CN111521938A - 发电机励磁系统一点接地诊断方法及装置 - Google Patents

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CN111521938A CN202010372933.9A CN202010372933A CN111521938A CN 111521938 A CN111521938 A CN 111521938A CN 202010372933 A CN202010372933 A CN 202010372933A CN 111521938 A CN111521938 A CN 111521938A
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    • G01R31/52—Testing for short-circuits, leakage current or ground faults

Abstract

本发明公开了发电机励磁系统一点接地诊断方法及装置，所述方法包括：测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的有效值；当接地点至转子正极之间的电阻与接地点至转子负极之间的电阻的比值等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值的比值且正负极之间电压等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值之和，则判断为转子绕组内部发生单相接地；当正负极之间电压等于正极对地电压且负极对地电压为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；本发明的优点在于：准确区分发电机励磁系统接地点方位。

Description

发电机励磁系统一点接地诊断方法及装置
技术领域
本发明涉及发电机故障综合快速诊断领域，更具体涉及发电机励磁系统一点接地诊断方法及装置。
背景技术
励磁系统一点接地较为常见，具体包括转子绕组一点接地、转子绕组端部至整流桥直流侧出线一点接地和整流桥交流侧一点接地，目前转子接地保护的主要原理方法包括乒乓式转子接地保护、注入式转子接地保护，对于上述上述三种故障类型，两种保护原理均能可靠动作，但是无法准确区分接地点方位。
乒乓式转子接地保护对于转子绕组内部一点接地可诊断具体故障点位置，但是对于转子绕组端部至整流桥直流侧出线一点接地和整流桥交流侧一点接地两种方位却无法区分诊断。注入式转子接地保护对于转子绕组一点接地、转子绕组端部至整流桥直流侧出线一点接地和整流桥交流侧一点接地各种故障类型均无法区分诊断方位。
目前主要的手段是解开整流桥直流侧联接，分别对转子直流侧和整流桥交流侧进行绝缘测试，确定具体的接地点方位，此方法耗时耗力，而且某些故障为非永久性故障，为故障排查带来极大的困扰。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于现有技术发电机励磁系统一点接地诊断方法无法准确区分接地点方位的问题。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：发电机励磁系统一点接地诊断方法，所述方法包括：
测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的有效值；
当接地点至转子正极之间的电阻与接地点至转子负极之间的电阻的比值等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值的比值且正负极之间电压等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值之和，则判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正负极之间电压等于正极对地电压且负极对地电压为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的负值等于负极对地电压且正极对地电压为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正极对地电压的绝对值等于负极对地电压的绝对值且正极对地电压与负极对地电压的差值等于正负极之间电压，则判断为整流桥交流侧一点接地。
本发明从机理上对发电机励磁系统不同方位一点接地进行论证推导，探究一般性规律，提供的发电机励磁系统一点接地诊断方法能够通过测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的有效值，利用各电压之间的关系准确判断出接地点方位。
优选的，所述方法还包括：
用示波器分别测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的波形，当正负极之间电压和正极对地电压的相位相同，负极对地电压的相位与正负极之间电压的相位相反且相差180度，判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正极对地电压的波形与正负极之间电压的波形重合且负极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的相位与负极对地电压的相位相差180度且正极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压为规则的整流波形，正极对地电压的波形与负极对地电压的波形为此消彼长、交替过零的脉动波且正极对地电压的平均值与负极对地电压的平均值相等，则判断为整流桥交流侧一点接地。
优选的，所述整流桥交流侧一点接地，一个周期内，正极对地电压的波形满足公式
Figure BDA0002479003710000031
其中，Ud1为正极对地电压，U2为励磁变抵押侧电压有效值，ω0为整流前电压角速度，t为时间。
优选的，所述方法还包括：
用示波器测试转子绕组的正负极对地电压的频率以及负极对地电压的频率，转子绕组的正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率含有和整流桥交流侧电压相同的频率分量，则整流桥交流侧一点接地；
当转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压有且只有直流分量，且直流分量的频率、正负极之间电压的频率、正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率均为零，则整流桥直流侧一点接地。
本发明还提供发电机励磁系统一点接地诊断装置，所述装置用于：
测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的有效值；
当接地点至转子正极之间的电阻与接地点至转子负极之间的电阻的比值等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值的比值且正负极之间电压等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值之和，则判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正负极之间电压等于正极对地电压且负极对地电压为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的负值等于负极对地电压且正极对地电压为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正极对地电压的绝对值等于负极对地电压的绝对值且正极对地电压与负极对地电压的差值等于正负极之间电压，则判断为整流桥交流侧一点接地。
优选的，所述装置还用于：
用示波器分别测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的波形，当正负极之间电压和正极对地电压的相位相同，负极对地电压的相位与正负极之间电压的相位相反且相差180度，判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正极对地电压的波形与正负极之间电压的波形重合且负极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的相位与负极对地电压的相位相差180度且正极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压为规则的整流波形，正极对地电压的波形与负极对地电压的波形为此消彼长、交替过零的脉动波且正极对地电压的平均值与负极对地电压的平均值相等，则判断为整流桥交流侧一点接地。
优选的，所述整流桥交流侧一点接地，一个周期内，正极对地电压的波形满足公式
Figure BDA0002479003710000051
其中，Ud1为正极对地电压，U2为励磁变抵押侧电压有效值，ω0为整流前电压角速度，t为时间。
优选的，所述装置还用于：
用示波器测试转子绕组的正负极对地电压的频率以及负极对地电压的频率，转子绕组的正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率含有和整流桥交流侧电压相同的频率分量，则整流桥交流侧一点接地；
当转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压有且只有直流分量，且直流分量的频率、正负极之间电压的频率、正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率均为零，则整流桥直流侧一点接地。
本发明的优点在于：本发明从机理上对发电机励磁系统不同方位一点接地进行论证推导，探究一般性规律，提供的发电机励磁系统一点接地诊断方法能够通过测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的有效值，利用各电压之间的关系准确判断出接地点方位。
附图说明
图1为现有技术的转子绕组内部接地等效电路图；
图2为现有技术的典型三相桥式全波整流电路；
图3为现有技术的典型三相桥式全波整流电路整流后直流侧电压波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
发电机励磁系统一点接地诊断方法，所述方法包括：
首先介绍原理，转子一点接地总体一般分为两种种情况，转子绕组一点接地、转子绕组端部至整流桥直流侧出线一点接地统一为转子绕组直流侧一点接地，另另一种情况为整流桥交流侧一点接地。
在正常运行情况下，发电机转子绕组回路与地电位绝缘(切除注入式转子接地保护)，回路未设计地电位测试端子，如果用万用表测量，显示的不是一个固定的值，且每次测量的结果不同。因此，如果用万用表分别测量转子正、负对地电压，且其为稳定的电压值时，即表明该发电机存在转子接地异常；如果是整流桥交流侧接地，接地点与发电机转子之间也会形成回路，用万用表测量时也会有稳定的电压存在，两种接地情况分析过程如下：
1、转子绕组直流侧接地机理
测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的有效值；图1是转子绕组内部接地等效电路图。其中R1、R2分别是接地点至转子正、负极之间的电阻值，Rg是转子接地电阻值，设转子电压为U即转子绕组正负极之间的电压，正极对地电压为U+，负极对地电压为U-，由于转子是一点接地，励磁回路与地之间未形成电流回路，Rg上无电位差，则U+为转子电流在R1上形成的电压降，U-的绝对值为转子电流在R2上形成的电压降，U-为负值，即：
Figure BDA0002479003710000081
故，当接地点至转子正极之间的电阻与接地点至转子负极之间的电阻的比值等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值的比值且正负极之间电压等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值之和即满足公式(1)，则判断为转子绕组内部发生单相接地；
当转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地，假设转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地，则：
Figure BDA0002479003710000082
故，当正负极之间电压等于正极对地电压且负极对地电压为零即满足公式(2)，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地，则有：
Figure BDA0002479003710000083
故，当正负极之间电压的负值等于负极对地电压且正极对地电压为零即满足公式(3)，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
整流柜交流侧发生一点接地，则有：
Figure BDA0002479003710000084
故，当正极对地电压的绝对值等于负极对地电压的绝对值且正极对地电压与负极对地电压的差值等于正负极之间电压即满足公式(4)，则判断为整流桥交流侧一点接地。
2、整流桥交流侧接地机理
图2为典型三相桥式全波整流电路，为了方便分析，假设交流侧电压频率为工频，晶闸管导通角为零度。根据电力电子相关知识，整流后直流侧Ud电压波形如图3所示，图中T为变压器，n为变压器原副线圈绕组匝数比。整流输出电压Ud一周期脉动六次，其波形为线电压在正半周期的包络线。
以下将从原理分析整流桥交流侧单相接地波形的情况。假设整流桥交流侧C相发生单相接地。所以VT2阴极和VT5阳极电位被钳制为零。由于励磁变电压侧为不接地系统，根据电力系统分析可知，当C相发生一点接地，A、B、C三相线电压关系不变，线电压相位差依然为120度。由此可得两个结论：
1)直流侧全电压与故障前晶闸管导通角度为零时全电压相同。依旧为规则的直流波形。
2)晶闸管的导通顺序和故障前相同。
因此晶闸管的导通顺序和正负对地电压有如下变化过程：
在0-60度，VT1和VT6导通，Ud＝UAB，Ud1＝UAC，Ud2＝UBC。
在60-120度，VT1和VT2导通，Ud＝UAB，Ud1＝UAC，Ud2＝0。
在120-180度，VT3和VT2导通，Ud＝UBC，Ud1＝UBC，Ud2＝0。
在180-240度，VT3和VT4导通，Ud＝UBA，Ud1＝UBC，Ud2＝UAC。
在240-300度，VT5和VT4导通，Ud＝UCA，Ud1＝0，Ud2＝UAC。
在300-360度，VT5和VT6导通，Ud＝UCB，Ud1＝0，Ud2＝UBC。
令故障前励磁变低压侧交流线电压表达式为：
Figure BDA0002479003710000101
U2—励磁变低压侧电压有效值；
ω0—整流前电压角速度
对于Ud1和Ud2脉动周期为0.02s。现以Ud1为例，列出其数学表达式(6)：
Figure BDA0002479003710000102
(6)式为分段函数，其周期为0.02s，对(6)式进行傅里叶变换：
Figure BDA0002479003710000103
Figure BDA0002479003710000111
Figure BDA0002479003710000112
Figure BDA0002479003710000113
联合上式，可得：
Figure BDA0002479003710000114
由(7)式可以看出，通过傅里叶级数变换，Ud1可变换成直流分量和含
Figure BDA0002479003710000115
频率的交流分量。
Figure BDA0002479003710000116
频率即为交流侧电压频率。Ud2分析与此类似。
通过以上分析，除了上述的通过幅值判断接地点，与幅值相关的是波形，对于不便于测量电压的情况下，可以直接测波形，因此可以根据波形图分析接地点的位置，首先，用示波器分别测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的波形，当正负极之间电压和正极对地电压的相位相同，负极对地电压的相位与正负极之间电压的相位相反且相差180度，判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正极对地电压的波形与正负极之间电压的波形重合且负极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的相位与负极对地电压的相位相差180度且正极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压为规则的整流波形，正极对地电压的波形与负极对地电压的波形为此消彼长、交替过零的脉动波且正极对地电压的平均值与负极对地电压的平均值相等，则判断为整流桥交流侧一点接地。
当幅值法和波形分析法均不能得出准确的接地点位置时，作为转子接地的辅助判据，所述方法还包括：
用示波器测试转子绕组的正负极对地电压的频率以及负极对地电压的频率，转子绕组的正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率含有和整流桥交流侧电压相同的频率分量，则整流桥交流侧一点接地；
当转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压有且只有直流分量，且直流分量的频率、正负极之间电压的频率、正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率均为零，则整流桥直流侧一点接地。
通过以上技术方案，本发明提供的发电机励磁系统一点接地诊断方法，从机理上对发电机励磁系统不同方位一点接地进行论证推导，探究一般性规律，提供的发电机励磁系统一点接地诊断方法能够通过测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的有效值，利用各电压之间的关系准确判断出接地点方位，综合利用幅值加波形加频率的方式可快速诊断发电机励磁系统一点接地的具体方位。
实施例2
与本发明实施例1相对应的，本发明实施例2还提供发电机励磁系统一点接地诊断装置，所述装置用于：
测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的有效值；
当接地点至转子正极之间的电阻与接地点至转子负极之间的电阻的比值等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值的比值且正负极之间电压等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值之和，则判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正负极之间电压等于正极对地电压且负极对地电压为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的负值等于负极对地电压且正极对地电压为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正极对地电压的绝对值等于负极对地电压的绝对值且正极对地电压与负极对地电压的差值等于正负极之间电压，则判断为整流桥交流侧一点接地。
具体的，所述装置还用于：
用示波器分别测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的波形，当正负极之间电压和正极对地电压的相位相同，负极对地电压的相位与正负极之间电压的相位相反且相差180度，判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正极对地电压的波形与正负极之间电压的波形重合且负极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的相位与负极对地电压的相位相差180度且正极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压为规则的整流波形，正极对地电压的波形与负极对地电压的波形为此消彼长、交替过零的脉动波且正极对地电压的平均值与负极对地电压的平均值相等，则判断为整流桥交流侧一点接地。
具体的，所述整流桥交流侧一点接地，一个周期内，正极对地电压的波形满足公式
Figure BDA0002479003710000141
其中，Ud1为正极对地电压，U2为励磁变抵押侧电压有效值，ω0为整流前电压角速度，t为时间。
具体的，所述装置还用于：
用示波器测试转子绕组的正负极对地电压的频率以及负极对地电压的频率，转子绕组的正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率含有和整流桥交流侧电压相同的频率分量，则整流桥交流侧一点接地；
当转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压有且只有直流分量，且直流分量的频率、正负极之间电压的频率、正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率均为零，则整流桥直流侧一点接地。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.发电机励磁系统一点接地诊断方法，其特征在于，所述方法包括：
测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的有效值；
当接地点至转子正极之间的电阻与接地点至转子负极之间的电阻的比值等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值的比值且正负极之间电压等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值之和，则判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正负极之间电压等于正极对地电压且负极对地电压为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的负值等于负极对地电压且正极对地电压为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正极对地电压的绝对值等于负极对地电压的绝对值且正极对地电压与负极对地电压的差值等于正负极之间电压，则判断为整流桥交流侧一点接地。
2.根据权利要求1所述的发电机励磁系统一点接地诊断方法，其特征在于，所述方法还包括：
用示波器分别测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的波形，当正负极之间电压和正极对地电压的相位相同，负极对地电压的相位与正负极之间电压的相位相反且相差180度，判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正极对地电压的波形与正负极之间电压的波形重合且负极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的相位与负极对地电压的相位相差180度且正极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压为规则的整流波形，正极对地电压的波形与负极对地电压的波形为此消彼长、交替过零的脉动波且正极对地电压的平均值与负极对地电压的平均值相等，则判断为整流桥交流侧一点接地。
3.根据权利要求2所述的发电机励磁系统一点接地诊断方法，其特征在于，所述整流桥交流侧一点接地，一个周期内，正极对地电压的波形满足公式
Figure FDA0002479003700000021
其中，Ud1为正极对地电压，U2为励磁变抵押侧电压有效值，ω0为整流前电压角速度，t为时间。
4.根据权利要求2所述的发电机励磁系统一点接地诊断方法，其特征在于，所述方法还包括：
用示波器测试转子绕组的正负极对地电压的频率以及负极对地电压的频率，转子绕组的正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率含有和整流桥交流侧电压相同的频率分量，则整流桥交流侧一点接地；
当转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压有且只有直流分量，且直流分量的频率、正负极之间电压的频率、正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率均为零，则整流桥直流侧一点接地。
5.发电机励磁系统一点接地诊断装置，其特征在于，所述装置用于：
测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的有效值；
当接地点至转子正极之间的电阻与接地点至转子负极之间的电阻的比值等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值的比值且正负极之间电压等于正极对地电压的绝对值与负极对地电压的绝对值之和，则判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正负极之间电压等于正极对地电压且负极对地电压为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的负值等于负极对地电压且正极对地电压为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正极对地电压的绝对值等于负极对地电压的绝对值且正极对地电压与负极对地电压的差值等于正负极之间电压，则判断为整流桥交流侧一点接地。
6.根据权利要求5所述的发电机励磁系统一点接地诊断装置，其特征在于，所述装置还用于：
用示波器分别测试转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压的波形，当正负极之间电压和正极对地电压的相位相同，负极对地电压的相位与正负极之间电压的相位相反且相差180度，判断为转子绕组内部发生单相接地；
当正极对地电压的波形与正负极之间电压的波形重合且负极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组正极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压的相位与负极对地电压的相位相差180度且正极对地电压的波形幅值为零，则判断为转子绕组负极端部至整流桥直流侧出线一点接地；
当正负极之间电压为规则的整流波形，正极对地电压的波形与负极对地电压的波形为此消彼长、交替过零的脉动波且正极对地电压的平均值与负极对地电压的平均值相等，则判断为整流桥交流侧一点接地。
7.根据权利要求6所述的发电机励磁系统一点接地诊断装置，其特征在于，所述整流桥交流侧一点接地，一个周期内，正极对地电压的波形满足公式
Figure FDA0002479003700000041
其中，Ud1为正极对地电压，U2为励磁变抵押侧电压有效值，ω0为整流前电压角速度，t为时间。
8.根据权利要求6所述的发电机励磁系统一点接地诊断装置，其特征在于，所述装置还用于：
用示波器测试转子绕组的正负极对地电压的频率以及负极对地电压的频率，转子绕组的正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率含有和整流桥交流侧电压相同的频率分量，则整流桥交流侧一点接地；
当转子绕组正负极之间电压、正极对地电压以及负极对地电压有且只有直流分量，且直流分量的频率、正负极之间电压的频率、正极对地电压的频率以及负极对地电压的频率均为零，则整流桥直流侧一点接地。
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