压匝间保护方案的误动现象，应该加装负序方向元件与纵向零压元件通过“与门”出口。本发明在此基础上提出一种容错复判型负序方向闭锁纵向零压匝间保护，进一步提高此类型发电机匝间保护的可靠性。
发明内容
对于中性点只可以引出3个端子且没有专用TV的发电机，为可靠地保护定子绕组匝间故障，本发明提供了一种通过判别发电机纵向零序电压以及中性点电流和机端电压，来鉴别发电机匝间短路的方法，该方法包括如下步骤：发电机保护装置对互感器的电流电压波形进行采样得到电流电压瞬时值；通过数字滤波算法加傅氏算法求出各电气量的复数形式；通过滤序算法滤出中性点电流和机端电压的负序分量；当负序方向元件和纵向零压元件同时动作时保护出口；当中性点电流互感器断线或机端普通电压互感器断线后自动退出负序方向元件，同时投入高定值的纵向零压保护。该方法提高了纵向零压型发电机匝间保护的可靠性。
根据本发明，提供了一种通过判别发电机纵向零序电压以及中性点电流和机端电压，来鉴别发电机匝间短路的方法，该方法包括如下步骤：
发电机保护装置对互感器的电流电压波形进行采样得到电流电压瞬时值；
通过数字滤波算法加傅氏算法求出各电气量的复数形式；
通过滤序算法滤出中性点电流和机端电压的负序分量；
当负序方向元件和纵向零压元件同时动作时保护出口；
当中性点电流互感器断线或机端普通电压互感器断线后自动退出负序方向元件，同时投入高定值纵向零压保护，
为了防止机端TV或中性点TA断线时，负序方向元件失去作用，此时发生匝间故障时会闭锁匝间保护，为此自动投入一段高定值段，并经延时后出口，其中纵向零压元件动作判据如下式所示：
3U0＞UZJH
其中，3U0为机端专用TV的开口三角零序电压的基波分量，UZJH为高定值段纵向零序电压定值；
当发电机未并网时，由于无负序电流，此时以负序电压作为闭锁元件。
附图说明
图1显示了电流互感器和电压互感器的安装位置和极性的定义；
图2显示了容错复判型负序方向闭锁纵向零压匝间保护逻辑框图。
具体实施方案
TA和TV的安装位置和极性的定义请参考图1。其中TV1为机端普通TV，其一次中性点直接接地，TV2为匝间专用TV，其一次中性点接发电机中性点。
纵向零压元件的动作逻辑见图2的第二部分，其判据如式(1)所示：
3U0＞UZJ              (1)
其中，3U0为机端专用TV的开口三角零序电压的基波分量，UZJ为纵向零序电压定值。计算3U0时要采用零点滤波加傅氏算法，使得三次谐波滤过比高达100倍以上，即使在系统频率偏移的情况下，仍然能保证很高的三次谐波滤过比。
为防止外部故障和电压互感器二次回路异常时纵向零序电压元件误动，增设负序方向元件作为闭锁元件，负序方向元件的电压取自机端TV1，电流取自中性点TA，最灵敏角一般取75°～85°。当发生发电机内部匝间故障时，故障源在发电机内部，负序功率由发电机流向系统，负序方向元件可动作。当发生区外故障时，故障源在发电机外部，负序功率都由系统流向发电机，负序方向元件不动作。但若中性点TA或TV1发生二次回路断线，则本判据失去作用，应退出本判据。
负序方向元件的动作逻辑见图2的第一部分，其判据如式(2)所示：
(I2＞I2Q)∩(U2＞U2Q)∩(P2＞0)                  (2)
式中：I2为中性点侧负序电流，U2为机端侧负序电压；I2Q、U2Q分别为负序
电流、负序电压门槛值，装置内部固定；P2为负序功率。
如图2的第二部分逻辑图所示，当发电机未并网时，由于无负序电流，此时以负序电压作为闭锁元件。当发电机机端专用TV2一次回路异常时，闭锁纵向零序电压判据。纵向零压元件和负序方向元件都动作后，保护经某一短延时动作出口。
如图2的第三部分逻辑图所示，为了防止机端TV1或中性点TA断线时，负序方向元件失去作用，此时发生匝间故障时可能闭锁匝间保护，为此自动投入一段高定值段(不经负序方向闭锁)，并经延时出口。
高定值段纵向零压保护的动作逻辑见图2的第三部分，其判据如式(3)所示：
3U0＞UZJH    (3)
式中：UZJH为高定值段纵向零序电压定值
开口三角零压回路异常的判别逻辑见图2的第四部分。当专用TV三个线电压均大于90V，开口三角零序电压的三次谐波分量小于一固定值，经延时判为专用TV开口三角零压回路异常，发告警信号，及时通知运行人员进行处理，以避免保护拒动情况的发生。
综上所述，本发明将纵向零序电压判据与负序方向元件相结合，考虑了中性点TA或机端普通TV断线时负序方向元件退出的情况，提高了纵向零压型发电机匝间保护的可靠性和安全性。

Claims (2)

1. 一种通过判别发电机纵向零序电压以及中性点电流和机端电压，来鉴别发电机匝间短路的方法，该方法包括如下步骤：
发电机保护装置对中性点电流互感器、机端普通电压互感器和机端专用电压互感器的电流电压波形进行采样得到电流电压瞬时值；
通过数字滤波算法加傅氏算法求出各电气量的复数形式；
通过滤序算法滤出中性点电流和机端电压的负序分量；
当负序方向元件和纵向零压元件同时动作时保护出口；
当中性点电流互感器断线或机端普通电压互感器断线后自动退出负序方向元件，同时投入高定值段纵向零压保护，
为了防止机端普通电压互感器或中性点电流互感器断线时，负序方向元件失去作用，此时发生匝间故障时会闭锁匝间保护，为此自动投入一段高定值段纵向零压保护，并经延时后出口，其中所述高定值段纵向零压元件动作判据如下式所示：
3U0＞UZJH
其中，3U0为机端专用电压互感器的开口三角零序电压的基波分量，UZJH为高定值段纵向零序电压定值，
当发电机未并网时，由于无负序电流，此时以负序电压作为闭锁元件。
2. 如权利要求1的方法，其中当所述机端专用电压互感器三个线电压均大于90V，开口三角零序电压的三次谐波分量小于一固定值，经延时判为机端专用电压互感器开口三角零压回路异常，发告警信号，及时通知运行人员进行处理，以避免保护拒动情况的发生。
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