CN109239513B - 一种发电机定子绕组单相接地故障的选相方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发电机定子绕组单相接地故障的选相方法，测量故障发电机的三相电压以及零序电压；利用发电机的三相电压计算AB相的线电压；计算零序电压突变量，并计算零序电压突变量和AB相线电压间的相位角；利用零序电压相位特征和故障点接地电阻测量值实现故障选相。本发明的有益效果是利用故障后零序电压的相位特征和接地电阻值，实现定子单相接地故障选相。该方法能够在各种中性点接地方式下，实现大型发电机定子单相接地故障的准确选相，适用于高阻接地故障。

Description

一种发电机定子绕组单相接地故障的选相方法
技术领域
本发明属于发电机技术领域，涉及一种用于对大型发电机定子单相接地故障进行准确选相的方法。
背景技术
定子绕组单相接地故障是发电机的常见故障之一，由于大型发电机定子绕组分布电容较大，可能引起定子铁芯的烧伤和扩大为相间或匝间故障。对定子单相接地故障实现准确选相是故障定位的基础，能为故障的快速检修提供依据。
针对中性点直接接地系统，工程中应用成熟的选相方法主要有电流突变量选相和序分量选相，但发电机为中性点非直接接地系统，上述选相方法并不适用。目前，定子单相接地故障的选相方法主要采用低电压选相，既故障时机端电压最低的相为故障相。但定子绕组经高阻接地故障时，故障相电压不一定最低。利用低电压的选相方法在高阻接地故障故障时误选相的缺陷，针对高阻接地故障的选相方法还有待进一步研究。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发电机定子绕组单相接地故障的选相方法，本发明的有益效果是利用故障后零序电压的相位特征和接地电阻值，实现定子单相接地故障选相。该方法能够在各种中性点接地方式下，实现大型发电机定子单相接地故障的准确选相，适用于高阻接地故障。
本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行：
a.测量故障发电机的三相电压
Figure BDA0001682039770000011
和
Figure BDA0001682039770000012
以及零序电压
Figure BDA0001682039770000013
b.利用发电机的三相电压计算线电压
Figure BDA0001682039770000014
c.利用故障后的零序电压
Figure BDA0001682039770000015
和正常运行时的零序电压
Figure BDA0001682039770000016
计算零序电压突变量
Figure BDA0001682039770000017
并计算零序电压突变量
Figure BDA0001682039770000018
和线电压
Figure BDA0001682039770000019
间的相位角φmAB，根据相位角φmAB的范围实现故障选相。
进一步，零序电压突变量
Figure BDA0001682039770000021
的表达式为：
Figure BDA0001682039770000022
式中CGΣ表示发电机三相对地的总电容；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；
Figure BDA0001682039770000023
为故障相电势；
Figure BDA0001682039770000024
为故障点到中性点的绕组电动势；Rf为故障点接地电阻；Z表示中性点的接地阻抗；
A相接地故障时，零序电压突变量
Figure BDA0001682039770000025
与线电压
Figure BDA0001682039770000026
的相位角φmAB之间存在以下关系：
Figure BDA0001682039770000027
将式(1)代入式(2)得：
Figure BDA0001682039770000028
对于大型发电机，φmAB的大小与绕组电势相位角和故障电阻有关，由式(3)确定A相接地故障时φmAB的角度范围。
进一步，根据相位角φmAB的范围实现故障选相方法如下：
1)当
Figure BDA0001682039770000029
时，表明A相接地；
2)当
Figure BDA00016820397700000210
时，表明B相接地；
3)当
Figure BDA00016820397700000211
时，表明C相接地。
进一步，当仅利用φmAB不能实现故障选相时，利用注入式定子接地保护测量的接地电阻值Rf和φmAB共同实现故障选相。
附图说明
图1是发电机定子单相接地故障原理图；
图2是大型发电机定子单相接地故障选相装置示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明利用零序电压和线电压
Figure BDA0001682039770000031
相位差特征的故障选相方法，如图1所示，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，CA、CB和CC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。
Figure BDA0001682039770000032
和
Figure BDA0001682039770000033
分别表示发电机定子A、B、C三相的电动势；
Figure BDA0001682039770000034
为故障点到中性点的绕组电动势，θ为绕组电势超前于相电势的相位角，
Figure BDA0001682039770000035
为故障点的接地电流。Rf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。φm表示故障相电势
Figure BDA0001682039770000036
的相位角。
故障选相方法如下：
步骤1：利用发电机端电压互感器测量机端三相电压
Figure BDA0001682039770000037
和
Figure BDA0001682039770000038
和零序电压
Figure BDA0001682039770000039
步骤2：利用发电机的三相电压计算线电压
Figure BDA00016820397700000310
步骤3：利用故障后的零序电压
Figure BDA00016820397700000311
和正常运行时的零序电压
Figure BDA00016820397700000312
计算零序电压突变量
Figure BDA00016820397700000313
并计算零序电压突变量
Figure BDA00016820397700000314
和线电压
Figure BDA00016820397700000315
间的相位角φmAB。
定子绕组单相接地故障后，零序电压突变量
Figure BDA00016820397700000316
的表达式为：
Figure BDA00016820397700000317
式中CGΣ——发电机三相对地的总电容；
A相接地故障时，零序电压突变量
Figure BDA00016820397700000318
与线电压
Figure BDA00016820397700000319
的相位角φmAB之间存在以下关系：
Figure BDA0001682039770000041
将式(1)代入式(2)可得：
Figure BDA0001682039770000042
对于大型发电机，φmAB的大小与绕组电势相位角和故障电阻有关，可由式(3)确定A相接地故障时φmAB的角度范围。
步骤4：利用φmAB和故障点接地电阻测量值Rf实现故障选相：
1)当
Figure BDA0001682039770000043
时，表明A相接地；
2)当
Figure BDA0001682039770000044
时，表明B相接地；
3)当
Figure BDA0001682039770000045
时，表明C相接地。
仅利用所述φmAB不能实现故障选相时，利用注入式定子接地保护测量的接地电阻值Rf和φmAB共同实现故障选相。
以
Figure BDA0001682039770000046
为例，当Rf≥Rset，判断为C相经高阻接地，否则为A相接地。
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。故障选相的实现方法为：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，然后计算零序电压突变量
Figure BDA0001682039770000047
和线电压
Figure BDA0001682039770000048
最后计算零序电压突变量
Figure BDA0001682039770000049
和线电压
Figure BDA00016820397700000410
间的相位角φmAB，并结合接地电阻值实现故障选相。本发明提供了一种适用于高阻接地故障的选相方法，实现大型发电机的准确选相，为故障的快速检修提供可靠依据。
本发明具有以下特点：
1.传统定子接地故障选相研究主要利用相电压的幅值特征，忽略了故障后零序电压相位特征的变化，本发明提出了利用零序电压相位特征实现故障的方法。
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选出故障相。
以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (1)

1.一种发电机定子绕组单相接地故障的选相方法，其特征在于按照以下步骤进行：
a.测量故障发电机的三相电压
Figure FDA0002532668810000011
和
Figure FDA0002532668810000012
以及零序电压
Figure FDA0002532668810000013
b.利用发电机的三相电压计算线电压
Figure FDA0002532668810000014
c.利用故障后的零序电压
Figure FDA0002532668810000015
和正常运行时的零序电压
Figure FDA0002532668810000016
计算零序电压突变量
Figure FDA0002532668810000017
并计算零序电压突变量
Figure FDA0002532668810000018
和线电压
Figure FDA0002532668810000019
间的相位角φmAB，根据相位角φmAB的范围实现故障选相；
零序电压突变量
Figure FDA00025326688100000110
的表达式为：
Figure FDA00025326688100000111
式中CGΣ表示发电机三相对地的总电容；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；
Figure FDA00025326688100000112
为故障相电势；
Figure FDA00025326688100000113
为故障点到中性点的绕组电动势；Rf为故障点接地电阻；Z表示中性点的接地阻抗；
A相接地故障时，零序电压突变量
Figure FDA00025326688100000114
与线电压
Figure FDA00025326688100000115
的相位角φmAB之间存在以下关系：
Figure FDA00025326688100000116
将式(1)代入式(2)得：
Figure FDA00025326688100000117
对于大型发电机，φmAB的大小与绕组电势相位角和故障电阻有关，由式(3)确定A相接地故障时φmAB的角度范围；
根据相位角φmAB的范围实现故障选相方法如下：
1)当
Figure FDA0002532668810000021
时，表明A相接地；
2)当
Figure FDA0002532668810000022
时，表明B相接地；
3)当
Figure FDA0002532668810000023
时，表明C相接地；
当仅利用所述φmAB不能实现故障选相时，利用注入式定子接地保护测量的接地电阻值Rf和φmAB共同实现故障选相，当Rf≥Rset，判断为C相经高阻接地，否则为A相接地。
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