专利名称：发电机定子接地保护方法
技术领域：
本发明涉及电力系统继电保护技术，特别是中性点不直接接地发电机定子接地保护。
发电机定子接地故障占发电机故障的60％以上，定子接地故障发生后，如不及时清除，可能引发其他类型的故障，并直接影响发电机的安全运行。目前国内外开发的双频式零序电压定子接地保护，采用发电机本身产生的工频零序电压及三次谐波零序电压，具有一定的保护功能，但受定子绕组对地电容的影响，难以满足大型发电机定子高灵敏度接地保护的要求。周强等作者在电力系统自动化1999，23(11)22～25“三峡左岸电站发电机一变压器组保护技术方案”一文中，介绍采用直接注入恒定频率信号，测量信号电压、电流及功率等进行接地保护的方法。但中性点经高阻接地发电机，无故障时注入信号直接经定子绕组对地电容流回，发生接地故障时，相对于注入信号频率，定子绕组对地容抗小于接地电阻，注入信号大部分还是通过定子绕组对地电容流回，只有很小一部分通过故障电阻流回。由于受定子绕组对地电容影响，高阻接地故障时，信号电流、电压及测量阻抗变化较小，难以检测。中性点经消弧线圈接地发电机，由于采用注入恒定频率的低频或者高频信号，信号频率远离发电机谐振频率，而相对于注入信号，消弧线圈感抗要么不到定子绕组对地容抗的一半，要么超过定子绕组对地容抗的两倍。同样受到该发电机定子绕组对地电容影响，高阻接地故障时，信号电流、电压及测量阻抗变化较小，难以检测，满足不了大型发电机高阻接地保护的要求。
本发明的目的是提供一种发电机定子接地保护方法，中性点经高阻接地发电机采用外加电抗器补偿定子电容电流，并注入谐振频率信号；中性点经消弧线圈接地发电机则注入谐振频率信号或接近谐振频率信号，以方便测量有关数据，提高发电机定子接地保护灵敏度。
本发明的一种发电机定子接地保护方法，定子绕组中性点经高阻接地，在接地变压器二次侧接地电阻上注入低频信号，其特征为(1)所述接地变压器二次侧接地电阻上并联一电抗器，其电感量为L=13Ws2CN2]]>其中N为接地变压器变比，C为单相定子绕组对地电容，Ws为注入信号角频率，(2)从接地电阻两端注入低频信号，其角频率为Ws，(3)测量所述电抗器两端注入信号产生的电压UB及注入接地变压器和所述电抗器的信号电流Ii，(4)计算定子绕组对地电阻RfRf=N2UBIi]]>当Rf小于整定值Rset时，电路保护机构动作。
所述的发电机定子接地保护方法，其进一步的特征为所述注入低频信号频率fs＝10～40Hz，并联所述电抗器后，以自适应方式微调fs数值，使得测量得到的UB和Ii相位保持一致，以保证L=13Ws2CN2]]>等式成立。
本发明的又一种发电机定子接地保护方法，定子绕组中性点经消弧线圈接地，在消弧线圈内部的电压互感器或中性点零序电压互感器或机端零序电压互感器副边注入低频信号，其特征为(1)注入低频信号角频率Ws，应使得下述等式尽量成立L=13Ws2C]]>其中L为消弧线圈原边的电感量，C为单相定子绕组对地电容，(2)测量电压互感器副边两端注入信号产生的电压UB及注入电压互感器的信号电流Ii，(3)计算定子绕组对地电阻RfRf=N2UBIi]]>式中N为消弧线圈变比，当Rf小于整定值Rset时，电路保护机构动作。
所述的发电机定子绕组接地保护方法，其进一步的特征在于(1)当注入低频信号频率fs接近或等于工频时，选择注入低频信号频率fs为0.7～0.95fi或1.05～1.3fi，使发电机定子回路存在很大的恒定对地电抗XiXi=WsL1-3Ws2CL]]>fi为发电机零序回路谐振频率，(2)测量电压互感器副边两端注入信号产生的电压UB及注入电压互感器的信号电流Ii之间的相位差αα=arctg(RfXi)]]>当α小于整定值αset时，电路保护机构动作。αset=arctg(Rsetxi)]]>本发明采用外加电抗器补偿定子绕组对地容抗，并跟踪定子绕组的绝缘老化、对地电容的变化，调整注入信号频率，采用注入谐振频率或接近谐振频率的信号，使定子绕组对地容抗始终得到补偿，消除或者大大削弱定子绕组对地电容对信号测量的影响，提高了发电机定子接地保护灵敏度，尤其适用于大型水轮发电机定子绕组高阻接地保护，也可适用于发电机转子接地保护。
图1为定子绕组中性点经高阻接地发电机外加电抗注入信号接地保护方法接线示意图。
图2为图1的等效电路。
图3为定子绕组中性点经消弧线圈接地发电机注入信号保护方法接线示意图。
图4为图3的等效电路。
以下结合附图对本发明的方法进一步说明。
图1和图2中，定子绕组A、B、C相中性点经接地变压器D接地，为弥补定子绕组对地电容3C的影响，在接地变压器D二次侧接地电阻R0两端并联一电抗器L，其电感量大小为L=13Ws2CN2=112π2fs2CN2----(1)]]>其中3C为定子绕组对地电容，Ws为注入信号角频率，fs为注入信号频率，N为接地变压器变比。通过信号源Es注入信号，其频率范围fs＝10～40Hz，相对于工频信号(f0＝50Hz)，外加电抗器的感抗与定子绕组对地容抗之比XLXC=3N2W02LC=W02Ws2=f02fs2----(2)]]>由(2)式看出注入信号频率越低，二者比值越大，外加电抗器对系统正常运行的影响越小。考虑信号源的制作、电抗器的选取，通常可取注入信号频率fs为10～20Hz。定子绕组回路对地电阻Rf可通过计算机CPU经分压电阻R测量L两端注入信号产生的电压UB、经电流互感器TA测量注入电流Ii，经过计算得到Rf=N2UBIi----(3)]]>图2中，Re为信号源Es内阻，3C为定子绕组对地电容，其他标识同图1。
图3和图4表示定子绕组A、B、C相中性点经消弧线圈G接地，为防止发电机过电压、更好的减小接地故障残流，消弧线圈一般运行在欠补偿5～10％，则发电机零序回路谐振频率fi=f01-ν----(4)]]>式中f0为系统工作频率50Hz，ν为脱谐度。当ν＝5～10％时，fi＝48.7339～47.43416。
为了补偿定子绕组对地电容3C，注入信号频率应尽量接近谐振频率，这样流过消弧线圈的电感电流尽量补偿流过定子绕组的电容电流，减小了电容电流的影响，提高保护精度。通过信号源Es注入谐振频率信号，则通过CPU经分压电阻测量消弧线圈副边注入信号的电压UB、经电流互感器TA测量注入信号的电流Ii，由(3)式计算定子绕组对地电阻Rf，进行接地保护。
图4中，Re为信号源Es内阻，其地标识同图3，但当注入信号频率接近工频时，注入信号可能检测困难，为此，采用改变注入信号频率，测量UB和Ii的相位差α，进行接地保护。通常相位的测量比幅值的测量具有更高的精度，尤其对于低频信号，其周期长，采用计数器测量相位差，计数位数多，精度高，选择注入信号频率fs为0.7-0.95fi或1.05-1.3fi，使发电机定子回路存在一个很大的恒定对地电抗XiXi=WsL1-3Ws2CL----(5)]]>这样发电机由正常运行(泄露电阻作用)到接地故障，消弧线圈电压互感器两端的信号电压UB及信号电流Ii之间的夹角α发生明显变化。α=arctg(RfXi)----(6)]]>无故障时，α接近90°，发生接地故障时，Rf变小，α变小，表1列出α与故障接地电阻Rf之间的关系，可看出相位差随接地电阻变化明显
根据Rf的整定值计算对应的α值，当信号电压与信号电流的相位差α测量值小于整定值时保护动作，如表1中，整定值Rf为10kΩ，对应α为71.17°，当测量值小于71.17°时保护动作。
权利要求
1.一种发电机定子接地保护方法，定子绕组中性点经高阻接地，在接地变压器二次侧接地电阻上注入低频信号，其特征为(1)所述接地变压器二次侧接地电阻上并联一电抗器，其电感量为L=12Ws2CN2]]>其中N为接地变压器变比，C为单相定子绕组对地电容，Ws为注入信号角频率，(2)从接地电阻两端注入低频信号，其角频率为Ws，(3)测量所述电抗器两端注入信号产生的电压UB及注入接地变压器和所述电抗器的信号电流Ii，(4)计算定子绕组对地电阻RfRf=N2UBIi]]>当Rf小于整定值Rset时，电路保护机构动作。
2.如权利要求1所述的发电机定子接地保护方法，其特征为所述注入低频信号频率fs＝10～40Hz，并联所述电抗器后，以自适应方式微调fs数值，使得测量得到的UB和Ii相位保持一致，以保证L=13Ws2CN2]]>等式成立。
3.一种发电机定子接地保护方法，定子绕组中性点经消弧线圈接地，在消弧线圈内部的电压互感器或中性点零序电压互感器或机端零序电压互感器副边注入低频信号，其特征为(1)注入低频信号角频率Ws，应使得下述等式尽量成立L=13Ws2C]]>其中L为消弧线圈原边的电感量，C为单相定子绕组对地电容，(2)测量电压互感器副边两端注入信号产生的电压UB及注入电压互感器的信号电流Ii，(3)计算定子绕组对地电阻RfRf=N2UBIi]]>式中N为消弧线圈变比，当Rf小于整定值Rset时，电路保护机构动作。
4.如权利要求3所述的发电机定子绕组接地保护方法，其特征在于(1)当注入低频信号频率fs接近或等于工频时，选择注入低频信号频率fs为0.7～0.95fi或1.05～1.3fi，使发电机定子回路存在很大的恒定对地电抗XiXi=WsL1-3Ws2CL]]>fi为发电机零序回路谐振频率，(2)测量电压互感器副边两端注入信号产生的电压UB及注入电压互感器的信号电流Ii之间的相位差αα=arctg(RfXi)]]>当α小于整定值αset时，电路保护机构动作。αset=arctg(Rsetxi)]]>
全文摘要
发电机定子接地保护方法,在接地变压器二次侧的接地电阻上并联电抗器,对其注入谐振频率信号;或从消弧线圈内部电压电感器注入谐振频率信号,测量注入信号电压电流比,进行保护;如谐振频率f
文档编号H02H7/06GK1265532SQ0011445
公开日2000年9月6日 申请日期2000年3月30日 优先权日2000年3月30日
发明者尹项根, 陈德树, 曾祥君, 张哲 申请人:华中理工大学