CN103178502A - 发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法 - Google Patents

Abstract

发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法，保护装置测量发电机组主变压器低压侧零序电压和高压侧零序电压；以主变低压侧的母线对地基波零序电压为保护动作量，以主变高压侧的基波零序电压作为比率制动量，使用固定门槛的动作定值与比率制动量之和作为保护判据的浮动门槛；发电机机端断路器处于分闸位置时该保护投入，如果此时保护动作量超过浮动门槛，则经过短延时t保护动作于报警或跳闸。本发明能够可靠防止主变高压侧单相接地时的传递电压导致低压侧母线单相接地保护误动作。

Description

发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法

技术领域

本发明属于电力系统继电保护领域，特别涉及发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法和相应的继电保护装置或监测装置。

背景技术

目前，大型核电机组一般装设两台厂用变压器，厂变高压侧绕组为星形接线，低压侧为三角形接线，其中一台厂变的高压侧星形绕组中性点经接地变压器接地，接地变压器的二次侧配有负载电阻，而常规火电机组的厂变高压侧为三角形接线，不存在接地点。基于以上特点，核电机组主变带厂变倒送电运行时，一旦主变低压侧母线上发生单相接地故障，可能产生较大的零序故障电流，对设备造成损伤，需要配置动作于跳闸的主变压器低压侧母线单相接地故障保护，该保护取主变低压侧对地零序电压作为动作量，在发电机机端断路器处于分闸位置时投入。此外，主变高压侧单相接地故障时，零序电压会通过高低压绕组间的耦合电容传递到低压侧，该电压可能导致主变低压侧母线单相接地保护误动，以往为了防止误动，零序电压定值或延时定值需要与主变高压侧接地后备保护定值进行配合，牺牲了主变低压侧母线单相接地故障保护的灵敏度和快速性，对被保护设备不利。

发明内容

本发明的主要目的：提供一种发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法，利用主变高压侧零序电压实现比率制动特性，可靠防止主变高压侧单相接地故障时传递电压导致母线单相接地保护误动，提高该保护的灵敏度和快速性。

本发明所采用的技术方案是：一种发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法，保护装置测量发电机组主变压器低压侧零序电压和高压侧零序电压；以主变低压侧的母线对地基波零序电压为保护动作量，以主变高压侧的基波零序电压作为比率制动量，使用固定门槛的动作定值与比率制动量之和作为保护判据的浮动门槛；发电机机端断路器处于分闸位置时该保护投入，如果此时保护动作量超过浮动门槛，则经过短延时t保护动作于报警或跳闸。

本发明的改进是：保护装置测量发电机组主变压器低压侧零序电压和高压侧零序电压，其中，低压侧零序电压可以从厂用变压器高压侧星形绕组中性点接地变压器的二次侧处测量，可以从安装于主变压器低压侧的PT开口三角端口处测量，也可以从安装于主变压器低压侧的接地变压器的二次侧处测量，高压侧零序电压可以从安装于主变压器高压侧的PT开口三角端口处测量。

进一步的：发电机机端断路器处于分闸位置时该保护投入，如果此时保护动作量超过浮动门槛，则经过短延时t保护动作于报警或跳闸，保护动作判据为：

U_b0＞U_0set+k·U_h0                            式（1）

其中：U_b0为主变低压侧母线对地零序电压基波有效值，U_0set为母线单相接地保护零序电压定值，U_h0为主变高压侧零序电压基波有效值，k为比率制动系数。

进一步，保护动作判据中使用了比率制动系数k，比率制动系数k可按下式计算：

$k=\left|\frac{R_n//\frac{1}{\mathrm{j\ω}(C_{\mathrm{b\Σ}}+\frac{C_M}{2})}}{R_n//\frac{1}{\mathrm{j\ω}(C_{\mathrm{b\Σ}}+\frac{C_M}{2})}+\frac{1}{\mathrm{j\ω}\frac{C_M}{2}}}\right|\×\frac{n_{\mathrm{PT}1}}{n_{\mathrm{PT}2}}$ 式（2）

其中：R_n为主变低压侧对地等值电阻的一次值，C_M为主变高低压侧绕组之间的耦合电容，C_b∑为主变低压侧母线对地总等效电容，包括主变低压侧对地电容、厂变高压侧对地电容和母线对地电容，n_PT1为主变高压侧PT零序电压变比，n_PT2为主变低压侧测量零序电压的电压变比，ω＝2πf＝100π。

进一步，主变低压侧基波零序电压U_b0和高压侧基波零序电压U_h0的计算均采用全周傅立叶算法。

保护经过短延时t动作于报警或跳闸，该延时定值可在0.3～0.5s范围内取值。

本发明的有益效果是：低压侧母线单相接地保护能够可靠防止主变高压侧单相接地故障传递电压导致的误动，零序电压定值和延时均可以大幅下降，更好地保障设备的安全。而当主变低压侧母线上发生单相接地故障时，保护能够灵敏动作。提高该保护装置的灵敏度和快速性。

附图说明

图1是本发明中主变高压侧零序电压U_h0和低压侧母线对地零序电压U_b0测量示意图。

图2为主变低压侧母线单相接地保护动作特性图，其中U_b0为主变低压侧母线对地零序电压基波有效值，U_0set为母线单相接地保护零序电压定值，U_h0为主变高压侧零序电压基波有效值。

图3为主变高、低压侧传递电压计算用近似简化电路，其中

为主变低压侧母线对地零序电压，

为系统侧接地短路时产生的基波零序电动势，R_n为厂变高压侧星形绕组中性点对地电阻一次值，C_M为主变高低压侧绕组之间的耦合电容，C_b∑为主变低压侧母线对地总等效电容，包括主变低压侧对地电容、厂变高压侧对地电容和母线对地电容。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

在图1中，从主变高压侧PT的开口三角处测量主变高压侧零序电压U_h0，从厂变高压侧星形绕组中性点接地变二次侧负载电阻处测量母线对地零序电压U_b0。U_h0和U_b0的计算均采用全周傅立叶算法。

主变低压侧母线单相接地保护动作判据如下：

U_b0＞U_0set+k·U_h0                              式（1）

其中：U_0set为母线单相接地保护零序电压定值，k为比率制动系数。

式（1）对应的动作特性如图2所示。

按图3的等值电路计算比率制动系数k，计算式如下：

$k=\left|\frac{R_n//\frac{1}{\mathrm{j\ω}(C_{\mathrm{b\Σ}}+\frac{C_M}{2})}}{R_n//\frac{1}{\mathrm{j\ω}(C_{\mathrm{b\Σ}}+\frac{C_M}{2})}+\frac{1}{\mathrm{j\ω}\frac{C_M}{2}}}\right|\×\frac{n_{\mathrm{PT}1}}{n_{\mathrm{PT}2}}$ 式（2）

其中：R_n为厂变高压侧星形绕组中性点对地电阻一次值，C_M为主变高低压侧绕组之间的耦合电容，C_b∑为主变低压侧母线对地总等效电容，包括主变低压侧对地电容、厂变高压侧对地电容和母线对地电容，n_PT1为主变高压侧PT零序电压变比，n_PT2为厂变高压侧星形绕组中性点接地变压器的电压变比，ω＝2πf＝100π。

由于式（1）采用了基于主变高压侧零序电压的比率制动特性，当主变高压侧发生单相接地故障时，U_h0增大，保护的动作门槛U_0set+k·U_h0自动抬高，因此可靠防止了传递电压导致的保护误动。

发电机机端断路器处于分闸位置，该保护投入。保护投入后，如果满足式（1）动作条件，经短延时t保护动作于报警或跳闸，延时定值一般在0.3～0.5s范围内取值。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (6)

1.一种发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法，其特征是：保护装置测量发电机组主变压器低压侧零序电压和高压侧零序电压；以主变低压侧的母线对地基波零序电压为保护动作量，以主变高压侧的基波零序电压作为比率制动量，使用固定门槛的动作定值与比率制动量之和作为保护判据的浮动门槛；发电机机端断路器处于分闸位置时该保护投入，如果此时保护动作量超过浮动门槛，则经过短延时t保护动作于报警或跳闸。 

2.如权利要求1所述的发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法，其特征在于：保护装置测量发电机组主变压器低压侧零序电压和高压侧零序电压，其中，低压侧零序电压可以从厂用变压器高压侧星形绕组中性点接地变压器的二次侧处测量，可以从安装于主变压器低压侧的PT开口三角端口处测量，也可以从安装于主变压器低压侧的接地变压器的二次侧处测量，高压侧零序电压可以从安装于主变压器高压侧的PT开口三角端口处测量。 

3.如权利要求1所述的发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法，其特征在于：发电机机端断路器处于分闸位置时该保护投入，如果此时保护动作量超过浮动门槛，则经过短延时t保护动作于报警或跳闸，保护动作判据为： 

U_b0＞U_0set+k·U_h0    式（1） 

其中：U_b0为主变低压侧母线对地零序电压基波有效值，U_0set为母线单相接地保护零序电压定值，U_h0为主变高压侧零序电压基波有效值，k为比率制动系数。 

4.如权利要求1所述的发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法，其特征在于：保护动作判据中使用了比率制动系数k，比率制动系数k可按下式计算： 

式（2） 

其中：R_n为主变低压侧对地等值电阻的一次值，C_M为主变高低压侧绕组之间的耦合电容，C_bΣ为主变低压侧母线对地总等效电容，包括主变低压侧对地电容、厂变高压侧对地电容和母线对地电容，n_PT1为主变高压侧PT零序电压变比，n_PT2为主变低压侧测量零序电压的电压变比，ω＝2πf＝100π。 

5.如权利要求1所述的发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法，其特征在于：主变低压侧基波零序电压U_b0和高压侧基波零序电压U_h0的计算均采用全周傅立叶算法。 

6.如权利要求1所述的发电机组主变压器低压侧母线单相接地保护方法，其特征在于：保护经过短延时t动作于报警或跳闸，该延时定值可在0.3～0.5s范围内取值。 

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