大型汽輪發(fā)電機(jī)3次諧波電壓定子接地保護(hù)方案的研究與改進(jìn)

桑建斌，包明磊，李玉平，李 明，徐業(yè)榮

（南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，江蘇 南京 211100）

0 引言

大型發(fā)電機(jī)組保護(hù)均采用雙重化配置，一般一套保護(hù)采用注入式定子接地保護(hù)，另一套保護(hù)采用雙頻式定子接地保護(hù)，或者2套保護(hù)都采用雙頻式定子接地保護(hù)。

注入式定子接地保護(hù)在大型機(jī)組中已有較多應(yīng)用，可直接測(cè)量接地電阻，理論上靈敏度一致且停機(jī)不受影響。但注入式定子接地保護(hù)在投運(yùn)時(shí)，廠方人員現(xiàn)場(chǎng)校正流程復(fù)雜［1］，且接地變二次側(cè)電流互感器的工作特性在發(fā)電機(jī)工況變化時(shí)不夠理想，導(dǎo)致機(jī)組投運(yùn)后接地電阻的測(cè)量誤差增大［2］。這些客觀存在的不利因素，使得在雙重化的保護(hù)配置環(huán)境下，注入式定子接地保護(hù)仍需要與其他定子接地保護(hù)相配合。

雙頻式定子接地保護(hù)由基波零序電壓保護(hù)與3次諧波電壓定子接地保護(hù)組成。基波零序電壓保護(hù)原理簡(jiǎn)單可靠，但在中性點(diǎn)附近存在死區(qū)。3次諧波電壓定子接地保護(hù)原理的種類較多，主要用于保護(hù)中性點(diǎn)附近的接地故障。

大型發(fā)電機(jī)組對(duì)定子接地保護(hù)的靈敏度要求較高，如文獻(xiàn)［3］根據(jù)機(jī)端電壓20 kV以上的汽輪發(fā)電機(jī)定子繞組接地電流允許值為1 A進(jìn)行計(jì)算，近似得到300～1000 MW發(fā)電機(jī)的定子單相接地保護(hù)告警的靈敏度應(yīng)能達(dá)到10 kΩ。然而，近年來國(guó)內(nèi)大型發(fā)電機(jī)組多采用接地變接地，這導(dǎo)致基波零序電壓保護(hù)的靈敏度明顯降低，同時(shí)由于大型發(fā)電機(jī)組定子對(duì)地電容的增大，基波零序電壓保護(hù)的低靈敏度區(qū)域?qū)闹行渣c(diǎn)向繞組中部擴(kuò)大［4-5］。而3次諧波電壓定子接地保護(hù)雖然在中性點(diǎn)附近靈敏度較高，但在定子繞組中部時(shí)靈敏度較低甚至直接進(jìn)入死區(qū)。此外，3次諧波電壓定子接地保護(hù)誤動(dòng)較多［5］，在可靠性上仍有待提高。

為整體提高雙頻式定子接地保護(hù)的性能，3次諧波電壓定子接地保護(hù)仍不斷發(fā)展［6-11］：文獻(xiàn)［6-7］指出主變高壓側(cè)的3次諧波電壓通過高低壓側(cè)耦合電容傳遞至發(fā)電機(jī)側(cè)，需要引起注意；文獻(xiàn)［8］指出3次諧波電壓定子接地保護(hù)需要區(qū)分并網(wǎng)前后的狀態(tài)；文獻(xiàn)［9］將機(jī)端與中性點(diǎn)的3次諧波電壓相角差突變量作為動(dòng)作判據(jù)；文獻(xiàn)［10］根據(jù)機(jī)端、中性點(diǎn)的3次諧波電壓變化量在正常運(yùn)行與定子接地時(shí)的信息特征，構(gòu)建了一套3次諧波電壓變化量差動(dòng)保護(hù)；文獻(xiàn)［11］在文獻(xiàn)［10］的基礎(chǔ)上利用基波和3次諧波零序電壓綜合信息量組建了差動(dòng)保護(hù)判據(jù)。但文獻(xiàn)［9-10］的保護(hù)方案均未考慮高壓側(cè)3次諧波電壓的影響，即使在主變高低壓側(cè)耦合電容較小的情況下，當(dāng)高壓側(cè)3次諧波電壓變化較大時(shí)，仍有誤動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)；文獻(xiàn)［10-11］中的保護(hù)方案雖具有很高的靈敏度，但當(dāng)發(fā)電機(jī)機(jī)端與中性點(diǎn)的等效接地參數(shù)不平衡時(shí)，即使機(jī)組正常運(yùn)行，保護(hù)的差動(dòng)量理論值也不為0，安全裕度不夠。

本文基于一臺(tái)300 MW發(fā)電機(jī)的參數(shù)，對(duì)3種投入實(shí)際應(yīng)用的3次諧波電壓定子接地保護(hù)的靈敏度進(jìn)行分析。另外，本文還分析了導(dǎo)致發(fā)電機(jī)機(jī)端、中性點(diǎn)3次諧波電壓變化的原因。在此基礎(chǔ)上，本文增加了防誤動(dòng)的輔助判據(jù)，提出一種改進(jìn)型的3次諧波電壓變化量差動(dòng)保護(hù)，并分析該保護(hù)的靈敏度與可靠性，最后基于MATLAB/Simulink對(duì)其進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

1 3次諧波電壓定子接地保護(hù)理論基礎(chǔ)

本文以一臺(tái)常見的60°相帶雙分支并聯(lián)型發(fā)電機(jī)作為研究對(duì)象，該發(fā)電機(jī)的各分支有9匝繞組，各匝繞組的3次諧波電勢(shì)相量幅值相等、相位不同。

圖1（a）為發(fā)電機(jī)定子單相接地等效電路。圖中，CS、CN分別為機(jī)端、中性點(diǎn)對(duì)地電容；Rg為接地電阻；G為接地點(diǎn)；α為中性點(diǎn)到接地點(diǎn)的繞組占全部繞組的比例；E′3為中性點(diǎn)到接地點(diǎn)的3次諧波電勢(shì)相量；E″3為接地點(diǎn)到機(jī)端的3次諧波電勢(shì)相量。

圖1（b）為本文所研究發(fā)電機(jī)的3次諧波電勢(shì)相量［12］。圖中，各分支的各匝3次諧波電勢(shì)組成一個(gè)半圓；為發(fā)電機(jī)單相3次諧波電勢(shì)相量。

圖1 發(fā)電機(jī)定子接地電路與3次諧波電勢(shì)相量Fig.1 Circuit and third-harmonic voltage phasor of stator grounding fault of generator

根據(jù)圖1，當(dāng)接地故障發(fā)生在分支1時(shí)，E′3、E″3的表達(dá)式為：

當(dāng)接地故障發(fā)生在分支2時(shí)，E′3、E″3的表達(dá)式為：

忽略接地變漏阻抗與勵(lì)磁阻抗，發(fā)電機(jī)的3次諧波等效電路如圖2所示。

圖2（a）為發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的3次諧波等效電路［12］，Cf為定子繞組三相對(duì)地總電容；Ct為機(jī)端設(shè)備對(duì)地總電容；CM為主變高低壓側(cè)每相的耦合電容；U3S為機(jī)端3次諧波電壓相量；U3N為中性點(diǎn)3次諧波電壓相量；RN、LN分別為中性點(diǎn)接地變或消弧線圈等效電阻、電感；E3h為主變高壓側(cè)3次諧波電壓相量。

圖2 發(fā)電機(jī)3次諧波等效電路Fig.2 Third-harmonic equivalent circuit of generator

假設(shè)主變高壓側(cè)3次諧波電壓為0，由于CM遠(yuǎn)小于Cf，所以忽略CM，則發(fā)生定子接地故障時(shí)的3次諧波等效電路如圖2（b）所示［9，13］，圖中 Y1、Y2、Y3為各虛線框所包含的導(dǎo)納，表達(dá)式如式（3）所示。

其中，ω3為3次諧波角頻率。

根據(jù)圖2（b），可以求得發(fā)生定子單相接地故障后的U3S和U3N為：

2 3種3次諧波電壓定子接地保護(hù)方案及其靈敏度分析

2.1 3種3次諧波電壓定子接地保護(hù)方案

3種常見的3次諧波電壓定子接地保護(hù)方案如下所示。

其中，U3N（t）和 U3S（t）分別為 t時(shí)刻的中性點(diǎn) 3 次諧波電壓相量和機(jī)端3次諧波電壓相量；U3N（t-Δt）和U3S（t-Δt）分別為 t-Δt時(shí)刻的中性點(diǎn) 3次諧波電壓相量和機(jī)端 3 次諧波電壓相量；Kset1、Kset2、Kset3分別為方案 1、2、3的制動(dòng)系數(shù)。

2.2 3種3次諧波電壓定子接地保護(hù)方案的靈敏度計(jì)算

采用一臺(tái)300 MW機(jī)組的接地參數(shù)對(duì)3種3次諧波電壓定子接地保護(hù)方案的靈敏度進(jìn)行計(jì)算，具體參數(shù)如表1所示［12］。表中，C∑為發(fā)電機(jī)對(duì)地總電容，C∑=Cf+Ct；ω1為基波角頻率。

表1 300 MW發(fā)電機(jī)參數(shù)Table 1 Parameters of a 300 MW generator

方案1的制動(dòng)系數(shù)Kset1通常采用實(shí)測(cè)方式獲取，即將機(jī)端3次諧波電壓實(shí)測(cè)值與中性點(diǎn)3次諧波電壓實(shí)測(cè)值的比值放大1.2～1.5倍。

接地變接地方式下的Kset1為：

消弧線圈接地方式下的Kset1為：

不接地方式下的Kset1為：

方案2、方案3的制動(dòng)系數(shù)在相應(yīng)的定值整定規(guī)程中沒有明確要求［14］，由廠家自行規(guī)定，一般取為0.2～0.5。為保證較高的靈敏度，不同接地方式下均?。?/p>

根據(jù)式（1）—（7）以及表1參數(shù)，計(jì)算得到各方案在不同接地方式下的靈敏度，如圖3所示。

圖3 不同接地方式下3種保護(hù)方案的靈敏度Fig.3 Sensitivity of three protection schemes under different grounding modes

總結(jié)圖3可得以下結(jié)論。

a.3種保護(hù)方案在分支1的靈敏度均小于在分支2的靈敏度，實(shí)際應(yīng)當(dāng)考察分支1的靈敏度。

b.在表1的參數(shù)下，方案3在不同接地方式下的靈敏度均為最高。

c.在接地變接地方式下，雖然方案3的靈敏度最高，但其靈敏度在繞組距中性點(diǎn)2/3處仍不足5 kΩ，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可能選取更可靠的制動(dòng)系數(shù)，靈敏度會(huì)更低。按照文獻(xiàn)［3］中的計(jì)算結(jié)果，大型發(fā)電機(jī)組定子接地保護(hù)告警的最佳靈敏度應(yīng)能達(dá)到10 kΩ，方案3的靈敏度仍顯不足。

3 3次諧波電壓變化量差動(dòng)原理保護(hù)方案

3.1 3次諧波電壓變化量差動(dòng)原理理論分析

引起發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)、機(jī)端3次諧波電勢(shì)變化的因素主要有4類：機(jī)組運(yùn)行工況正常改變導(dǎo)致發(fā)電機(jī)3次諧波電壓發(fā)生變化；定子發(fā)生接地故障；主變高壓側(cè)3次諧波電壓發(fā)生變化；機(jī)端電壓互感器及中性點(diǎn)電壓回路異常。下文對(duì)上述4類因素中的某一因素進(jìn)行分析時(shí)一般不考慮其他3類因素的影響。

假設(shè)在t時(shí)刻發(fā)電機(jī)3次諧波電勢(shì)的變化量為ΔE3（t），暫忽略高壓側(cè)3次諧波電壓的影響，根據(jù)圖2得到機(jī)端、中性點(diǎn)的3次諧波電壓變化量為：

發(fā)電機(jī)3次諧波電壓變化時(shí)機(jī)端、中性點(diǎn)的3次諧波電壓變化量存在以下關(guān)系：

分析式（9）中K4的相位角可知：在消弧線圈接地方式（欠補(bǔ)償）或不接地方式下，K4的相位角為0°；在接地變接地方式下，K4相位角在 0°～90°之間。綜上可知，K4的相位角一定是銳角。

假設(shè)在t時(shí)刻發(fā)生定子單相接地故障，根據(jù)式（4）得到機(jī)端、中性點(diǎn)的3次諧波電壓變化量為：

根據(jù)式（10）可知，發(fā)生定子單相接地故障時(shí)機(jī)端、中性點(diǎn)的3次諧波電壓變化量存在以下關(guān)系：

根據(jù)K4的相位特征以及式（11）可知：

在發(fā)生定子單相接地故障時(shí)一定成立。

基于以上分析，利用 K4ΔU3S（t）與 U3N（t）的相量和幅值作為差動(dòng)電壓、相量差幅值作為制動(dòng)電壓，提出一種改進(jìn)型3次諧波電壓變化量差動(dòng)保護(hù)方案，動(dòng)作量U3d與制動(dòng)量U3r定義為：

動(dòng)作主判據(jù)為：

其中，K4為機(jī)端校正系數(shù)，使發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)差動(dòng)量為0，避免因發(fā)電機(jī)機(jī)端與中性點(diǎn)對(duì)地等效參數(shù)不一致造成誤動(dòng)；Kset4為制動(dòng)系數(shù)，其整定值取決于K4的相位角，當(dāng)發(fā)電機(jī)組的接地參數(shù)確定后，K4的相位角也就確定了。當(dāng)K4的相位角接近0°時(shí)，Kset4的值可以大于1，也可以小于1；當(dāng)K4的相位角遠(yuǎn)離0°而接近90°時(shí)，為保證靈敏度，Kset4的值應(yīng)小于1。

對(duì)比式（13）與式（7）可知，當(dāng)繞組中部經(jīng)較大過渡電阻接地時(shí)，中性點(diǎn)3次諧波電壓變化量ΔU3N（t）與機(jī)端 3 次諧波電壓變化量 ΔU3S（t）較小，式（13）或式（7）的動(dòng)作量都難以超越，但由于K4的相位角一定是銳角，所以式（14）一定能滿足動(dòng)作條件。利用式（14）作為動(dòng)作主判據(jù)，有利于提高保護(hù)在繞組中部的靈敏度。

當(dāng)發(fā)電機(jī)3次諧波電壓正常波動(dòng)時(shí)，式（13）中的制動(dòng)量較小，但是動(dòng)作量恒為0，因此理論上不會(huì)誤動(dòng)，為增加保護(hù)的可靠性，需增加制動(dòng)門檻。

主判據(jù)未考慮主變高壓側(cè)3次諧波電壓E3h的影響，在此推導(dǎo)輔助制動(dòng)判據(jù)來防止E3h的干擾。假設(shè)t時(shí)刻主變高壓側(cè)3次諧波電壓的變化量為ΔE3h（t），根據(jù)圖2（a），ΔE3h（t）傳遞至主變低壓側(cè)引起的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)及機(jī)端的3次諧波電壓變化量為：

其中，γ為主變高低壓側(cè)3次諧波電壓傳遞系數(shù)。

將式（15）代入式（13）可得 E3h變化時(shí)的動(dòng)作量與制動(dòng)量為：

式（17）中 U3d易大于U3r，為躲避主變高壓側(cè) 3次諧波電壓變化量的干擾，同時(shí)為防止主判據(jù)在裝置零漂時(shí)誤動(dòng)，制動(dòng)門檻取為：

輔助判據(jù)為：

其中，E3為發(fā)電機(jī)3次諧波電壓二次值，可從專用匝間零序電壓互感器獲取，也可以通過式（20）計(jì)算。

為保證本文方案的可靠性，需考慮相關(guān)電壓互感器異常以及并網(wǎng)瞬間保護(hù)是否閉鎖。根據(jù)式（13），當(dāng)機(jī)端零序電壓互感器或中性點(diǎn)電壓回路斷線時(shí)，主判據(jù)、輔助判據(jù)均可能立即動(dòng)作，此時(shí)應(yīng)當(dāng)閉鎖該保護(hù)。當(dāng)高壓側(cè)零序電壓互感器斷線時(shí)，只要高壓側(cè)3次諧波電壓變化不大，保護(hù)不會(huì)立即誤動(dòng)，所以此時(shí)無需閉鎖保護(hù)，但為保證保護(hù)的可靠性，可將式（18）中的制動(dòng)門檻切換為：

輔助判據(jù)為：

此外，根據(jù)文獻(xiàn)［8］，并網(wǎng)時(shí)刻機(jī)端等效電容變化較大，保護(hù)在并網(wǎng)瞬間應(yīng)自動(dòng)短時(shí)退出。

根據(jù)以上分析，本文方案引入了定值γ，增加了E3h輸入，計(jì)算量有所增加，但如果不檢測(cè)E3h，現(xiàn)有保護(hù)方案只能采用較高的制動(dòng)系數(shù)。本文的輔助判據(jù)考慮了E3h的變化，在E3h不變時(shí)保護(hù)靈敏度較高，當(dāng)E3h變化時(shí)能實(shí)時(shí)調(diào)整制動(dòng)門檻值，提高了可靠性。

綜上所述，本文方案的邏輯框圖如圖4所示。

圖4 本文保護(hù)方案邏輯框圖Fig.4 Logic diagram of proposed protection scheme

3.2 3次諧波電壓變化量差動(dòng)方案靈敏度分析

根據(jù)式（1）—（4）、（9）、（13）、（14）、（18）、（19）及表1，計(jì)算可得本文方案的靈敏度曲線見圖5。

圖5 本文保護(hù)方案的靈敏度分析Fig.5 Sensitivity analysis of proposed protection scheme

由圖5（a）可見，本文保護(hù)方案的主判據(jù)靈敏度很高，遠(yuǎn)大于實(shí)際工程要求。圖5（b）為不同的Udt下得到的輔助判據(jù)靈敏度曲線，可見輔助判據(jù)的靈敏度相對(duì)主判據(jù)較低，整體方案的靈敏度由輔助判據(jù)決定。圖5（c）為Udt=0.05E3時(shí)不同接地方式下本文保護(hù)方案在分支1的靈敏度曲線，可見在接地變接地方式下方案的靈敏度最低，最低處約為12 kΩ，大于現(xiàn)有方案3的靈敏度。

4 3次諧波電壓變化量差動(dòng)方案仿真分析

在MATLAB/Simulink中建立定子接地故障仿真模型，發(fā)電機(jī)采用接地變接地方式，僅對(duì)分支1進(jìn)行接地仿真，仿真模型簡(jiǎn)圖見圖6。仿真軟件中現(xiàn)有的模塊無法實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)內(nèi)部定子接地故障仿真，因此采用圖6（a）所示的簡(jiǎn)化電路模擬單匝繞組，進(jìn)而組建圖1所示的定子繞組電勢(shì)模型。

圖6 仿真模型簡(jiǎn)圖Fig.6 Simplified diagram of simulation model

圖6（a）中 C1為單匝繞組對(duì)地電容，E1-n、E3-n分別為第n匝繞組的基波電壓與3次諧波電壓。由于每匝定子繞組的電阻以及3次諧波感抗遠(yuǎn)小于對(duì)地容抗，因此忽略繞組電阻與感抗。

主要仿真參數(shù)：發(fā)電機(jī)額定電壓為18 kV，機(jī)端電壓互感器變比為18 kV/100 V/57.74 V；接地變變比為18 kV/173 V；主變采用YNd11接線方式，高壓側(cè)額定電壓為500 kV，主變高壓側(cè)電壓互感器變比為500 kV/100 V/173 V；E3為額定相電壓的 2%，突變量時(shí)間間隔Δt為80 ms，采用每半周期24點(diǎn)的半波傅氏算法提取3次諧波電壓相量，制動(dòng)系數(shù)Kset4為1.2；其余參數(shù)見表1。

故障時(shí)刻t為0.12 s，分別在中性點(diǎn)、α=0.67處、機(jī)端進(jìn)行故障接地仿真，仿真中電壓互感器均為正常狀態(tài)，仿真結(jié)果見圖7—11，圖中電壓均為二次值。

圖7為定子繞組的不同位置經(jīng)1 kΩ電阻接地時(shí)的中性點(diǎn)零序電壓UN與機(jī)端零序電壓US。中性點(diǎn)接地時(shí)，UN與US中主要包含3次諧波分量。定子繞組在α=0.67處接地后，UN與US中的基波分量增大，且遠(yuǎn)大于3次諧波分量。機(jī)端接地后，UN與US中的基波分量進(jìn)一步增大?？梢?，在基波分量可能遠(yuǎn)大于3次諧波分量的零序電壓中準(zhǔn)確提取3次諧波電壓非常關(guān)鍵。

由圖8可見，中性點(diǎn)經(jīng)1 kΩ、30 kΩ電阻接地后，保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)50 kΩ電阻接地后，主判據(jù)動(dòng)作，輔助判據(jù)未動(dòng)作。由圖9可見，定子繞組在α=0.67處經(jīng)1 kΩ、8 kΩ電阻接地后，保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)15 kΩ電阻接地后，主判據(jù)動(dòng)作，輔助判據(jù)未動(dòng)作。由圖10可見，機(jī)端經(jīng)1 kΩ、15 kΩ電阻接地后，保護(hù)動(dòng)作，經(jīng)40 kΩ電阻接地后，主判據(jù)動(dòng)作，輔助判據(jù)未動(dòng)作。可見，本文保護(hù)方案在定子繞組不同位置接地時(shí)的靈敏度符合圖5中Udt=0.05E3時(shí)的計(jì)算結(jié)果。

圖7 定子繞組不同位置經(jīng)1 kΩ電阻接地時(shí)的中性點(diǎn)、機(jī)端零序電壓Fig.7 Zero-sequence voltage of generator’s neutral point and terminal for stator grounding fault via 1 kΩ resistance in different locations of stator winding

圖8 中性點(diǎn)經(jīng)不同電阻接地時(shí)的保護(hù)判據(jù)計(jì)算結(jié)果Fig.8 Calculative results of protection criteria when generator’s neutral point is grounded via different resistances

圖9 定子繞組在α=0.67處經(jīng)不同電阻接地時(shí)的保護(hù)判據(jù)計(jì)算結(jié)果Fig.9 Calculative results of protection criteria when stator winding is grounded via different resistances at point where α=0.67

圖10 機(jī)端經(jīng)不同電阻接地的保護(hù)判據(jù)計(jì)算結(jié)果Fig.10 Calculative results of protection criteria when generator terminal is grounded via different resistances

由圖8—10還可以看出：當(dāng)半波傅氏計(jì)算的采樣窗中含有突變的基波電壓時(shí)，3次諧波電壓無法準(zhǔn)確計(jì)算，為了避免誤動(dòng)，應(yīng)使該保護(hù)方案的主判據(jù)與輔助判據(jù)均持續(xù)滿足40 ms以上再動(dòng)作出口。

對(duì)本文保護(hù)方案在E3變化時(shí)進(jìn)行仿真，設(shè)定E3由為額定相電壓的1%突增至3%，突變時(shí)刻為0.12s，仿真結(jié)果如圖11所示。

圖11 發(fā)電機(jī)3次諧波電壓變化對(duì)保護(hù)的影響Fig.11 Influence of generator’s third-harmonic voltage change on protection

圖11表明E3突增時(shí)動(dòng)作電壓U3d很小，而制動(dòng)電壓U3r明顯增大且遠(yuǎn)大于動(dòng)作電壓，可見主判據(jù)能準(zhǔn)確躲避發(fā)電機(jī)3次諧波電壓變化帶來的影響。

對(duì)本文保護(hù)方案在主變高壓側(cè)3次諧波電壓E3h變化時(shí)進(jìn)行仿真，設(shè)定E3h幅值由50 V突增至500 V，相位與發(fā)電機(jī)3次諧波電壓相同（輔助判據(jù)不受E3h相位影響），突變時(shí)刻為0.12 s，仿真結(jié)果如圖12所示。

由圖12可見，E3h幅值增大時(shí)動(dòng)作電壓U3d有所增加，主判據(jù)動(dòng)作，但是門檻電壓Udt遠(yuǎn)大于動(dòng)作電壓U3r，輔助判據(jù)能準(zhǔn)確躲避E3h變化帶來的擾動(dòng)。

根據(jù)以上仿真結(jié)果可知，本文保護(hù)方案的靈敏度較高，且受機(jī)組運(yùn)行工況變化的影響較小。

圖12 高壓側(cè)3次諧波電壓變化對(duì)保護(hù)的影響Fig.12 Influence of generator’s third-harmonic voltage change at HV side on protection

5 結(jié)論

本文對(duì)比了3種常見的3次諧波電壓定子接地保護(hù)方案，根據(jù)一臺(tái)300 MW汽輪發(fā)電機(jī)的參數(shù)，計(jì)算并分析了3種保護(hù)方案的靈敏度。針對(duì)現(xiàn)有的3次諧波電壓定子接地保護(hù)存在誤動(dòng)較多的問題，分析了導(dǎo)致發(fā)電機(jī)機(jī)端、中性點(diǎn)3次諧波電壓變化的原因。在此基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)型3次諧波電壓變化量差動(dòng)保護(hù)，計(jì)算了該保護(hù)方案下主判據(jù)與輔助判據(jù)的靈敏度，并采用MATLAB/Simulink對(duì)該保護(hù)方案進(jìn)行了仿真。仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文保護(hù)方案下靈敏度計(jì)算的正確性，表明該保護(hù)方案靈敏度較高且受機(jī)組運(yùn)行工況變化的影響較小。

本文保護(hù)方案具體有以下特點(diǎn)：校正后的3次諧波變化量差動(dòng)判據(jù)在發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)差動(dòng)量理論值為0；依據(jù)發(fā)電機(jī)的接地參數(shù)來整定制動(dòng)系數(shù)，發(fā)生定子接地故障時(shí)差動(dòng)量能夠顯著大于制動(dòng)量；檢測(cè)主變高壓側(cè)3次諧波電壓，增加了浮動(dòng)的制動(dòng)門檻，避免主變高壓側(cè)3次諧波電壓的干擾；機(jī)端零序電壓互感器、中性點(diǎn)電壓回路斷線后應(yīng)閉鎖保護(hù)，高壓側(cè)零序電壓互感器斷線后應(yīng)提高制動(dòng)門檻值；并網(wǎng)瞬間短時(shí)閉鎖保護(hù)，避免機(jī)端對(duì)地電容變化較大導(dǎo)致誤動(dòng)。

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