CN104215867A - 励磁变压器低压侧单相接地故障在线识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种励磁变压器低压侧单相接地故障在线识别方法，使用切换采样式转子接地保护方法实时监测发电机转子绕组及其相连回路的对地绝缘，当励磁回路发生接地故障时，计算出接地故障相对位置，若接地位置值在50%附近，且励磁绕组正、负端对地电压的基波有效值最大值与励磁电压的比值超过设定值时，则认为励磁变压器低压侧发生了单相接地故障。

Description

励磁变压器低压侧单相接地故障在线识别方法

技术领域

本发明涉及一种励磁变压器低压侧单相接地故障在线识别方法及采用该方法的装置。

背景技术

发电机转子绕组及其相连回路（简称励磁回路）接地故障是发电机组最为常见的故障形式之一。由于励磁回路的复杂性，发生一点接地故障后，需要排查的环节比较多，接地故障点位置测量功能可减少排查工作量，缩短故障排查时间。切换采样式转子接地保护原理（也称为乒乓式原理）在现场得到广泛应用，该原理不仅能够检测转子绕组本体的绝缘下降，其检测范围还包括转子绕组至可控硅之间的电缆、转子绕组至保护之间的电缆、碳刷、集电环等部位。当励磁变压器低压侧发生接地故障时，在一个工频周期内，转子绕组的正端和负端各有三分之一的时间接地，切换采样式转子接地保护原理也可以检测到对地绝缘电阻值的下降，并且计算出的接地位置值在50%左右波动，可能会误导现场人员接地故障排查的方向。

发明内容

本发明的目的是：提供一种励磁变压器低压侧单相接地故障在线识别方法，以帮助电厂人员快速排查故障。

本发明采取的技术方案是：励磁变压器低压侧单相接地故障在线识别方法，使用切换采样式转子接地保护方法实时监测发电机转子绕组及其相连回路（简称励磁回路）的对地绝缘，当励磁回路发生接地故障时，计算出接地故障相对位置，若接地位置值在50%附近，且励磁绕组正、负端对地电压的基波有效值最大值与励磁电压的比值超过设定值时，则认为励磁变压器低压侧发生了单相接地故障。

进一步的，保护装置使用切换采样式转子接地保护方法实时监测励磁回路的对地绝缘，当励磁回路发生接地故障时，计算得到接地电阻值R_g和接地故障相对位置α，R_g.set为转子一点接地电阻定值，若R_g＜R_g.set，且|α-50%|＜Δα_set，Δα_set取5%～10%，此时若励磁绕组正、负端对地电压的基波有效值（工频交流幅值）最大值与励磁电压的一定比值超过设定值k_set时，则认为励磁变压器低压侧发生了单相接地故障。

进一步的，采用全波傅立叶算法计算励磁绕组正、负端对地电压的工频交流幅值U_{r+_1ω}和U_{r-_1ω}，若满足：

max{U_{r+_1ω},U_{r-_1ω}}＞k_setU_r,k_set＝0.1～0.6②

则励磁变压器低压侧发生了单相接地故障；U_r为励磁电压，由切换采样式转子接地保护装置内的采样电阻测量。

装置使用切换采样式转子接地保护原理实时监测励磁绕组的对地绝缘，当检测到接地故障时，计算得到接地电阻值R_g和接地位置α，若R_g＜R_g.set，且|α-50%|＜Δα_set，Δα_set取5%～10%，此时励磁绕组正、负端对地电压的基波有效值最大值与励磁电压的比值超过设定值k_set，k_set取0.1～0.6，则认为励磁变压器低压侧发生了单相接地故障。

本发明的理论基础：励磁变压器低压侧发生单相接地故障时，切换采样式转子接地保护原理计算的接地位置为50%，并且励磁绕组正、负端对地电压含有幅值较大的工频交流分量；而励磁绕组接地故障时，励磁绕组正、负端对地电压中几乎没有工频交流分量，利用此特征即可区分励磁变压器低压侧单相接地故障和励磁绕组一点接地故障。

如图1所示，当励磁变压器低压侧B相接地故障时，当可控硅V3导通时，相当于转子绕组正端接地；当可控硅V4导通时，相当于转子绕组负端接地，在一个工频周期内，转子绕组的正端和负端各有三分之一的时间接地。如图2所示的电子开关S1和S2同时切换，切换采样回路存在两种状态，将S1处于合位、S2处于分位定义为状态1，将S2处于合位、S1处于分位定义为状态2。下面以状态1为例进行分析，状态2的情况类似。

状态1情况下，未发生励磁变压器低压侧单相接地故障时，转子绕组正端对地电压U_r+和负端对地电压U_r-分别为：

$U_{r+}=\frac{U_r}{3}$

$U_{r\_}=-\frac{{2U}_r}{3}$

状态1情况下，当可控硅V3导通时，转子正端接地，转子绕组正端对地电压和负端对地电压分别为：

$U_{r+}^{\′}=\frac{U_r}{3+\frac{2R}{R_g}}$

$U_{r-}^{\′}=-\frac{{2U}_r}{2+\frac{R_g}{R+R_g}}$

和的波形分别为如图3和图4所示，均含有明显的工频交流分量。

当可控硅V4导通时，转子绕组负端接地，分析过程类似。

可见，励磁变压器低压侧单相接地故障时，转子绕组正、负端对地电压中均含有一定的工频交流分量。

本发明的有益效果是：能准确识别励磁变压器低压侧单相接地故障，大大节省故障排查时间，判据简单可靠，易于实现。

附图说明

图1是应用本发明的6脉动桥式全控整流励磁系统，励磁变压器低压侧B相接地的示意图，V1～V6为可控硅。

图2是本发明切换采样式转子接地保护原理示意图，S1和S2为电子开关，R_g为转子绕组对地绝缘电阻，U_r为转子电压，α为接地相对位置，R为切换采样回路电阻。

图3是本发明状态1时正端接地情况下的转子绕组正端对地电压，T为工频周期，R_g为转子绕组对地绝缘电阻，U_r为转子电压，R为切换采样回路电阻。

图4是本发明状态1时负端接地情况下的转子绕组负端对地电压，T为工频周期，R_g为转子绕组对地绝缘电阻，U_r为转子电压，R为切换采样回路电阻。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明：以使用切换采样式转子接地保护原理（参见“陈俊，王光，严伟等.关于发电机转子接地保护几个问题的探讨[J].电力系统自动化，2008，32（1）：90-92.”）为例，如图2所示，切换图中S1、S2电子开关，得到相应的回路方程，通过求解方程，可以得到励磁绕组对地电阻R_g和接地位置α。U_r为转子电压（发电机绕组）。

正常运行时，励磁绕组对地绝缘良好，励磁绕组对地电阻R_g很大，接地位置为默认值。当发生励磁回路接地故障时，励磁绕组对地绝缘下降，装置计算出接地电阻R_g和接地位置α。

如果故障时R_g和α分别满足：

$\{\begin{array}{c}{R}_g<R_{g\&CenterDot;\mathrm{set}}\\ |\mathrm{\&alpha;}-50\%|<\mathrm{\&Delta;}{\mathrm{\&alpha;}}_{\mathrm{set}},{\mathrm{\&Delta;\&alpha;}}_{\mathrm{set}}=5\%~10\%\end{array}$ ①

式中，R_g.set为转子一点接地电阻定值，依机组实际冷却方式整定。

此时，接地故障点可能位于转子绕组接地位置α处，也可能位于励磁变压器低压侧。为进一步确定故障点位置，采用全波傅立叶算法计算励磁绕组正、负端对地电压的工频交流幅值U_{r+_1ω}和U_{r-_1ω}，若满足：

max{U_{r+_1ω},U_{r-_1ω}}＞k_setU_r,k_set＝0.1～0.6②

则认为，励磁变压器低压侧发生了单相接地故障。U_r为励磁电压，由切换采样式转子接地保护装置内的采样电阻测量。

本发明方法能够准确识别励磁变压器低压侧单相接地故障，大大节省故障排查时间，并且判据简单可靠，易于实现。

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等同替换或改动，并不超出本发明保护范围。

Claims (4)

1.励磁变压器低压侧单相接地故障在线识别方法，其特征是：使用切换采样式转子接地保护方法实时监测发电机转子绕组及其相连回路的对地绝缘，当励磁回路发生接地故障时，计算出接地故障相对位置，若接地位置值在50%附近，且励磁绕组正、负端对地电压的基波有效值最大值与励磁电压的比值超过设定值时，则认为励磁变压器低压侧发生了单相接地故障。

2.根据权利要求1所述的励磁变压器低压侧单相接地故障在线识别方法，其特征是：保护装置使用切换采样式转子接地保护方法实时监测励磁回路的对地绝缘，当励磁回路发生接地故障时，计算得到接地电阻值R_g和接地故障相对位置α，R_g.set为转子一点接地电阻定值，若R_g＜R_g.set，且|α-50%|＜Δα_set，Δα_set取5%～10%，此时若励磁绕组正、负端对地电压的基波有效值最大值与励磁电压的一定比值超过设定值k_set时，则认为励磁变压器低压侧发生了单相接地故障。

3.根据权利要求2所述的励磁变压器低压侧单相接地故障在线识别方法，其特征是：采用全波傅立叶算法计算励磁绕组正、负端对地电压的工频交流幅值U_{r+_1ω}和U_{r-_1ω}，若满足：

max{U_{r+_1ω},U_{r-_1ω}}＞k_setU_r,k_set＝0.1～0.6②

则励磁变压器低压侧发生了单相接地故障；U_r为励磁电压，由切换采样式转子接地保护装置内的采样电阻测量。

4.根据权利要求2所述的励磁变压器低压侧单相接地故障在线识别方法，其特征是：励磁回路的接地电阻计算值R_g小于R_g.set。