CN109324232A - 一种定子接地保护的接地电阻测量电路 - Google Patents

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崔敏
丘慧龙
刘志文
陈海龙
沈燕华
肖志刚
徐立明
姜东东
樊莹
赵艳茹
徐玉洁
张红跃
杜延辉
路振宇
梁爽
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Abstract

本发明涉及一种定子接地保护的接地电阻测量电路，包括中性点接地变负载电阻、注入电源装置、用于采集中性点配电变压器二次侧电压的电压采集装置、用于采集中性点配电变压器二次侧电流的电流采集装置、以及采样连接电压采集装置和电流采样装置的处理装置，中性点接地变负载电阻用于并联连接在中性点配电变压器的二次侧，还包括隔离变压器，隔离变压器的变比小于1，隔离变压器的一次侧用于连接中性点配电变压器的二次侧、其二次侧连接注入电源装置。本发明通过在注入电源装置和中性点配电变压器的二次侧之间串联一个隔离变压器，使得所测接地电阻值的大小不受中性点接地变负载电阻的影响，提高了定子接地保护的可靠性。

Description

一种定子接地保护的接地电阻测量电路
技术领域
本发明涉及一种定子接地保护的接地电阻测量电路，属于电力系统继电保护技术领域。
背景技术
发电机定子接地保护作为发电机定子回路单相接地故障保护，当发电机定子绕组任一点发生单相接地时，按照要求的时限进行跳闸或发出信号。利用基波零序电压原理，发电机定子接地保护可以保护发电机85％～95％的定子绕组单相接地；利用三次谐波电压原理，发电机定子接地保护可以保护发电机中性点附近定子绕组的单相接地。
发电机外加电源注入式定子接地保护可以保护包括发电机中性点在内的整个定子绕组，保护灵敏度高，不受接地位置影响，保护无死区，可检测定子绝缘的缓慢老化，且在发电机停机状态也能起到保护作用，已广泛应用于大型发电机继电保护中。
现有外加电源注入式定子接地保护对应的接地电阻测量电路原理示意图如图1所示，其中G表示发电机，Tn表示中性点配电变压器，Rn表示中性点接地变负载电阻，VD表示二次侧分压器，CT是中间电流互感器。注入电源装置经过带通滤波器由中性点配电变压器Tn的二次侧注入发电机G，接地保护装置通过中间电流互感器CT和二次侧分压器VD测量中性点二次侧的电流和电压
对于基于上述电路原理图的定子接地保护，如果遇到发电机的中性点接地变负载电阻Rn很小时(约0.1Ω级)，接地保护装置采集的电压电流量值将很微小，测量相位也无法跟踪正确，直接导致所测接地电阻值Rg计算错误，影响了定子接地保护的可靠性。
假定中性点配电变压器Tn为理想变压器，不考虑漏阻抗和励磁阻抗，表1给出了一组20Hz电源注入式定子接地保护的仿真数据。由表1中二次侧电压和的数据表明，原有接地保护装置的采集精度已经无法满足该数量级，以至无法准确计算出定子接地故障时的接地电阻，严重影响定子接地保护功能的灵敏性和可靠性。
表1
发明内容
本发明的目的是提供一种定子接地保护的接地电阻测量电路，用于解决当中性点接地变负载电阻很小时导致定子接地保护可靠性变差的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种定子接地保护的接地电阻测量电路，包括中性点接地变负载电阻、注入电源装置、用于采集中性点配电变压器二次侧电压的电压采集装置、用于采集中性点配电变压器二次侧电流的电流采集装置、以及采样连接所述电压采集装置和电流采样装置的处理装置，所述中性点接地变负载电阻用于并联连接在中性点配电变压器的二次侧，还包括隔离变压器，所述隔离变压器的变比小于1，所述隔离变压器的一次侧用于连接所述中性点配电变压器的二次侧、其二次侧连接所述注入电源装置。
本发明的有益效果是：通过在注入电源装置和中性点配电变压器的二次侧之间串联一个隔离变压器，从而改变了中性点配电变压器二次侧的电压和电流采样值，使得所测接地电阻值的大小不受中性点接地变负载电阻的影响，提高了定子接地保护的可靠性。
进一步的，为了可靠提高中性点配电变压器二次侧的电压和电流采样值，所述隔离变压器的变比的取值范围为1/10～1/2。
进一步的，为了实现中性点配电变压器二次侧电流的精确采样，所述电流采集装置为电流互感器，所述电流互感器的一次侧用于与所述中性点配电变压器二次侧串联连接、其二次侧连接所述处理装置。
进一步的，为了实现中性点配电变压器二次侧电压的精确采样，所述电压采集装置为分压器，所述分压器与所述中性点配电变压器二次侧并联连接、其分压连接端连接所述处理装置。
进一步的，为了对注入电源装置的输出电压进行滤波，所述注入电源装置还串联连接有带通滤波器。
进一步的，为了提高采样的精确性，所述注入电源装置和带通滤波器的频率均为20Hz。
进一步的，为了实现所测接地电阻值的大小计算，所述处理装置为接地保护装置。
附图说明
图1是现有技术外注入式定子接地保护的接地电阻测量电路原理示意图；
图2是本发明定子接地保护的接地电阻测量电路的原理图；
图3是本发明定子接地保护的接地电阻测量电路的等效电路图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
本发明提供了一种定子接地保护的接地电阻测量电路，其电路原理图如图2所示，包括注入电源装置、带通滤波器、隔离变压器Tn2、中性点接地变负载电阻Rn、分压器VD、电流互感器CT以及接地保护装置。
其中，中性点接地变负载电阻Rn用于并联连接在中性点配电变压器Tn的二次侧，中性点配电变压器Tn的一次侧用于连接发电机或调相机G的中性点。电流互感器CT的一次侧与中性点配电变压器Tn二次侧串联连接、其二次侧连接接地保护装置。分压器VD与中性点配电变压器Tn二次侧并联连接、其分压连接端连接接地保护装置。注入电源装置和带通滤波器串联连接后，连接隔离变压器Tn2的二次侧，隔离变压器Tn2的一次侧连接中性点配电变压器Tn的二次侧，隔离变压器Tn2的变比小于1。
上述的定子接地保护的接地电阻测量电路通过在注入电源装置处增加隔离变压器Tn2，使注入电源装置输出的低频电压经过隔离变压器Tn2后加在发电机或调相机G的中性点接地变负载电阻Rn两端，通过中性点配电变压器Tn将低频信号注入到发电机或调相机G的定子绕组上。
在本实施例中，注入电源装置为20Hz注入电源装置，带通滤波器对应为20Hz带通滤波器。在保护测量时，中性点接地变负载电阻Rn两端的电压经过分压器VD分压后得到电压通过电流互感器CT得到电流电压和电流引至接地保护装置中，进行相应的定子接地保护。
需要说明的是，电流互感器CT和分压器VD的作用是分别采集中性点配电变压器Tn二次侧的电流和电压，作为其他的实施方式，也可以采用现有技术中其他的电流采集装置和电压采集装置，例如采用电流传感器和电压传感器，来采集中性点配电变压器Tn二次侧的电流和电压信息。带通滤波器的作用是对注入电源装置的输出电压进行滤波，在不考虑注入电源装置输出电压频率的影响下，作为其他的实施方式，也可以不设置该带通滤波器。接地保护装置也可以是专门设置或者是现有的处理装置，通过软件设置，用于接收电流互感器CT和分压器VD发送过来的电流和电压信息，并进行处理、计算得到所测接地电阻值，并发送给对应的接地保护装置，以进行接地保护。
当发电机或调相机的定子绕组对地绝缘正常时，注入到定子绕组的低频电流主要是流过定子绕组对地电容的电容电流，当对地绝缘受到破坏出现接地故障时，注入的电流将流过接地故障点，出现一部分电阻性电流。接地保护装置检测注入的低频电压、电流，通过导纳法可准确计算出接地故障的过渡电阻阻值，计算的电阻阻值与定子绕组的接地故障位置无关，可以反映发电机或调相机100％的定子绕组单相接地。
设隔离变压器Tn2的变比为n(2)，通过增加隔离变压器Tn2后，中性点接地变负载电阻Rn在折算到20Hz电源侧时，二次电阻折算为0.124/(n(2)×n(2))。为了使折算后的二次电阻扩大所需倍数，隔离变压器Tn2的变比n(2)的选取则需要经过测试验证。其中，隔离变压器Tn2的变比n(2)的取值范围为1/10～1/2。
对图2中增加隔离变压器Tn2的定子接地保护的接地电阻测量电路建立等效电路，隔离变压器Tn2的T形等效电路包括有漏阻抗和励磁阻抗，其中，漏阻抗和励磁阻抗是通过发电机或调相机并网前的空载实验和短路试验手动或自动计算来获取。现将中性点配电变压器Tn(也可以称为中性点接地变压器)假设为理想变压器，不考虑漏阻抗和励磁阻抗，则图2中定子接地保护的接地电阻测量电路的等效电路如图3所示。
在图3中，Rg为所测接地电阻值，Xc′为中性点接地变压器Tn的对地电抗，n(2)为隔离变压器Tn2的变比，Rn为中性点接地变负载电阻，为20Hz注入电源装置的电压，R0为20Hz注入电源装置的内阻，20Hz注入电源装置经过隔离变压器Tn2后的电压为20Hz注入电源装置经过隔离变压器Tn2后的内阻为R0×n2(2)，为接地保护装置测量到的20Hz电压，为接地保护装置测量到的20Hz电流。根据欧姆定律，通过导纳法所测接地电阻值Rg的计算公式为：
其中，n为中性点接地变压器Tn的综合变比。
接地电阻判据反映发电机或调相机的定子绕组接地电阻的大小，设有两段接地电阻定值，高定值段作用于报警，低定值段作用于延时跳闸，延时可分别整定。
低定值段(跳闸段)动作方程为：
高定值段(报警段)动作方程为：
Rg＜Rh
其中，Rg为发电机或调相机定子绕组接地电阻(一次值)，也就是所测接地电阻值，Rl和Rh分别为发电机或调相机定子绕组接地电阻的高、低定值(一次值)，I50为流过发电机或调相机接地设备的零序电流(二次值)，ISAFE为对应于发电机或调相机定子接地安全电流定值(二次值)。
为了验证上述定子接地保护的接地电阻测量电路能够有效提高定子接地保护的可靠性，设定隔离变压器Tn2的变比n(2)为1/4(接地变二次侧为1，20Hz注入电源装置侧为4)，20Hz注入电源装置的电压为12V，则经隔离变压器Tn2后折算为3V，20Hz注入电源装置的内阻为6Ω，则经隔离变压器Tn2后折算为0.375Ω，假定中性点接地变压器Tn为理想变压器，不考虑漏阻抗和励磁阻抗，应用上述的定子接地保护的接地电阻测量电路，所获得的仿真结果如表2所示。
表2
由表2可知，接地保护装置测量到的20Hz电压和电流的幅值大小在原有保护装置平台上可以精确采集并应用到定子接地保护算法中。
本发明通过在原有的发电机或调相机的定子接地保护的接地电阻测量电路中增加隔离变压器，可以实现在原有接地保护装置平台上不受发电机或调相机中性点接地变压器负载电阻大小影响的定子接地保护功能，具有灵敏度高、可靠性强和适用性广等优点。

Claims (7)

1.一种定子接地保护的接地电阻测量电路，包括中性点接地变负载电阻、注入电源装置、用于采集中性点配电变压器二次侧电压的电压采集装置、用于采集中性点配电变压器二次侧电流的电流采集装置、以及采样连接所述电压采集装置和电流采样装置的处理装置，所述中性点接地变负载电阻用于并联连接在中性点配电变压器的二次侧，其特征在于，还包括隔离变压器，所述隔离变压器的变比小于1，所述隔离变压器的一次侧用于连接所述中性点配电变压器的二次侧、其二次侧连接所述注入电源装置。
2.根据权利要求1所述的定子接地保护的接地电阻测量电路，其特征在于，所述隔离变压器的变比的取值范围为1/10～1/2。
3.根据权利要求1或2所述的定子接地保护的接地电阻测量电路，其特征在于，所述电流采集装置为电流互感器，所述电流互感器的一次侧用于与所述中性点配电变压器二次侧串联连接、其二次侧连接所述处理装置。
4.根据权利要求1或2所述的定子接地保护的接地电阻测量电路，其特征在于，所述电压采集装置为分压器，所述分压器与所述中性点配电变压器二次侧并联连接、其分压连接端连接所述处理装置。
5.根据权利要求1或2所述的定子接地保护的接地电阻测量电路，其特征在于，所述注入电源装置还串联连接有带通滤波器。
6.根据权利要求5所述的定子接地保护的接地电阻测量电路，其特征在于，所述注入电源装置和带通滤波器的频率均为20Hz。
7.根据权利要求1或2所述的定子接地保护的接地电阻测量电路，其特征在于，所述处理装置为接地保护装置。
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