CN101741062B - 发电机匝间保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发电机匝间保护方法，要解决的技术问题是在提高灵敏性的同时确保发电机匝间保护的安全可靠运行。本发明的发电机匝间保护方法采用发电机稳态量段和突变量段判据判断；所述稳态量段用作发电机匝间故障的长期保护，所述突变量段捕捉启动后至大于20至60ms发电机匝间故障的第一次电气暂态特征后退出。本发明与现有技术相比，由短时投入、只投一次的突变量判据，灵敏快速的切除大多数区内匝间故障，由稳态量判据经短延时可靠的切除其它区内匝间故障，同时引入突变量负序正向启动元件、突变量正序反向闭锁元件确保突变量判据的可靠性，在提高灵敏性的同时确保发电机匝间保护的安全可靠运行。

Description

发电机匝间保护方法

技术领域

本发明涉及一种电力系统的继电保护方法，特别是一种发电机的匝间保护方法。

背景技术

大型发电机组是现代电力系统最重要的组成部分之一，它造价昂贵，结构复杂，一旦故障，检修期长，对国民经济造成的直接或间接经济损失巨大。但发电机匝间保护作为大型发电机内部匝间故障的主保护，一直以来都存在着误动率偏高、可靠性和灵敏性难以兼顾的问题。传统的发电机匝间保护方法包括三类：1)基于专用纵向电压互感器TV的发电机匝间保护，通常还配合稳态量负序方向元件。2)基于专用横差电流互感器TA的发电机横差保护。3)基于发电机机端或中性点固有电量的负序方向匝间保护。上述发电机的匝间保护方法，都是基于匝间故障会破坏发电机内部的对称性，产生纵向零序电压、横差电流、内部负序电量。但发电机本身即存在一定的不对称性，在不同运行工况及区外故障下，发电机可能出现不同的纵向零序压、中性点横差电流。而常规量的负序方向元件同样需要靠不同的门槛躲开发电机本身的不对称性，灵敏度不高。再由于数字算法在频率偏移、跨暂态过程数据窗的情况下较大的计算偏差，发电机匝间保护误动率偏高就不难理解了。中国专利申请号200510002483.X，公开的容错复判型负序方向闭锁的发电机纵向零压匝间保护，给出了一种基于专用纵向TV和常规负序方向闭锁的发电机匝间保护的数字化实现方案，该方法与传统的发电机纵向零压匝间保护差别不大，由稳态量纵向零序电压判据配合稳态量负序方向判据构成，灵敏性、速动性和可靠性受整定定值的影响，难以兼顾，且未考虑频率偏移情况下的算法误差影响。中国专利申请号200510002135.2，公开的故障分量启动稳态量保持的负序方向匝间保护，提出用故障分量负序方向元件作为匝间保护启动元件，启动20ms后切换为稳态量的负序方向元件，并由稳态量判据经一定延时出口。该方案兼顾了对发电机匝间故障的启动灵敏性，以及实际出口的可靠性，但其作为主保护的速动性不够，且启动判据灵敏性高，动作判据的灵敏度不足。中国专利申请号200710191300.2，公开的三次谐波增量制动专用定子匝间保护，提出了用发电机纵向零序电压的三次谐波增量闭锁传统的纵向零压匝间保护，在不失去判据灵敏性的前提下提高可靠性，但没有足够的理论分析和实际运行经验证明区外故障时发电机纵向零序电压三次谐波会增大。中国专利申请号02138169.0，公开的浮动门槛和电流比率制动相结合的发电机匝间保护方法，提出了在纵向零压匝间保护和横差保护中引入电流比率制动和浮动门槛原理，提高了这两种发电匝间保护的灵敏度和可靠性，其不足在于选取的制动电流与纵向零压、横差电流的比率关系尚有待进一步的理论分析和实际运行经验支持。

发明内容

本发明的目的是提供一种发电机匝间保护方法，要解决的技术问题是在提高灵敏性的同时确保发电机匝间保护的安全可靠运行。

本发明采用以下技术方案：一种发电机匝间保护方法，所述发电机匝间保护方法采用发电机稳态量段和突变量段判据判断；所述稳态量段用作发电机匝间故障的长期保护，所述突变量段捕捉启动后至大于20至60ms发电机匝间故障的第一次电气暂态特征后退出。

本发明的突变量段由第1与门和第2与门输出1构成突变量段控制保护装置跳闸信号，第1与门接收纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号、机端突变量负序方向判断模块的输出信号和纵向零序电压匝间突变量主判断模块的输出信号，第2与门接收纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、纵向零序电压匝间突变量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号、发电机并网判断模块的闭锁信号和发电机纵向零序TV一次断线判断模块的闭锁信号；所述稳态量段由第3与门和第4与门输出1，经延时100至500ms后构成稳态量段控制保护装置跳闸信号，第3与门接收发电机并网判断模块的闭锁信号、发电机纵向零序TV一次断线判断模块的闭锁信号和纵向零序电压匝间稳态量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号，第4与门接收纵向零序电压匝间稳态量主判断模块的输出信号和负序稳态量方向判断模块的输出信号。

本发明的纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块的判据为满足 $(\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∪\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})),$ 机端突变量正序方向闭锁判断模块的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}1})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}1})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_1>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}1}),$ 机端突变量负序方向判断模块的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_2>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}2}),$ 纵向零序电压匝间突变量主判断模块的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}3{\stackrel{.}{U}}_0|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δ}3U0}),$ 发电机并网判断模块的判据为满足 $(\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_a|>{0.06I}_n)\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_b|>{0.06I}_n)\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_c|>{0.06I}_n)),$ 发电机纵向零序TV一次断线判断按现有技术判断方法，纵向零序电压匝间稳态量主判断模块的的判据为满足 $\left(\right|3{\stackrel{.}{U}}_0|>U_{\mathrm{set}}),$ 负序稳态量方向判断模块的判据为满足 $\left(\right|{\stackrel{.}{U}}_2|>U_{2\mathrm{set}})\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_2|>I_{2\mathrm{set}})\∩(P_2>{\mathrm{\ϵ}}_p).$

本发明的突变量段由第21与门和第22与门输出1构成突变量段控制保护装置跳闸信号，第21与门接收发电机单元件横差匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号、机端突变量负序方向判断模块的输出信号和单元件横差匝间突变量主判断模块的输出信号，第22与门接收发电机单元件横差匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、单元件横差匝间突变量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号和发电机并网判断模块的闭锁信号；所述稳态量段由第23与门和第24与门输出1，经延时100至500ms后构成稳态量段控制保护装置跳闸信号，第23与门接收发电机并网判断模块的闭锁信号和单元件横差匝间稳态量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号，第24与门接收单元件横差匝间稳态量主判断模块的输出信号和负序稳态量方向判断模块的输出信号。

本发明的发电机单元件横差匝间保护突变量启动判断模块的判据为满足 $(\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∪\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})),$ 机端突变量正序方向闭锁判断模块的的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}1})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}1})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_1>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}1}),$ 机端突变量负序方向判断模块的的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_2>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}2}),$ 单元件横差匝间突变量主判断模块的的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_0|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}0}),$ 发电机并网判断模块的判据为满足 $(\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_a|>{0.06I}_n)\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_b|>{0.06I}_n)\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_c|>{0.06I}_n)),$ 单元件横差匝间稳态量主判断模块的判据为满足 $\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_0|>I_{\mathrm{set}}),$ 负序稳态量方向判断模块的判据为满足 $\left(\right|{\stackrel{.}{U}}_2|>U_{2\mathrm{set}})\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_2|>I_{2\mathrm{set}})\∩(P_2>{\mathrm{\ϵ}}_p).$

本发明的突变量段由第31与门输出1构成突变量段控制保护装置跳闸信号，第31与门接收负序方向匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号和中性点突变量负序方向主判断模块的输出信号；所述稳态量段由第32与门输出1，经延时100至500ms后构成稳态量段控制保护装置跳闸信号，第32与门接收中性点稳态量负序方向主判断模块的输出信号。

本发明的负序方向匝间保护突变量启动判断模块的判据为满足 $(\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∪\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})),$ 机端突变量正序方向闭锁判断模块的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}1})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}1})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_1>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}1}),$ 中性点突变量负序方向主判断模块的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_{n2}|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_{n2}>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}2}),$ 中性点稳态量负序方向主判断模块的判据为满足 $\left(\right|{\stackrel{.}{U}}_2|>U_{2\mathrm{set}})\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_{n2}|>I_{2\mathrm{set}})\∩(P_{n2}>{\mathrm{\ϵ}}_p).$

本发明的突变量段退出后下次投入需待整组复归后再经过延时2～5s。

本发明的正、负序方向判据经延时大于0至15ms输出至与门。

本发明的突变量段捕捉启动后至大于40ms发电机匝间故障的第一次电气暂态后退出，所述正、负序方向判据经延时15ms输出至与门，所述稳态量段经延时200ms后构成稳态量段控制保护装置跳闸信号。

本发明与现有技术相比，在传统的三类匝间保护中引入稳态量和突变量协同处理的方法，由短时投入、只投一次的突变量判据，灵敏快速的切除大多数区内匝间故障，由稳态量判据经短延时可靠的切除其它区内匝间故障，同时引入突变量负序正向启动元件、突变量正序反向闭锁元件确保突变量判据的可靠性，克服了现有的发电机匝间保护误动率偏高、灵敏性和可靠性不能兼顾的缺陷，在提高灵敏性的同时确保发电机匝间保护的安全可靠运行。

附图说明

图1是本发明实施例发电机纵向零序电压匝间保护逻辑框图。

图2是本发明实施例发电机单元件横差匝间保护逻辑框图。

图3是本发明实施例发电机负序方向匝间保护逻辑框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的发电机匝间保护方法，基于微机继电保护装置实现，采用稳态量及突变量协同判断的方法，分别在纵向零序电压匝间保护、单元件横差匝间保护和负序方向匝间保护的保护过程中实现。

一、稳态量及突变量协同判断的发电机纵向零序电压匝间保护方法

1、总体构思

本方法应用于装设了机端专用纵向电压互感器TV的发电机。

微机的数据采集单元和其内置的软件计算模块获取发电机机端专用纵向TV开口三角电压

作为主动作量，获取发电机机端电流电压向量

构成方向判据，包括稳态量段和突变量段，突变量段用作捕捉匝间故障的第一次电气暂态特征，启动后至大于20至60ms，本实施例为40ms后退出，稳态量段用作匝间故障的长期保护，两者一起构成本发明方法的发电机匝间保护。

稳态量段由微机CPU的差分计算模块、全周傅氏计算模块计算出纵向零序电压、机端电流和电压的稳态量基波向量，由稳态量纵向零序电压构成主判据，由稳态量机端电流和电压计算出负序方向作为闭锁判据，并经可整定的短延时100至500ms出口，最佳为200ms。

突变量段由突变量向量计算模块以微机的随机存取存储器RAM保存的40ms前纵向零序电压、机端电流电压向量为基准计算出纵向零序电压、机端电流电压的突变量基波向量，由突变量纵向零序电压向量幅值构成主判据，由突变量机端电流电压计算出突变量正、负序功率方向值构成闭锁判据，并经内部短延时大于0至15ms快速出口至与门，最佳为15ms。突变量段每次启动只投入一次，每次投入40ms，超过40ms后退出，下次投入需待装置整组复归且经过内部延时2～5s。

采用频率跟踪方法，在频率偏移时，保证稳态量和突变量基波向量的计算准确性。

同时配合电流电压互感器TA或TV断线闭锁逻辑判断与断线后保护逻辑判断，构成完整的发电机匝间保护。

2、具体步骤

如图1所示，稳态量及突变量协同处理的发电机纵向零序电压匝间保护方法，包括以下步骤：

(一)获取模拟量信息：用数据采集单元，即微机装置内部的电流和电压小变换器，获得发电机纵向零序电压3U₀、机端三相电流、电压I_a、I_b、I_c、U_a、U_b、U_c模拟输入量，经模拟/数字转换，将模拟输入量转换为数字量，作为瞬时采样值，由微机CPU数据处理单元(向量计算模块)将数据采集单元输出的数字量进行傅氏算法计算，分别计算出发电机纵向零序电压机端三相电流/电压的向量值，计算公式分别如下：

$3{\stackrel{.}{U}}_0={3U}_{0r}+{j3U}_{0x}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{3U}_{0\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{3U}_{0\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{U}}_a=U_{\mathrm{ar}}+{jU}_{\mathrm{ax}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{a\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{a\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{U}}_b=U_{\mathrm{br}}+{jU}_{\mathrm{bx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{b\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{b\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{U}}_c=U_{\mathrm{cr}}+{jU}_{\mathrm{cx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{c\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{c\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_a=I_{\mathrm{ar}}+{jI}_{\mathrm{ax}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{a\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{a\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_b=I_{\mathrm{br}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{bx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{b\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{b\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_c=I_{\mathrm{cr}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{cx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{c\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{c\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

式中N为采样系统的每周波的采样点数20至96，本实施例实现过程中N＝24，3U_0(k)、U_a(k)、U_b(k)、U_c(k)、I_a(k)、I_b(k)、I_c(k)分别为相应电压电流通道的瞬时采样值。

(二)频率跟踪：数据采集单元和向量计算模块在发电机频率偏移时会发生计算误差，故采用频率跟踪方法来修正发电机纵向零序电压

机端三相电流/电压

的向量值。频率测量具体过程：选取发电机机端相电压Ua或线电压Uab为测频电压，电位比较器输出计数触发脉冲给复杂可编程逻辑器件CPLD，当测频电压Ua或Uab由负变正时(简称正过零点)，电位比较器发出计数触发脉冲，CPLD开始从0计数，到下一次正过零点时，CPLD将其间的计数锁存，并重新开始从0计数。微机CPU从CPLD计数锁存中读取测频电压Ua或Uab的两个正过零点的计数值，换算为时间T，单位为ms，得到测频结果f＝1/T，单位Hz。微机CPU根据测频结果，调整定时器中断的时间间隔，保持每周波N点(本实施例N＝24)采样，这就完成了频率跟踪，以保证N点(本实施例N＝24)傅氏算法在频率偏移工频时的准确性。

(三)计算保护所需稳态量：微机CPU数据处理单元采用负序滤序算法计算发电机机端稳态量负序电压向量

机端稳态量负序电流向量

采用正序滤序算法计算发电机机端稳态量正序电压向量

机端稳态量正序电流向量

然后计算发电机机端稳态量负序功率方向值P₂，计算公式分别如下：

式中

是

的共轭向量，Re代表取实部，

为发电机指向发电机机端以外电力系统的负序方向元件最大灵敏角，依据该系统的负序阻抗角选取，取70°～80°之间。

(四)计算保护所需突变量：微机CPU数据处理单元以微机RAM区保存的40ms前的发电机纵向零序电压向量

机端稳态量负序电压电流向量机端稳态量正序电压电流向量的记忆量为基准，计算出发电机纵向零序电压突变量向量

机端负序电压电流突变量向量

和

机端正序电压电流突变量

和

再计算发电机机端正序突变量功率方向值ΔP₁、机端负序突变量功率方向值ΔP₂，计算公式分别如下：

$\mathrm{\Δ}3{\stackrel{.}{U}}_0=3{\stackrel{.}{U}}_0-3{\stackrel{.}{U}}_{0(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2={\stackrel{.}{U}}_2-{\stackrel{.}{U}}_{2(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2={\stackrel{.}{I}}_2-{\stackrel{.}{I}}_{2(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_1={\stackrel{.}{U}}_1-{\stackrel{.}{U}}_{1(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_1={\stackrel{.}{I}}_1-{\stackrel{.}{I}}_{1(-40)}$

式中

是

的共轭向量，

是

的共轭向量，Re代表取实部，

为突变量正序方向元件的最大灵敏角，由发电机以外的电力系统指向发电机，依据发电机正序阻抗角选取，取260°～270°之间，

为突变量负序方向元件的最大灵敏角，由发电机指向发电机以外的电力系统，依据该系统负序阻抗角选取，取70°～80°之间。

(五)判断稳态量段：由微机CPU机端负序稳态量方向判断模块，根据判据逻辑式： $\left(\right|{\stackrel{.}{U}}_2|>U_{2\mathrm{set}})\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_2|>I_{2\mathrm{set}})\∩(P_2>{\mathrm{\ϵ}}_p)$ 对机端稳态量负序方向进行逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。

由微机CPU纵向零序电压匝间稳态量主判断模块，根据判据逻辑式： $\left(\right|3{\stackrel{.}{U}}_0|>U_{\mathrm{set}})$ 对稳态量段进行逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。

“1”含义为判据逻辑方程式满足，“0”含义为判据逻辑方程式不满足。

上二式中：U_set、U_2set、I_2set分别为稳态量纵向零压、负序电压、负序电流整定定值，整定范围分别为：0.5至30v、0.5至10v、0.02至2In，通过微机人机操作界面整定，ε_p为稳态量负序功率方向内部门槛，理论上功率方向门槛取0VA，实际则留出一些裕度，取2VA。

(六)判断突变量段：由微机CPU纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块，根据突变量段启动判据逻辑式 $(\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∪\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2}))$ 对突变量段进行启动逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为启动，即判据逻辑方程式满足。“0”含义为不启动，即判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU机端突变量正序方向闭锁判断模块，根据突变量正序方向闭锁判据逻辑式 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}1})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}1})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_1>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}1})$ 对突变量正序方向元件进行判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为闭锁，即判据逻辑方程式满足。“0”含义为不闭锁，即判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU机端突变量负序方向判断模块，根据突变量负序方向判据逻辑式 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_2>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}2})$ 对突变量负序方向元件段进行判断，得出逻辑结果“1”或“0”。

由微机CPU纵向零序电压匝间突变量主判断模块，根据机端纵向零序电压主判据逻辑式 $\left(\right|\mathrm{\Δ}3{\stackrel{.}{U}}_0|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δ}3U0})$ 对突变量纵向零序电压进行判断，得出逻辑结果“1”或“0”。

以上四式中：ε_ΔU2、ε_ΔI2、ε_ΔU1、ε_ΔI1、ε_Δp1、ε_Δp2、ε_Δ3U0分别为机端突变量负序电压、负序电流、正序电压、正序电流、正序方向、负序方向、纵向零序电压的内部经验门槛，分别取ε_ΔU2＝1V、ε_ΔI2＝0.2A、ε_ΔU1＝8V、ε_ΔI1＝0.6A、ε_Δp1＝5VA、ε_Δp2＝0.3VA、ε_Δ3U0＝5V。

(七)其它辅助判断：由微机CPU发电机并网判断模块，根据并网判据逻辑式 $(\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_a|>{0.06I}_n)\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_b|>{0.06I}_n)\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_c|>{0.06I}_n))$ 进行发电机并网逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为已并网，即并网判据逻辑方程式满足。“0”含义为未并网，即并网判据逻辑方程式不满足。I_n为发电机机端TA二次额定电流，为1A或5A。

由微机CPU发电机机端TA断线判断模块，按现有技术判断方法进行发电机机端TA断线逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为TA断线，判据逻辑方程式满足，“0”含义为TA未断线，判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU发电机机端TV断线判断模块，按现有技术判断方法进行发电机机端TV断线逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为TV断线，判据逻辑方程式满足，“0”含义为TV未断线，判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU发电机纵向零序TV一次断线判断模块，按现有技术判断方法进行纵向零序TV一次断线逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为TV断线，判据逻辑方程式满足，“0”含义为TV未断线，判据逻辑方程式不满足。

(八)突变量段与稳态量段的协同判断：由突变量段的保护控制信号或稳态量段的保护控制信号向保护装置输出跳闸信号。如图1所示，设置与门M1，接收纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号、机端突变量负序方向判断模块的输出信号、纵向零序电压匝间突变量主判断模块的输出信号。与门M2，接收纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、纵向零序电压匝间突变量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号、发电机并网判断模块的闭锁信号、发电机纵向零序TV一次断线判断模块的闭锁信号。与门M3，接收发电机并网判断模块的闭锁信号、发电机纵向零序TV一次断线判断模块的闭锁信号、纵向零序电压匝间稳态量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号。与门M4，接收纵向零序电压匝间稳态量主判断模块的输出信号、负序稳态量方向判断模块的输出信号。与门M1和与门M2输出的逻辑信号“1”构成突变量段控制保护装置跳闸信号，与门M3和与门M4输出的逻辑信号“1”，经延时t 100至500ms后构成稳态量段控制保护装置跳闸信号。

1、当发电机并网判断模块的逻辑判断结果为“1”已并网时，由纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号、机端突变量负序方向判断模块的输出信号、纵向零序电压匝间稳态量主判断模块的输出信号，经与门M1输出，构成突变量段保护控制信号。由纵向零序电压匝间稳态量主判断模块的输出信号、负序稳态量方向判断模块的输出信号，经与门M4，再经可整定的短延时t输出，构成稳态量段保护控制信号，短延时t初始设定为200ms。

2、当发电机并网判断模块的逻辑判断结果为“0”未并网时，机端突变量正序方向闭锁判断模块、机端突变量负序方向判断模块和负序稳态量方向判断模块均失效。由纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、纵向零序电压匝间突变量主判断模块抬高门槛为2倍后计算的输出信号、发电机纵向零序TV一次断线判断模块的闭锁信号，经与门M2输出，构成突变量段保护控制信号。由纵向零序电压匝间稳态量主判断模块抬高门槛为2倍后计算的输出信号、发电机纵向零序TV一次断线判断模块的闭锁信号，经与门M3，再经可整定的短延时t输出，构成稳态量段保护控制信号，短延时t初始设定为200ms。

当发生发电机内部轻微匝间故障、区外故障或发电机不平衡工况扰动时，纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块启动，同时启动40ms计数器，在40ms内，若突变量段的判据组合满足与门M1输出为“1”的条件，且持续大于0至15ms，本实施例为15ms，则突变量段与门M1输出为“1”，若40ms计数完，突变量段与门M1输出为“0”，纵向零序电压匝间突变量主判断模块退出，固定输出“0”，并开始检测微机装置是否整组复归，整组复归后，经2～5s的延时重新投入纵向零序电压匝间突变量主判断模块。

当发生发电机区外严重三相对称故障(即三相短路或三相接地短路)时，纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块启动，同时启动40ms计数，此时，纵向零序电压匝间突变量主判断模块判断结果很可能为“1”，严重(电流突变6～8倍额定电流In以上、电压突变1倍额定电压Un左右)的电压电流暂态突变过程导致机端突变量负序方向判断模块也可能误判为“1”，此时非常明显(正序突变量方向计算结果500VA以上)的区外正序突变量方向特征令机端突变量正序方向闭锁判断模块判断结果为“1”，与门M1输出为“0”，突变量段保护不会误动，40ms计数后，纵向零序电压匝间突变量主判断模块退出，在微机装置整组复归前，不再投入。

(九)纵向零序TV断线闭锁逻辑判断：发电机并网前(发电机并网判断模块输出为“0”未并网)，机端无电流，负序稳态量方向判断模块、机端突变量正序方向闭锁判断模块和机端突变量负序方向判断模块均判断结果为“0”，始终输出为“0”。纵向零序TV一次断线可能造成纵向零序电压匝间稳态量主判断模块和纵向零序电压匝间突变量主判断模块判断结果为“1”，此时，发电机纵向零序TV一次断线判断模块判断结果为“1”，同时闭锁纵向零压突变量段和稳态量段保护，突变量段和稳态量段均固定输出“0”。

(十)机端普通TA、TV断线后逻辑判断：发电机机端普通TV或TA断线时会造成负序稳态量方向判断模块、机端突变量正序方向闭锁判断模块和机端突变量负序方向判断模块误判或失效，此时，发电机机端TV断线判断模块或发电机机端TA断线判断模块判断结果为“1”，根据其判断结果，负序稳态量方向判断模块和机端突变量负序方向判断模块退出，固定输出“1”，机端突变量正序方向闭锁判断模块退出，固定输出“0”(不闭锁)，同时，纵向零序电压匝间突变量主判断模块和纵向零序电压匝间稳态量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出逻辑结果“1”或“0”。

二、稳态量及突变量协同判断的发电机单元件横差匝间保护方法

1、总体构思

本方法应用于装设了中性点专用单元件横差TA的发电机。

微机的数据采集单元和其内置的软件计算模块获取发电机中性点专用单元件横差TA电流

作为主动作量，获取发电机机端电流电压向量

构成方向判据，包括稳态量段和突变量段，突变量段用作捕捉匝间故障的第一次电气暂态特征，启动后至大于20至60ms，本实施例为40ms后退出，稳态量段用作匝间故障的长期保护，两者一起构成本发明方法的发电机匝间保护。

稳态量段由微机CPU的差分计算模块、全周傅氏计算模块计算出单元件横差电流、机端电流和电压的稳态量基波向量，由稳态量单元件横差电流构成主判据，由稳态量机端电流和电压计算出负序方向作为闭锁判据，并经可整定的短延时100至500ms出口，最佳为200ms。

突变量段由突变量向量计算模块以微机的随机存取存储器RAM保存的40ms前单元件横差电流、机端电流电压向量为基准计算出单元件横差电流、机端电流电压的突变量基波向量，由突变量单元件横差电流向量幅值构成主判据，由突变量机端电流电压计算出突变量正、负序功率方向值构成闭锁判据，并经内部短延时大于0至15ms快速出口，最佳为15ms。突变量段每次启动只投入一次，每次投入40ms，超过40ms后退出，下次投入需待装置整组复归且经过内部延时2～5s。

采用频率跟踪方法，在频率偏移时，保证稳态量和突变量基波向量的计算准确性。

同时配合TA或TV断线闭锁逻辑判断与断线后保护逻辑判断，构成完整的发电机匝间保护。

2、具体步骤

如图2所示，稳态量及突变量协同处理的发电机单元件横差匝间保护方法，包括以下步骤：

(一)获取模拟量信息：用数据采集单元，即微机装置内部的电流和电压小变换器，获得发电机单元件横差电流I₀、机端三相电流/电压I_a、I_b、I_c、U_a、U_b、U_c模拟输入量，经模拟/数字转换，将模拟输入量转换为数字量，作为瞬时采样值，由微机CPU数据处理单元(向量计算模块)将数据采集单元输出的数字量进行傅氏算法计算，分别计算出发电机单元件横差电流

机端三相电流/电压

的向量值，计算公式分别如下：

${\stackrel{.}{I}}_0=I_{0r}+{\mathrm{jI}}_{0x}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{0\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{0\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{U}}_a=U_{\mathrm{ar}}+{jU}_{\mathrm{ax}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{a\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{a\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{U}}_b=U_{\mathrm{br}}+{jU}_{\mathrm{bx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{b\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{b\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{U}}_c=U_{\mathrm{cr}}+{jU}_{\mathrm{cx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{c\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{c\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_a=I_{\mathrm{ar}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{ax}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{a\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{a\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_b=I_{\mathrm{br}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{bx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{b\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{b\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_c=I_{\mathrm{cr}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{cx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{c\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{c\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

式中N为采样系统的每周波的采样点数20至96，本实施例实现过程中N＝24，3U_0(k)、U_a(k)、U_b(k)、U_c(k)、I_a(k)、I_b(k)、I_c(k)分别为相应电压电流通道的瞬时采样值。

(二)频率跟踪：数据采集单元和向量计算模块在发电机频率偏移时会发生计算误差，故采用频率跟踪方法来修正发电机单元件横差电流

机端三相电流/电压的向量值。频率测量具体过程：选取发电机机端相电压Ua或线电压Uab为测频电压，电位比较器输出计数触发脉冲给复杂可编程逻辑器件CPLD，当测频电压Ua或Uab由负变正时(简称正过零点)，电位比较器发出计数触发脉冲，CPLD开始从0计数，到下一次正过零点时，CPLD将其间的计数锁存，并重新开始从0计数。微机CPU从CPLD计数锁存中读取测频电压Ua或Uab的两个正过零点的计数值，换算为时间T，单位为ms，得到测频结果f＝1/T，单位Hz。微机CPU根据测频结果，调整定时器中断的时间间隔，保持每周波N点(本实施例N＝24)采样，这就完成了频率跟踪，以保证N点(本实施例N＝24)傅氏算法在频率偏移工频时的准确性。

(三)计算保护所需稳态量：微机CPU数据处理单元采用负序滤序算法计算发电机机端稳态量负序电压向量机端稳态量负序电流向量

采用正序滤序算法计算发电机机端稳态量正序电压向量

机端稳态量正序电流向量然后计算发电机机端稳态量负序功率方向值P₂，计算公式分别如下：

式中

是的共轭向量，Re代表取实部，为发电机指向发电机机端以外电力系统的负序方向元件最大灵敏角，依据该系统的负序阻抗角选取，取70°～80°之间。

(四)计算保护所需突变量：微机CPU数据处理单元以微机RAM区保存的40ms前的发电机单元件横差电流向量

机端稳态量负序电压电流向量

机端稳态量正序电压电流向量

的记忆量为基准，计算出发电机单元件横差电流突变量向量

机端负序电压电流突变量向量

和

机端正序电压电流突变量

和

再计算发电机机端正序突变量功率方向值ΔP₁、机端负序突变量功率方向值ΔP₂，计算公式分别如下：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_0={\stackrel{.}{I}}_0-{\stackrel{.}{I}}_{0(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2={\stackrel{.}{U}}_2-{\stackrel{.}{U}}_{2(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2={\stackrel{.}{I}}_2-{\stackrel{.}{I}}_{2(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_1={\stackrel{.}{U}}_1-{\stackrel{.}{U}}_{1(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_1={\stackrel{.}{I}}_1-{\stackrel{.}{I}}_{1(-40)}$

式中是

的共轭向量，

是

的共轭向量，Re代表取实部，为突变量正序方向元件的最大灵敏角，由发电机以外的电力系统指向发电机，依据发电机正序阻抗角选取，取260°～270°之间，

为突变量负序方向元件的最大灵敏角，由发电机指向发电机以外的电力系统，依据该系统负序阻抗角选取，取70°～80°之间。

(五)判断稳态量段：由微机CPU机端负序稳态量方向判断模块，根据判据逻辑式： $\left(\right|{\stackrel{.}{U}}_2|>U_{2\mathrm{set}})\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_2|>I_{2\mathrm{set}})\∩(P_2>{\mathrm{\ϵ}}_p)$ 对机端稳态量负序方向进行逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。由微机CPU单元件横差匝间稳态量主判断模块，根据判据逻辑式： $\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_0|>I_{\mathrm{set}})$ 对稳态量段进行逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。

“1”含义为判据逻辑方程式满足，“0”含义为判据逻辑方程式不满足。

上二式中：I_set、U_2set、I_2set分别为稳态量单元件横差电流、负序电压、负序电流整定定值，整定范围分别为：0.02至10In、0.5至10v、0.02至2In，通过微机人机操作界面整定，ε_p为稳态量负序功率方向内部门槛，理论上功率方向门槛取0VA，实际则留出一些裕度，取2VA。

(六)判断突变量段：由微机CPU单元件横差匝间保护突变量启动判断模块，根据突变量段启动判据逻辑式 $(\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∪\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2}))$ 对突变量段进行启动逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为启动，即判据逻辑方程式满足。“0”含义为不启动，即判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU机端突变量正序方向闭锁判断模块，根据突变量正序方向闭锁判据逻辑式 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}1})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}1})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_1>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}1})$ 对突变量正序方向元件进行判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为闭锁，即判据逻辑方程式满足。“0”含义为不闭锁，即判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU机端突变量负序方向判断模块，根据突变量负序方向判据逻辑式 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_2>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}2})$ 对突变量负序方向元件段进行判断，得出逻辑结果“1”或“0”。

由微机CPU单元件横差匝间突变量主判断模块，根据主判据逻辑式 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{,}{I}}_0|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}0})$ 对突变量单元件横差电流进行判断，得出逻辑结果“1”或“0”。

以上四式中：ε_ΔU2、ε_ΔI2、ε_ΔU1、ε_ΔI1、ε_Δp1、ε_Δp2、ε_ΔI0分别为机端突变量负序电压、负序电流、正序电压、正序电流、正序方向、负序方向、突变量单元件横差电流的内部经验门槛，分别取ε_ΔU2＝1V、ε_ΔI2＝0.2A、ε_ΔU1＝8V、ε_ΔI1＝0.6A、ε_Δp1＝5VA、ε_Δp2＝0.3VA、ε_ΔI0＝0.3I_e，I_e为发电机折算到横差TA副边的二次额定电流，与具体的发电机相关，还与横差TA的副边变比相关。

(七)其它辅助判断：由微机CPU发电机并网判断模块，根据并网判据逻辑式 $(\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_a|>{0.06I}_n)\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_b|>{0.06I}_n)\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_c|>{0.06I}_n))$ 进行发电机并网逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为已并网，即并网判据逻辑方程式满足。“0”含义为未并网，即并网判据逻辑方程式不满足。I_n为发电机机端TA二次额定电流，通常为1A或5A。

由微机CPU发电机机端TA断线判断模块，按现有技术判断方法进行发电机机端TA断线逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为TA断线，判据逻辑方程式满足，“0”含义为TA未断线，判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU发电机机端TV断线判断模块，按现有技术判断方法进行发电机机端TV断线逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为TV断线，判据逻辑方程式满足，“0”含义为TV未断线，判据逻辑方程式不满足。

(八)突变量段与稳态量段的协同判断：由突变量段的保护控制信号或稳态量段的保护控制信号向保护装置输出跳闸信号。如图2所示，设置与门M21，接收发电机单元件横差匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号、机端突变量负序方向判断模块的输出信号、单元件横差匝间突变量主判断模块的输出信号。与门M22，接收发电机单元件横差匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、单元件横差匝间突变量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号、发电机并网判断模块的闭锁信号。与门M23，接收发电机并网判断模块的闭锁信号、单元件横差匝间稳态量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号。与门M24，接收单元件横差匝间稳态量主判断模块的输出信号、负序稳态量方向判断模块的输出信号。与门M21和与门M22输出的逻辑信号“1”构成突变量段控制保护装置跳闸信号，与门M23和与门M24输出的逻辑信号“1”，经延时t 100至500ms后构成稳态量段控制保护装置跳闸信号。

1、当发电机并网判断模块的逻辑判断结果为“1”已并网时，由单元件横差匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号、机端突变量负序方向判断模块的输出信号、单元件横差匝间稳态量主判断模块的输出信号，经与门M21输出，构成突变量段保护控制信号。由单元件横差匝间稳态量主判断模块的输出信号、负序稳态量方向判断模块的输出信号，经与门M24，再经可整定的短延时t输出，构成稳态量段保护控制信号，短延时t初始设定为200ms。

2、当发电机并网判断模块的逻辑判断结果为“0”未并网时，机端突变量正序方向闭锁判断模块、机端突变量负序方向判断模块和负序稳态量方向判断模块均失效。由单元件横差匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、单元件横差匝间突变量主判断模块抬高门槛为2倍后计算的输出信号，经与门M22输出，构成突变量段保护控制信号。由单元件横差匝间稳态量主判断模块抬高门槛为2倍后计算的输出信号，经与门M23，再经可整定的短延时t输出，构成稳态量段保护控制信号，短延时t初始设定为200ms。

当发生发电机内部轻微匝间故障、区外故障或发电机不平衡工况扰动时，单元件横差匝间保护突变量启动判断模块启动，同时启动40ms计数器，在40ms内，若突变量段的判据组合满足与门M21输出为“1”的条件，且持续大于0至15ms，本实施例为15ms，则突变量段与门M21输出为“1”，若40ms计数完，突变量段与门M21输出为“0”，则单元件横差匝间突变量主判断模块退出，固定输出“0”，并开始检测微机装置是否整组复归，整组复归后，经2～5s的延时重新投入单元件横差匝间突变量主判断模块。

当发生发电机区外严重三相对称故障(即三相短路或三相接地短路)时，单元件横差匝间保护突变量启动判断模块启动，同时启动40ms计数，此时，单元件横差匝间突变量主判断模块判断结果很可能为“1”，严重(电流突变6～8In以上、电压突变1Un左右)的电压电流暂态突变过程导致机端突变量负序方向判断模块也可能误判为“1”，此时非常明显(正序突变量方向计算结果500VA以上)的区外正序突变量方向特征令机端突变量正序方向闭锁判断模块判断结果为“1”，与门M21输出为“0”，突变量段保护不会误动，40ms计数后，单元件横差匝间突变量主判断模块退出，在微机装置整组复归前，不再投入。

(九)机端普通TA、TV断线后逻辑判断：发电机机端普通TV或TA断线时会造成负序稳态量方向判断模块、机端突变量正序方向闭锁判断模块和机端突变量负序方向判断模块误判或失效，此时，发电机机端TV断线判断模块或发电机机端TA断线判断模块判断结果为“1”，根据其判断结果，负序稳态量方向判断模块和机端突变量负序方向判断模块退出，固定输出“1”，机端突变量正序方向闭锁判断模块退出，固定输出“0”(不闭锁)，同时，单元件横差匝间突变量主判断模块和单元件横差匝间稳态量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出逻辑结果“1”或“0”。

三、稳态量及突变量协同判断的发电机负序方向匝间保护方法

1、总体构思

本方法应用于发电机中性点只有三个引出端子，无法装设专用单元件横差TA，且没有装设专用纵向TV的发电机。

微机的数据采集单元和其内置的软件计算模块获取发电机中性点侧三相电流向量

发电机机端三相电压向量

计算出负序功率方向构成主判据，获取发电机机端三相电流向量

构成辅助判据，包括稳态量段和突变量段，突变量段用作捕捉匝间故障的第一次电气暂态特征，启动后至大于20至60ms，本实施例为40ms后退出，稳态量段用作匝间故障的长期保护，两者一起构成本发明方法的发电机匝间保护。

稳态量段由微机CPU的差分计算模块、全周傅氏计算模块计算出发电机中性点电流、机端电流和电压的稳态量基波向量，由稳态量中性点电流和机端电压计算出稳态量负序方向构成主判据，并经可整定的短延时100至500ms出口，最佳为200ms。

突变量段由突变量向量计算模块以微机的随机存取存储器RAM保存的40ms前中性点电流、机端电流电压向量为基准计算出中性点电流、机端电流电压的突变量基波向量，由突变量中性点电流向量和机端电压向量计算出突变量负序功率方向值构成主判据，由突变量机端电流电压计算出突变量正序功率方向值构成闭锁判据，并经内部短延时大于0至15ms快速出口，最佳为15ms。突变量段每次启动只投入一次，每次投入40ms，超过40ms后退出，下次投入需待装置整组复归且经过内部延时2～5s。

采用频率跟踪方法，在频率偏移时，保证稳态量和突变量基波向量的计算准确性。

同时配合TA或TV断线闭锁逻辑判断与断线后保护逻辑判断，构成完整的发电机匝间保护。

2、具体步骤

如图3所示，稳态量及突变量协同处理的发电机负序方向匝间保护方法，包括以下步骤：

(一)获取模拟量信息：用数据采集单元，即微机装置内部的电流和电压小变换器，获得发电机中性点侧三相电流I_na、I_nb、I_nc、机端三相电流/电压I_a、I_b、I_c、U_a、U_b、U_c模拟输入量，经模拟/数字转换，将模拟输入量转换为数字量，作为瞬时采样值，由微机CPU数据处理单元(向量计算模块)将数据采集单元输出的数字量进行傅氏算法计算，分别计算出发电机中性点侧三相电流

机端三相电流/电压

的向量值，计算公式分别如下：

${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{na}}=I_{\mathrm{nar}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{nax}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{na}\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{na}\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{nb}}=I_{\mathrm{nbr}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{nbx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{nb}\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{nb}\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_{\mathrm{nc}}=I_{\mathrm{ncr}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{ncx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{nc}\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{\mathrm{nc}\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{U}}_a=U_{\mathrm{ar}}+{jU}_{\mathrm{ax}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{a\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{a\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{U}}_b=U_{\mathrm{br}}+{jU}_{\mathrm{bx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{b\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{b\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{U}}_c=U_{\mathrm{cr}}+{jU}_{\mathrm{cx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{c\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{U}_{c\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_a=I_{\mathrm{ar}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{ax}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{a\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{a\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_b=I_{\mathrm{br}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{bx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{b\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{b\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

${\stackrel{.}{I}}_c=I_{\mathrm{cr}}+{\mathrm{jI}}_{\mathrm{cx}}=\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{c\left(k\right)}\sin k\frac{2\mathrm{\π}}{N}+j\frac{2}{N}\underset{k=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{I}_{c\left(k\right)}\cos k\frac{2\mathrm{\π}}{N}$

式中N为采样系统的每周波的采样点数20至96，本实施例实现过程中N＝24，I_na(k)、I_nb(k)、I_nc(k)、U_a(k)、U_b(k)、U_c(k)、I_a(k)、I_b(k)、I_c(k)分别为相应电压电流通道的瞬时采样值。

(二)频率跟踪：数据采集单元和向量计算模块在发电机频率偏移时会发生计算误差，故采用频率跟踪方法来修正发电机中性点侧三相电流

机端三相电流/电压

的向量值。频率测量具体过程：选取发电机机端相电压Ua或线电压Uab为测频电压，电位比较器输出计数触发脉冲给复杂可编程逻辑器件CPLD，当测频电压Ua或Uab由负变正时(简称正过零点)，电位比较器发出计数触发脉冲，CPLD开始从0计数，到下一次正过零点时，CPLD将其间的计数锁存，并重新开始从0计数。微机CPU从CPLD计数锁存中读取测频电压Ua或Uab的两个正过零点的计数值，换算为时间T，单位为ms，得到测频结果f＝1/T，单位Hz。微机CPU根据测频结果，调整定时器中断的时间间隔，保持每周波N点(本实施例N＝24)采样，这就完成了频率跟踪，以保证N点(本实施例N＝24)傅氏算法在频率偏移工频时的准确性。

(三)计算保护所需稳态量：微机CPU数据处理单元采用负序滤序算法计算发电机中性点稳态量负序电流向量

发电机机端稳态量负序电压向量

机端稳态量负序电流向量

采用正序滤序算法计算发电机机端稳态量正序电压向量

机端稳态量正序电流向量

然后基于中性点侧电流计算发电机稳态量负序功率方向值P_n2，计算公式分别如下：

式中

是

的共轭向量，Re代表取实部，

为发电机指向发电机机端以外电力系统的负序方向元件最大灵敏角，依据该系统的负序阻抗角选取，取70°～80°之间。

(四)计算保护所需突变量：微机CPU数据处理单元以微机RAM区保存的40ms前的发电机中性点稳态量负序电流向量

机端稳态量负序电压向量

机端稳态量正序电压电流向量

的记忆量为基准，计算出发电机中性点负序电流突变量向量

机端负序电压突变量向量

机端正序电压电流突变量

和

再计算发电机机端正序突变量功率方向值ΔP₁、基于中性点电流计算负序突变量功率方向值ΔP_n2，计算公式分别如下：

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_{n2}={\stackrel{.}{I}}_{n2}-{\stackrel{.}{I}}_{n2(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2={\stackrel{.}{U}}_2-{\stackrel{.}{U}}_{2(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_1={\stackrel{.}{U}}_1-{\stackrel{.}{U}}_{1(-40)}$

$\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_1={\stackrel{.}{I}}_1-{\stackrel{.}{I}}_{1(-40)}$

式中是

的共轭向量，

是

的共轭向量，Re代表取实部，为突变量正序方向元件的最大灵敏角，由发电机以外的电力系统指向发电机，依据发电机正序阻抗角选取，取260°～270°之间，

为突变量负序方向元件的最大灵敏角，由发电机指向发电机以外的电力系统，依据该系统负序阻抗角选取，取70°～80°之间。

(五)判断稳态量段：由微机CPU中性点稳态量负序方向主判断模块，根据判据逻辑式： $\left(\right|{\stackrel{.}{U}}_2|>U_{2\mathrm{set}})\∩\left(\right|{\stackrel{.}{I}}_{n2}|>I_{2\mathrm{set}})\∩(P_{n2}>{\mathrm{\ϵ}}_p)$ 对中性点稳态量负序方向进行逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。

“1”含义为判据逻辑方程式满足，“0”含义为判据逻辑方程式不满足。

上二式中：U_2set、I_2set分别为稳态量负序电压、负序电流整定定值，整定范围分别为：0.5至10v、0.02至2In，通过微机人机操作界面整定，ε_p为稳态量负序功率方向内部门槛，理论上功率方向门槛取0VA，实际则留出一些裕度，取2VA。

(六)判断突变量段：由微机CPU负序方向匝间保护突变量启动判断模块，根据突变量段启动判据逻辑式 $(\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∪\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2}))$ 对突变量段进行启动逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为启动，即判据逻辑方程式满足。“0”含义为不启动，即判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU机端突变量正序方向闭锁判断模块，根据突变量正序方向闭锁判据逻辑式 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}1})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}1})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_1>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}1})$ 对突变量正序方向元件进行判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为闭锁，即判据逻辑方程式满足。“0”含义为不闭锁，即判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU中性点突变量负序方向主判断模块，根据中性点突变量负序方向判据逻辑式 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{.}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_2>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}2})$ 对中性点突变量负序方向主判据进行判断，得出逻辑结果“1”或“0”。

以上四式中：ε_ΔU2、ε_ΔI2、ε_ΔU1、ε_ΔI1、ε_Δp1、ε_Δp2分别为突变量机端负序电压、中性点负序电流、机端正序电压、机端正序电流、机端正序方向、中性点负序方向的内部经验门槛，分别取ε_ΔU2＝1V、ε_ΔI2＝0.2A、ε_ΔU1＝8V、ε_ΔI1＝0.6A、ε_Δp1＝5VA、ε_Δp2＝0.3VA。

(七)其它辅助判断：

由微机CPU发电机机端TA断线判断模块，按现有技术判断方法进行发电机机端TA断线逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为TA断线，判据逻辑方程式满足，“0”含义为TA未断线，判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU发电机中性点TA断线判断模块，按现有技术判断方法进行发电机中性点TA断线逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为TA断线，判据逻辑方程式满足，“0”含义为TA未断线，判据逻辑方程式不满足。

由微机CPU发电机机端TV断线判断模块，按现有技术判断方法进行发电机机端TV断线逻辑判断，得出逻辑结果“1”或“0”。“1”含义为TV断线，判据逻辑方程式满足，“0”含义为TV未断线，判据逻辑方程式不满足。

(八)突变量段与稳态量段的协同判断：由突变量段的保护控制信号或稳态量段的保护控制信号向保护装置输出跳闸信号。如图3所示，设置与门M31，接收负序方向匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号、中性点突变量负序方向主判断模块的输出信号。与门M32，接收中性点稳态量负序方向主判断模块的输出信号。与门M31输出的逻辑信号“1”构成突变量段控制保护装置跳闸信号，与门M32输出的逻辑信号“1”，经延时t 100至500ms后构成稳态量段控制保护装置跳闸信号。

1、由负序方向匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号、中性点突变量负序方向主判断模块的输出信号，经与门M31输出，构成突变量段保护控制信号。由中性点稳态量负序方向主判断模块的输出信号，经可整定的短延时t输出，构成稳态量段保护控制信号，短延时t初始设定为200ms。

2、当发生发电机内部轻微匝间故障、区外故障或发电机不平衡工况扰动时，负序方向匝间保护突变量启动判断模块启动，同时启动40ms计数器，在40ms内，若突变量段的判据组合满足与门M31输出为“1”的条件，且持续大于0至15ms，本实施例为15ms，则突变量段与门M31输出为“1”，若40ms计数完，突变量段与门M31输出为“0”，则中性点突变量负序方向主判断模块退出，固定输出“0”，并开始检测微机装置是否整组复归，整组复归后，经2～5s的延时重新投入中性点突变量负序方向主判断模块。

当发生发电机区外严重三相对称故障(即三相短路或三相接地短路)时，负序方向匝间保护突变量启动判断模块启动，同时启动40ms计数，严重(电流突变6～8In以上、电压突变1Un左右)的电压电流暂态突变过程导致中性点突变量负序方向主判断模块也可能误判为“1”，此时非常明显(正序突变量方向计算结果500VA以上)的区外正序突变量方向特征令机端突变量正序方向闭锁判断模块判断结果为“1”，与门M31输出为“0”，突变量段保护不会误动，40ms计数后，中性点突变量负序方向主判断模块退出，在微机装置整组复归前，不再投入。

当发电机未并网时，机端和中性点电流恒为0，中性点突变量负序方向主判断模块和中性点稳态量负序方向主判断模块均不可能动作，固定输出“0”。

(九)机端普通TA、TV断线后逻辑判断：发生发电机机端普通TV或中性点TA断线时会造成中性点负序稳态量方向主判断模块、中性点突变量负序方向主判断模块误判或失效，此时，发电机机端TV断线判断模块或发电机中性点TA断线判断模块判断结果为“1”，根据其判断结果，闭锁中性点负序稳态量方向主判断模块和中性点突变量负序方向主判断模块，固定输出“0”。

发生发电机机端TA时会造成机端突变量正序方向闭锁判断模块误判或失效，此时，发电机机端TA断线判断模块判断结果为“1”，根据其判断结果，闭锁中性点突变量负序方向主判断模块，固定输出“0”。

本发明的发电机匝间保护方法，在整个区内外故障或扰动过程中，稳态量段保护判断模块一直保持投入，与突变量段构成“或门”保护控制信号，在突变量段启动40ms自动退出后，实际上单由稳态量段完成对发电机匝间故障的保护。

突变量和稳态量的协同判断过程，充分利用了突变量判据的灵敏性和速动性去捕捉每次启动过程的前40ms中可能发生的区内匝间故障，并彻底避开启动40ms后由于复杂暂态过程可能导致的突变量判据误判，同时利用了稳态量判据的可靠性对发电机匝间故障进行不间断的保护。

Claims (7)

1.一种发电机匝间保护方法，其特征在于：所述发电机匝间保护方法采用发电机稳态量段和突变量段判据判断，在纵向零序电压匝间保护的保护过程中实现；所述稳态量段用作发电机匝间故障的长期保护，所述突变量段用作捕捉发电机匝间故障的第一次电气暂态特征，启动后至大于20并且小于等于60ms后退出；所述突变量段由第1与门（M1）和第2与门（M2）输出1构成突变量段控制保护装置跳闸信号，第1与门（M1）接收纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号、机端突变量负序方向判断模块的输出信号和纵向零序电压匝间突变量主判断模块的输出信号，第2与门（M2）接收纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、纵向零序电压匝间突变量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号、发电机并网判断模块的闭锁信号和发电机纵向零序TV一次断线判断模块的闭锁信号；所述稳态量段由第3与门（M3）和第4与门（M4）输出1，经延时100至500ms后构成稳态量段控制保护装置跳闸信号，第3与门（M3）接收发电机并网判断模块的闭锁信号、发电机纵向零序TV一次断线判断模块的闭锁信号和纵向零序电压匝间稳态量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号，第4与门（M4）接收纵向零序电压匝间稳态量主判断模块的输出信号和负序稳态量方向判断模块的输出信号。

2.根据权利要求1所述的发电机匝间保护方法，其特征在于：所述纵向零序电压匝间保护突变量启动判断模块的判据为满足

其中，

和

为机端负序电压电流突变量向量、ε_ΔU2为机端突变量负序电压,ε_ΔI2为机端突变量负序电流，机端突变量正序方向闭锁判断模块的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}1})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}1})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_1>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}1}),$ 其中，

和

为机端正序电压电流突变量、ΔP₁为发电机机端正序突变量功率方向值、ε_ΔU1为机端突变量正序电压、ε_ΔI1为机端突变量正序电流、ε_Δp1为机端突变量正序方向，机端突变量负序方向判断模块的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_2>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}2}),$ 其中，ΔP₂为机端负序突变量功率方向值、ε_Δp2为机端突变量负序方向，纵向零序电压匝间突变量主判断模块的判据为满足

其中，

为发电机纵向零序电压突变量向量、ε_Δ3U0为机端突变量纵向零序电压的内部经验门槛，发电机并网判断模块的判据为满足 $(\left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_a|>0.06I_n)\∩\left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_b|>0.06I_n)\∩\left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_c|>0.06I_n)),$ 其中，

和

为机端三相电流向量值、I_n为发电机机端TA二次额定电流，发电机纵向零序TV一次断线判断按现有技术判断方法，纵向零序电压匝间稳态量主判断模块的的判据为满足

其中，3U₀为发电机纵向零序电压、U_set为稳态量纵向零压，负序稳态量方向判断模块的判据为满足

其中，

为发电机机端稳态量负序电压向量、

机端稳态量负序电流向量、P₂为发电机机端稳态量负序功率方向值、U_2set为稳态量负序电压、I_2set为稳态量负序电流整定定值、ε_p为稳态量负序功率方向内部门槛。

3.一种发电机匝间保护方法，其特征在于：所述发电机匝间保护方法采用发电机稳态量段和突变量段判据判断，在单元件横差匝间保护的保护过程中实现；所述稳态量段用作发电机匝间故障的长期保护，所述突变量段用作捕捉发电机匝间故障的第一次电气暂态特征，启动后至大于20并且小于等于60ms后退出；所述突变量段由第21与门（M21）和第22与门（M22）输出1构成突变量段控制保护装置跳闸信号，第21与门（M21）接收发电机单元件横差匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号、机端突变量负序方向判断模块的输出信号和单元件横差匝间突变量主判断模块的输出信号，第22与门（M22）接收发电机单元件横差匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、单元件横差匝间突变量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号和发电机并网判断模块的闭锁信号；所述稳态量段由第23与门（M23）和第24与门（M24）输出1，经延时100至500ms后构成稳态量段控制保护装置跳闸信号，第23与门（M23）接收发电机并网判断模块的闭锁信号和单元件横差匝间稳态量主判断模块抬高门槛为2倍后计算输出的信号，第24与门（M24）接收单元件横差匝间稳态量主判断模块的输出信号和负序稳态量方向判断模块的输出信号。

4.根据权利要求3所述的发电机匝间保护方法，其特征在于：所述发电机单元件横差匝间保护突变量启动判断模块的判据为满足其中，

和

为机端负序电压电流突变量向量、ε_ΔU2机端突变量负序电压、ε_ΔI2为机端突变量负序电流，机端突变量正序方向闭锁判断模块的的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}1})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_1|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}1})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_1>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}1}),$ 其中，和

为机端正序电压电流突变量、ΔP₁为发电机机端正序突变量功率方向值、ε_ΔU1为机端突变量正序电压、ε_ΔI1为机端突变量正序电流、ε_Δp1为机端突变量正序方向，机端突变量负序方向判断模块的的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_2>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}2}),$ 其中，ΔP₂为机端负序突变量功率方向值、ε_Δp2为机端突变量负序方向，单元件横差匝间突变量主判断模块的的判据为满足

其中，

为发电机单元件横差电流突变量向量、ε_ΔI0为机端突变量单元件横差电流的内部经验门槛，发电机并网判断模块的判据为满足 $(\left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_a|>0.06I_n)\∩\left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_b|>0.06I_n)\∩\left(\right|{\stackrel{\·}{I}}_c|>0.06I_n)),$ 其中，分别为机端三相电流、I_n为发电机机端TA二次额定电流，单元件横差匝间稳态量主判断模块的判据为满足

其中，为发电机单元件横差电流、I_set为稳态量单元件横差电流，负序稳态量方向判断模块的判据为满足

其中，

为发电机机端稳态量负序电压向量、为机端稳态量负序电流向量、P₂发电机机端稳态量负序功率方向值、U_2set为稳态量负序电压、I_2set为稳态量负序电流整定定值、ε_p为稳态量负序功率方向内部门槛。

5.一种发电机匝间保护方法，其特征在于：所述发电机匝间保护方法采用发电机稳态量段和突变量段判据判断，在负序方向匝间保护的保护过程中实现；所述稳态量段用作发电机匝间故障的长期保护，所述突变量段用作捕捉发电机匝间故障的第一次电气暂态特征，启动后至大于20并且小于等于60ms后退出；所述突变量段由第31与门（M31）输出1构成突变量段控制保护装置跳闸信号，第31与门（M31）接收负序方向匝间保护突变量启动判断模块的输出信号、机端突变量正序方向闭锁判断模块的闭锁信号和中性点突变量负序方向主判断模块的输出信号；所述稳态量段由第32与门（M32）输出1，经延时100至500ms后构成稳态量段控制保护装置跳闸信号，第32与门（M32）接收中性点稳态量负序方向主判断模块的输出信号。

6.根据权利要求5所述的发电机匝间保护方法，其特征在于：所述负序方向匝间保护突变量启动判断模块的判据为满足

其中，为发电机中性点负序电流突变量向量、

为机端负序电压突变量向量、ε_ΔU2为突变量机端负序电压、ε_ΔI2为机端突变量中性点负序电流，机端突变量正序方向闭锁判断模块的判据为满足

其中，

和

为机端正序电压电流突变量、ε_ΔU1为机端突变量正序电压、ε_ΔI1为机端突变量正序电流、ε_Δp1为机端突变量正序方向，中性点突变量负序方向主判断模块的判据为满足 $\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{U}}_2|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔU}2})\∩\left(\right|\mathrm{\Δ}{\stackrel{\·}{I}}_{n2}|>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\ΔI}2})\∩(\mathrm{\Δ}{P}_{n2}>{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{\Δp}2}),$ 其中，ΔP_n2为负序突变量功率方向值、ε_Δp2为机端突变量中性点负序方向的内部经验门槛，中性点稳态量负序方向主判断模块的判据为满足

其中，为发电机机端稳态量负序电压向量、

为发电机中性点稳态量负序电流向量、P_n2为发电机稳态量负序功率方向值、ε_p为稳态量负序功率方向内部门槛、U_2set为稳态量负序电压、I_2set为稳态量负序电流整定定值。

7.根据权利要求1至6中任一所述的发电机匝间保护方法，其特征在于：所述突变量段退出后下次投入需待整组复归后再经过延时2～5s。

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