CN106918783B - 大型凸极发电机定子单相接地故障的定位方法 - Google Patents

Abstract

一种大型凸极发电机定子单相接地故障的定位方法，所述方法包括以下步骤：a.测量故障发电机的三相电压以及零序电压；b.比较三相电压的幅值，将电压最低相判别为故障相；c.利用发电机的三相电压计算故障相电势；d.计算零序电压突变量，并计算零序电压突变量和故障相电势间的相位角；e.计算故障点接地电阻；f.利用故障点接地电阻和零序电压突变量确定故障点位置。本发明利用零序电压的相位特征计算故障点接地电阻，进而确定故障点的位置，该方法能够在各种中性点接地方式下，实现大型凸极发电机定子单相接地故障的精确定位，可为故障的快速检修提供可靠的参考信息。此外，本发明对于未装设注入式保护的机组同样适用，无需增加设备投资，应用范围广。

Description

大型凸极发电机定子单相接地故障的定位方法

技术领域

本发明涉及一种用于对大型凸极发电机定子单相接地故障点进行准确定位的方法，属于发电机技术领域。

背景技术

大型凸极发电机对地分布电容较大，定子绕组单相接地故障可能造成定子铁芯灼伤或发展成更严重故障。对定子单相接地故障进行精确定位有助于扩展保护功能，并为故障的快速检修提供参考信息。

目前，许多学者对大型凸极发电机定子单相接地故障的定位方法进行了研究，取得了一定的研究成果。比如基于零序电压幅值的故障定位方法，该方法受中性点运行方式和接地点过渡电阻的影响较大，不能实现故障的准确定位；党晓强、刘俊勇、杨可等利用行波信号实现定子单相接地故障的定位，但行波信号测量困难，且定位精度受故障时刻和故障点过渡电阻影响较大；毕大强、王祥珩、李德佳等利用注入式定子接地保护和零序电压幅值特征实现故障定位，该方法首先利用注入信号计算接地电阻，再根据零序电压幅值计算故障点位置，其缺点是仅适用于装设注入式定子接地保护的机组，应用范围受限。

总之，现有的大型凸极发电机定子单相接地故障定位方法大多只考虑零序电压幅值分量，忽略了故障后相位特征的变化，存在着定位精度低、适用范围窄等缺陷，还有待进一步进行研究。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种大型凸极发电机定子单相接地故障的定位方法，以提高凸极发电机定子单相接地故障的定位精度，为故障的快速检修提供可靠的参考信息。

本发明所述问题是以下述技术方案实现的：

一种大型凸极发电机定子单相接地故障的定位方法，所述方法包括以下步骤：

a.测量故障发电机的机端三相电压和以及零序电压

b.比较三相电压的幅值，将电压最低相判别为故障相；

c.利用发电机的三相电压计算故障相电势

d.利用故障后的零序电压和正常运行时的零序电压计算零序电压突变量并计算零序电压突变量和故障相电势间的相位角φ_m；

e.根据零序电压突变量和故障相电势间的相位角φ_m与故障点接地电阻R_f的关系：

φ_m＝180°-arg(R_f/Z+1+jωC_GΣR_f)

计算出故障点接地电阻R_f，式中：Z为发电机中性点的接地阻抗，其数值与发电机中性点接地方式有关；C_GΣ为发电机三相对地的总电容；

f.利用故障点接地电阻R_f和零序电压突变量确定故障点位置，用α表示故障位置到中性点的定子绕组匝数占绕组总匝数的百分比，则：

上述大型凸极发电机定子单相接地故障的定位方法，利用发电机的三相电压计算故障相电势的方法如下：

若A相为故障相，则

若B相为故障相，则

若C相为故障相，则

本发明利用零序电压的相位特征计算故障点接地电阻，进而确定故障点的位置，该方法能够在各种中性点接地方式下，实现大型凸极发电机定子单相接地故障的精确定位，可为故障的快速检修提供可靠的参考信息。此外，本发明所用电气量信号均为工频信号，对于未装设注入式保护的机组同样适用，无需增加额外一次设备投资，应用范围广。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明。

图1是发电机定子单相接地故障原理图；

图2是大型凸极发电机定子单相接地故障定位装置示意图。

图中各标号分别表示为：1、发电机，2、电压互感器，3、发电机保护装置。

文中所用各符号的意义：α表示故障位置到中性点的定子绕组匝数占绕组总匝数的百分比；C_A、C_B和C_C分别表示发电机A、B、C三相定子绕组的对地电容；C_GΣ表示发电机三相对地的总电容；和分别表示发电机定子A、B、C三相的电动势；为故障相电势；为故障点到中性点的绕组电动势；为故障点的接地电流；R_f为故障点接地电阻；Z表示中性点的接地阻抗；和分别表示发电机机端三相电压；φ_m表示故障相电势的相位角；表示零序电压；表示发电机故障后的零序电压；表示发电机正常运行时的零序电压；表示零序电压突变量。

具体实施方式

本发明提出了一种利用零序电压相位特征计算故障电阻，进而对大型凸极发电机的定子单相接地故障进行定位的方法。本方法无需额外增加硬件设备，仅利用已有的发电机端电压互感器和发电机保护装置即可实现接地故障的准确定位。

假设发电机A相定子绕组发生了接地故障，α表示故障位置到中性点的定子绕组匝数占绕组总匝数的百分比。图中，C_A、C_B和C_C分别表示发电机A、B、C三相定子绕组的对地电容，为简化分析假设发电机的分布电容集中在机端处。 和分别表示发电机定子A、B、C三相的电动势；为故障点到中性点的绕组电动势，为故障点的接地电流。R_f为故障点接地电阻；Z表示中性点的接地阻抗，其数值与发电机中性点接地方式有关。

故障定位方法如下：

步骤1：利用发电机端电压互感器测量机端三相电压和和零序电压

步骤2：比较三相电压幅值，电压最低相判别为故障相；

步骤3：利用机端三相电压计算故障相电势以A相绕组发生了接地故障为例，可由计算得到；

步骤4：利用故障后的零序电压和正常运行时的零序电压计算零序电压突变量并计算零序电压突变量和故障相电势间的相位角φ_m；

步骤5：利用φ_m计算故障点接地电阻R_f：

大型凸极发电机定子绕组每分支匝数较多，定子绕组每分支匝数和每极每相槽数为数倍的关系，因此故障点到中性点的绕组电动势与故障相电势的相角差很小，忽略绕组电动势与故障相电势的相角差，可得故障点到中性点的绕组电动势与故障相电势的关系近似为：其中α为故障位置到中性点的定子绕组匝数占总匝数的百分比。

定子绕组单相接地故障后，零序电压突变量的表达式为：

式中C_GΣ——发电机三相对地的总电容；

零序电压突变量与故障相电势的相位角φ_m之间存在以下关系：

将式(1)代入式(2)可得：

对于大型凸极发电机，φ_m的大小仅与中性点接地阻抗、定子绕组总对地容抗和接地电阻有关，式(3)中仅有故障点接地电阻R_f为未知量，由此可以求得R_f的值。不同中性点接地方式时，故障点接地电阻R_f可由式(4)～(6)表示：

◆中性点不接地时，故障点接地电阻R_f为：

◆中性点经高阻Z＝R_N接地时，故障点接地电阻R_f为：

◆中性点经消弧线圈Z＝X_L接地时，故障点接地电阻R_f为：

步骤6：利用故障点接地电阻R_f和零序电压突变量代入式(1)，即可确定故障点位置：

大型凸极发电机定子单相接地故障定位装置示意图如图2所示，该装置包括发电机1，电压互感器2和发电机保护装置3。故障点接地电阻计算的实现方法为：利用电压互感器2测量发电机机端三相电压和零序电压后，首先利用低电压选相方法选出故障相，然后计算零序电压突变量和故障相电势最后代入公式(2)～(6)计算出故障点接地电阻R_f。

与现有技术相比，本发明具有以下特点：

1.传统定子接地故障定位研究主要考虑零序电压幅值分量，忽略了故障后相位特征的变化，本发明首次提出了利用零序电压相位特征计算接地电阻的方法。

2.该方法适用于各种中性点接地方式，高阻接地故障时也能准确计算接地电阻，实现故障定位。

3.该方法所有电气量信号均为工频信号，对于未装设注入式保护的机组同样适用，无需增加额外一次设备投资。

Claims (2)

1.一种大型凸极发电机定子单相接地故障的定位方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：

a.测量故障发电机的三相电压和以及零序电压

b.比较三相电压的幅值，将电压最低相判别为故障相；

c.利用发电机的三相电压计算故障相电势

d.利用故障后的零序电压和正常运行时的零序电压计算零序电压突变量并计算零序电压突变量和故障相电势间的相位角φ_m；

e.根据零序电压突变量和故障相电势间的相位角φ_m与故障点接地电阻R_f的关系：

φ_m＝180°-arg(R_f/Z+1+jωC_GΣR_f)

计算出故障点接地电阻R_f，式中：Z为发电机中性点的接地阻抗，其数值与发电机中性点接地方式有关；C_GΣ为发电机三相对地的总电容；

f.利用故障点接地电阻R_f和零序电压突变量确定故障点位置，用α表示故障位置到中性点的定子绕组匝数占绕组总匝数的百分比，则：

2.根据权利要求1所述的一种大型凸极发电机定子单相接地故障的定位方法，其特征是，利用发电机的三相电压计算故障相电势的方法如下：

若A相为故障相，则

若B相为故障相，则

若C相为故障相，则