CN108490304A - 发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法 - Google Patents

Abstract

发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，该方法首先在发电机机端模拟单相接地故障，计算出特征参数；然后根据定子绕组联接图，计算出各线棒的基波电压相量、各线棒末端的基波电压相量；接着当实际发生定子绕组单相接地故障时，测量并计算发电机机端三相基波电压、零序电压，判别故障相；设各线棒末端发生接地故障，计算这些故障条件下的基波零序电压，与实际故障的基波零序电压进行比较，判别故障位置。该方法实测参数的工作量较少，易于实施，方法准确。

Description

发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法

技术领域

本发明涉及电力系统大型同步发电机的继电保护、故障分析及事故检修，尤其涉及大型同步发电机的定子绕组单相接地保护、定子绕组单相接地故障的故障分析及事故检修技术。

背景技术

定子绕组单相接地故障是电力系统大型同步发电机的常见故障，由于大型同步发电机大多采用中性点经过接地变压器及负载电阻的接地方式简称高阻接地方式，或者消弧线圈接地方式，定子绕组单相接地故障时不会产生很大的故障电流。但是，定子绕组单相接地故障往往是发电机定子绕组短路故障、定子绕组分支开焊故障的先照，而且定子绕组单相接地故障之后，非故障相电压升高，且存在重燃弧过电压的风险，不利于发电机安全运行，有可能导致事故扩大。更重要的是，如果定子绕组单相接地故障的位置在定子绕组内部，故障电流有可能伤及定子铁心，如果定子铁心烧损严重，则可能导致定子铁心难以修复甚至报废，损失巨大。所以目前大型同步发电机均投入定子接地保护，一旦发现定子绕组单相接地故障，保护均在短时间内动作，跳闸停机。关于定子单相接地故障以及保护，在一些专业书籍上均有详细地论述，比如可以参见《电气主设备继电保护原理与应用(第二版)》王维俭编著，中国电力出版社，2002年版。

定子绕组单相接地故障之后需要尽快检修，修复故障。常规的做法是，先解开发电机与机端母线的联接，通过高压绝缘电阻表测量绝缘状况，分别测量发电机这一侧的三相定子绕组对地绝缘和机端母线这一侧的三相导体对地绝缘，确定故障在发电机内部还是外部。如果故障在定子绕组内部，再解开定子绕组各个分支绕组，继续逐一测量各个分支绕组的对地绝缘，确定故障分支。找到故障分支之后，再解开这个故障分支定子绕组的各个线棒，继续逐一测量这些线棒的对地绝缘，找到故障线棒，即确定了故障槽位置，将故障槽内的线棒取出，修复故障点。这个传统的检修过程时间很长，尤其是大型水轮发电机，定子槽数多达几百槽，检修时间越长，这台发电机的发电量损失也就越大。如何快速地定位故障点，是电厂用户非常关心的问题。

除了上述的常规做法之外，已有一些定子绕组单相接地故障位置定位的方法，主要有两种方法。一种是专利ZL200410006176.4《发电机定子绕组单相接地的保护及故障定位方法》公开的方法，另一种方法参见论文《不依赖注入式原理的定子单相接地故障定位方法》，陈俊、刘梓洪、王明溪等著，《电力系统自动化》2013年04期。

第一种方法，依赖于注入式定子接地保护，以发电机中性点接地变压器T型等值电路为基础，计算求得接地故障过渡电阻阻值，然后实测发电机机端三相基波电压和基波零序电压，结合等值电路计算出接地故障位置。该方法的优点是理论上计算比较准确；缺点是严重依赖参数的准确性，这些参数包括了发电机定子侧三相对地电容参数、中性点接地变压器T型等值电路参数、负载电阻参数、接地故障过渡电阻阻值参数。实际应用时，如果使用设备厂商提供的参数则计算误差比较大，如果是实测数据，则实测的工作量很大，包括了三相对地电容参数的实测，中性点接地变压器T型等值电路参数的实测需要分别测短路阻抗和激磁阻抗，负载电阻的实测；此外，当发生靠近机端且较为严重的接地故障时，由于注入式定子接地保护测量的电压、电流信号中同时有较大的工频分量，会导致注入式定子接地保护实测的接地过渡电阻阻值不准确。另外，没有注入式定子接地保护的场合下，比如发电机中性点不接地或者经消弧线圈接地方式，该方法也不能应用。这些因素都限制了该方法的应用。

第二种方法，实测发电机机端三相基波电压和基波零序电压，然后根据简化的等值公式进行计算，得到接地故障位置。该方法的优点是不需要注入式定子接地保护测量的接地过渡电阻阻值，不需要接地变压器的T型等值电路参数，在计算过程中，充分利用三相基波电压、基波零序电压的相量关系，实质上也能计算出接地过渡电阻阻值，从而最终得到接地故障位置。该方法的缺点是公式过于简化，省略了接地变压器T型等值参数就引入了计算误差，特别是当接地变压器与理想变压器相差较大、相关的T型等值参数不能忽略的情况下，计算结果存在一定误差。

除此之外，理论分析表明，发电机定子绕组内部接地故障时，从故障点到中性点的基波电压和从机端到中性点的基波电压，这两个基波电压在相位上存在偏差，上述的两种方法都没有考虑到这个影响因素，这会导致内部接地故障时的接地故障位置定位计算结果不准确。

发明内容

本发明的目的是：提出发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，进一步提高发电机定子绕组单相接地故障位置定位的精度。

本发明采取的技术方案是：发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，采用如下步骤：

步骤一、在发电机机端模拟接地故障，计算特征参数；

步骤二、根据发电机定子绕组联接图，计算各线棒末端的基波电压相量；

步骤三、定子绕组单相接地故障发生之后，根据故障时的机端三相电压波形数据，计算三相基波电压和基波零序电压；如果基波零序电压有效值小于设定的定值门槛，则结束定子绕组单相接地故障位置定位的判别，否则进入步骤四；

步骤四、判别定子绕组单相接地故障的故障相；

步骤五、设故障相定子绕组各个分支内部的线棒末端发生接地故障，计算这些故障条件下的基波零序电压，与实际故障的基波零序电压进行比较，判别故障位置。

进一步地，步骤一中所述的特征参数包括R_eq和X_Ceq；其中，R_eq是无故障情况下发电机定子绕组侧对地的等值电阻，X_Ceq是无故障情况下发电机定子绕组侧对地的工频频率下的等值容抗。

进一步地，步骤一中所述的发电机机端模拟接地故障的方法是采用如下步骤：

(1)选择一个接地过渡电阻R_F,TEST，在发电机零起升压之前，将接地过渡电阻R_F,TEST接到机端A相对地的回路中；

(2)发电机带上主变压器低压侧，零起升压至30％～100％额定电压，发电机空载运行，不并网，电压稳定之后，记录发电机机端三相电压；

(3)发电机励磁系统逆变灭磁、停机，拆除实验回路。

进一步地，步骤(1)中所述的接地过渡电阻R_F,TEST等于50％～200％的容抗X_C，其中容抗X_C是发电机定子绕组侧对地电容设计值所对应的容抗值。一般的，主机厂和设计院会提供发电机定子绕组侧对地电容的设计值，由此可以计算出容抗X_C。

进一步地，步骤一中所述的计算特征参数的方法是采用如下步骤：

(4)根据所述步骤(2)中记录的模拟接地故障时的发电机机端三相电压，计算机端三相基波电压和基波零序电压

(5)计算机端A相到发电机中性点之间的基波电压计算公式为：

(6)使用下述公式计算特征参数R_eq和X_Ceq：

式中，R_F,TEST是接地过渡电阻，是步骤(5)中计算的机端A相到发电机中性点之间的基波电压，是步骤(4)当中计算的基波零序电压，函数Re()表示取复数的实部，函数Im()表示取复数的虚部。

进一步地，步骤二中所述的计算各线棒末端的基波电压相量的方法是：根据发电机定子绕组联接图，确定A相第i分支第k个线棒的基波电压确定B相第i分支第k个线棒的基波电压确定C相第i分支第k个线棒的基波电压各线棒的基波电压有效值相同，为E_slot，相位与线棒所在槽位相关，各个分支绕组中的各线棒的基波电压叠加之后等于所在相的基波电压，且使A相的基波电压相角为0deg；然后根据线棒的联接关系，从中性点为起始点，将同相同分支相关线棒的基波电压相加，得到各线棒末端的基波电压，其中A相第i分支第k个线棒末端的基波电压为B相第i分支第k个线棒末端的基波电压为C相第i分支第k个线棒末端的基波电压为

进一步地，步骤三的具体方法是：定子绕组单相接地故障发生之后，从发电机保护装置或者故障录波装置中读取故障时的机端三相电压波形数据，采用全周波的傅立叶级数计算方法，计算出三相基波电压和基波零序电压且使的相角为0deg；如果基波零序电压有效值U₀小于设定的定值门槛U_0,set，则结束定子绕组单相接地故障位置定位的判别，否则进入步骤四。设定的定值门槛U_0,set取值范围是10％～20％的发电机额定相电压的有效值；默认取15％的发电机额定相电压的有效值。

进一步地，所述步骤四中判别定子绕组单相接地故障的故障相的具体判别方法是：当发电机中性点不接地，或者是经过消弧线圈接地，则按照ABC相序，三相基波电压的有效值中最大的那一相的下一相是故障相；当发电机中性点经高阻接地，则三相基波电压的有效值中最小的那一相是故障相。

进一步地，步骤五的具体方法是采用如下步骤：

(7)设故障相定子绕组第i分支第k个线棒的末端发生接地故障，计算该故障条件下的基波零序电压下标中的0表示零序，ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒；是接地过渡电阻R_F的函数，随着R_F的变化而变化；

(8)计算所述步骤(7)中的基波零序电压与所述步骤三中实测的基波零序电压之间的距离d_ph,i,k，其对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,k；下标中的0表示零序，ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒；

(9)设定距离定值d_set＝K_rel·E_slot，其中E_slot为步骤二中计算的各线棒的基波电压有效值，K_rel为可靠系数；K_rel取值范围是1/16～1/4，默认取1/8。

(10)判别不等式d_ph,i,k＜d_set，其中，d_ph,i,k是步骤(8)中计算的结果；d_set是步骤(9)设定的距离定值；下标中的ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒；如果该不等式条件满足，则认为故障相第i分支第k个、第(k+1)个线棒出现了接地故障，d_ph,i,k对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,k；全部判别完毕后，进入后续的步骤(12)，否则进入后续的步骤(11)；

(11)设d_ph,i,q是计算的故障相第i分支中计算的各个距离中的最小值，则认为故障相第i分支第q、第(q+1)个线棒出现了接地故障，d_ph,i,q对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,q；

(12)输出接地故障判别结果，输出结果包括接地故障所在的故障相、故障分支、故障线棒、故障线棒所在的槽号以及接地过渡电阻。

进一步地，步骤(7)中采用下述公式计算基波零序电压

其中，R_eq和X_Ceq是步骤一中计算的特征参数；R_F是接地过渡电阻，计算时R_F从0Ω～100kΩ范围内取值；是步骤二中计算的故障相定子绕组第i分支第k个线棒末端的基波电压相量；下标中的0表示零序，ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒。显然计算的基波零序电压是接地过渡电阻R_F的函数，随着R_F的变化而变化。

进一步地，步骤(8)中采用下述公式计算距离d_ph,i,k：

其中，是所述步骤(7)中计算的结果；是所述步骤三计算的基波零序电压；U_avg是三相线电压的平均值；是步骤三中计算的机端三相基波电压；E为发电机额定相电压有效值；函数表示计算R_F从0Ω到100kΩ变化过程中，与的相量差的模的最小值，该最小值对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,k；下标中的0表示零序，ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒。

本发明的有益效果是：

(1)比以往的依赖于注入式定子接地保护的方法更为简单，不仅不需要依赖注入式定子接地保护，而且仅需要一次模拟接地故障就可以计算出特征参数，不需要实测接地变压器T型等值电路参数，不需要实测发电机三相对地电容参数，不需要实测接地过渡电阻参数，省略了许多实测参数的工作；

(2)比以往的不依赖于注入式定子接地保护的方法更准确，解决了因为忽略中性点接地变压器等参数导致的计算误差问题；

(3)充分考虑了定子各线棒基波电压的相量关系，考虑了发电电机定子绕组内部接地故障的特殊性：接地故障点至发电机中性点的基波电压与机端至发电机中性点的基波电压，这两个电压存在相位偏差，因此故障定位计算更准确；

(4)与以往方法相比，本发明方法同时适用于发电机中性点不接地、经消弧线圈接地、高阻接地等多种接地方式，适用范围更广。

附图说明

图1是发电机定子绕组单相接地故障示意图；

图2是定子绕组单相接地故障时的基波等值电路图；

图3是一台发电机定子绕组联接图；

图4是一台发电机A相第一分支各线棒的基波电压相量图；

图5是一台发电机A相第一分支各线棒末端对发电机中性点的基波电压相量图；

图6是一台发电机A相第一分支第8个线棒末端发生接地故障时的三相基波电压、基波零序电压、地电位轨迹示意图；

图7是本发明计算框图。

具体实施方式

为清楚说明本发明的方法，这里结合附图，阐明本发明的具体实施方式。

如附图1所示为发电机定子绕组单相接地故障示意图，图中，GEN是发电机，F是定子绕组单相接地故障的故障点，O是发电机中性点，NGT是中性点接地变压器，R'_n是接地变压器低压侧的负载电阻，R_F是定子绕组单相接地故障的接地过渡电阻，C_A、C_B、C_C分别是发电机定子绕组侧的A相对地电容、B相对地电容、C相对地电容，这些电容实际是分布电容，简化为集中参数的电容放置在机端。发电机GEN三相定子绕组对地的分布电容等效为集中电容参数C_A、C_B、C_C放置在机端；发电机GEN中性点O经过一个接地变压器NGT接地，接地变压器低压侧接一个负载电阻R'_n；发电机GEN定子A相绕组某一位置F发生单相接地故障，接地故障位置的绝缘破坏可以等效为从故障点开始经过一个接地过渡电阻R_F接地。

本发明提出发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，进一步提高定子绕组单相接地故障位置定位的精度，本发明采取的技术方案是采用如下步骤实现定子绕组单相接地故障位置定位，如附图7所示：

步骤一、在发电机机端模拟接地故障，计算特征参数；

步骤二、根据发电机定子绕组联接图，计算各线棒末端的基波电压相量；

步骤三、定子绕组单相接地故障发生之后，根据故障时的机端三相电压波形数据，计算三相基波电压和基波零序电压；如果基波零序电压有效值小于设定的定值门槛，则结束定子绕组单相接地故障位置定位的判别，否则进入步骤四；

步骤四、判别定子绕组单相接地故障的故障相；

步骤五、设故障相定子绕组各个分支内部的线棒末端发生接地故障，根据前四个步骤的信息，判别故障位置，输出结果。

进一步的，步骤一中所述的特征参数是指附图2中的R_eq和X_Ceq，附图2是定子绕组单相接地故障时的基波等值电路图；图中，R_eq是无故障情况下发电机定子绕组侧对地的等值电阻，X_Ceq是无故障情况下发电机定子绕组侧对地的工频频率下的等值容抗，R_F是定子绕组单相接地故障的接地过渡电阻，是发电机机端的基波零序电压，是从定子绕组单相接地故障点到发电机中性点之间的基波电压。

步骤一中所述的发电机机端模拟接地故障的实施方法是：

(1)选择一个接地过渡电阻R_F,TEST，在发电机零起升压之前，将接地过渡电阻R_F,TEST接到机端A相对地的回路中；

(2)发电机带上主变压器低压侧，零起升压至30％～100％额定电压，发电机空载运行，不并网，电压稳定之后，记录发电机机端三相电压；

(3)发电机励磁系统逆变灭磁、停机，拆除实验回路。

一般的，主机厂和设计院会提供发电机定子绕组侧对地电容的设计值，由此可以计算出容抗X_C。上述步骤(1)中，选择接地过渡电阻R_F,TEST时，其阻值在50％～200％的容抗X_C的范围内取值。

比如一台300MW水轮发电机，每相定子绕组对地电容的设计值为1.80μF，发电机机端断路器断口两侧每相对地电容分别是0.13μF、0.26μF，可以计算出容抗为：因此可以选择一个500Ω的接地过渡电阻R_F,TEST。

步骤一中所述的计算特征参数的实施方法是：

(4)在前述的步骤(2)中记录了模拟接地故障时的发电机机端三相电压，计算机端三相基波电压和基波零序电压

(5)计算机端A相到发电机中性点之间的基波电压计算公式为：

(6)使用下述公式计算特征参数R_eq和X_Ceq：

式中，R_F,TEST是接地过渡电阻，是前述步骤(5)中计算的机端A相到发电机中性点之间的基波电压，是前述步骤(4)当中计算的基波零序电压，函数Re()表示取复数的实部，函数Im()表示取复数的虚部。

至此，步骤一实施完毕。

进一步地实施步骤二，根据发电机定子绕组联接图，计算各线棒末端的基波电压相量。具体实施方法是：根据发电机定子绕组联接图，确定A相第i分支第k个线棒的基波电压确定B相第i分支第k个线棒的基波电压确定C相第i分支第k个线棒的基波电压各线棒的基波电压有效值相同，为E_slot，相位与所在槽位相关，各个分支绕组中的各线棒的基波电压叠加之后等于所在相的基波电压，且使A相的基波电压相角为0deg；然后根据线棒的联接关系，从中性点为起始点，将同相同分支相关线棒的基波电压相加，得到各线棒末端的基波电压，其中A相第i分支第k个线棒末端的基波电压为B相第i分支第k个线棒末端的基波电压为C相第i分支第k个线棒末端的基波电压为

为了说清楚步骤二，以一个发电机为例。附图3是一台发电机定子绕组联接图；图中，1～36是槽号，槽号上的实线表示上层线棒，槽号上的虚线表示下层线棒；A相两个并联分支：X1－A1和X2－A2，X1、X2、X是A相绕组的中性点位置，A1、A2、A是A相绕组的机端位置；B相、C相的联接情况省略未画。如附图3所示，发电机定子36槽，2对极，采用短距7/9布置线圈，1～36是槽号，双层绕组，槽号上的实线表示上层线棒，槽号上的虚线表示下层线棒；为了方便显示绕组联接关系，只给出了A相两个并联分支X1－A1和X2－A2的绕组联接，X1、X2、X是A相绕组的中性点位置，A1、A2、A是A相绕组的机端位置；转子磁极顺序扫过1～36槽，相邻两个槽之间的电角度相差20deg；以A相第1个分支为例，从中性点X1到机端A1。图4是一台发电机A相第一分支各线棒的基波电压相量图；图中，X1是A相绕组第一分支的中性点，A1是A相绕组第一分支的机端，数字编号是A相绕组第一分支的定子线棒所在的槽号，槽号为正数时，表示是上层线棒，槽号为负数时，表示是下层线棒，每一个箭头向量表示的是对应线棒的基波电压。如附图4所示，各线棒所在槽号分别是10、-17、11、-18、12、-19、-10、3、-9、2、-8、1，槽号为正数时，表示是上层线棒，槽号为负数时，表示是下层线棒；设A相的基波电压为E为发电机额定相电压有效值，不难计算得到A相第1分支各个线棒的基波电压为：

然后根据线棒的联接关系，从中性点为起始点，将A相第1分支相关线棒的基波电压相加，得到A相第1分支各个线棒末端的基波电压相量，如附图5所示为一台发电机A相第一分支各线棒末端对发电机中性点的基波电压相量图；图中，X1是A相绕组第一分支的中性点，A1是A相绕组第一分支的机端，是A相第一分支第k个线棒末端对发电机中性点的基波电压。A相第1分支各个线棒末端的基波电压相量分别为：

至此，步骤二实施完毕。

进一步地实施步骤三，定子绕组单相接地故障发生之后，从发电机保护装置或者故障录波装置中读取故障时的机端三相电压波形数据，采用全周波的傅立叶级数计算方法，计算出三相基波电压和基波零序电压且使的相角为0deg。如果基波零序电压有效值U₀小于设定的定值门槛U_0,set，则结束定子绕组单相接地故障位置定位的判别，否则进入步骤四。设定的定值门槛U_0,set取值范围是10％～20％的发电机额定相电压的有效值，默认取15％的发电机额定相电压的有效值。

进一步地实施步骤四，判别定子绕组单相接地故障的故障相，判别的方法是：当发电机中性点不接地，或者是经过消弧线圈接地，则按照ABC相序，三相基波电压的有效值中最大的那一相的下一相是故障相；当发电机中性点经高阻接地，则三相基波电压的有效值中最小的那一相是故障相。

进一步地实施步骤五，设故障相定子绕组各个分支内部的线棒末端发生接地故障，根据前四个步骤的信息，判别故障位置，输出结果。具体方法是：

(7)设故障相定子绕组第i分支第k个线棒的末端发生接地故障，按下述公式计算该故障条件下的基波零序电压：

其中，R_eq和X_Ceq是步骤一中计算的特征参数；R_F是接地过渡电阻，计算时R_F从0Ω～100kΩ范围内取值；是步骤二中计算的故障相定子绕组第i分支第k个线棒末端的基波电压相量；下标中的0表示零序，ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒；显然计算的基波零序电压是接地过渡电阻R_F的函数，随着R_F的变化而变化。图6是一台发电机A相第一分支第8个线棒末端发生接地故障时的三相基波电压、基波零序电压、地电位轨迹示意图；图中，X1是A相绕组第一分支的中性点，A1是A相绕组第一分支的机端，是A相第一分支第8个线棒末端对发电机中性点的基波电压，分别是机端A相、B相、C相的基波电压，是机端的基波零序电压，d是地电位，以为弦的一段圆弧是接地故障时随着接地过渡电阻阻值变化而变化的地电位轨迹。比如，如附图6所示，当A相第1分支第8个线棒末端发生接地故障时，计算得到的就等于附图6中的即向量dO，当R_F＝0Ω时，d就在的末端，随着R_F逐渐增大，d就沿着圆弧向O点移动。

(8)计算前述步骤(7)中计算的基波零序电压与实测的基波零序电压之间的距离，计算公式如下：

其中，是前述步骤(7)中计算的结果；是前述步骤三计算的基波零序电压；U_avg是计算过程中的一个中间量，是三相线电压的平均值； 是步骤三中计算的机端三相基波电压；E为发电机额定相电压有效值；函数表示计算R_F从0Ω到100kΩ变化过程中，与的相量差的模的最小值，该最小值对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,k；下标中的0表示零序，ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒；

(9)设定距离定值d_set＝K_rel·E_slot，其中E_slot为步骤二中计算的各线棒的基波电压有效值，K_rel为可靠系数，取值范围是1/16～1/4，默认取1/8。

(10)判别如下不等式：

d_ph,i,k＜d_set 式4

其中，d_ph,i,k是前述步骤(8)中计算的结果；d_set是前述步骤(9)设定的定值；下标中的ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒；如果式4条件满足，则认为故障相第i分支第k个、第(k+1)个线棒出现了接地故障，d_ph,i,k对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,k；全部判别完毕后，进入后续的步骤(12)，否则进入后续的步骤(11)。

(11)设d_ph,i,q是计算的故障相第i分支中计算的各个距离中的最小值，则认为故障相第i分支第q、第(q+1)个线棒出现了接地故障，d_ph,i,q对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,q。

(12)输出接地故障判别结果，输出结果包括接地故障所在的故障相、故障分支、故障线棒、故障线棒所在的槽号以及接地过渡电阻。

至此，全部过程结束。

本发明方法同时适用于发电机中性点不接地、经消弧线圈接地、或经高阻接地方式。

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 (13)

1.发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是，采用如下步骤：

步骤一、在发电机机端模拟接地故障，计算特征参数；

步骤二、根据发电机定子绕组联接图，计算各线棒末端的基波电压相量；

步骤三、定子绕组单相接地故障发生之后，根据故障时的机端三相电压波形数据，计算三相基波电压和基波零序电压；如果基波零序电压有效值小于设定的定值门槛，则结束定子绕组单相接地故障位置定位的判别，否则进入步骤四；

步骤四、判别定子绕组单相接地故障的故障相；

步骤五、设故障相定子绕组各个分支内部的线棒末端发生接地故障，计算这些故障条件下的基波零序电压，与实际故障的基波零序电压进行比较，判别故障位置。

2.如权利要求1所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是步骤一中所述的特征参数包括R_eq和X_Ceq；其中，R_eq是无故障情况下发电机定子绕组侧对地的等值电阻，X_Ceq是无故障情况下发电机定子绕组侧对地的工频频率下的等值容抗。

3.如权利要求1所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是步骤一中所述的发电机机端模拟接地故障的方法是采用如下步骤：

(1)选择一个接地过渡电阻R_F,TEST，在发电机零起升压之前，将接地过渡电阻R_F,TEST接到机端A相对地的回路中；

(2)发电机带上主变压器低压侧，零起升压至30％～100％额定电压，发电机空载运行，不并网，电压稳定之后，记录发电机机端三相电压；

(3)发电机励磁系统逆变灭磁、停机。

4.如权利要求3所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是步骤(1)中所述的接地过渡电阻R_F,TEST等于50％～200％的容抗X_C，其中容抗X_C是发电机定子绕组侧对地电容设计值所对应的容抗值。

5.如权利要求3所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是步骤一中所述的计算特征参数的方法是采用如下步骤：

(4)根据所述步骤(2)中记录的模拟接地故障时的发电机机端三相电压，计算机端三相基波电压和基波零序电压

(5)计算机端A相到发电机中性点之间的基波电压计算公式为：

(6)使用下述公式计算特征参数R_eq和X_Ceq：

式中，R_F,TEST是接地过渡电阻，是步骤(5)中计算的机端A相到发电机中性点之间的基波电压，是步骤(4)当中计算的基波零序电压，函数Re()表示取复数的实部，函数Im()表示取复数的虚部。

6.如权利要求1所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是步骤二中所述的计算各线棒末端的基波电压相量的方法是：根据发电机定子绕组联接图，确定A相第i分支第k个线棒的基波电压确定B相第i分支第k个线棒的基波电压确定C相第i分支第k个线棒的基波电压各线棒的基波电压有效值相同，为E_slot，相位与线棒所在槽位相关，各个分支绕组中的各线棒的基波电压叠加之后等于所在相的基波电压，且使A相的基波电压相角为0deg；然后根据线棒的联接关系，从中性点为起始点，将同相同分支相关线棒的基波电压相加，得到各线棒末端的基波电压，其中A相第i分支第k个线棒末端的基波电压为B相第i分支第k个线棒末端的基波电压为C相第i分支第k个线棒末端的基波电压为

7.如权利要求1所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是，步骤三的具体方法是：定子绕组单相接地故障发生之后，从发电机保护装置或者故障录波装置中读取故障时的机端三相电压波形数据，采用全周波的傅立叶级数计算方法，计算出三相基波电压和基波零序电压且使的相角为0deg；如果基波零序电压有效值U₀小于设定的定值门槛U_0,set，则结束定子绕组单相接地故障位置定位的判别，否则进入步骤四。

8.如权利要求7所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是，所述设定的定值门槛U_0,set取值范围是10％～20％的发电机额定相电压的有效值。

9.如权利要求1所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是所述步骤四中判别定子绕组单相接地故障的故障相的具体判别方法是：当发电机中性点不接地，或者是经过消弧线圈接地，则按照ABC相序，三相基波电压 的有效值中最大的那一相的下一相是故障相；当发电机中性点经高阻接地，则三相基波电压的有效值中最小的那一相是故障相。

10.如权利要求1至9任一项所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是步骤五的具体方法是采用如下步骤：

(7)设故障相定子绕组第i分支第k个线棒的末端发生接地故障，计算该故障条件下的基波零序电压下标中的0表示零序，ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒；是接地过渡电阻R_F的函数，随着R_F的变化而变化；

(8)计算所述步骤(7)中的基波零序电压与所述步骤三中实测的基波零序电压之间的距离d_ph,i,k，其对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,k；下标中的0表示零序，ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒；

(9)设定距离定值d_set＝K_rel·E_slot，其中E_slot为步骤二中计算的各线棒的基波电压有效值，K_rel为可靠系数；

(10)判别不等式d_ph,i,k＜d_set，其中，d_ph,i,k是步骤(8)中计算的结果；d_set是步骤(9)设定的距离定值；下标中的ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒；如果该不等式条件满足，则认为故障相第i分支第k个、第(k+1)个线棒出现了接地故障，d_ph,i,k对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,k；全部判别完毕后，进入后续的步骤(12)，否则进入后续的步骤(11)；

(11)设d_ph,i,p是计算的故障相第i分支中计算的各个距离中的最小值，则认为故障相第i分支第p、第(p+1)个线棒出现了接地故障，d_ph,i,p对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,p；

(12)输出接地故障判别结果，输出结果包括接地故障所在的故障相、故障分支、故障线棒、故障线棒所在的槽号以及接地过渡电阻。

11.如权利要求10所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是所述步骤(9)中可靠系数K_rel的取值范围是1/16～1/4。

12.如权利要求10所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是步骤(7)中采用下述公式计算基波零序电压

其中，R_eq和X_Ceq是步骤一中计算的特征参数；R_F是接地过渡电阻，计算时R_F从0Ω～100kΩ范围内取值；是步骤二中计算的故障相定子绕组第i分支第k个线棒末端的基波电压相量；下标中的0表示零序，ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒。

13.如权利要求10所述的发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，其特征是步骤(8)中采用下述公式计算距离d_ph,i,k：

其中，是所述步骤(7)中计算的结果；是所述步骤三计算的基波零序电压；U_avg是三相线电压的平均值；是步骤三中计算的机端三相基波电压；E为发电机额定相电压有效值；函数表示计算R_F从0Ω到100kΩ变化过程中，与的相量差的模的最小值，该最小值对应的接地过渡电阻记为R_F,ph,i,k；下标中的0表示零序，ph表示故障相，ph＝A、B或C，i表示第i分支，k表示第k个线棒。