CN110048372A - 一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法 - Google Patents
一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110048372A CN110048372A CN201810033762.XA CN201810033762A CN110048372A CN 110048372 A CN110048372 A CN 110048372A CN 201810033762 A CN201810033762 A CN 201810033762A CN 110048372 A CN110048372 A CN 110048372A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- voltage
- generator
- voltage generator
- harmonic
- protection
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 claims abstract description 13
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 8
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 2
- 229920003020 cross-linked polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004703 cross-linked polyethylene Substances 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000007812 deficiency Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
- H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
- H02H7/06—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for dynamo-electric generators; for synchronous capacitors
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
本发明公开了一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法，包括以下步骤：实时采集高压发电机的基波零序电压，中性点、机端当前故障时刻与前Δt未故障时刻的三次谐波电压。当基波零序电压越限或三次谐波电压保护动作量同时大于保护制动量与辅助制动门槛时，判定高压发电机发生定子单相接地故障，保护装置启动，将故障的高压发电机从电力系统中隔离。本发明方法中的改进方案在降低制动系数的同时增加了辅助制动门槛，消除了高压输电网三次谐波电压波动对保护方案的影响，彻底解决高压发电机定子单相接地保护灵敏度与可靠性不高的难题。
Description
技术领域
本发明涉及一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法，适用于利用高压发电机发电的电力系统。
背景技术
20世纪末，瑞典ABB公司研发了一种利用交联聚乙烯(XLPE)电缆绕制定子绕组的高压发电机(Powerformer)。攻克了发电机设计的绝缘难题，使其机端输出电压从20kV以下跃变到理论上的400kV，从而实现了发电单元与高压输电网的直联，这项技术被誉为“21世纪的发电技术”。
在世界能源格局深刻调整、环境资源约束不断加强的新时期，我国能源电力技术的变革推动着发电设备朝着大容量、高效、安全与可持续的方向发展。利用高压发电机直联并网的能源供应模式有望得到迅速的普及。当常规发电机和高压发电机具有相同的额定容量时，高压发电机的每相对地电容电流是常规发电机的30倍。高压发电机定子单相接地故障具有更大的潜在危害性，可能导致更为严重的绕组短路故障。因此，定子绕组单相接地保护是发电机保护系统中的重要单元。
由于高压发电机定子绕组材料的改变、绕制方式的改良与绝缘方式的不同，导致定子单相接地故障暂态机理与保护策略均与常规发电机有着本质的区别。基波零序电压保护简单可靠，但在发电机中性点附近存在死区，并且随着定子绕组三相对地电容不对称度的增加，接地保护死区范围扩大。传统的三次谐波电压保护在运行中容易误动，并且随着定子绕组对地电容的增加与高压输电网三次谐波电压影响的加强，灵敏度降低，很难满足目前对保护灵敏度不断提高的要求。
因此，本发明提出了一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法，保证高压发电机供电系统的安全稳定运行。具有深远的意义和广阔的应用前景。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法。通过电压互感器实时测量高压发电机的基波零序电压与各时刻中性点、机端、高压输电网侧的三次谐波电压。引入机端三次谐波电压的调整系数，根据机端、中性点三次谐波的实时测量值，自适应的调整动作量中的机端三次谐波电压，使动作量在高压发电机正常运行时保持最小。考虑高压输电网的三次谐波电压对保护方案的影响，引入高压输电网三次谐波变化量的辅助制动门槛。当基波零序电压越限时，基波零序电压电压保护动作；当三次谐波电压动作量同时大于制动量与辅助制动门槛时，三次谐波电压保护动作；否则不动作。
本发明消除了高压输电网三次谐波电压对保护方案的影响，在降低制动系数的同时增加了自适应辅助制动门槛判据，从而有效的兼顾高压发电机保护方案的灵敏度与可靠性。
本发明所采用的技术方案包括以下步骤：
1、一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法，其特征是，包括如下步骤：
1)实时采集高压发电机基波零序电压U0，当基波零序电压大于动作整定值时，判定该高压发电机发生定子单相接地故障，否则执行步骤2)；
2)实时采集当前故障时刻中性点三次谐波电压机端三次谐波电压采集前Δt未故障时刻中性点三次谐波电压机端三次谐波电压当下述启动判据成立时，判定该高压发电机发生定子单相接地故障；启动判据为：
其中为机端三次谐波电压调整系数；Kset为制动系数；
3)否则判定该高压发电机未发生定子单相接地故障，继续在线监测高压发电机的零序电压和三次谐波电压。
2、根据权利要求1所述的一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法，其特征在于：所述步骤2)中利用下式计算机端三次谐波电压调整系数
本发明的技术效果在于：高压发电机省去了升压变压器等相关电气设备，直联并网运行。导致高压发电机定子单相接地故障保护易受高压输电网的三次谐波电压的影响。本方法引入机端三次谐波电压调整系数与辅助制动门槛，应对高压发电机运行方式的变化，自适应的调整相应的动作量与制动量。本方法在原有发电机保护方案的基础上降低制动系数的同时增加了自适应制动门槛判据，能有效的兼顾保护方案的灵敏度与可靠性。
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图。
具体实施方式
下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。
参见图1，图1为本发明的系统结构示意图，两个电压互感器接于高压发电机两侧，用来提取高压发电机两侧的电压数据；零序电压U0取自高压发电机机端电压互感器的开口三角绕组或消弧线圈二次侧电压；高压发电机通过厂内的公共母线向外部系统进行供电。
为了验证本发明所描述的一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法的可行性，按图1所示的高压发电机单相接地故障模型进行了仿真，相关参数如下：额定电压156kV，定子每相电阻1.87Ω，每相漏电感1.2mH，每相对地电容1.764μF，发电机外部连接设备每相对地电容0.15μF，消弧线圈电感Ln＝580.185mH，中性点接地电阻Rn＝18.227Ω。
对高压发电机进行定子单相接地故障分析，故障点位置距中性点分别1匝、2匝、……、 12匝；过渡电阻Rf分别为5Ω、500Ω、1000Ω、……、5000Ω、5500Ω；采样频率为1600Hz。考虑高压侧三次谐波对高压发电机的影响，采集故障发生后基波零序电压中性点三次谐波电压和机端三次谐波电压一共得到3×12×12＝432组数据，部分数据如表1所示 (全文数据均为U/3)。
表1
根据表1可以看出，高压发电机发生定子单相接地故障时，故障点越靠近机端，幅值就越高；故障点越靠近中性点，幅值呈降低趋势，幅值呈增加趋势。据此，基波零序电压保护方案整定值设置为1kV，则可满足90％以上故障条件下保护可靠动作。中性点附近的故障死区由改进后的三次谐波电压保护方案来补充。本文以故障发生在第1匝绕组附近为例，验证改进的三次谐波电压保护方案的可靠性。采集故障发生前与后一个周期内的三次谐波电压数据，故障前当 Kset2＝0.03、γ＝0.1时，相关仿真数据如表2所示。
表2
由表2可看出：在中性点附近发生经过渡电阻单相接地故障时，三次谐波电压保护方案的动作量均大于制动量UZ，保护可靠动作。弥补了基波零序电压带来的中性点附近故障保护死区的缺陷。两者相互配合构成了高压发电机100％双频式定子单相接地保护方案。
Claims (2)
1.一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法，其特征是，包括如下步骤：
1)实时采集高压发电机基波零序电压U0，当基波零序电压大于动作整定值时，判定该高压发电机发生定子单相接地故障，否则执行步骤2)；
2)实时采集当前故障时刻中性点三次谐波电压机端三次谐波电压采集前Δt未故障时刻中性点三次谐波电压机端三次谐波电压当下述启动判据成立时，判定该高压发电机发生定子单相接地故障；启动判据为：
其中为机端三次谐波电压调整系数；Kset为制动系数；
3)否则判定该高压发电机未发生定子单相接地故障，继续在线监测高压发电机的零序电压和三次谐波电压。
2.根据权利要求1所述的一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法，其特征在于：所述步骤2)中利用下式计算机端三次谐波电压调整系数
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810033762.XA CN110048372B (zh) | 2018-01-15 | 2018-01-15 | 一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810033762.XA CN110048372B (zh) | 2018-01-15 | 2018-01-15 | 一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110048372A true CN110048372A (zh) | 2019-07-23 |
| CN110048372B CN110048372B (zh) | 2021-08-03 |
Family
ID=67272681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810033762.XA Active CN110048372B (zh) | 2018-01-15 | 2018-01-15 | 一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110048372B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111564823A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-08-21 | 国家电网有限公司 | 发电机定子接地系统的跨域保护方法 |
| CN112180290A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 西安热工研究院有限公司 | 一种发电机定子接地故障定位方法 |
| CN114137412A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 国家能源集团谏壁发电厂 | 一种汽轮机发电机组定子冷却水水质异常的检测方法 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU95113247A (ru) * | 1995-07-26 | 1997-06-27 | Российское акционерное общество энергетики и электрификации "ЕЭС России" | Способ защиты генератора от замыканий на землю в обмотке статора и устройство для его осуществления |
| CN1411116A (zh) * | 2002-11-29 | 2003-04-16 | 清华大学 | 发电机定子单相接地保护方法 |
| CN1472856A (zh) * | 2003-06-05 | 2004-02-04 | 上海交通大学 | 故障分量相角比差式发电机定子单相接地保护方法 |
| CN101216535A (zh) * | 2008-01-09 | 2008-07-09 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 发电机注入式定子接地保护组合式模拟试验屏及试验方法 |
| CN105655977A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-06-08 | 南京国电南自电网自动化有限公司 | 基于三次谐波电压变化量差动原理的定子接地保护方法 |
-
2018
- 2018-01-15 CN CN201810033762.XA patent/CN110048372B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU95113247A (ru) * | 1995-07-26 | 1997-06-27 | Российское акционерное общество энергетики и электрификации "ЕЭС России" | Способ защиты генератора от замыканий на землю в обмотке статора и устройство для его осуществления |
| CN1411116A (zh) * | 2002-11-29 | 2003-04-16 | 清华大学 | 发电机定子单相接地保护方法 |
| CN1472856A (zh) * | 2003-06-05 | 2004-02-04 | 上海交通大学 | 故障分量相角比差式发电机定子单相接地保护方法 |
| CN101216535A (zh) * | 2008-01-09 | 2008-07-09 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 发电机注入式定子接地保护组合式模拟试验屏及试验方法 |
| CN105655977A (zh) * | 2016-03-23 | 2016-06-08 | 南京国电南自电网自动化有限公司 | 基于三次谐波电压变化量差动原理的定子接地保护方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 王媛媛等: "选择性Powerformer定子单相接地保护方案", 《电气技术》 * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111564823A (zh) * | 2020-05-21 | 2020-08-21 | 国家电网有限公司 | 发电机定子接地系统的跨域保护方法 |
| CN112180290A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-05 | 西安热工研究院有限公司 | 一种发电机定子接地故障定位方法 |
| CN112180290B (zh) * | 2020-09-29 | 2024-03-08 | 西安热工研究院有限公司 | 一种发电机定子接地故障定位方法 |
| CN114137412A (zh) * | 2021-11-29 | 2022-03-04 | 国家能源集团谏壁发电厂 | 一种汽轮机发电机组定子冷却水水质异常的检测方法 |
| CN114137412B (zh) * | 2021-11-29 | 2024-04-09 | 国家能源集团谏壁发电厂 | 一种汽轮机发电机组定子冷却水水质异常的检测方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110048372B (zh) | 2021-08-03 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Yang et al. | Multiterminal DC wind farm collection grid internal fault analysis and protection design | |
| Belda et al. | Full-power test of HVDC circuit-breakers with AC short-circuit generators operated at low power frequency | |
| Kamel | Effect of wind generation system types on Micro-Grid (MG) fault performance during both standalone and grid connected modes | |
| Saleh | On the design and capacity of a grounding configuration for grid-connected DGUs | |
| Martínez et al. | Short circuit signatures from different wind turbine generator types | |
| Yang et al. | Multi-terminal DC wind farm collection and transmission system internal fault analysis | |
| Zhang et al. | Analysis of the by-pass resistance of an active crowbar for doubly-fed induction generator based wind turbines under grid faults | |
| CN110048372A (zh) | 一种改进的高压发电机定子单相接地故障保护方法 | |
| Li et al. | Fault responses of inverter-based renewable generation: on fault ride-through and momentary cessation | |
| Chang et al. | The impact of DFIG control schemes on the negative-sequence based differential protection | |
| Kuczek et al. | Transformer switching with vacuum circuit breaker: case study of PV inverter LC filters impact on transient overvoltages | |
| Chaudhary et al. | Control and operation of wind turbine converters during faults in an offshore wind power plant grid with VSC-HVDC connection | |
| Dufournet et al. | Transient recovery voltages requirements for system source fault interrupting by small generator circuit breakers | |
| Zhou et al. | Two-level suppressing controller of offshore DC overvoltage using zero-sequence voltage and GFL-GFM switching | |
| Blair et al. | Implications of fault current limitation for electrical distribution networks | |
| Jia et al. | Pilot protection based on amplitude comparison for renewable power teed lines | |
| Wang et al. | Performance comparison of LVRT techniques for DFIG wind turbine under asymmetrical voltage sags | |
| Awad et al. | Mitigation of switching overvoltages due to energization procedures in grid-connected offshore wind farms | |
| Akinrinde et al. | Investigation and analysis of temporary overvoltages caused by filter banks at onshore wind farm substation | |
| Awad et al. | Mitigation of temporary overvoltages in weak grids connected to DFIG-based wind farms | |
| Han et al. | Transient Over-Voltage (TOV) and its suppression for a large wind farm utility interconnection | |
| Nazir et al. | Hybrid Smart Transformer for Enhanced Power System Protection Against DC with Advanced Grid Support | |
| Saha et al. | Improving frequency response of a low inertia grid via an appropriate load shedding scheme | |
| Vasquez-Arnez et al. | Overvoltage condition assessment of a microgrid due to faults occurring in the islanded mode of operation | |
| Awad et al. | A proposed supercapacitor‐based mitigation of microgrid switching overvoltage |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |