基于传递电压特征频率的发电机消弧线圈补偿识别方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种基于传递电压特征频率的发电机消弧线圈补偿识别方法。
【背景技术】
[0002] 发电机定子接地保护的快速动作对遏制发电机电气故障发展，降低发电机损坏程 度，起着重要的作用。随着定子接地保护整定计算的规范和保护逻辑的完善，由主变传递电 压引起的基波零序电压定子接地保护误动率已有所降低，然而在保护误动中，由传递电压 引起的经消弧线圈接地机组的保护误动占很大比例，主要原因之一为消弧线圈的补偿方式 不正确，导致了发电机零序电压过高，并且超过了定子接地保护定值，引起了定子接地保护 的误动，甚至有导致多台机组同时跳闸的危险，严重威胁到电网的安全运行。
[0003] 发电机升压变高压侧发生接地短路时，零序电压将通过变压器高、低压绕组间的 相耦合电容传递到发电机侧，传递电压计算模型如图1所示。
[0004] 其中，E0为变压器高压侧接地故障产生的零序电压；C1为主变高低压绕组间的 等效耦合电容，电容值与变压器容量、高压侧电压等级和变压器中性点接地等因素有关；C2 为发电机系统对地单相等效电容，包括发电机、变压器绕组等电气设备的对地电容；L1和R 分别为发电机中性点消弧线圈的等效电感和电阻，电压表V处测得电压U0为发电机端传递 零序电压。
[0005] 规程要求单元接线形式的发电机组，发电机中性点经消弧线圈接地时必须采用欠 补偿方式。消弧线圈在欠补偿方式下运行时，发电机系统的对地容性电流大于消弧线圈的 电感电流，传递电压系数小于等于1，而在过补偿方式运行时传递电压系数可能趋向无穷 大，导致在系统接地故障时发电机机端的零序电压过高，当超过保护定值时，将引起发电机 定子零序电压接地保护误动。因此，要确保发电机在欠补偿的方式下运行。因此，当经消弧 线圈机组定子接地保护误动后，应首先对消弧线圈的补偿方式进行检查确认。
[0006] 目前，经消弧线圈接地机组的补偿方式均采用现场一次参数实测计算的方法。定 子接地保护误动后，要依次对发电机消弧线圈电感值、发电机机端系统对地电容值、主变高 低压绕组的耦合电容等设备参数进行现场实测，然后通过计算来确定消弧线圈的补偿方 式。参数实测要求一次系统停电，有的一次设备无法停电，参数无法进行实测，只能采用经 验值，即使是参数实测值，也存在一定误差，因此该方法计算误差较大，不准确，甚至有时导 致错误识别补偿方式。
【发明内容】
[0007] 本发明为了解决上述问题，提出了一种基于传递电压特征频率的发电机消弧线圈 补偿识别方法，该方法当发生定子接地保护误动后，基于传递电压特征频率，在无需对一次 设备参数进行实测的情况下，快速、准确的确定机组消弧线圈的补偿方式。
[0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0009] 一种基于传递电压特征频率的发电机消弧线圈补偿识别方法，包括以下步骤：
[0010] (1)基于对传递电压产生的机理，针对机组的不同状态建立机组等效电路；
[0011] (2)当定子接地保护误动跳机后，利用故障录波数据测量跳机后传递电压自由振 荡过程中的特征频率；
[0012] (3)将特征频率与发电机运行频率对比，判断机组等效电路阻抗性质；
[0013] (4)根据机组等效电路的阻抗性质，推断发电机消弧线圈的补偿状态。
[0014] 所述步骤⑴中，忽略电路中消弧线圈的电阻，发电机系统等效为消弧线圈1^与 发电机对地等效电容c2并联后再与升压变等效耦合电容c i串联而形成的电路。
[0015] 所述步骤（1)中，当系统发生接地故障时，如同在电路升压变等效耦合电容(^端 接入交流电压源E0,电压源的幅值等于系统接地故障时的零序电压，其频率为50H，经消弧 线圈接地的机组，在系统侧发生接地故障而产生的传递电压，在故障消失后，机端的传递电 压进入自由振荡过程。
[0016] 所述步骤（2)中，当系统发生接地故障时，电压源的幅值等于系统接地故障时的 零序电压，此时，发电机机端的传递电压是机组固有特征频率与接地零序电压频率形成的 混频波形，传递电压频率用公式（1)计算：
[0017]
[0018] 式中：f为传递电压频率；fiSLC电路的固有特征频率；f 2为系统侧零序电压E0 频率。
[0019] 所述步骤⑵中，当系统接地故障切除后，E0电压源作用消失，因LC电路自由振 荡的特点，发电机传递电压并没有随系统接地故障的切除而消失，而是进入自由振荡状态 并逐步衰减。
[0020] 所述步骤（2)中，零序电压混频频率的计算方法为：
[0021] 等效电路的固有特征频率计算如下，忽略电路中的电阻参数：
[0022]
[0023] 其中，Z为电路的等效阻抗；《为角频率，令分子、分母为零，电路特征频率为：
[0024]
[0025] 其中，为升压变等效耦合电容值，C2为发电机对地等效电容值，Li为消弧线圈电 感值。
[0026] 所述步骤（3)中，当定子接地保护误动跳机后，利用故障录波数据测得跳机后传 递电压自由振荡的特征频率，并由机组等效电路可知，当电路工作频率大于电路固有的特 征频率时电路呈容性，反之电路呈感性。
[0027] 所述步骤（4)中，电路呈容性即可定性推断发电机消弧线圈处于欠补偿状态，呈 感性处于过补偿状态。
[0028] 本发明的有益效果为：
[0029] (1)本发明方法通过基于传递电压特征频率的分析，在无需实测机组系统一次参 数的情况下，利用故障录波数据量测特征频率值，通过比对特征频率与工频频率实现准确 判断发电机消弧线圈的补偿方式。
[0030] (2)本方法可以快速、准确的实现对消弧线圈接地机组补偿方式的判别，实用快 捷，无需对一次系统及设备参数进行实测和计算，并排除了由于测试参数误差导致错误判 断的可能性。判别时间从以往的系统停电、参数实测、计算分析、恢复送电等一周时间缩短 到几分钟，无需参数实测的大型试验设备，节省了大量的人力、物力，节约了时间。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明的计算传递电压的近似简化电路图；
[0032] 图2是本发明传递电压仿真波形图；
[0033] 图3是本发明300丽机组故障录波图。
【具体实施方式】：
[0034] 下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
[0035] 基于对传递电压产生的机理，针对机组的不同状态建立传递电压计算模型，并根 据机组传递电压在自由振荡过程中的特征频率来确定发电机消弧线圈的补偿方式。
[0036] 具体过程为：
[0037] 当定子接地保护误动跳机后，利用故障录波数据测量跳机后传递电压自由振荡过 程中的特征频率；通过将特征频率与发电机运行频率，即工频50Hz进行比对，当工作频率 大于传递电压固有的特征频率时电路呈容性，反之电路呈感性。电路呈容性即可定性推断 发电机消弧线圈处于欠补偿状态，呈感性处于过补偿状态。
[0038] 本发明的辨识原理：
[0039] 图1所示等效电路中，如果忽略电路中的电阻，发电机系统可等效为消弧线圈L1 与发电机对地等效电容C2并联后再与升压变等效耦合电容C1串联而形成的电路，如图1 电路a-b端口左边部分所示。当系统发生接地故障时，如同在电路a-b端接入交流电压源 E0,电压源的幅值等于系统接地故障时的零序电压，其频率为50H。
[0040] 利用PSCAD软件对经消弧线圈接地机组的传递电压进行仿真，图2为系统侧零序 电压与发电机传递过电压的仿真波形。如图所示，故障期间传递电压频率为48. 87,传递电 压特征与图1所示故障录波基本一致。仿真证明，经消