專利名稱：故障分量啟動(dòng)穩(wěn)態(tài)量保持的負(fù)序方向匝間保護(hù)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地涉及繼電保護(hù)的方法。
背景技術(shù)：
大型同步發(fā)電機(jī)組是電能生產(chǎn)的基本設(shè)備，在電力系統(tǒng)中占有非常重要的地位。近年來(lái)發(fā)電機(jī)單機(jī)容量不斷加大，它們?cè)靸r(jià)極為昂貴，結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，一旦因故障而遭到損壞，檢修難度大、時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)造成的直接和間接損失十分巨大。這樣就對(duì)機(jī)組保護(hù)裝置的選擇性、快速性、可靠性、靈敏性提出了更高的要求。
無(wú)論是大型汽輪發(fā)電機(jī)還是大型水輪發(fā)電機(jī)，其定子繞組同槽上下層線棒屬同相的比例都較大。由于定子水內(nèi)冷線圈的漏水，定子繞組端部積塵、積油多，再加上發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)年累月的震動(dòng)、發(fā)熱和受強(qiáng)大電磁力的作用，在定子槽內(nèi)或端部可能引發(fā)匝間短路故障，運(yùn)行統(tǒng)計(jì)資料也表明確有匝間短路的實(shí)例，也曾發(fā)生過(guò)因未裝設(shè)定子繞組匝間保護(hù)引起發(fā)電機(jī)嚴(yán)重?zé)龎牡膼盒允鹿?，所以?yīng)裝設(shè)大型發(fā)電機(jī)定子繞組匝間短路保護(hù)。
對(duì)于中性點(diǎn)可以引出4～6個(gè)端子的發(fā)電機(jī)，可以裝設(shè)單元件橫差、裂相橫差或不完全縱差等主保護(hù)來(lái)保護(hù)定子繞組匝間短路故障。但實(shí)際中，國(guó)內(nèi)外有很多發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)只有3個(gè)引出端。此時(shí)較為常用的匝間保護(hù)是采用縱向零序電壓原理。在沒有專用縱向零序電壓互感器不能裝設(shè)縱向零序電壓保護(hù)的場(chǎng)合，一般只能裝設(shè)故障分量負(fù)序方向匝間保護(hù)或不裝設(shè)匝間保護(hù)。
現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行情況表明，故障分量負(fù)序方向保護(hù)在區(qū)外故障的暫態(tài)過(guò)程中，特別是在區(qū)外近端故障，線路保護(hù)跳閘，重合于永久故障、再三跳的過(guò)程中有誤動(dòng)的現(xiàn)象。本發(fā)明針對(duì)目前故障分量負(fù)序方向保護(hù)存在的問(wèn)題，提出一種故障分量啟動(dòng)、穩(wěn)態(tài)量保持的負(fù)序方向匝間保護(hù)。

發(fā)明內(nèi)容
對(duì)于中性點(diǎn)只可以引出3個(gè)端子且沒有專用匝間電壓互感器的發(fā)電機(jī)，為可靠地保護(hù)定子繞組匝間故障，本發(fā)明提供了一種通過(guò)判別發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電流和機(jī)端電壓，來(lái)鑒別發(fā)電機(jī)匝間短路故障的方法。該方法包括如下步驟發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置對(duì)互感器的電流電壓波形進(jìn)行采樣得到電流電壓瞬時(shí)值；通過(guò)傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；通過(guò)濾序算法濾出電流和電壓的負(fù)序分量；通過(guò)記憶的負(fù)序電流和負(fù)序電壓算出其變化量(即故障分量)；投入故障分量負(fù)序方向元件作為匝間保護(hù)啟動(dòng)元件；啟動(dòng)20ms后切換為穩(wěn)態(tài)量的負(fù)序方向元件，若穩(wěn)態(tài)量條件滿足保護(hù)經(jīng)一定延時(shí)出口。該方法對(duì)匝間故障的識(shí)別更加準(zhǔn)確，在提高靈敏度的同時(shí)可保證保護(hù)的安全可靠運(yùn)行，較好地解決了長(zhǎng)期以來(lái)故障分量負(fù)序方向保護(hù)不正確動(dòng)作的技術(shù)難題。


圖1顯示了電流互感器和電壓互感器的安裝位置和極性的定義；圖2為故障分量啟動(dòng)穩(wěn)態(tài)量保持的負(fù)序方向匝間保護(hù)邏輯框圖。
具體實(shí)施方案電流互感器(簡(jiǎn)稱TA，以下同)和電壓互感器(簡(jiǎn)稱TV，以下同)的安裝位置和極性的定義請(qǐng)參考圖1，圖中GS為發(fā)電機(jī)，MT為主變，TV1為機(jī)端普通TV，TA1為機(jī)端TA，TA2為中性點(diǎn)TA。本發(fā)明的故障分量啟動(dòng)穩(wěn)態(tài)量保持的負(fù)序方向匝間保護(hù)原理的邏輯框圖請(qǐng)參考圖2。
首先通過(guò)傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式，然后可通過(guò)下式所示的濾序算法濾出中性點(diǎn)電流和機(jī)端電壓的負(fù)序分量I2和U2I2·Re＝Ia·Re-0.5(Ib·Re+Ic·Re)+0.866(Ib·Im-Ic·Im)I2Im＝Ia.Im-0.5(Ib.Im+Ic.Im)-0.866(Ib.Re-Ic.Re) (1)式中I2.Re，I2.Im分別為負(fù)序電流的實(shí)部和虛部，Ia.Re，Ia.Im，Ib.Re，Ib.Im，Ic Re，Ic.Im分別為A，B，C相電流的實(shí)部和虛部。負(fù)序電壓可以通過(guò)類似的方法獲得。
通過(guò)記憶的負(fù)序電流和負(fù)序電壓可算出其變化量，即故障分量ΔI2和ΔU2。
根據(jù)圖2顯示的保護(hù)邏輯圖，保護(hù)采用負(fù)序電流的故障分量ΔI2和負(fù)序電壓的故障分量ΔU2計(jì)算出的負(fù)序功率的故障分量ΔP2作為啟動(dòng)元件，故障分量啟動(dòng)元件動(dòng)作判據(jù)為(ΔI2＞I2QT)∩(ΔU2＞U2QT)∩(ΔP2＞PΔT)(2)式中I2QT、U2QT、PΔT分別為負(fù)序電流、負(fù)序電壓、負(fù)序功率故障分量的門檻值。
負(fù)序功率的故障分量可按如下公式計(jì)算 式中φ為故障分量負(fù)序方向繼電器的最大靈敏角，一般為75°～85°。
故障分量負(fù)序方向元件啟動(dòng)后20ms退出故障分量負(fù)序方向元件，同時(shí)投入穩(wěn)態(tài)量的負(fù)序方向元件作為延時(shí)判別元件，穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件動(dòng)作判據(jù)為(I2＞I2Q)∩(U2＞U2Q)∩(P2＞0) (4)式中I2Q、U2Q分別為負(fù)序電流、負(fù)序電壓門檻值，裝置內(nèi)部固定；P2為負(fù)序方向元件。
穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向繼電器的最大靈敏角，一般為75°～85°。負(fù)序方向繼電器的電壓取自機(jī)端TV，電流取自中性點(diǎn)TA。
根據(jù)圖2顯示的保護(hù)邏輯圖，在TA和TV都沒有發(fā)生異常的情況下，若存在負(fù)序電流和負(fù)序電壓，而穩(wěn)態(tài)量的負(fù)序方向滿足，保護(hù)經(jīng)200ms延時(shí)出口。
當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)內(nèi)部匝間故障時(shí)，中性點(diǎn)電流與機(jī)端電流完全相等，故障源在發(fā)電機(jī)內(nèi)部，負(fù)序功率由發(fā)電機(jī)流向系統(tǒng)，故障分量與穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件均可動(dòng)作。當(dāng)發(fā)生發(fā)電機(jī)內(nèi)部相間短路時(shí)，由于取的是中性點(diǎn)處的TA，與機(jī)端電流近似反相，故障分量與穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件均不動(dòng)作，此時(shí)應(yīng)由縱差等保護(hù)來(lái)保護(hù)相間故障，匝間保護(hù)不反應(yīng)相間故障更具選擇性。當(dāng)發(fā)生區(qū)外故障時(shí)，故障源在發(fā)電機(jī)外部，負(fù)序功率都由系統(tǒng)流向發(fā)電機(jī)，故障分量與穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件均不動(dòng)作。當(dāng)區(qū)外不對(duì)稱故障切除時(shí)，ΔI2與ΔU2均與相應(yīng)的外部對(duì)稱故障發(fā)生時(shí)方向相反，所以故障分量負(fù)序方向元件也不會(huì)動(dòng)作，而且穩(wěn)態(tài)量無(wú)負(fù)序電流和負(fù)序電壓，穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件也不會(huì)動(dòng)作，可最終使保護(hù)可靠不動(dòng)。當(dāng)TA發(fā)生二次回路斷線時(shí)，由于無(wú)負(fù)序電壓，故障分量與穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件均不動(dòng)作；同理當(dāng)TV發(fā)生二次回路斷線時(shí)，由于無(wú)負(fù)序電流，故障分量與穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件也均不動(dòng)作。但若TA和TV皆發(fā)生二次回路斷線，或某一個(gè)斷線時(shí)又發(fā)生區(qū)外故障，則可能引起本保護(hù)的誤動(dòng)，因此當(dāng)保護(hù)判出發(fā)生了TA或TV斷線時(shí)，將閉鎖本保護(hù)。當(dāng)發(fā)電機(jī)并網(wǎng)前起機(jī)并加勵(lì)磁后，若發(fā)生內(nèi)部匝間故障，由于各相電流皆為0，負(fù)序方向元件不會(huì)動(dòng)作，因此，該判據(jù)不反應(yīng)空載時(shí)的匝間故障。
實(shí)際上，在復(fù)雜的區(qū)外故障暫態(tài)過(guò)程中，例如當(dāng)區(qū)外近端故障，線路保護(hù)跳閘，重合于永久故障，再三跳時(shí)，由于一次系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程，二次回路的暫態(tài)特性各不相同，再加上測(cè)量的誤差，采用單純的故障分量負(fù)序方向元件曾發(fā)生過(guò)誤動(dòng)的現(xiàn)象。但穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件可以躲開系統(tǒng)的暫態(tài)過(guò)程，提取穩(wěn)態(tài)故障特征，可保證區(qū)外故障時(shí)，穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件不誤動(dòng)。
綜上所述，本發(fā)明將突變量元件的靈敏性與穩(wěn)態(tài)量元件的可靠性相結(jié)合，對(duì)匝間故障的識(shí)別更加準(zhǔn)確，在提高靈敏度的同時(shí)可保證保護(hù)的安全可靠運(yùn)行。
權(quán)利要求
1.一種通過(guò)判別發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電流和機(jī)端電壓，來(lái)鑒別發(fā)電機(jī)匝間短路的方法，該方法包括如下步驟發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置對(duì)互感器的電流電壓波形采樣得到電流電壓瞬時(shí)值；通過(guò)傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；通過(guò)濾序算法濾出電流和電壓的負(fù)序分量；通過(guò)記憶的負(fù)序電流和負(fù)序電壓算出其變化量，即故障分量；投入故障分量負(fù)序方向元件作為匝間保護(hù)啟動(dòng)元件；啟動(dòng)20ms后切換為穩(wěn)態(tài)量的負(fù)序方向元件，若穩(wěn)態(tài)量條件滿足保護(hù)經(jīng)一定延時(shí)出口。
2.如權(quán)利要求1的方法，其中下式作為判斷故障分量啟動(dòng)元件的動(dòng)作判據(jù)(ΔI2＞I2QT)∩(ΔU2＞U2QT)∩(ΔP2＞PΔT)式中ΔI2、ΔU2、ΔP2分別為負(fù)序電流故障分量、負(fù)序電壓故障分量、負(fù)序功率故障分量，I2QT、U2QT、PΔT分別為負(fù)序電流、負(fù)序電壓、負(fù)序功率故障分量門檻值。
3.如權(quán)利要求1的方法，其中下式作為判斷穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件的動(dòng)作判據(jù)(I2＞I2Q)∩(U2＞U2Q)∩(P2＞0)式中I2為中性點(diǎn)側(cè)負(fù)序電流，U2為機(jī)端側(cè)負(fù)序電壓；I2Q、U2Q分別為負(fù)序電流、電壓門檻值，P2為負(fù)序方向元件。
4.如權(quán)利要求1的方法，故障分量負(fù)序方向判據(jù)作為啟動(dòng)元件，啟動(dòng)后切換為穩(wěn)態(tài)量負(fù)序方向元件，若能保持動(dòng)作一段時(shí)間，則匝間保護(hù)出口。
全文摘要
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域中繼電保護(hù)的方法。公開了一種通過(guò)判別發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電流和機(jī)端電壓，來(lái)鑒別發(fā)電機(jī)匝間短路的方法，該方法包括如下步驟發(fā)電機(jī)保護(hù)裝置對(duì)互感器的電流電壓波形進(jìn)行采樣得到電流電壓瞬時(shí)值；通過(guò)傅氏算法求出各電氣量的復(fù)數(shù)形式；通過(guò)濾序算法濾出中性點(diǎn)電流和機(jī)端電壓的負(fù)序分量；通過(guò)記憶的負(fù)序電流和負(fù)序電壓算出其變化量(即故障分量)；投入故障分量負(fù)序方向元件作為匝間保護(hù)啟動(dòng)元件；啟動(dòng)20ms后切換為穩(wěn)態(tài)量的負(fù)序方向元件，若穩(wěn)態(tài)量條件滿足則保護(hù)經(jīng)一定延時(shí)出口。該方法對(duì)匝間故障的識(shí)別更加準(zhǔn)確，在提高靈敏度的同時(shí)可保證保護(hù)的安全可靠運(yùn)行。
文檔編號(hào)H02H7/06GK1632999SQ20051000213
公開日2005年6月29日 申請(qǐng)日期2005年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月14日
發(fā)明者蘇毅, 屠黎明, 李樹峰 申請(qǐng)人:北京四方繼保自動(dòng)化股份有限公司