CN101505051B - 基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法 - Google Patents

Abstract

基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法，包括由发电机机端负序电压和中性点负序电流构成的主判据，由发电机机端负序电压、主变高压侧负序电压、主变中压侧负序电压、高厂变压1分支负序电压、高厂变压2分支负序电压构成的闭锁判据，如果主判据成立，再判断闭锁判据是否成立，如果闭锁判据也成立，则立即闭锁保护，否则延时t秒保护动作并发告警信号。本发明不仅反应发电机内的各种非对称故障，还可以反应主变及机端厂用变压器的一部分内部故障；与纵向零序电压方案相比较，可不增加一次设备并且容易双重化；在靠近发电机中性点处相间故障时，本保护则可得到较高的灵敏度；对于未并入系统运行的发电机同样可起到保护作用。

Description

基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法

技术领域

本发明涉及一种基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法，属于发电机定子匝间短路保护技术领域。

背景技术

当前，业内普遍使用的反应发电机定子匝间短路保护主要有这几种：单元件横差保护、裂相横差保护、不完全纵差保护、纵向零序电压保护、故障分量负序方向保护。但这些保护都各有其缺点：

1、当发电机定子绕组无并联分支，或中性点仅引出三个端子时，就完全丧失装设单元件横差保护、裂相横差保护和不完全纵差保护的可能性。

2、纵向零序电压保护必须装设专用电压互感器，该互感器的一次侧中性点直接与发电机中性点连接，不利于发电机安全运行；且本保护无法双重化。

3、故障分量负序方向保护在外部故障切除时易误动，且在发电机并网之前不起作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有发电机定子匝间短路保护方法的不足，提供一种基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法，包括有主判据和闭锁判据，所述的主判据由发电机机端负序电压V_I2和中性点负序电流I₂构成，所述闭锁判据由发电机机端负序电压V_I2，主变高压侧负序电压V_II2，主变中压侧负序电压V_III2，高厂变压1分支负序电压V_IV2，高厂变压2分支负序电压V_V2构成；

本方法步骤如下：

(1)、判断不等式V_I2≥ε₁、I₂≥ε₂是否成立，两个不等式中任意一个成立，则主判据成立，并转至步骤(2)，如果两个不等式都不成立，则主判据不成立，退出本次判断，等待下一次保护中断重新判断，其中，ε₁、ε₂为整定动作门槛，ε₁的取值范围按躲过正常运行时的机端最大负序电压整定、ε₂的取值范围按躲过正常运行时的中性点最大负序电电流整定；

(2)、判断不等式V_II2-V_I2≥ε₃、  V_III2-V_I2≥ε₄、V_IV2-V_I2≥ε₅  、V_V2-V_I2≥ε₆是否成立，四个不等式中任意一个成立，则闭锁判据成立，立即闭锁保护，如果四个不等式都不成立，则闭锁判据不成立，延时t秒保护动作并发告警信号，其中ε₃、ε₄、ε₅、ε₆为整定闭锁门槛，ε₃的取值范围按躲过正常运行时主变高压侧与机端的最大负序压差整定、ε₄的取值范围按躲过正常运行时主变中压侧与机端的最大负序压差整定、ε₅的取值范围按躲过正常运行时高厂变1分支与机端的最大负序压差整定、ε₆的取值范围按躲过正常运行时高厂变2分支与机端的最大负序压差整定、t的取值范围按躲过区内及区外主保护动作时间整定。

本发明的有益效果如下：

1、不仅反应发电机内的各种非对称故障，还可以反应主变及机端厂用变压器的一部分内部故障。

2、与纵向零序电压方案相比较，可不增加一次设备并且容易双重化。

3、在靠近发电机中性点处相间故障时，负序方向或故障分量负序方向保护灵敏度很低，本保护则可得到较高的灵敏度。

4、对于未并入系统运行的发电机同样可起到保护作用。

附图说明

图1为发变组简化系统图。

图2为发变组负序阻抗图。

图3为发电机内部匝间短路或开焊情况下负序等值电路图。

图4为发电机内部匝间短路或开焊情况下负序电压分布图。

图5为发电机定子绕组相间短路情况下负序等值电路图。

图6为发电机定子绕组相间短路情况下负序电压分布图。

图7为发电机外部非对称故障情况下负序等值电路图。

图8为发电机外部非对称故障情况下负序电压分布图。

图9为本发明基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法所取用的负序电压和负序电流示意图。

图10本发明基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法的保护逻辑框图。

具体实施方式

下面参照附图并结合实施例对本发明作进一步详细描述。但是本发明不限于所给出的例子。

如图1所示，发变组简化系统图，图中，发电机G经升压变压器T接入系统；图2为发变组负序阻抗图。

图3、图4分别反应发电机内部匝间短路或开焊情况下负序等值电路图、负序电压分布图。不难看出，机端负序电压U_G2大于变压器高压侧的负序电压U_T2，差值为I_2SZ_T，取决于匝间短路的匝数或开焊时的负序电流及系统阻抗。

图5、图6分别表示发电机定子绕组相间短路情况下负序等值电路图、负序电压分布图。这里也有U_G2＞U_T2，其差值为I_2SZ_T，取决于短路点的位置及系统阻抗。

图7、图8分别反映发电机外部非对称故障情况下负序等值电路图、负序电压分布图。机端负序电压U_G2与变压器高压侧电压U_T2有如下关系：

$\frac{U_{G2}}{U_{T2}}=\frac{I_2{Z}_{G2}}{I_2(Z_{G2}+Z_T)}=\frac{Z_{G2}}{Z_{G2}+Z_T}---\left(1\right)$

一般发电机的负序阻抗大致与升压变压器的短路阻抗相当，由(1)式可知，此情况变压器高压侧负序电压大约为机端负序电压的两倍，其具体倍数取决于故障类型及系统阻抗Z_ST和Z_SS的数值。

综上所述，可采用机端负序电压大于于某一定值作为主判据，变压器非机端电压侧的负序电压大于机端负序电压作为闭锁判据。但是，分析图2和图3可以发现，发电机内部的故障点越靠近中性点，机端负序电压U_G2越小，本保护的灵敏度也越低。为此，可增加发电机中性点侧负序电流大于某一定值作为主判据，与机端负序电压判据构成逻辑“或”。故障点越远离中性点，中性点侧负序电流越小，而机端负序电压越大。中性点负序电流和机端负序电压相互补充，保证了本保护具有足够的灵敏度。

如图10所示，本发明基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法，包括有主判据和闭锁判据，所述的主判据由发电机机端负序电压V_I2和中性点负序电流I₂构成，所述闭锁判据由发电机机端负序电压V_I2，主变高压侧负序电压V_II2，主变中压侧负序电压V_III2，高厂变压1分支负序电压V_IV2，高厂变压2分支负序电压V_V2构成；本发明保护方法所取用的负序电压和负序电流参见图9，

本方法步骤如下：

(1)、判断不等式V_I2≥ε₁、I₂≥ε₂是否成立，两个不等式中任意一个成立，则主判据成立，并转至步骤(2)，如果两个不等式都不成立，则主判据不成立，退出本次判断，等待下一次保护中断重新判断，其中，ε₁、ε₂为整定动作门槛，ε₁的取值范围按躲过正常运行时的机端最大负序电压整定(建议6-7V)、ε₂的取值范围按躲过正常运行时的中性点最大负序电电流整定(建议0.5-1.5A)；

(2)、判断不等式V_II2-V_I2≥ε₃、  V_III2-V_I2≥ε₄、V_IV2-V_I2≥ε₅、V_V2-V_I2≥ε₆是否成立，四个不等式中任意一个成立，则闭锁判据成立，立即闭锁保护，如果四个不等式都不成立，则闭锁判据不成立，延时t秒保护动作并发告警信号，其中ε₃、ε₄、ε₅、ε₆为整定闭锁门槛，ε₃的取值范围按躲过正常运行时主变高压侧与机端的最大负序压差整定(建议2-3V)、ε₄的取值范围按躲过正常运行时主变中压侧与机端的最大负序压差整定(建议2-3V)、ε₅的取值范围按躲过正常运行时高厂变1分支与机端的最大负序压差整定(建议2-3V)、ε₆的取值范围按躲过正常运行时高厂变2分支与机端的最大负序压差整定(建议2-3V)、t的取值范围按躲过区内及区外主保护动作时间整定(建议0.3-0.5s)。

Claims (4)

1.基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法，包括有主判据和闭锁判据，所述的主判据由发电机机端负序电压V_I2和中性点负序电流I₂构成，所述闭锁判据由发电机机端负序电压V_I2，主变高压侧负序电压V_II2，主变中压侧负序电压V_III2，高厂变1分支负序电压V_IV2，高厂变2分支负序电压V_V2构成；

本方法步骤如下：

(1)、判断不等式V_I2≥ε₁、I₂≥ε₂是否成立，两个不等式中任意一个成立，则主判据成立，并转至步骤(2)，如果两个不等式都不成立，则主判据不成立，退出本次判断，等待下一次保护中断重新判断，其中，ε₁、ε₂为整定动作门槛，ε₁的取值范围按躲过正常运行时的机端最大负序电压整定、ε₂的取值范围按躲过正常运行时的中性点最大负序电电流整定；

(2)、判断不等式V_II2-V_I2≥ε₃、V_III2-V_I2≥ε₄、V_IV2-V_I2≥ε₅、V_V2-V_I2≥ε₆是否成立，四个不等式中任意一个成立，则闭锁判据成立，立即闭锁保护，如果四个不等式都不成立，则闭锁判据不成立，延时t秒保护动作并发告警信号，其中ε₃、ε₄、ε₅、ε₆为整定闭锁门槛，ε₃的取值范围按躲过正常运行时主变高压侧与机端的最大负序压差整定、ε₄的取值范围按躲过正常运行时主变中压侧与机端的最大负序压差整定、ε₅的取值范围按躲过正常运行时高厂变1分支与机端的最大负序压差整定、ε₆的取值范围按躲过正常运行时高厂变2分支与机端的最大负序压差整定、t的取值范围按躲过区内及区外主保护动作时间整定。

2.根据权利要求1所述的基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法，其特征是步骤(1)中所述的整定动作门槛ε₁的最佳取值范围为6-7V；整定动作门槛ε₂的最佳取值范围为0.5-1.5A。

3.根据权利要求1或2所述的基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法，其特征是步骤(2)中所述的整定闭锁门槛ε₃的最佳取值范围 为2-3V、整定闭锁门槛ε₄的最佳取值范围为2-3V、整定闭锁门槛ε₅的最佳取值范围为2-3V、整定闭锁门槛ε₆的最佳取值范围为2-3V。

4.根据权利要求3所述的基于负序电压分布的发电机定子匝间短路保护方法，其特征是t的最佳取值范围为0.3-0.5s。 

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