專利名稱：發(fā)電機復合零序電壓匝間保護的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)電機匝間保護的方法，尤其是發(fā)電機復合零序電壓匝間保護的方法。
背景技術(shù)：
目前，發(fā)電機匝間短路的保護主要有三種，它們分別是專用CT的橫差保護、專用PT的匝間保護和無CT，PT的負序方向保護。對于后兩種的保護不免用到負序量作為判斷條件，負序量由于算法原因本身具有無法克服的缺陷，即在暫態(tài)過渡過程計算不準，而且在系統(tǒng)運行頻率偏離額定頻率時，正序量也會計算出負序量。發(fā)電機的匝間短路保護是快速主保護之一，它要求較高的靈敏度和動作速度，所以匝間短路保護用到負序量不是太理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種發(fā)電機匝間短路保護的方法，尤其是用復合零序電壓元件代替負序元件來滿足匝間保護的要求。
匝間保護復合零序量判據(jù)的形成發(fā)電機所在運行系統(tǒng)是小電流接地系統(tǒng)，如圖1所示是發(fā)電機具有三種TV的關(guān)系連接圖。TV1是發(fā)電機機端通用PT，它的二次零序電壓設為u10。TV2是專用匝間PT，它的二次零序電壓設為u20。TVn是中性點單相PT二次零序電壓設為un0根據(jù)發(fā)電機本身的運行規(guī)律可得u20＝c1*u10+c2*un0(1)其中c1、c2為復數(shù)常量，c1*u10+c2*un0定義為復合零序電壓，它與縱向零序電壓u20相等，即復合零序電壓也反映發(fā)電機的匝間短路。
這是用復合零序電壓量作為匝間短路判據(jù)的理論依據(jù)。為了判據(jù)實現(xiàn)，以下分析數(shù)據(jù)采集通道的干擾和誤差對零序和負序量的影響。
二次誤差分析由于現(xiàn)代電機制造工藝的提高，發(fā)電機正常運行時三相定子繞組的結(jié)構(gòu)及電氣參數(shù)是對稱的，誤差很小，負序量及零序量應當是接近零，但是TV二次部分測量的量卻不是零，而且表現(xiàn)較大的差異，這是由四方面因素決定的(1)電磁干擾對二次電纜的影響。
現(xiàn)場的電磁干擾是很大的，特別是一次系統(tǒng)發(fā)生故障時干擾是更大的，此時干擾和和故障特征的整個動態(tài)過程摻和一起，對保護裝置的硬件及軟件是個重大的考驗，雖然經(jīng)過二次電纜的屏蔽接地使干擾電壓大大減小，但是對保護裝置影響卻不容忽視。電力系統(tǒng)電氣量是以工頻量占主導地位，產(chǎn)生的干擾是工頻共模干擾。對于復合零序電壓是由TV1與TVn的開口零序電壓線性運算組成的，這種干擾電壓有相互抵消的趨勢。
(2)發(fā)變組系統(tǒng)對地等效阻抗對測量的影響當發(fā)電機機端對地的三相等值阻抗z1a、z1b、z1c不相等時，即便發(fā)電機三相電壓對稱也會產(chǎn)生機端和中性點零序電壓，即二次測量電壓發(fā)生中性點漂移，它的大小由z1a、z1b、z1c不對稱程度決定，不論由z1a、z1b、z1c產(chǎn)生多大的零序電壓，由(1)式可知復合零序電壓仍然是零，不受影響。
(3)TV2一次保險熔斷對TV1的影響。
匝間保護所用TV2發(fā)生一次斷線時，需要閉鎖匝間保護。對于發(fā)生的快速熔斷，一般特征量比較明顯容易滿足閉鎖條件，但是對于慢速熔斷閉鎖判據(jù)考慮不慎會閉鎖不了而誤跳閘。
TV2一次保險熔斷影響TV1的方式之一現(xiàn)場有的機組將TV1與TV2繞組布置在同一間隔，它們之間沒有屏蔽隔離。當TV2的一次保險快速熔斷時，TV1勵磁繞組在TV2相鄰間隔位置，很容易受到電磁干擾[2，3]。另一種方式是如果TV1，TV2二次電纜放在同一根電纜中，任一組TV一次保險熔斷，通過電磁耦合，必然在另一組出現(xiàn)負序和零序。
采用復合零序電壓作為TV2一次斷線的閉鎖判據(jù)，則不受上述情況影響，因此，TV2一次斷線時可靠閉鎖匝間保護。
(4)TV漏抗與二次采樣通道的的影響TV二次負載也影響測量誤差，TV將一次電壓傳變二次側(cè)，繞組的漏抗影響線性傳變，漏抗的存在使TV對稱的三相電壓在二次可能出現(xiàn)負序及零序誤差。機端TV的繞組一般都有三側(cè)繞組，第二繞組用于正序負序電壓的測量，第三繞組用于外接零序的測量，系統(tǒng)正常運行時，第三繞組零序電壓幾乎為零，這種工況下，第三繞組漏抗為零，也就不會引起該側(cè)繞組漏抗誤差。第二繞組有額定的三相電壓，相應二次漏抗亦存在，第二繞組負載越大誤差越大。所以利用第三繞組的復合零序電壓誤差小于利用第二繞組的負序量。
保護裝置采樣通道包括二次小PT，電阻電容等參數(shù)組成的濾波回路和AD元件，正常運行時A、B、C三相電壓工作在額定電壓，每一相的PT的勵磁特性不好及通道的參數(shù)變化必然影響通道負序分量，而外接零序通道正常運行時，電壓幾乎為零，所以受影響較小。
從以上分析可知，復合零序電壓量在干擾、TV負載、二次回路上引起的誤差小于利用第二繞組的負序量，具有明顯的優(yōu)勢。
四

圖1為發(fā)電機TV關(guān)系圖五具體實施方式
實測及試驗數(shù)據(jù)如表1所示為運行機組實時數(shù)據(jù)值，從表1可以看出，對于TV1、TV2外接零序小于自產(chǎn)零序。TV2外接零序電壓等同于發(fā)電機縱向零序電壓，因為TV2中性點與發(fā)電機中性點相連不對稱負載不影響零序量，所以都很小。復合零序電壓c1*u10+c2*un0很小。TV1外接零序小于自產(chǎn)零序電壓，所以在間接反應發(fā)電機縱向零序u20＝c1*u10+c2*un0，用外接比自產(chǎn)誤差小。
表1現(xiàn)場運行機組三組TV電壓值比較

表2是動模試驗數(shù)據(jù)。短路位置定義是距中性點百分數(shù)表示A3、B3為A、B相10％，B1是B相2.5％，A2是A相5％，B4是B相20％，A21是A相二分支5％。誤差％是匝間短路時以縱向零序電壓TV2的測量值為基準的，復合零序電壓的誤差百分數(shù)。最大誤差是5.1％，對于匝間短路幾伏縱向零序電壓數(shù)量級誤差并不大。
表2.動模試驗數(shù)據(jù)

復合零序電壓在微機保護的應用一、在有專用匝間保護TV2情況下復合零序電壓的應用應用1可以利用c1*u10+c2*un0作為一次斷線閉鎖條件，判據(jù)設計3U20＞Uset且|c1*u10+c2*un0|＜k*Usetc1、c2分別是模值0～5，角度是0度～360度的復數(shù)。k為0～1一個常數(shù)。Uset是匝間保護定值應用2可以利用c1*u10+c2*un0和機端TV1負序電壓作為一次斷線閉鎖條件，判據(jù)設計3U20＞Uset且U12＜k1*Uset和U22＞k2*Uset，或|c1*u10+c2*un0|＜k*Usetk1、k2分別為0～1一常數(shù)，U12為機端TV1負序電壓，U22為專用匝間TV2負序電壓。
應用3可以利用|c1*u10+c2*un0|和機端TV1、專用匝間TV2的線電壓作為一次斷線閉鎖條件，判據(jù)設計3U20＞Uset且|U1xy-U2xy|＞k3*Uset或|c1*u10+c2*un0|＜k*Usetx，y為a、b、c為三相電壓，k3為0～7常數(shù)。
應用4在專用匝間TV2一次和二次繞組回路發(fā)生異常時，在異常處理期間機組運行情況下，可以利用復合零序電壓作為匝間保護，判據(jù)設計|c1*u10+c2*un0|＞Uset且加區(qū)外故障制動判據(jù)作為匝間保護的報警或跳閘判據(jù)。
輔助判據(jù)為了監(jiān)視機端TV1與中性點TVn的接線正確，可以設計滿足以下條件時匝間回路異常報警a 3U20＜Uset&|c1*u10+c2*un0|＞k*Usetb 在TV正確接線情況下三次諧波電壓滿足關(guān)系方程U32=U312+(K*U3n)2-2*K*U3n*U31*COSα]]>其中U32是TV2的三次諧波電壓，U31機端三次諧波電壓，U3n中性點三次諧波電壓，K是TV的相關(guān)系數(shù)，它的值由機端和中性點的TV變比確定，α是機端與中性點的三次諧波電壓夾角。如果不滿足該關(guān)系為回路異常。
二在沒有專用匝間保護TV2和橫差CT情況下復合零序電壓的應用應用1利用機端兩種通用TV分別組成兩個復合零序電壓|c1*u10+c2*un0|、|c1*u20+c2*un0|，將其中的大者大于Uset，而小者小于k4*Uset作為一次斷線閉鎖判據(jù)，將復合零序電壓小者且加區(qū)外故障制動判據(jù)作為匝間保護的報警或跳閘判據(jù)。k4是0～1常數(shù)。
應用2利用機端兩種通用TV分別組成兩個復合零序電壓|c1*u10+c2*un0|、|c1*u20+c2*un0|和三個線電壓差值|U1xy-U2xy|，將其中復合零序電壓的大者大于Uset，而線電壓差值|U1xy-U2xy|大者大于k5*Uset作為一次斷線閉鎖判據(jù)，將復合零序電壓小者且加區(qū)外故障制動判據(jù)作為匝間保護的報警或跳閘判據(jù)。K5是0～7常數(shù)，x，y為a、b、c表示三相電壓。
應用3利用機端兩種通用TV分別組成兩個復合零序電壓|c1*u10+c2*un0|、|c1*u20+c2*un0|和兩個負序電壓U12、U22將其中復合零序電壓的大者大于Uset，且其負序電壓大于k6*Uset而復合零序電壓小者所對應的負序電壓小于k7*Uset作為一次斷線閉鎖判據(jù)，將復合零序電壓小者且加區(qū)外故障制動判據(jù)作為匝間保護的報警或跳閘判據(jù)。K6，K7分別是0～1常數(shù)。
三.現(xiàn)場機端和中性點TV的極性及c1、c2的確定極性確定起機空載試驗時機端與中性點三次諧波零序電壓相角就可以確定極性，如果是150度～210度是正確的極性，如果是-30度～30度反極性接線。
c1、c2確定在現(xiàn)場有條件情況下，起機進行空載試驗時，機端某一相經(jīng)高阻接地，勵磁電壓從零慢慢升起，機端與中性點二次基波零序電壓從0V到5V測出多組電壓相量來確定相關(guān)c1、c2系數(shù)曲線，通過該曲線，保護程序可以通過插值法，根據(jù)中性點基波電壓的大小計算出對應的系數(shù)，從而比較準確計算出復合零序電壓。
結(jié)論通過理論分析、現(xiàn)場實際運行機組數(shù)據(jù)分析以及動模試驗，說明了復合零序電壓作為匝間保護新判據(jù)，可以反應發(fā)電機內(nèi)部匝間故障；復合零序電壓判據(jù)作為縱向零序電壓判據(jù)的輔助判據(jù)，可以可靠閉鎖TV2一次斷線引起的匝間保護的誤動。通過分析表明，復合零序電壓判據(jù)性能上優(yōu)于采用負序量的匝間保護。
權(quán)利要求
1.發(fā)電機復合零序電壓匝間保護的方法，其特征是復合零序電壓的判據(jù)采用下式u20＝c1*u10+c2*un0其中c1、c2為復數(shù)常量，c1*u10+c2*un0定義為復合零序電壓，它與縱向零序電壓u20相等，即復合零序電壓也反映發(fā)電機的匝間短路；且在有專用匝間保護TV2情況下復合零序電壓的保護的方法是(1)利用c1*u10+c2*un0作為一次斷線閉鎖條件，判據(jù)設計3U20＞Uset且|c1*u10+c2*un0|＜k*Usetc1、c2分別是模值0～5，角度是0度～360度的復數(shù)；k為0～1一個常數(shù)，Uset是匝間保護定值；(2)利用c1*u10+c2*un0和機端TV1負序電壓作為一次斷線閉鎖條件，判據(jù)設計3U20＞Uset且U12＜k1*Uset和U22＞k2*Uset，或|c1*u10+c2*un0|＜k*Usetk1、k2分別為0～1一常數(shù)，U12為機端TV1負序電壓，U22為專用匝間TV2負序電壓；(3)利用|c1*u10+c2*un0|和機端TV1、專用匝間TV2的線電壓作為一次斷線閉鎖條件，判據(jù)設計3U20＞Uset且|U1xy-U2xy|＞k3*Uset或|c1*u10+c2*un0|＜k*Usetx，y為a、b、c為三相電壓，k3為0～7常數(shù)；(4)在專用匝間TV2一次和二次繞組回路發(fā)生異常時，在異常處理期間機組運行情況下，可以利用復合零序電壓作為匝間保護，判據(jù)設計|c1*u10+c2*un0|＞Uset且加區(qū)外故障制動判據(jù)作為匝間保護的報警或跳閘判據(jù)。
2.由權(quán)利要求1所述的發(fā)電機復合零序電壓匝間保護的方法，其特征是在專用匝間TV2一次和二次繞組回路發(fā)生異常時，利用復合零序電壓作為匝間保護的輔助判據(jù)(1)3U20＜Uset&|c1*u10+c2*un0|＞k*Uset(2)在TV正確接線情況下三次諧波電壓滿足關(guān)系方程其中U32是TV2的三次諧波電壓，U31機端三次諧波電壓，U3n中性點三次諧波電壓，K是TV的相關(guān)系數(shù)，由機端和中性點TV變比確定，α是機端與中性點的三次諧波電壓夾角；如果不滿足該關(guān)系為回路異常。
3.由權(quán)利要求1所述的發(fā)電機復合零序電壓匝間保護的方法，其特征是在設有專用匝間保護TV2和橫差CT情況下復合零序電壓的保護的方法是(1)利用機端兩種通用TV分別組成兩個復合零序電壓|c1*u10+c2*un0|、|c1*u20+c2*un0|，將其中的大者大于Uset，而小者小于k4*Uset作為一次斷線閉鎖判據(jù)，將復合零序電壓小者且加區(qū)外故障制動判據(jù)作為匝間保護的報警或跳閘判據(jù)，k4是0～1常數(shù)；(2)利用機端兩種通用TV分別組成兩個復合零序電壓|c1*u10+c2*un0|、|c1*u20+c2*un0|和三個線電壓差值|U1xy-U2xy|，將其中復合零序電壓的大者大于Uset，而線電壓差值|U1xy-U2xy|大者大于k5*Uset作為一次斷線閉鎖判據(jù)，將復合零序電壓小者且加區(qū)外故障制動判據(jù)作為匝間保護的報警或跳閘判據(jù)，K5是0～7常數(shù)，x，y為a、b、c表示三相電壓；(3)利用機端兩種通用TV分別組成兩個復合零序電壓|c1*u10+c2*un0|、|c1*u20+c2*un0|和兩個負序電壓U12、U22將其中復合零序電壓的大者大于Uset，且其負序電壓大于k6*Uset而復合零序電壓小者所對應的負序電壓小于k7*Uset作為一次斷線閉鎖判據(jù)，將復合零序電壓小者且加區(qū)外故障制動判據(jù)作為匝間保護的報警或跳閘判據(jù)，K6，K7分別是0～1常數(shù)。
4.由權(quán)利要求1所述的發(fā)電機復合零序電壓匝間保護的方法，其特征是現(xiàn)場機端和中性點TV的極性及c1、c2的確定的方法是極性確定起機空載試驗時機端與中性點三次諧波零序電壓相角就可以確定極性，如果是150度～210度是正確的極性，如果是-30度～30度反極性接線；c1、c2確定在現(xiàn)場有條件情況下，起機進行空載試驗時，機端某一相經(jīng)高阻接地，勵磁電壓從零慢慢升起，機端與中性點二次基波零序電壓從0V到5V測出多組電壓相量來確定相關(guān)c1、c2系數(shù)曲線，通過該曲線，保護程序通過插值法，根據(jù)中性點基波電壓的大小計算出對應的系數(shù)，從而比較準確計算出復合零序電壓。
全文摘要
發(fā)電機復合零序電壓匝間保護的方法，復合零序電壓的判據(jù)采用下式u
文檔編號H02H7/06GK1728493SQ20051003877
公開日2006年2月1日 申請日期2005年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月8日
發(fā)明者沈文英, 沈全榮, 鄭玉平, 嚴偉 申請人:南京南瑞繼保電氣有限公司