CN102426316A

CN102426316A - 一种发电机定子绕组单相接地故障定位方法

Info

Publication number: CN102426316A
Application number: CN2011102452936A
Authority: CN
Inventors: 陈俊; 严伟; 沈全荣; 张琦雪; 王光; 李华忠
Original assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Current assignee: NR Electric Co Ltd; NR Engineering Co Ltd
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2011-08-25
Publication date: 2012-04-25
Anticipated expiration: 2031-08-25
Also published as: WO2013026276A1; CN102426316B

Abstract

本发明公开一种发电机定子绕组单相接地故障定位方法，包括如下步骤：（1）采集发电机机端电压互感器三相电压，求得自产零序电压；（2）计算前述三相电压和自产零序电压的基波幅值，比较三相电压的大小，其中电压最低的一相即为接地故障相；（3）计算前述接地故障相的接地过渡电阻值，得到接地故障处与中性点的位置关系，从而确定接地故障位置。此种定位方法无需借助注入式定子接地保护，仅需发电机三相电压即可计算得到故障位置，操作简单，效率高，便于现场故障排查。

Description

一种发电机定子绕组单相接地故障定位方法

技术领域

本发明属于电力系统领域，特别涉及一种发电机定子绕组单相接地故障定位方法和相应的继电保护装置或监测装置。

背景技术

对发电机定子绕组单相接地故障进行故障定位，有利于尽早发现和排除故障。然而，目前，现场应用的发电机定子接地保护还不具备故障定位功能。

近年来，国内同行提出了利用注入式定子接地保护测量出接地过渡电阻值，再结合中性点零序电压进行接地故障定位的方法。该方法需要专门配置注入式定子接地保护及其辅助设备，而现场装设注入式定子接地保护的机组并不多，因此，目前还难以推广应用。

针对以上现状，本发明人对定子故障判断定位方法进行研究改进，本案由此产生。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种发电机定子绕组单相接地故障定位方法，其无需借助注入式定子接地保护，仅需发电机三相电压即可计算得到故障位置，操作简单，效率高，便于现场故障排查。

为了达成上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种发电机定子绕组单相接地故障定位方法，包括如下步骤：

(1)采集发电机机端电压互感器三相电压，求得自产零序电压；

(2)计算前述三相电压和自产零序电压的基波幅值，比较三相电压的大小，其中电压最低的一相即为接地故障相；

(3)计算前述接地故障相的接地过渡电阻值，得到接地故障处与中性点的位置关系，从而确定接地故障位置。

上述步骤(3)中，根据定子单相接地故障相的接地过渡电阻值、机端自产零序电压和故障相电动势求得定子单相接地故障的位置，所述接地故障位置的方程为：

α = \frac{U_{n 0}}{E_{X}} \times \sqrt{{(\frac{r_{f}}{R_{N}} + 1)}^{2} + {(\frac{r_{f}}{X_{C}})}^{2}};

其中，

U_n0为发电机中性点零序电压幅值，可取三相自产零序电压幅值替代；

E_X为故障相电动势，以发电机的额定相电压计算；

R_N即发电机中性点接地变压器二次负载电阻折算到一次侧的电阻值；

r_f为故障相定子接地过渡电阻值；

X_C为定子三相对地总电容的容抗。

上述步骤(1)中，设三相电压分别为

则自产零序电压

的表达式为

上述步骤(2)中，利用全周傅里叶算法求得三相电压和自产零序电压的基波幅值。

采用上述方案后，本发明通过检测发电机机端三相电压，根据最低电压相确定接地故障相，然后将三相电压均用故障相的电动势表示，通过比较三相电压的平方差，从而求得定子绕组接地故障过渡电阻值和接地故障位置。本发明无需借助注入式定子接地保护，由发电机三相电压即可计算出发电机定子绕组单相接地故障位置，便于现场故障排查，具有广泛的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明中以定子绕组A相经过渡电阻接地故障示意图；

R_N为发电机中性点接地变压器二次负载电阻折算到一次侧的电阻值，r_f为定子接地过渡电阻值，C_g.∑为发电机定子对地电容值，

为发电机中性点零序电压，α为定子接地故障位置值(以百分比表示，为故障点到中性点的匝数占一相串联总匝数的百分比)，

和

分别为发电机定子A、B、C三相的电动势；

图2为某700MW水电机组A相单相接地故障时的机端三相电压波形；

图3为某700MW水电机组A相单相接地故障时，式(9)计算的k值；

图4为某700MW水电机组A相单相接地故障时，式(10)计算的过渡电阻r_f值；

图5为某700MW水电机组A相单相接地故障时，式(11)计算的定子接地故障位置α值。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的技术方案进行详细说明。

如图1所示，本发明提供一种发电机定子绕组单相接地故障定位方法，包括如下步骤：

(1)采集发电机机端电压互感器三相电压和利用下式求得自产零序电压

(2)采用全周傅立叶算法求得前述三相电压

和自产零序电压

的基波幅值，比较三相电压的大小，由于发电机中性点一次接地电阻值(接地变压器二次负载电阻折算到一次侧的电阻)小于等于三相对地总容抗值，因此当定子单相接地故障时，故障相的电压最低，由此可判断出接地故障相；

(3)假设定子绕组A相为接地故障相，其经过渡电阻r_f接地，则以下将求解接地过渡电阻。

由图1可得：

其中，R_N为发电机中性点接地变压器二次负载电阻折算到一次侧的电阻值，r_f为定子接地过渡电阻值，C_g.∑为发电机定子对地电容值，

和

分别为发电机定子A、B、C三相的电动势。

令

则由式(2)可得：

其中，X_C为定子三相对地总电容的容抗。

令

A = \frac{α (\frac{r_{f}}{R_{N}} + 1)}{{(\frac{r_{f}}{R_{N}} + 1)}^{2} + {(\frac{r_{f}}{X_{C}})}^{2}},

B = \frac{α (\frac{r_{f}}{X_{C}})}{{(\frac{r_{f}}{R_{N}} + 1)}^{2} + {(\frac{r_{f}}{X_{C}})}^{2}}

将机端三相电压用故障相(A相)电动势

表示，则机端三相电压为：

其中，

和

分别为发电机机端A、B、C三相电压。

计算三相电压两两平方差：

令

式(7)与式(8)相除，得：

则接地过渡电阻r_f为：

r_{f} = \frac{\sqrt{3}}{\frac{(\frac{2}{k} - 1)}{X_{C}} - \frac{\sqrt{3}}{R_{N}}} - - - (10)

(4)将接地过渡电阻值r_f(也即式(10)的表达式)代入式(3)，可得接地故障位置α：

α = \frac{U_{n 0}}{E_{A}} \times \sqrt{{(\frac{r_{f}}{R_{N}} + 1)}^{2} + {(\frac{r_{f}}{X_{C}})}^{2}} - - - (11)

其中，U_n0为发电机中性点零序电压幅值，可取式(1)计算的三相自产零序电压幅值替代，E_A为A相电动势，以发电机的额定相电压计算。

定子绕组B相接地和C相接地时的接地电阻和接地位置求解过程与A相接地类似，不再赘述。

以下将结合某电厂一台700MW水轮发电机的具体定子接地故障情况，说明本发明的具体实施方式。

某水电厂700MW机组定子三相对地总容抗XC为293.82Ω，发电机中性点折算到一次的接地电阻值RN为295.07Ω，额定相电压为57.2V，发生了一次A相经过渡电阻单相接地故障，定子接地保护正确动作并且记录下了故障时的电压波形。

保护动作时的三相电压波形如图2所示，实线波形为电压原始波形，虚线为电压幅值，A相电压幅值最低，因此，可以判断故障相为A相。

由式(9)可求得k值，如图3所示。

再将k、R_N和X_C一起代入式(10)即可求得单相接地过渡电阻值r_f，如图4所示。

将r代入式(11)即可求得单相接地故障位置α，如图5所示，接地故障位置约为23％～26.5％之间。

根据现场故障点排查情况大致估算的接地位置为距中性点26％左右的位置，与图5的计算结果基本吻合。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。