CN109617017A - 一种发电机定子接地保护系统、方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种发电机定子接地保护系统、方法和装置，其中该系统包括保护装置以及与发电机定子绕组的接地变压器二次侧相连接的低频供电回路，低频供电回路上设置有低频外加电源，接地变压器二次侧两端并联设置有负载电阻支路，保护系统还包括第一电流检测模块和第二电流检测模块，保护装置采样连接第一电流检测模块和第二电流检测模块。本发明通过两个电流检测模块分别检测供电回路中的低频电流和负载电路支路上的低频电流，同时采用电流检测模块避免因电流检测模块与电压检测模块的不同而造成的检测幅值和角度的误差，使得接地保护的接地电阻的计算更加准确，进一步的提高了发电机接地保护的测量精度，具有较高的应用价值。

Description

一种发电机定子接地保护系统、方法和装置

技术领域

本发明涉及一种发电机定子接地保护系统、方法和装置，属于电力系统发电机的继电保护领域。

背景技术

发电机定子接地是现有电力系统中发电机的常规故障，零序电压和三次谐波双频式定子接地保护虽然能反应发电机定子接地故障，但是双频式定子接地保护精度与发电机定子接地故障位置以及接地电阻有关，不同的接地位置和接地电阻可能有相同的电气量，不能直接测量发电机接地电阻，不能直观的反映发电机定子接地故障。注入式定子接地保护方案直接计算出发电机的接地电阻，且不受接地故障位置影响，已广泛应用于大型发电机继电保护。

常规发电机注入式定子接地保护方案，在接地变压器的二次侧回路中外加低频电源，并检测外加电源两端的低频电压以及回路中的低频电流，根据该低频电压和低频电流求取发电机定子绕组接地电阻，就能够根据该接地电阻进行定子接地保护判断。在发电机机端发生定子金属性接地时，发电机中性点产生大小等于发电机额定相电压的零序电压，折算到接地变二次侧，在接地变二次侧负载电阻Rn两端产生工频电压，以发电机额定电压Un为20kV,接地变压器的变比N＝20为例，二次负载电阻Rn两端产生的工频电压大小为577V。而由于外加低频电源(以20Hz为例)的原因，在二次负载电阻Rn两端产生的20Hz电压一般在2-3V,保护装置需要在577V工频电压分离出3V的20Hz电压，这就出现了大量程测量小电压的情况，而这种情况下产生的误差直接影响20Hz定子接地保护的精度；而且，20Hz低频电压和20Hz低频电流为两种不同的数据信息，需要通过两种不同的测量回路以及测量设备进行检测，而测量回路以及测量设备的不同型会因幅值和角度误差而产生较大的检测误差，因此如图1所示的传统的定子接地保护的接地电阻的检测方式的检测误差较大，特别是在发电机经过较大电阻接地时，常规发电机注入式定子接地保护误差较大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种发电机定子接地保护系统、方法和装置，用于解决通过检测低频电压和低频电流的方式计算定子接地保护的接地电阻会造成较大检测误差的问题。

为实现上述目的，本发明提出一种发电机定子接地保护系统，包括保护装置以及与发电机定子绕组的接地变压器二次侧相连接的低频供电回路，低频供电回路上设置有低频外加电源，接地变压器二次侧两端并联设置有负载电阻支路，发电机定子接地保护系统还包括第一电流检测模块和第二电流检测模块，保护装置采样连接第一电流检测模块和第二电流检测模块，第一电流检测模块用于检测低频供电回路中的电流，得到第一电流信息，第二电流检测模块用于检测负载电阻支路上的电流，得到第二电流信息，保护装置分别提取第一电流信息和第二电流信息中的与低频外加电源对应的低频电流信息，并根据得到的低频电流信息计算得到定子接地保护对应的接地电阻以用于实现定子接地保护。

本系统通过两个电流检测模块分别检测供电回路中的低频电流和负载电路支路上的低频电流，同时采用电流检测模块避免因电流检测模块与电压检测模块的不同而造成的检测幅值和角度的误差，使得接地保护的接地电阻的计算更加准确，进一步的提高了发电机接地保护的测量精度，提高检测的准确度，保证了电力设备的安全运行，具有较高的应用价值。

进一步的，定子接地保护对应的接地电阻为：

其中，R_g为定子接地保护对应的接地电阻，N为接地变压器的变比，为折算到接地变压器二次侧的计算电压，为折算到接地变压器二次侧的计算电流,R_k+jX_k为接地变压器漏阻抗，为接地变压器励磁电动势，为接地变压器励磁电流，R_m+jX_m为励磁阻抗，为低频供电回路中的低频电流，为负载电阻所在支路的低频电流，R_n为负载电阻。

通过上述公式可以更加准确的计算接地电阻，进一步的提高了发电机接地保护的测量精度。

进一步的，低频供电回路上还设置有低频带通滤波器。

低频带通滤波器时用于保证只有特定频段的波通过，避免其他波段波的影响而造成检测的准确度降低。

进一步的，第一电流检测模块和第二电流检测模块为两个相同的电流检测设备。

采用相同的电流检测设备，避免设备不同而造成的误差，进一步的提高检测的准确度。

另外，还提出一种发电机定子接地保护方法，包括以下步骤：

(1)检测接地变压器二次侧的低频供电回路中的电流，得到第一电流信息，检测接地变压器二次侧的负载电阻所在支路的电流，得到第二电流信息；

(2)分别提取第一电流信息和第二电流信息中的与低频外加电源对应的低频电流信息；

(3)根据得到的低频电流信息计算得到定子接地保护对应的接地电阻以用于实现定子接地保护。

本方法通过分别检测供电回路中的低频电流信息和负载电路支路上的低频电流信息，同时采用电流检测模块避免因电流检测模块与电压检测模块的不同而造成的检测幅值和角度的误差，使得接地保护的接地电阻的计算更加准确，进一步的提高了发电机接地保护的测量精度，提高检测的准确度，保证了电力设备的安全运行，具有较高的应用价值。

进一步的，发电机定子接地保护方法还包括对接地变压器进行电路等效，得到T型网络等效回路，通过T型网络等效回路以及低频电流信息计算定子接地保护对应的接地电阻的步骤。

T型网络等效回路可以更加准确的计算接地电阻，进一步的提高了发电机接地保护的测量精度。

进一步的，定子接地保护对应的接地电阻为：

T型网络等效回路中，R_g为定子接地保护对应的接地电阻，N为接地变压器的变比，为折算到接地变压器二次侧的计算电压，为折算到接地变压器二次侧的计算电流,R_k+jX_k为接地变压器漏阻抗，为接地变压器励磁电动势，为接地变压器励磁电流，R_m+jX_m为励磁阻抗，为低频供电回路中的低频电流，为负载电阻所在支路的低频电流，R_n为负载电阻。

通过上述公式可以更加准确的计算接地电阻，进一步的提高了发电机接地保护的测量精度。

另外，还提出一种发电机定子接地保护装置，包括处理器和存储器，处理器处理存储器中存储的程序指令以实现如下方法：

(1)检测接地变压器二次侧的低频供电回路中的电流，得到第一电流信息，检测接地变压器二次侧的负载电阻所在支路的电流，得到第二电流信息；

(2)分别提取第一电流信息和第二电流信息中的与低频外加电源对应的低频电流信息；

(3)根据得到的低频电流信息计算得到定子接地保护对应的接地电阻以用于实现定子接地保护。

本装置通过分别检测供电回路中的低频电流信息和负载电路支路上的低频电流信息，同时采用电流检测模块避免因电流检测模块与电压检测模块的不同而造成的检测幅值和角度的误差，使得接地保护的接地电阻的计算更加准确，进一步的提高了发电机接地保护的测量精度，提高检测的准确度，保证了电力设备的安全运行，具有较高的应用价值。

进一步的，发电机定子接地保护装置还实现对接地变压器进行电路等效，得到T型网络等效回路，通过T型网络等效回路以及低频电流信息计算定子接地保护对应的接地电阻的步骤。

T型网络等效回路可以更加准确的计算接地电阻，进一步的提高了发电机接地保护的测量精度。

进一步的，定子接地保护对应的接地电阻为：

T型网络等效回路中，R_g为定子接地保护对应的接地电阻，N为接地变压器的变比，为折算到接地变压器二次侧的计算电压，为折算到接地变压器二次侧的计算电流,R_k+jX_k为接地变压器漏阻抗，为接地变压器励磁电动势，为接地变压器励磁电流，R_m+jX_m为励磁阻抗，为低频供电回路中的低频电流，为负载电阻所在支路的低频电流，R_n为负载电阻。

通过上述公式可以更加准确的计算接地电阻，进一步的提高了发电机接地保护的测量精度。

附图说明

图1是现有技术常规发电机注入式定子接地保护接线图；

图2是本发明发电机注入式定子接地保护接线图；

图3是本发明发电机注入式定子接地保护计算等效图；

图4是本发明实际采样录波图；

图5是在定子接地保护对应的接地电阻为1K时本发明发电机注入式定子接地保护与常规发电机注入式定子接地保护的检测精度对比图；

图6是在定子接地保护对应的接地电阻为100K时本发明发电机注入式定子接地保护与常规发电机注入式定子接地保护的检测精度对比图。

具体实施方式

发电机定子接地保护系统(以下简称保护系统)实施例：

本发明的保护原理为：在发电机定子回路对地之间外加一个交流20Hz电源，利用发电机正常运行时，整个三相定子回路对地是绝缘的，20Hz电源在发电机绕组回路中几乎不产生电流，而发生定子单相接地故障时这种对地绝缘就被破坏了，20Hz电源将在发电机绕组对地回路产生电流，通过测量接地电阻来区分正常运行和接地故障。为了消除50Hz干扰电压的干扰，采用了交流20Hz电源，与系统频率不同。通过外加交流20Hz电源进行接地保护以及计算得到接地电阻属于现有技术，本文不做过多的介绍。

本发明的保护系统如图2所示，包括保护装置和低频供电回路，低频供电回路与发电机定子绕组的接地变压器T_n二次侧相连接。低频供电回路上设置有低频外加电源，接地变压器T_n二次侧两端并联设置有负载电阻支路，本实施例中，低频外加电源采用20Hz电源发生器，负载电阻支路中的负载电阻为R_n，作为其他实施方式，也可以采用其他频率的低频外加电源，只是20Hz电源发生器为常规使用的低频外加电源，技术成熟。

保护系统还包括第一电流检测模块和第二电流检测模块，保护装置采样连接第一电流检测模块和第二电流检测模块。本实施例中，第一电流检测模块为CT1(电流互感器1)，用于检测低频供电回路中的电流，得到第一电流信息I₁’；第二电流检测模块为CT2(电流互感器2)，用于检测R_n支路上的电流，得到第二电流信息I_n。保护装置用于分别提取I₁’和I_n中的与低频外加电源对应的低频电流信息，分别为I₁与I₂，并根据I₁与I₂计算得到定子接地保护对应的接地电阻以用于实现定子接地保护。当然，本发明对电流检测模块的具体实施方式并不做限制，只要可以实现检测电流即可。

为了避免低频供电回路混杂有其他波段的低频波，低频供电回路上设置低频带通滤波器，本实施例中，低频带通滤波器为20Hz带通滤波器，当然，如果采用其他波段的低频波时，采用相应波段的带通滤波器，进一步的，如果可以保证低频供电回路中只有所需波段的低频波的情况下，低频带通滤波器也可以没有。

为了避免两个电流检测模块因设备不同而造成的误差，本实施例中，CT1与CT2为相同的设备，当然，如果可以保证无误差，测量准确的情况下，这两个电流检测模块也可以不相同。

保护系统的具体保护过程如下：

1)检测接地变压器T_n二次侧的低频供电回路中的电流，通过CT1得到第一电流信息I₁’，检测接地变压器T_n二次侧的R_n所在支路的电流，通过CT2得到二电流信息I_n；

2)分别提取I₁’和I_n中的与低频外加电源对应的低频电流信息，分别为I₁与I₂；

3)对接地变压器T_n进行电路等效，得到如图3所示的T型网络等效回路，并且根据T型网络等效回路与所得到的I₁和I₂计算的得出接地电阻R_g。

计算过程如下：

T型网络等效回路中，R_g为定子接地保护对应的接地电阻，N为接地变压器的变比，为折算到接地变压器二次侧的计算电压，为折算到接地变压器二次侧的计算电流,R_k+jX_k为接地变压器漏阻抗，为接地变压器励磁电动势，为接地变压器励磁电流，R_m+jX_m为励磁阻抗，为低频供电回路中的低频电流，为负载电阻所在支路的低频电流，R_n为负载电阻。

步骤3)中R_g的计算方法本发明不做限制，只要可以计算出R_g即可。

通过采样如图4所示的录波，将传统保护系统与本保护系统(即图中的新型保护系统)的测量精度进行对比，分别在定子接地保护对应的接地电阻R_g为1K与100K时进行对比，对比结果如图5、图6所示，可以看出本保护系统进行保护使得测量精度大幅度提高。

发电机定子接地保护方法实施例：

发电机定子接地保护方法，包括以下步骤：

(1)检测接地变压器二次侧的低频供电回路中的电流，得到第一电流信息，检测接地变压器二次侧的负载电阻所在支路的电流，得到第二电流信息；

(2)分别提取第一电流信息和第二电流信息中的与低频外加电源对应的低频电流信息；

(3)根据得到的低频电流信息计算得到定子接地保护对应的接地电阻以用于实现定子接地保护。

发电机定子接地保护方法的具体过程在上述发电机定子接地保护系统实施例中已经详细介绍，这里不做赘述。

发电机定子接地保护装置实施例：

发电机定子接地保护装置，包括处理器和存储器，处理器处理存储器中存储的程序指令以实现如下方法：

(1)检测接地变压器二次侧的低频供电回路中的电流，得到第一电流信息，检测接地变压器二次侧的负载电阻所在支路的电流，得到第二电流信息；

(2)分别提取第一电流信息和第二电流信息中的与低频外加电源对应的低频电流信息；

(3)根据得到的低频电流信息计算得到定子接地保护对应的接地电阻以用于实现定子接地保护。

发电机定子接地保护装置实现的方法的具体过程在上述发电机定子接地保护系统实施例中已经详细介绍，这里不做赘述。

Claims (10)

1.一种发电机定子接地保护系统，包括保护装置以及与发电机定子绕组的接地变压器二次侧相连接的低频供电回路，所述低频供电回路上设置有低频外加电源，所述接地变压器二次侧两端并联设置有负载电阻支路，其特征在于，所述发电机定子接地保护系统还包括第一电流检测模块和第二电流检测模块，所述保护装置采样连接所述第一电流检测模块和第二电流检测模块，所述第一电流检测模块用于检测所述低频供电回路中的电流，得到第一电流信息，所述第二电流检测模块用于检测负载电阻支路上的电流，得到第二电流信息，所述保护装置分别提取第一电流信息和第二电流信息中的与低频外加电源对应的低频电流信息，并根据得到的低频电流信息计算得到定子接地保护对应的接地电阻以用于实现定子接地保护。

2.根据权利要求1所述的发电机定子接地保护系统，其特征在于，所述定子接地保护对应的接地电阻为：

其中，R_g为定子接地保护对应的接地电阻，N为接地变压器的变比，为折算到接地变压器二次侧的计算电压，为折算到接地变压器二次侧的计算电流,R_k+jX_k为接地变压器漏阻抗，为接地变压器励磁电动势，为接地变压器励磁电流，R_m+jX_m为励磁阻抗，为低频供电回路中的低频电流，为负载电阻所在支路的低频电流，R_n为负载电阻。

3.根据权利要求1所述的发电机定子接地保护系统，其特征在于，所述低频供电回路上还设置有低频带通滤波器。

4.根据权利要求1或2或3所述的发电机定子接地保护系统，其特征在于，所述第一电流检测模块和第二电流检测模块为两个相同的电流检测设备。

5.一种发电机定子接地保护方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)检测接地变压器二次侧的低频供电回路中的电流，得到第一电流信息，检测接地变压器二次侧的负载电阻所在支路的电流，得到第二电流信息；

(2)分别提取第一电流信息和第二电流信息中的与低频外加电源对应的低频电流信息；

(3)根据得到的低频电流信息计算得到定子接地保护对应的接地电阻以用于实现定子接地保护。

6.根据权利要求5所述的发电机定子接地保护方法，其特征在于，所述发电机定子接地保护方法还包括对接地变压器进行电路等效，得到T型网络等效回路，通过T型网络等效回路以及低频电流信息计算所述定子接地保护对应的接地电阻的步骤。

7.根据权利要求6所述的发电机定子接地保护方法，其特征在于，所述定子接地保护对应的接地电阻为：

T型网络等效回路中，R_g为定子接地保护对应的接地电阻，N为接地变压器的变比，为折算到接地变压器二次侧的计算电压，为折算到接地变压器二次侧的计算电流,R_k+jX_k为接地变压器漏阻抗，为接地变压器励磁电动势，为接地变压器励磁电流，R_m+jX_m为励磁阻抗，为低频供电回路中的低频电流，为负载电阻所在支路的低频电流，R_n为负载电阻。

8.一种发电机定子接地保护装置，包括处理器和存储器，其特征在于，处理器处理存储器中存储的程序指令以实现如下方法：

(1)检测接地变压器二次侧的低频供电回路中的电流，得到第一电流信息，检测接地变压器二次侧的负载电阻所在支路的电流，得到第二电流信息；

(2)分别提取第一电流信息和第二电流信息中的与低频外加电源对应的低频电流信息；

(3)根据得到的低频电流信息计算得到定子接地保护对应的接地电阻以用于实现定子接地保护。

9.根据权利要求8所述的发电机定子接地保护装置，其特征在于，所述发电机定子接地保护装置还实现对接地变压器进行电路等效，得到T型网络等效回路，通过T型网络等效回路以及低频电流信息计算所述定子接地保护对应的接地电阻的步骤。

10.根据权利要求9所述的发电机定子接地保护装置，其特征在于，所述定子接地保护对应的接地电阻为：

T型网络等效回路中，R_g为定子接地保护对应的接地电阻，N为接地变压器的变比，为折算到接地变压器二次侧的计算电压，为折算到接地变压器二次侧的计算电流,R_k+jX_k为接地变压器漏阻抗，为接地变压器励磁电动势，为接地变压器励磁电流，R_m+jX_m为励磁阻抗，为低频供电回路中的低频电流，为负载电阻所在支路的低频电流，R_n为负载电阻。