CN114062965A - 缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法 - Google Patents

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Abstract

缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法，故障定位的具体步骤为：步骤一、转子一点接地故障判定；步骤二、对采样电阻两端电压中的基波分量和三次谐波分量进行判断，判别故障位置。通过在发生转子一点接地故障时检测采样电阻端电压的基波分量和三次谐波分量，能够对故障出在交流侧还是直流侧做出具体判断，引入三次谐波分量能够对交流侧中性点接地情况做出判断，缩小故障查找范围，方便维保人员尽早的排出故障，为快速查找故障提供决策依据。适合在水轮机组故障排查领域推广使用。

Description

缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法
技术领域
本发明涉及水轮机发电机组故障诊断领域，具体涉及一种缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法。
背景技术
发电机转子回路接地故障是发电机常见的故障形式之一，主要表现为转子绕组受潮绝缘降低、转子绕组因安装维护不当留有金属异物、运行中转子滑环电流引线螺钉松动、转子碳刷粉末沉积等情况。转子回路发生一点接地时，由于未形成电流回路，对发电机运行没有直接影响。但是，若一点接地故障未及时处理，相继发生两点接地故障，会造成转子本体烧伤、励磁绕组过热、发电机剧烈振动等严重后果。为防止此类事故发生，目前大型同步发电机均配置了转子一点接地保护，当转子绕组一点接地时，保护装置可正确动作，根据整定方案，发出告警信号或直接出口跳闸。
乒乓切换式转子一点接地保护是常见的一种转子接地保护方案，其基本原理如图1所示。S1、S2为2个电子开关，由微机控制通断切换；K为转子绕组接地点的位置，在距负端α发生接地。当S1闭合，S2打开时为状态1，S1打开，S2闭合时为状态2。通过检测两种状态下R1两端电压为U、励磁电压E的变化，联立电路方程，可计算出接地电阻Rg及接地位置。这种原理的转子接地保护，因为要依赖励磁电压E的作用，只能在开机状态下起到保护作用。
分析可知，这种保护无法区分故障点在励磁系统交流侧还是直流侧，当励磁系统交流侧发生一点接地故障时，乒乓切换式转子一点接地保护测量电阻会越下限，并且判断出故障位置在转子绕组50％附近，对故障排查造成很大困扰。当转子一点接地保护动作后，维护人员需要对转子绕组做大量检查，耗费大量精力。
因此，发明人提出一种缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法，当保护动作后，首先根据本方法做出故障点位于交流侧还是直流侧的初步判断，缩小故障定位范围，为快速查找故障提供决策依据。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法，能够对故障点位于交流侧还是直流侧做出初步判断，缩小故障查找范围，方便维保人员尽早的排出故障，为快速查找故障提供决策依据。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法，故障定位的具体步骤为：
步骤一、检测并计算乒乓切换式转子一点接地保护装置中接地电阻Rg阻值，当接地电阻Rg阻值在设定的时间t内持续小于设定的极限值，判定发生转子一点接地故障；
步骤二、检测出现转子一点接地故障时采样电阻R1两端电压U中的基波分量U1～与三次谐波分量U3～，当基波分量U1～幅值超过设定上限或三次谐波分量U3～幅值超越上限时，此时一点接地保护故障点位于励磁系统交流侧；
当基波分量U1～幅值和三次谐波分量U3～幅值都未超过其设定上限时，此时一点接地保护故障点位于励磁系统直流侧。
上述的基波分量U1～幅值上限阈值按一定的灵敏系数来整定，设定灵敏系数为Ksen，则基波分量U1～幅值上限阈值整定为：
Figure BDA0003334496220000021
其中，R为转子一点接地保护装置的时钟脉冲控制电子开关S1和S2处的短接电阻阻值，Um为正常运行转子三相电压幅值。
上述的三次谐波分量U3～幅值上限阈值按一定灵敏度整定，设定灵敏系数为Ksen，则三次谐波分量U3～幅值上限阈值整定为：
Figure BDA0003334496220000022
其中，R为转子一点接地保护装置的时钟脉冲控制电子开关S1和S2处的短接电阻阻值，Um为正常运行转子三相电压幅值。
上述的三次谐波分量U3～幅值上限阈值按躲过正常运行过程中实测的最大三次谐波分量U3～.实测值来整定，设置可靠系数为Krel，则三次谐波分量U3～有效值阈值整定为：Krel·U3～.实测值。
本发明提供的一种缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法，通过在发生转子一点接地故障时检测采样电阻R1端电压的基波分量和三次谐波分量，能够对故障出在交流侧还是直流侧做出具体判断，引入三次谐波分量能够对交流侧中性点接地情况做出判断，缩小故障查找范围，方便维保人员尽早的排出故障，为快速查找故障提供决策依据。，适合在水轮机组故障排查领域推广使用。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为乒乓切换式转子一点接地保护原理图；
图2为缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的判断逻辑图；
图3为励磁系统交流侧C相一点接地示意图；
图4为励磁系统交流侧中性点一点接地示意图。
具体实施方式
如图2中所示，缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法，故障定位的具体步骤为：
步骤一、检测并计算乒乓切换式转子一点接地保护装置中接地电阻Rg阻值，当接地电阻Rg阻值在设定的时间t内持续小于设定的极限值，判定发生转子一点接地故障；
步骤二、检测出现转子一点接地故障时采样电阻R1两端电压U中的基波分量U1～与三次谐波分量U3～，当基波分量U1～幅值超过设定上限或三次谐波分量U3～幅值超越上限时，此时一点接地保护故障点位于励磁系统交流侧；
当基波分量U1～幅值和三次谐波分量U3～幅值都未超过其设定上限时，此时一点接地保护故障点位于励磁系统直流侧。
上述的基波分量U1～幅值上限阈值按一定的灵敏系数来整定，设定灵敏系数为Ksen，则基波分量U1～幅值上限阈值整定为：
Figure BDA0003334496220000041
其中，R为转子一点接地保护装置的时钟脉冲控制电子开关S1和S2处的短接电阻阻值，Um为正常运行转子三相电压幅值。
上述的三次谐波分量U3～幅值上限阈值按一定灵敏度整定，设定灵敏系数为Ksen，则三次谐波分量U3～幅值上限阈值整定为：
Figure BDA0003334496220000042
其中，R为转子一点接地保护装置的时钟脉冲控制电子开关S1和S2处的短接电阻阻值，Um为正常运行转子三相电压幅值。
上述的三次谐波分量U3～幅值上限阈值按躲过正常运行过程中实测的最大三次谐波分量U3～.实测值来整定，设置可靠系数为Krel，则三次谐波分量U3～有效值阈值整定为：Krel·U3～.实测值。
以图3中励磁系统交流侧C相一点接地作为实施例，在图3中，励磁系统交流侧为中性点不接地系统，正常运行时，低压侧三相电压相位互差2π/3，有效值为
Figure BDA0003334496220000043
若发生C相一点接地，则A、B相电压相位差变为π/3，幅值上升为原来的
Figure BDA0003334496220000044
倍。
对于三相全控桥式整流电路，当触发角为α时，励磁绕组正极端、负极端对地电压分别为Ur+、Ur-，有：
Figure BDA0003334496220000051
Figure BDA0003334496220000052
对Ur+、Ur-进行傅里叶分解，忽略掉高次谐波，仅考虑直流分量、基波分量、三次谐波分量、六次谐波分量，其表达式为：
Figure BDA0003334496220000053
其中，系数a0、a1、b1、a3、b3、a6、b6均为常数：
Figure BDA0003334496220000054
整理计算可知，交流系统发生单相接地时，直流侧正负极两端对地基波分量、三次谐波分量相等，为：
Figure BDA0003334496220000055
式中
Figure BDA0003334496220000061
对于乒乓切换式转子接地保护而言，相当于端电压U中叠加了如下交流成分：
Figure BDA0003334496220000062
而接地点发生在直流侧时，正负极两端对地电压中无基波、三次谐波交流成分，端电压U中也没有相关分量，因此，可以通过检测端电压U中的基波和三次谐波成分来判断接地点发生在交流侧还是直流侧。
对式(7)进行分析，交流侧发生单相接地时，端电压U中的基波成分幅值不变，其值为：
Figure BDA0003334496220000063
端电压U中的三次谐波成分与触发角α相关，其值为：
Figure BDA0003334496220000064
当触发角α变化时，U3～最小为：
Figure BDA0003334496220000065
U3～最大为
Figure BDA0003334496220000066
值得注意的是，以上分析均假设故障点位于励磁系统交流侧的相线上，此时在泄漏电流中既有基波分量又有三次谐波分量，且基波分量十分明显。然而，如果励磁系统交流侧接地点不在相线上，而是位于Y型接线的中性点上(比如对于低压侧采用Y型接线的励磁变压器的中性点存在金属导体搭接接地，或同步变压器的中性点存在金属导体搭接接地，如图4所示)，此时泄漏电流将不存在基波分量，而只有三次谐波分量，且三次谐波分量仍然由式(9)所决定。因此基波分量判据虽然更为灵敏，但配置一个三次谐波判据仍然是有必要的。

Claims (4)

1.缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法，其特征在于，故障定位的具体步骤为：
步骤一、检测并计算乒乓切换式转子一点接地保护装置中接地电阻Rg阻值，当接地电阻Rg阻值在设定的时间t内持续小于设定的极限值，判定发生转子一点接地故障；
步骤二、检测出现转子一点接地故障时采样电阻R1两端电压U中的基波分量U1～与三次谐波分量U3～，当基波分量U1～幅值超过设定上限或三次谐波分量U3～幅值超越上限时，此时一点接地保护故障点位于励磁系统交流侧；
当基波分量U1～幅值和三次谐波分量U3～幅值都未超过其设定上限时，此时一点接地保护故障点位于励磁系统直流侧。
2.根据权利要求1所述的缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法，其特征在于，所述的基波分量U1～幅值上限阈值按一定的灵敏系数来整定，设定灵敏系数为Ksen，则基波分量U1～幅值上限阈值整定为：
Figure FDA0003334496210000011
其中，R为转子一点接地保护装置的时钟脉冲控制电子开关S1和S2处的短接电阻阻值，Um为正常运行转子三相电压幅值。
3.根据权利要求1所述的缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法，其特征在于，所述的三次谐波分量U3～幅值上限阈值按一定灵敏度整定，设定灵敏系数为Ksen，则三次谐波分量U3～幅值上限阈值整定为：
Figure FDA0003334496210000012
其中，R为转子一点接地保护装置的时钟脉冲控制电子开关S1和S2处的短接电阻阻值，Um为正常运行转子三相电压幅值。
4.根据权利要求1所述的缩小乒乓切换式转子一点接地保护故障定位范围的方法，其特征在于，所述的三次谐波分量U3～幅值上限阈值按躲过正常运行过程中实测的最大三次谐波分量U3～.实测值来整定，设置可靠系数为Krel，则三次谐波分量U3～有效值阈值整定为：Krel·U3～.实测值。
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