三次谐波零序电压保护装置原理解析

为提高三次谐波零序电压保护的灵敏度（减小死区），实际上保护装置的动作条件是按下式构成：

或

上式中的KP为复数，相当于可对的幅值与相位进行调整，当发电机正常运行条件下，调整，则动作量这样，制动量就可以定得非常小（即Kbrk通常取0.1～0.2）。另一方面，由上式可知，制动量与有关，当发生中性点附近的定子接地时，减小，保护灵敏度进一步改善；同样可以看出，即使是机端接地故障，由于Kbrk很小，保护仍有较高的灵敏度。当绕组中部附近发生单相接地故障时，其灵敏度较低，因为此时的与可能与正常运行的情况接近，使动作量大大减少，而制动量相对来说又较大的缘故，为了补偿这种缺陷，在保护装置中需增加比相元件。因为此时的与的相位差是存在的（实测表明，发电机运行工况变化时，与的相位差变化较大），故仍然有一定的灵敏性。

比相元件的动作条件为：

保护装置的原理方框图如图6.14所示。

图6.14　三次谐波电压定子接地保护原理方框图(www.xing528.com)

和分别取自发电机中性点电压变换器和机端TV开口三角形绕组的输出电压，零序电压输入后，先经电压变换器1，然后通过阻波器2滤波，分别去掉基波和高次谐波成分，得到只含有三次谐波成分的和，通过幅值调整器和相位调整器3，可调整和的大小和相位。

其中一路经4整流和经5按β做倍率调整后得到制动量加于比较器，另一路直接加在减法器6的反相端，同时，则加至减法器的同相输入端，与相减后，再经7整流得到动作量，引至比较器8，当动作量大于制动量，动作出口。

同时，送至方波器9的正向输入端形成正相方波，则送到方波器10的反相输入端得反相方波，然后经与门11产生一个“与”方波。利用“与”方波来反映两个方波的同极性的持续时间的长短，就可以间接反映与的相位差。发电机正常运行时，经调整后的与相位接近相等，相应的两个方波发生器的输出接近反相，“与”方波同相持续时间t很短（接近于0）；当发生定子绕组接地故障时，与间出现较大的相位差，“与”方波同相重叠时间t明显增大，“与”门在波形重叠时间里便有输出，输出也为一方波，与相位差越大，两方波重叠时间越长。若超过定值td，便通过脉冲展宽电路，出口动作。

在“与”门输入信号中，还有一个由机端三次谐波经比较器15和电平展宽16得到输出信号。因为发电机三次谐波电压与发电机的输出的有功和无功功率有关，当输出功率很小时，与的相位关系并不确定，同时，当三次谐波电压很小时，比相电路也不能正确工作。为此设计了一个电平检测“门槛”，当发电机输出功率达到某一值时，超过“门槛”，由电平展宽电路16输出一个高电平信号，使“与”门开放，比相电路才开始工作。由此可知，零序三次谐波电压定子绕组单相接地保护本身就具有100%定子绕组单相接地故障保护功能，它再与基波零序电压定子接地保护相配合，可使发电机定子接地故障具有主保护和后备保护，并完全消除死区。