CN103091595B

CN103091595B - 一种发电机机端电压互感器一次断线的判别方法

Info

Publication number: CN103091595B
Application number: CN201310007274.9A
Authority: CN
Inventors: 陈佳胜; 陈俊; 张琦雪; 郭自刚; 严伟; 沈全荣
Original assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2013-01-09
Publication date: 2015-09-02
Anticipated expiration: 2033-01-09
Also published as: CN103091595A

Abstract

发电机机端电压互感器一次断线的判别方法，保护装置检测发电机机端电压互感器的负序电压、开口三角基波零序电压，以及发电机中性点的零序电或零序电流，按下列公式，将这些检测量分别与相应的定值进行比较：即当TV负序电压大于定值或TV开口三角基波零序电压大于定值，同时发电机中性点处的零序电流或零序电压小于定值这些条件满足时，判定TV出现一次断线，发出报警信号，并闭锁发电机3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护，防止保护误动。

Description

一种发电机机端电压互感器一次断线的判别方法

技术领域

本发明涉及电力系统继电保护领域，更具体地涉及判别发电机定子接地保护用机端电压互感器出现一次断线的判别方法，并涉及应用该判别方法的继电保护装置和安全自动装置，用于防止发电机定子接地保护误动。

背景技术

发电机正常运行时，三相电压对称，机端TV开口三角的零序电压主要包含三次谐波电压分量，而基波零序电压基本为零。当发电机定子绕组内部出现定子单相接地故障，发电机三相电压的对称性遭到破坏，机端TV的开口三角将出现基波零序电压，且机端和中性点3次谐波电压分布均发生变化。当机端TV开口三角基波零序电压超过设定的整定值，3次谐波电压幅值和相位的变化超过预先设定的整定值时，则保护装置判定发电机出现定子接地故障，保护装置继电器接点输出让发电机跳闸停机，这就是发电机基波零序电压型（取机端开口三角电压为主判据）和3次谐波电压型定子接地保护。

众所周知，发电机机端TV的一次侧均串接了熔断器。机端TV的熔断器可能出现瞬时熔断、接触不良或慢速熔断等情况（统称为断线），TV一次断线将引起TV开口三角出现明显的基波零序电压，3次谐波电压也有相应变化。如果不能准确而有效地判别TV一次断线并闭锁3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护，将导致发电机定子接地保护误动。因此需要有准确判别发电机机端TV一次断线的方法。

大型发电机（包括水轮发电机、汽轮发电机、燃汽轮发电机和核电发电机等）在机端装设电压互感器（TV），用于监测发电机运行时的电压输出。这些发电机大多采用中性点经变压器接电阻的高阻接地方式，在接地变压器副边可以测量发电机中性点对地零序电压；有时在接地变压器原边接入零序电流互感器（TA），可以测量发电机中性点接地零序电流。

利用TV各相电压及正、负、零序电压分量特征，可以判别TV的二次断线故障，但不能判别出其一次断线故障。

此外，有通过两组TV电压互相比较的方法实现TV断线判别，如在“一种发电机匝间保护专用TV断线的判别方法（CN200810235287.0）”中所提到的方法。一般情况下，汽轮发电机在机端可接入两组TV，一组为常规电压互感器（其一次侧中性点直接接地），另一组为匝间保护专用电压互感器（其一次侧中性点直接和发电机中性点连接）。但是对于某些机组，如核电、大型水电或燃气轮机组等，经常只能接入一组常规电压互感器，其一次断线判别必须利用其他的相关电气量。

发明内容

本发明的目的是：为了解决只接入一组TV信号的情况下发电机机端TV一次断线可靠判别的问题，同时为了完善发电机3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护功能，避免机端TV一次断线引起3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护误动，本发明提供一种利用发电机机端电压和中性点零序电压或零序电流特征的发电机机端TV一次断线的判别方法。

本发明采取的技术方案是：一种发电机机端电压互感器一次断线的判别方法，保护装置检测发电机机端电压互感器（TV）的负序电压（3U2）、开口三角基波零序电压（3U0），以及发电机中性点的零序电压（Un0）或零序电流（In0），按下列公式，将这些检测量分别与相应的定值进行比较：

Un0＜U0.set1或In0＜I0.set1 式1

3U2＞U2.set2 式2

3U0＞U0.set2 式3

其中，U0.set1、U2.set2、U0.set2是电压定值，I0.set1是电流定值，

当式1、2、3条件同时满足，则判定发电机机端电压互感器TV出现一次断线，延时发出发电机机端电压互感器TV一次断线报警信号，并闭锁发电机定子接地保护；否则若式1、2、3任一条件不满足则判定发电机机端电压互感器TV恢复正常，延时退出发电机机端电压互感器TV一次断线报警，并开放发电机定子接地保护。

即当TV负序电压大于定值或TV开口三角基波零序电压大于定值，同时发电机中性点处的零序电流或零序电压小于定值这些条件满足时，判定TV出现一次断线，发出报警信号，并闭锁发电机3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护，防止保护误动。

发电机机端电压互感器TV的一次侧中性点是直接接地的。

进一步的，式1~式3中的U0.set1、U2.set2、U0.set2是电压定值，I0.set1是电流定值，U0.set1按躲过发电机正常运行时的最大不平衡电压整定，一般为5V~10V；I0.set1是零序电压U0.set1所对应的零序电流；U0.set2=K1*U0.set1，U2.set2=K2*U0.set2，K1为零序电压相关系数，等于发电机中性点零序电压二次值和机端零序电压二次值的倍数，K2为一常数、一般在0.7~0.9范围内取值。

进一步的，判别出TV一次断线后，经过短延t1时发出报警信号，并闭锁发电机3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护；当判别TV恢复正常时，经过长延时t2退出TV一次断线报警，并开放发电机3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护，其中：t1为常数，一般为20ms~40ms，t2为常数，一般为8s~10s。

本发明技术方案的原理是：当机端TV出现一次断线时，该TV的负序电压3U2和基波零序电压3U0会明显增加，超过各自的定值U2.set2和U0.set2，与此同时，由于发电机仍正常运行，发电机中性点侧零序电压或零序电流正常，其零序电压Un0很小，小于定值U0.set1，或者零序电流In0很小，小于定值I0.set1，上述式1条件满足，同时式2和式3满足，判别出TV一次断线。当发电机正常运行，或者发电机出现定子接地故障时，机端TV和中性点侧的零序电压一次值是相同的，不出现“式1、2、3条件同时满足”的情况，不会出现机端TV一次断线的误判。

本发明的有益效果是：解决了只接入一组TV信号的情况下发电机机端TV一次断线可靠判别的问题，准确地判别发电机机端TV出现一次断线，发出报警信号，并闭锁发电机3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护，防止保护误动，判据简单，易于实现。

附图说明

为了对本发明作进一步说明，给出附图：

图1是本发明的发电机机端TV电压及中性点零序电压或电流的接线示意图，

图2是本发明的发电机机端TV一次断线判别逻辑图。

图2中：

a.不等式(1)的逻辑元件，不等式(1)满足时输出1，否则输出0；

b.不等式(2)的逻辑元件，不等式(2)满足时输出1，否则输出0；

c.不等式(3)的逻辑元件，不等式(3)满足时输出1，否则输出0；

d.“与”门操作；

e.“启动延时”逻辑，当输入由0变1时，经过延时t1输出1，当输入为0

不变或由1变为0时，不经延时直接让输出等于输入；

￡“返回延时”逻辑，当输入由1变0时，经过延时t2输出0，当输入为1

不变或由0变为1时，不经延时直接让输出等于输入；

g.“机端TV断线报警”信号输出；

h.“闭锁3次谐波电压型定子接地保护”控制字置位。

i.“闭锁基波零序电压型定子接地保护”控制字置位。

具体实施方式

保护装置同时对发电机机端电压互感器TV电压和中性点零序电压或零序电流进行采样。保护装置对采样的电压、电流进行全周傅氏滤波及计算，分别得到机端TV的负序电压3U2和开口三角的基波零序电压3U0，中性点的零序电压Un0或零序电流In0；在保护装置内预先设定定值U0.set1或I0.set1、U2.set2和U0.set2，按下列不等式进行判别：

Un0＜U0.set1或In0＜I0.set1 式1

3U2＞U2.set2 式2

3U0＞U0.set2 式3

其中，U0.set1、U2.set2、U0.set2是电压定值，I0.set1是电流定值。

当式1、2、3条件同时满足，经过短延时t1发出机端TV一次断线报警信号，并闭锁3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护；否则，判定TV恢复正常，经过长延时t2取消TV一次断线报警，并重新开放3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护。t1为常数，一般为20ms~40ms，；t2为常数，一般为8s~10s。t1和t2可以是保护装置的内部参数，不需要用户整定。

下面结合某台额定容量为300MW发电机的实例介绍本发明。

在图1中，发电机（G）的中性点（n）经过中性点接地设备（NGD）以高阻接地方式接地（GND），接地变电压变比为Ntv，接地电阻二次值为Rn，对应的接地电阻一次值为Re，在接地变副边可以取得中性点零序电压Un0，在中性点接地处通过CT0副边可以取得接地零序电流In0，CT0的变比为Nta。发电机的机端（t）安装1组电压互感器，是常规电压互感器，其一次侧串接熔断器（F1）、中性点直接接地，发电机保护装置（59D）测量常规电压互感器的三相基波电压开口三角基波零序电压（3U0），接地变副边零序电压Un0，接地零序电流In0。

在本实例中，TV电压变比的额定参数是中性点接地变额定参数是其中U_gn是发电机的额定电压，这台300MW发电机的额定电压U_gn=18kV。

本发明的具体实施方法如下。

步骤1：保护装置同时对发电机机端电压互感器TV电压和中性点零序电压或零序电流进行采样。保护装置对采样的电压、电流进行全周傅氏滤波及计算，得到机端TV的三相电压得到TV开口三角的基波零序电压3U0，得到中性点的零序电压Un0或零序电流In0。

步骤2：按下式计算TV的负序电压：

3 U 2 = \overset{\cdot}{U_{A}} + α^{2} \overset{\cdot}{U_{B}} + α \overset{\cdot}{U_{C}}

式4

其中，

α = e^{j \frac{2 π}{3}} .

步骤3：在保护装置内预先设定定值U0.set1或I0.set1、U2.set2和U0.set2，按下面的式1~式3进行判别：

Un0＜U0.set1或In0＜I0.set1 式1

3U2＞U2.set2 式2

3U0＞U0.set2 式3

其中，U0.set1、U2.set2、U0.set2是电压定值，I0.set1是电流定值。这些定值按下面的方法整定。

定值U0.set1的设定，按躲过发电机正常运行时的最大不平衡电压整定，一般为5V~10V。

定值I0.set1的设定与定值U0.set1有关。由电路原理可知，保护装置测量的发电机中性点对地零序电压与零序电流的关系为：

I_{n 0} = \frac{U_{n 0} \times N_{tv}}{R_{e} \times N_{ta}}

式5

所以，定值I0.set1按下式进行整定：

I_{0 . setl} = \frac{U_{0 . setl} \times N_{tv}}{R_{e} \times N_{ta}}

式6

发电机正常运行时，或者发生定子单相接地故障时，发电机机端零序电压一次值与中性点零序电压一次值是相同的，以本实例为例，如果机端TV开口三角能测量到100V的零序电压二次值，那么中性点接地变副边应该测量到230V/1.732=132.79V的零序电压二次值。因此，我们把TV开口三角零序电压和中性点接地变副边电压的变比关系，称之为零序电压相关系数K1，K1的计算公式为

k 1 = \frac{3 U 0}{Un 0},

对于本实例，

\frac{3 \times \frac{100 V}{3} / \frac{U_{gn}}{\sqrt{3}}}{230 / \frac{U_{gn}}{\sqrt{3}}} = 0.753 .

所以，定值U0.set2可整定为U0.set2=K1*U0.set1。

定值U2.set2可以整定为U2.set2=K2×U0.set2，其中K2为一常数，一般在0.7~0.9范围内取值。

步骤4：参照图2所示的逻辑进行TV一次断线判别。当式1条件满足，同时式2和式3满足时，经过短延时t1发出机端TV一次断线报警信号，并闭锁3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护；否则，判定TV恢复正常，经过长延时t2取消TV一次断线报警，并重新开放3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护。t1为常数，一般为20ms~40ms，；t2为常数，一般为8s~10s。t1和t2可以是保护装置的内部参数，不需要用户整定。

Claims

1.一种发电机机端电压互感器一次断线的判别方法，其特征是：保护装置检测发电机机端电压互感器(TV)的负序电压(3U2)、开口三角基波零序电压(3U0)，以及发电机中性点的零序电压(Un0)或零序电流(In0)，按下列公式，将这些检测量分别与相应的定值进行比较：

Un0<U0.set1或In0<I0.set1 式1

3U2>U2.set2 式2

3U0>U0.set2 式3

其中，U0.set1、U2.set2、U0.set2是电压定值，I0.set1是电流定值，

2.根据权利要求1所述的一种发电机机端电压互感器一次断线的判别方法，其特征是：发电机机端电压互感器TV的一次侧中性点是直接接地的。

3.根据权利要求1所述的一种发电机机端电压互感器一次断线的判别方法，其特征是：式1～式3中的U0.set1、U2.set2、U0.set2是电压定值，I0.set1是电流定值，U0.set1按躲过发电机正常运行时的最大不平衡电压整定，取值范围为5V～10V；I0.set1是零序电压U0.set1所对应的零序电流；U0.set2＝K1*U0.set1，U2.set2＝K2*U0.set2，K1为零序电压相关系数，等于发电机中性点零序电压二次值和机端零序电压二次值的倍数，K2为一常数，在0.7～0.9范围内取值。

4.根据权利要求1所述的一种发电机机端电压互感器一次断线的判别方法，其特征是：判别出TV一次断线后，经过短延t1时发出报警信号，并闭锁发电机3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护；当判别TV恢复正常时，经过长延时t2退出TV一次断线报警，并开放发电机3次谐波电压型和基波零序电压型定子接地保护，其中：t1为常数，取值范围为20ms～40ms，t2为常数，取值范围为8s～10s。