包明磊，李玉平，桑建斌，徐業(yè)榮，李 明

(1.南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，江蘇 南京 211100；2.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 211100)

雙頻式定子接地保護(hù)的分析與改進(jìn)

包明磊1,2，李玉平1,2，桑建斌1,2，徐業(yè)榮1,2，李 明1,2

(1.南京國(guó)電南自電網(wǎng)自動(dòng)化有限公司，江蘇 南京 211100；2.國(guó)電南京自動(dòng)化股份有限公司，江蘇 南京 211100)

介紹了基波零序電壓保護(hù)原理、三次諧波電壓幅值比保護(hù)原理、三次諧波電壓幅值比突變量保護(hù)原理以及三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理等四種定子接地保護(hù)原理，并根據(jù)三臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)的參數(shù)，對(duì)上述原理進(jìn)行靈敏度分析。分析表明基波零序電壓保護(hù)原理與三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理相配合時(shí)靈敏度最高，但該保護(hù)方案在大型機(jī)組采用接地變接地時(shí)靈敏度仍顯不足。針對(duì)高壓側(cè)三次諧波電壓的干擾，為了同時(shí)提高保護(hù)方案的靈敏度與可靠性，提出了一種改進(jìn)方案。該方案在降低制動(dòng)系數(shù)的同時(shí)增加了自適應(yīng)制動(dòng)門坎判據(jù)，仿真結(jié)果表明該方案能夠兼顧靈敏度與可靠性。所得結(jié)論為定子接地保護(hù)的研發(fā)改進(jìn)提供了參考。

雙頻式定子接地保護(hù)；基波零序電壓；三次諧波電壓；靈敏度；高壓側(cè)三次諧波電壓

0 引言

大型發(fā)電機(jī)定子單相接地時(shí)接地電流較大，如果發(fā)生后未及時(shí)處理，易引發(fā)相間短路或匝間短路，嚴(yán)重情況下甚至燒毀鐵芯[1-3]。雙重化的定子接地保護(hù)通常采用雙頻式定子接地保護(hù)與注入式定子接地保護(hù)相結(jié)合或者全部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)組特別是水電機(jī)組已有較多應(yīng)用，其優(yōu)點(diǎn)明顯，可直接測(cè)量接地電阻且停機(jī)后可監(jiān)視絕緣。但該保護(hù)成本較高，裝置現(xiàn)場(chǎng)校正流程復(fù)雜[4-5]，且接地變二次側(cè)電流互感器的工作特性仍需改善[6]，因此注入式定子接地不會(huì)完全取代雙頻式定子接地保護(hù)。

雙頻式定子接地保護(hù)由基波零序電壓保護(hù)與三次諧波電壓保護(hù)組成?；阈螂妷罕Ｗo(hù)簡(jiǎn)單可靠，但在中性點(diǎn)附近存在死區(qū)。三次諧波電壓定子接地保護(hù)的類型較多，均能夠可靠反應(yīng)中性點(diǎn)附近的接地故障，因此實(shí)際工程應(yīng)用中由基波零序電壓原理與三次諧波電壓原理共同構(gòu)成100%定子接地保護(hù)。但由于大型機(jī)組定子繞組對(duì)地電容較大，基波零序電壓保護(hù)靈敏度較低[7]，與三次諧波電壓保護(hù)相配合后靈敏度可能不夠，這就對(duì)大型發(fā)電機(jī)的定子接地保護(hù)提出了更高的要求。在微機(jī)保護(hù)的處理器速度不斷提高的背景下，有條件通過(guò)更優(yōu)的保護(hù)方案來(lái)同時(shí)提高保護(hù)的可靠性與靈敏度。因此，為了提高定子接地保護(hù)的性能，雙頻式定子接地保護(hù)仍在不斷發(fā)展，改進(jìn)定子接地保護(hù)方案很有必要。

本文首先對(duì)雙頻式定子接地保護(hù)中的基波零序電壓原理、三次諧波電壓幅值比原理、三次諧波幅值比突變量原理以及三次諧波電壓矢量比較原理進(jìn)行介紹，然后根據(jù)三臺(tái)發(fā)電機(jī)參數(shù)，對(duì)上述保護(hù)方案的靈敏度進(jìn)行對(duì)比分析。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)分析高壓側(cè)三次諧波電壓對(duì)保護(hù)的影響，對(duì)三次諧波電壓矢量比較保護(hù)方案進(jìn)行改進(jìn)。

1 發(fā)電機(jī)定子接地電勢(shì)分析

大型發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)為小電流接地或不接地系統(tǒng)，單相接地不會(huì)使相電流發(fā)生顯著變化，因此忽略接地電流對(duì)電磁轉(zhuǎn)矩的影響，接地時(shí)發(fā)電機(jī)機(jī)端到中性點(diǎn)部分的電壓保持不變。假設(shè)發(fā)電機(jī)C相定子繞組經(jīng)接地電阻發(fā)生接地故障，如圖1所示。

圖1發(fā)電機(jī)定子單相接地電路圖Fig. 1 Circuit diagram of the generator with single phase ground fault

圖1 中α為中性點(diǎn)到故障點(diǎn)的繞組占全部繞組的比例(中性點(diǎn)接地時(shí)a為 0，機(jī)端接地時(shí)a為 1)，是定子三相繞組對(duì)地電容，為機(jī)端設(shè)備對(duì)地電容，為接地電阻，為中性點(diǎn)到繞組接地處的電勢(shì)向量。

圖2 定子單相接地基波等效電路Fig. 2 Fundamental harmonic equivalent circuit of the generator with single phase ground fault

忽略主變高低壓側(cè)每相耦合電容與高壓側(cè)三次諧波電壓的影響，此時(shí)定子接地故障時(shí)的三次諧波等效電路如圖3 所示。

圖3 發(fā)電機(jī)定子接地三次諧波等效電路Fig. 3 Third harmonic equivalent circuit of the generator with single phase ground fault

圖4 定子接地時(shí)發(fā)電機(jī)電勢(shì)向量Fig. 4 Voltage vector when the stator grounding occurs

2 雙頻式定子接地保護(hù)方案及靈敏度分析

2.1 雙頻式定子接地保護(hù)原理介紹

雙頻式定子接地保護(hù)一般是由基波零序電壓保護(hù)原理和一種三次諧波電壓原理共同構(gòu)成，各保護(hù)原理的特征方程如下所示。

(1) 基波零序電壓保護(hù)原理

(2) 三次諧波電壓幅值比保護(hù)原理

(3) 三次諧波幅值比突變量保護(hù)原理

(4) 三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理

基波零序電壓保護(hù)原理利用定子接地時(shí)基波零序電壓抬高的特點(diǎn)，是雙頻式定子接地保護(hù)的基礎(chǔ)，但由于中性點(diǎn)接地時(shí)，基波零序電壓無(wú)法升高，原理存在死區(qū)，因此大型機(jī)組的定子接地保護(hù)還需配置三次諧波電壓原理。

三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理引入機(jī)端三次諧波電壓的調(diào)整系數(shù)，該系數(shù)根據(jù)機(jī)端、中性點(diǎn)三次諧波電壓記憶值計(jì)算得到，可以實(shí)時(shí)調(diào)整，也可以手動(dòng)調(diào)整，使動(dòng)作量在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)保持為最小，在接地故障發(fā)生時(shí)，系數(shù)仍然由故障前的發(fā) 電 機(jī) 等 效 三 次 諧 波 電 路 參 數(shù) 決 定 ， 而與已經(jīng)是故障時(shí)電壓，式(10)中計(jì)算得到的動(dòng)作量不再為零，在一定的制動(dòng)系數(shù)下能夠較靈敏地反應(yīng)定子接地故障。

2.2 雙頻式定子接地保護(hù)的靈敏度計(jì)算

本文將以三臺(tái)發(fā)電機(jī)為例，從兩個(gè)角度對(duì)接地保護(hù)原理的靈敏度進(jìn)行計(jì)算分析，發(fā)電機(jī)的接地參數(shù)如表1 所示。

表1 三臺(tái)發(fā)電機(jī)的接地參數(shù)Table 1 Grounding parameters of three generators

2.2.1 機(jī)組參數(shù)對(duì)基波零序電壓保護(hù)靈敏度的影響

基波零序電壓保護(hù)原理的定值設(shè)置需要同時(shí)躲過(guò)發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)的基波最大不平衡電壓與主變高壓側(cè)單相接地時(shí)耦合到低壓側(cè)的最大零序電壓，此處按照經(jīng)驗(yàn)值設(shè)定 10 V。

根據(jù)式(3)、式(4)、圖2 和表1 的參數(shù)，可以計(jì)算得到三臺(tái)發(fā)電機(jī)的基波零序電壓保護(hù)在不同接地方式下的靈敏度，如圖5所示。

圖5 不同接地方式下基波零序電壓保護(hù)的靈敏度Fig. 5 Sensitivity ofprotection principle under the different grounding modes

圖5 中，曲線 a 表示 300 MW 發(fā)電機(jī)在無(wú)機(jī)端吸收電容時(shí)的靈敏度曲線，曲線 b 表示 300 MW發(fā)電機(jī)在含機(jī)端吸收電容時(shí)的靈敏度曲線，曲線c 表示 1 026 MW 發(fā)電機(jī)在無(wú)機(jī)端吸收電容時(shí)的靈敏度曲線。

可見(jiàn)，基波零序電壓保護(hù)原理在接地變接地時(shí)靈敏度最低，而在同一種接地方式下，靈敏度隨著發(fā)電機(jī)對(duì)地總電容的增大而降低。

隨著機(jī)組對(duì)地電容的增大，基波零序電壓保護(hù)原理的低靈敏度區(qū)域?qū)闹行渣c(diǎn)附近向繞組中部擴(kuò)大，如果配合的三次諧波電壓保護(hù)原理靈敏度不夠，將會(huì)導(dǎo)致雙頻式定子接地保護(hù)方案整體的靈敏度出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，在特定定子位置不能提供高靈敏的保護(hù)。

2.2.2 三次諧波電壓保護(hù)原理的靈敏度分析

本文以第 2 臺(tái)發(fā)電機(jī)(含機(jī)端吸收電容的300 MW 發(fā)電機(jī))為例，研究三種三次諧波電壓保護(hù)原理的靈敏度。

消弧線圈接地方式下

不接地方式下

三次諧波幅值比突變量保護(hù)原理和三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理的制動(dòng)系數(shù)在相應(yīng)的定值整定規(guī)程中未明確要求，而是由廠家自行規(guī)定，一般取 0.2~0.8，這里不妨設(shè)得靈敏些，在不同接地方式下均取

根據(jù)式(1)—式(10)、圖3 和表1 中的參數(shù)，可以計(jì)算得到在不同接地方式下各保護(hù)原理的靈敏度曲線，如圖6—圖8所示。

圖6 接地變接地方式下四種原理的靈敏度Fig. 6 Sensitivity of four principles under the grounding transformer mode

圖7 消弧線圈接地方式下四種原理的靈敏度Fig. 7 Sensitivity of four principles under the arc suppression coil grounding mode

圖8 不接地方式下四種原理的靈敏度Fig. 8 Sensitivity of four principles under the non-grounding mode

圖6 —圖8中，曲線 A表示基波零序電壓保護(hù)原理的靈敏度曲線，曲線B表示三次諧波電壓幅值比保護(hù)原理的靈敏度曲線，曲線C表示三次諧波幅值比突變量保護(hù)原理的靈敏度曲線，曲線D表示三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理的靈敏度曲線。

分析上述計(jì)算結(jié)果可得：

(1) 基波零序電壓保護(hù)原理在分支一、分支二的靈敏度曲線是重合的，而三次諧波原理在分支一上的靈敏度均小于在分支二上的靈敏度，因此我們將重點(diǎn)分析保護(hù)在分支一上的靈敏度是否滿足要求；

(2) 三次諧波原理的靈敏度在不同接地方式下并不一致，但是三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理在不同接地方式下的靈敏度均為最高，因此采用基波零序電壓保護(hù)原理與三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理共同構(gòu)成的 100%定子接地保護(hù)方案將是最優(yōu)的方案；

(3) 在接地變接地方式下，雖然基波零序電壓保護(hù)原理與三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理配合后的靈敏度最高，但其靈敏度在繞組距中性點(diǎn)約 1/3 處仍不足 10 k?，同時(shí)工程應(yīng)用中可能會(huì)選取更高可靠的制動(dòng)系數(shù)，靈敏度會(huì)進(jìn)一步降低，從而不能為該處的接地故障提供高靈敏的保護(hù)，因此有必要對(duì)該種雙頻式定子接地保護(hù)方案進(jìn)行改進(jìn)。

3 雙頻式定子接地保護(hù)方案的改進(jìn)

3.1 可靠性因素分析和方案改進(jìn)

影響三次諧波電壓保護(hù)可靠性的因素有很多，排除接線錯(cuò)誤、定值設(shè)置不當(dāng)?shù)仍颍诒Ｗo(hù)原理上還有隨著發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的運(yùn)行工況改變時(shí)主變高壓側(cè)飽和引起的三次諧波電壓傳遞至低壓側(cè)導(dǎo)致保護(hù)誤動(dòng)的因素。本節(jié)將具體分析該因素對(duì)保護(hù)的影響，并找出解決改進(jìn)的方案。

考慮主變高壓側(cè)飽和引起的三次諧波電壓，發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的三次諧波等效電路如圖9 所示

圖9 發(fā)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)三次諧波等效電路Fig. 9 Third harmonic equivalent circuit of the generator containing third harmonic voltage of the main transformer high voltage side

式中，g是主變高、低壓側(cè)三次諧波電壓傳遞系數(shù)，表達(dá)式為

改進(jìn)后的三次諧波電壓矢量比較保護(hù)的動(dòng)作判據(jù)為

式中，g是式(12)所示的主變高低壓側(cè)三次諧波電壓傳遞系數(shù)，可作為定值輸入，1.2 是可靠系數(shù)。

3.2 改進(jìn)方案的靈敏度和可靠性仿真

本文仍然以第 2 臺(tái)發(fā)電機(jī)(含機(jī)端吸收電容的300 MW 發(fā)電機(jī))為例，驗(yàn)算改進(jìn)后的雙頻式定子接地保護(hù)方案的靈敏度和可靠性。

在發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，根據(jù)表1中的參數(shù)，可以計(jì)算得到不同制動(dòng)系數(shù)時(shí)基波零序電壓保護(hù)原理與三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理相配合的靈敏度曲線，如圖10所示。

圖10制動(dòng)系數(shù)對(duì)矢量比較算法靈敏度的影響Fig. 10 Influence of sensitivity of the third harmonic voltage vector comparison algorithm under different braking coefficients

發(fā)電機(jī)與系統(tǒng)的運(yùn)行工況改變時(shí)，沒(méi)有發(fā)生接地故障，但主變高壓側(cè)三次諧波電壓發(fā)生較大波動(dòng)，此時(shí)三次諧波電壓矢量比較保護(hù)的動(dòng)作量會(huì)隨之波動(dòng)。下面對(duì)改進(jìn)方案抗主變高壓側(cè)三次諧波電壓影響的能力進(jìn)行仿真。

已知發(fā)電機(jī)額定線電壓為 18 kV，主變高低壓側(cè)每相耦合電容為發(fā)電機(jī)三次諧波電壓幅值為額定相電壓的1%，設(shè)高壓側(cè)三次諧波電壓的相位同發(fā)電機(jī)相電壓一致，根據(jù)圖9和表1中的參數(shù)，可以計(jì)算得到時(shí)改進(jìn)前后三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理的動(dòng)作曲線，如圖11 所示。

圖11中，曲線 1是動(dòng)作量曲線，曲線2是改進(jìn)前算法的制動(dòng)曲線，曲線3是改進(jìn)后算法的制動(dòng)曲線。可見(jiàn)主變高壓側(cè)三次諧波電壓的確會(huì)對(duì)原有的算法產(chǎn)生負(fù)面的影響，當(dāng)制動(dòng)系數(shù)取的較靈敏的時(shí)候，較小的電壓擾動(dòng)就能造成保護(hù)誤動(dòng)，使用單一的判據(jù)很難同時(shí)滿足保護(hù)可靠性和靈敏度要求；在使用改進(jìn)后的保護(hù)算法時(shí)，無(wú)論主變高壓側(cè)三次諧波電壓如何波動(dòng)，動(dòng)作量始終小于制動(dòng)量，可確保無(wú)接地故障時(shí)保護(hù)的可靠性。

圖11 主變高壓側(cè)三次諧波電壓變化量對(duì)矢量比較算法可靠性的影響Fig. 11 Impact of third harmonic voltage of the main transformer high voltage side to the reliability of the third harmonic voltage vector comparison algorithm

仿真結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法可以選用較小的制動(dòng)系數(shù)，對(duì)定子接地故障有較高的靈敏度，且提供了自適應(yīng)的制動(dòng)量算法，有效防止主變高壓側(cè)三次諧波電壓造成的誤動(dòng)，兼顧了可靠性和靈敏度的需求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了基波零序電壓保護(hù)原理、三次諧波電壓幅值比保護(hù)原理、三次諧波電壓幅值比突變量保護(hù)原理以及三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理等四種定子接地保護(hù)原理，并根據(jù)三臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)的參數(shù)，計(jì)算分析了四種保護(hù)原理的靈敏度，指出基波零序電壓保護(hù)原理與三次諧波電壓矢量比較保護(hù)原理配合時(shí)靈敏度最高，但該方案在大型機(jī)組采用接地變接地時(shí)靈敏度仍顯不足。針對(duì)高壓側(cè)三次諧波電壓的干擾，為了同時(shí)提高保護(hù)方案的靈敏度與可靠性，本文提出了一種改進(jìn)方案，該方案在降低制動(dòng)系數(shù)的同時(shí)增加了自適應(yīng)制動(dòng)門坎判據(jù)，仿真結(jié)果表明該方案能夠兼顧靈敏度與可靠性，文中所得結(jié)論為定子接地保護(hù)的研發(fā)改進(jìn)提供了參考。

[1]黨曉強(qiáng), 邰能靈, 王海田, 等. 大型汽輪發(fā)電機(jī)定子單相 接 地 的繼 電 保 護(hù) 評(píng) 述 [J]. 電力 系 統(tǒng)保 護(hù) 與 控 制 , 2010, 38(2): 131-135. DANG Xiaoqiang, TAI Nengling, WANG Haitian, et al. A review on single phase to ground protection for huge turbine-generators[J]. Power System Protection and Control, 2010, 38(2): 131-135.

[2]王育學(xué), 尹項(xiàng)根, 張哲, 等. 基于接地電流的大型發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)及精確定位方法[J]. 中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào), 2013, 33(31): 147-154. WANG Yuxue, YIN Xianggen, ZHANG Zhe, et al. A novel protection and precise location method based on grounding currents for stator ground faults of large generators[J]. Proceedings of the CSEE, 2013, 33(31): 147-154．

[3]沈浩然, 張建華, 丁磊, 等. 雙饋異步發(fā)電機(jī)單相接地故障瞬態(tài)特性研究[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(18): 6-11. SHEN Haoran, ZHANG Jianhua, DING Lei, et al. Transient characteristic research of doubly-fed induction generator during single-phase grounding fault[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(18): 6-11.

[4]劉亞?wèn)|, 王增平, 蘇毅, 等. 注入式定子接地保護(hù)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)、整定和分析[J]. 電力自動(dòng)化設(shè)備, 2012, 32(10): 150-154. LIU Yadong, WANG Zengping, SU Yi, et al. Field test, setting and analysis of injecting source-based stator grounding protection[J]. Electric Power Automation Equiprment, 2012, 32(10): 150-154.

[5]張琦雪, 席康慶, 陳佳勝, 等. 大型發(fā)電機(jī)注入式定子接 地 保 護(hù) 的 現(xiàn) 場(chǎng) 應(yīng) 用 及 分 析[J]. 電 力 系 統(tǒng) 自 動(dòng) 化 , 2007, 31(11): 103-107. ZHANG Qixue, XI Kangqing, CHEN Jiasheng, et al. Field Application and analysis of the stator earth fault protection with voltage injection for large-sized generator[J]. Automation of Electric Power Systems, 2007, 31(11): 103-107.

[6]陳佳勝, 張琦雪, 陳俊, 等. 基于分段相角補(bǔ)償?shù)淖⑷胧蕉ㄗ咏拥乇Ｗo(hù)方法[J]. 現(xiàn)代電力, 2014, 31(1): 79-84. CHEN Jiasheng, ZHANG Qixue, CHEN Jun, et al. Stator earth fault protection with voltage injection based on multi-stage phase compensation[J]. Modern Electric Power, 2014, 31(1): 79-84.

[7]劉亞?wèn)|. 大型發(fā)電機(jī)保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究[D]. 北京: 華北電力大學(xué), 2014. LIU Yadong. Study on key technology of large generator’s protection[D]. Beijing: North China Electric Power University, 2014.

[8]黃少鋒, 孫鵬, 王增平. 基于三次諧波相角突變?cè)淼陌l(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 2000, 24(12): 70-73. HUANG Shaofeng, SUN Peng, WANG Zengping. A generator grounding fault protection based on phase-angle mutation of third harmonic voltage[J]. Power System Technology, 2000, 24(12): 70-73.

[9]蘇洪波, 尹項(xiàng)根, 陳德樹(shù). 微機(jī)自適應(yīng)式發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)的研究[J]. 電網(wǎng)技術(shù), 1996, 20(11): 60-67. SU Hongbo, YIN Xianggen, CHEN Deshu. A microcomputer based adaptive generator protection for stator ground fault[J]. Power System Technology, 1996, 20(11): 60-67.

[10]諶爭(zhēng)鳴. 大型發(fā)電機(jī)定子接地保護(hù)靈敏度分析與整定計(jì)算[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化, 2006, 30(19): 57-60. CHEN Zhengming. Analysis of the sensitivity of large-scale generator stator ground protection and its setting calculation[J]. Automation of Electric Power Systems, 2006, 30(19): 57-60.

[11]王維儉．電氣主設(shè)備繼電保護(hù)原理與應(yīng)用[M]. 2 版. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2002.

[12]中國(guó)電力企業(yè)聯(lián)合會(huì). DL/T 684-2012, 大型發(fā)電機(jī)變壓器繼電保護(hù)整定計(jì)算導(dǎo)則[S]. 北京: 中國(guó)電力出版社, 2012. China Electricity Council. DL/T 684-2012, guide of calculating settings of relay protection for large generator and transformer[S]. Beijing: China Electric Power Press, 2012.

[13]張健康, 粟小華, 夏蕓. 750 kV 變壓器保護(hù)配置及整定計(jì) 算 探 討 [J]. 電 力 系 統(tǒng) 保 護(hù) 與 控 制 , 2015, 43(9): 89-94．ZHANG Jiankang, SU Xiaohua, XIA Yun. Discussion on protection configuration and setting calculation for 750 kV transformer[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(9): 89-94.

[14]蔡云峰, 徐洋, 潘琪. 基于自定義模型的變壓器縱差動(dòng)保護(hù) PSCAD 仿真[J]. 電力系統(tǒng)保護(hù)與控制, 2015, 43(3): 118-122. CAI Yunfeng, XU Yang, PAN Qi. PSCAD simulation of transformer longitudinal differential protection based on custom model[J]. Power System Protection and Control, 2015, 43(3): 118-122.

(編輯 姜新麗)

Analysis and improvement of the dual frequency stator ground fault protection

BAO Minglei1,2, LI Yuping1,2, SANG Jianbin1,2, XU Yerong1,2, LI Ming1,2
(1. Nanjing SAC Power Grid Automation Co., Ltd., Nanjing 211100, China; 2. Guodian Nanjing Automation Co., Ltd., Nanjing 211100, China)

Four protection principles for the stator ground fault are introduced: the fundamental frequency zero-sequence voltage principle, the third harmonic voltage amplitude ratio principle, the fault component of third harmonic voltage amplitude ratio principle and the third harmonic voltage vector comparison principle. The sensitivity of the four principles is analyzed based on the parameters of three turbine generators. Analysis shows that the best combination on sensitivity is the fundamental frequency zero-sequence voltage principle and the third harmonic voltage vector comparison principle. However, their sensitivity may be still insufficient in the case of large generator connected with the grounding transformer. In order to improve the sensitivity and the reliability of the dual frequency stator ground fault protection while considering the disturbance of the high side third harmonic voltage, an improved design is introduced. In this design, the braking coefficient is reduced and the threshold criterion is adaptive, which guarantees both the sensitivity and reliability. The conclusion of this paper can provide reference for the research and development of the stator ground fault protection.

dual frequency stator ground fault protection; fundamental frequency zero-sequence voltage; third harmonic voltage; sensitivity; high side third harmonic voltage

10.7667/PSPC201631

：2016-05-29

包明磊( 1977-)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)；E-mail: minglei-bao@sac-china.com

李玉平(1978-)，男，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)；

桑建斌(1986-)，男，工程師，研究方向?yàn)殡娏ο到y(tǒng)繼電保護(hù)。