CN116148709B - 大型发电机定子接地故障分支判定方法 - Google Patents

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Abstract

大型发电机定子接地故障分支判定方法，步骤一、单相接地故障后等值回路计算出基波零序电压与故障点到定子绕组中性点的线圈匝数占一相总串联匝数的百分比α和接地点过渡电阻rf之间的关系；步骤二、根据同相不同分支电势分布推导出任意故障位置和故障过渡电阻的组合工况下基波零序电压向量分布区间；步骤三、根据基波零序电压向量分布区间的是否独立判断故障分支位置。当单相接地故障发生后，提取故障后基波零序电压向量，根据基波零序电压向量所在区间可判断故障分支，该方法灵敏度高，计算简单，可快速判定故障分支。

Description

大型发电机定子接地故障分支判定方法
技术领域
本发明涉及发电机故障检测领域，具体涉及一种大型发电机定子接地故障分支判定方法。
背景技术
发电机定子绕组单相接地故障是发电机定子绕组绝缘破坏最常见的故障，相比于定子绕组内部故障，定子绕组单相接地故障对发电机的损伤程度较轻，但它往往是破坏严重的相间/匝间短路发生的先兆。因此一旦发生定子单相接地故障，保护应快速动作，将故障发电机从系统切除并停机，并进行现场拆机检修，查找故障点。
大型发电机中性点接地方式多为经接地变高阻接地，随着发电机容量的提升，对地电容电流也随之增大；为减小接地故障电流，可通过优化接地变设计，补偿部分容性电流，这一方案的实施进一步增大了故障点的查找工作量。
目前已有的故障定位算法利用故障后相电压有效值最低判别故障相，进一步再利用基波零序电压和过渡电阻值计算故障位置。然而对大型发电机而言，通常为每相多分支并联的绕组形式，并联支路数可多达11分支，传统的定位算法无法判定接地故障分支，因此有必要对接地故障分支的判定进行研究，以进一步减少故障检修工作量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大型发电机定子接地故障分支判定方法，对于每相不同分支电势构成相同的电机，任一分支相同位置发生定子接地故障后其故障特征量相同，无法有效区分故障分支；对于每相不同分支电势构成不同的电机，不同分支相同位置发生定子接地故障后其故障特征量是不同的，据此可以判定故障分支。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
大型发电机定子接地故障分支判定方法，判定的具体步骤为：
Step1、根据发电机定子绕组对地电容、接地变漏阻抗、接地电阻值参数，得到单相接地故障后基波零序等值回路，并推导出基波零序电压与故障点到定子绕组中性点的线圈匝数占一相总串联匝数的百分比α以及接地点过渡电阻rf之间的关系：
其中，RNeq为发电机中性点等效接地电阻，记为等效接地电阻，-jXCeq为定子绕组等效对地电抗，为故障点到发电机中性点之间的电势，rf为接地点过渡电阻，α为故障点到定子绕组中性点的线圈匝数占一相总串联匝数的百分比，/>为基波零序电压；
Step2、根据定子绕组同相不同分支电势分布推导出任意故障位置和过渡电阻的组合工况下，基波零序电压向量轨迹分布区Area.1,Area.2,…,Area.n；Step3、定子接地故障发生后，提取基波零序电压/>根据/>向量所在区间判定故障分支；若区间Area.1,Area.2,…,Area.n互相独立，则可直接根据/>判别故障分支；若区间Area.1,Area.2,…,Area.n有重叠，且/>恰好落在重叠区间内，可进一步借助过渡电阻值判定故障分支。
上述的Step1中等值回路结构为：
中性点等效接地电阻RNeq与故障点到发电机中性点的电势接地过渡电阻rf组成串联回路，故障点到发电机中性点的电势/>和接地点过渡电阻rf两端存在基波零序电压/>中性点等效接地电阻RNeq两端并联有定子绕组等效对地电抗-jXCeq。
上述的Step3中当区间Area.1,Area.2,…,Area.n互相独立时，故障分支的判定方法为：
基波零序电压向量所在区间记为对应的故障分支，基波零序电压/>落在区间Area.m，则故障分支为第m分支。
上述的所述的Step3中当区间Area.1,Area.2,…,Area.n有重叠时，故障分支的判定方法为：
基波零序电压向量落在重叠区时，需要将接地点过渡电阻rf带入公式：
可求得 所在分支即为故障分支。
本发明提供的一种大型发电机定子接地故障分支判定方法，通过单相接地故障后等值回路计算出基波零序电压与故障位置α和故障过渡电阻rf之间的关系，根据同相不同之分电势分布推导出任意故障位置和故障过渡电阻的组合工况下基波零序电压向量分布区间，根据基波零序电压向量分布区间的是否独立判断故障分支位置，当单相接地故障发生后，提取故障后基波零序电压向量，根据基波零序电压向量所在区间可判断故障分支，该方法灵敏度高，计算简单，可快速判定故障分支。
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为基波零序等值回路；
图2为基波零序电压向量轨迹；
图3为发电机基波电势向量图；
图4为基波零序电压分布区域；
图5为发电机定子的仿真电路图；
图6为故障波形示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详细说明本发明技术方案。
大型发电机定子接地故障分支判定方法，判定的具体步骤为：
Step1、根据发电机定子绕组对地电容、接地变漏阻抗、接地电阻值参数，得到单相接地故障后基波零序等值回路，并推导出基波零序电压与故障点到定子绕组中性点的线圈匝数占一相总串联匝数的百分比α和接地点过渡电阻rf之间的关系：
其中，RNeq为发电机中性点等效接地电阻，记为等效接地电阻，-jXCeq为定子绕组等效对地电抗，为故障点到发电机中性点之间的电势，rf为接地点过渡电阻，α为故障点到定子绕组中性点的线圈匝数占一相总串联匝数的百分比，/>为基波零序电压；
Step2、根据定子绕组同相不同分支电势分布如图3中所示，推导出任意故障位置和过渡电阻的组合工况下，如图2中所示，基波零序电压向量轨迹分布区Area.1,Area.2,…,Area.n；
Step3、定子接地故障发生后，提取基波零序电压根据/>向量所在区间判定故障分支；若区间Area.1,Area.2,…,Area.n互相独立，则可直接根据/>判别故障分支；若区间Area.1,Area.2,…,Area.n有重叠，且/>恰好落在重叠区间内，可进一步借助过渡电阻值判定故障分支。
如图1中所示，上述的Step1中等值回路结构为：
中性点等效接地电阻RNeq与故障点到发电机中性点的电势接地过渡电阻rf组成串联回路，故障点到发电机中性点的电势/>和接地点过渡电阻rf两端存在基波零序电压/>中性点等效接地电阻RNeq两端并联有定子绕组等效对地电抗-jXCeq。
上述的Step3中当区间Area.1,Area.2,…,Area.n互相独立时，故障分支的判定方法为：
基波零序电压向量所在区间记为对应的故障分支，基波零序电压/>落在区间Area.m，则故障分支为第m分支。
上述的所述的Step3中当区间Area.1,Area.2,…,Area.n有重叠时，故障分支的判定方法为：
基波零序电压向量落在重叠区时，需要将接地点过渡电阻rg带入公式：
可求得 所在分支即为故障分支。
实施例：
某发电机采用整数槽(q＝4)波绕组(定子绕组节距为y1＝10、y2＝14)，48极，定子槽数为576，每相8分支，每分支24个线圈，每相第1到第4分支电势构成相同，第5到第8分电势支构成相同。每一分支分为4个线圈组，每个线圈组包含6匝线圈，同一线圈组内6匝线圈电势同相位，相邻线圈组电势相差15°，如图3所示，图中给出a4分支和a5分支电势相量图。
对于中性点经高阻接地的发电机，中性点接地电阻值和定子对地总容抗大致相等，为便于分析，不妨假设RNeq＝XCeq，故障过渡电阻rf＝nRNeq＝nXCeq，则
其中
由上式可知，滞后/>一定角度θ，随着过渡电阻从0到无穷大变化，θ∈(0,45°)，由发电机定子绕组连接方式可计算出a4分支和a5分支的线圈组1电势相位相对于/>分别为-22.5°和22.5°，则a4分支发生单相接地故障时，/>相位所属范围为(0°，-67.5°)，a5分支发生单相接地故障时，/>相位所属范围为(22.5°，-45°)，因此当/>落在θ1和θ2之间时，如图4中区域②，故障点只可能位于a4分支；当/>落在两分支电势围成的封闭区域内时，如图4中区域①，故障位置只可能位于a5分支；当/>落在θ1上方，封闭区域之外时，如图4中区域③，故障位置既有可能在a4分支，也有可能在a5分支，此时需要借助过渡电阻进一步判断。
为验证定子接地故障分支判定方法可行性，基于仿真软件PSCAD搭建了发电机准分布参数模型，并设置不同分支接地故障，故障分支判别结果如下表所示，当基波零序电压向量落在区域①和区域②时，可直接判别故障相；当基波零序电压向量落在区域③时，借助过渡电阻可判别出故障分支，且故障位于两个不同分支时，过渡电阻值可相差10倍以上，对过渡电阻测量精度要求不高，具有较强的实用性。
根据上述定量计算验证，该大型发电机定子接地故障分支判定方法，可以有效区分故障分支，降低故障检修工作量。

Claims (3)

1.大型发电机定子接地故障分支判定方法，其特征在于，判定的具体步骤为：
Step1、根据发电机定子绕组对地电容、接地变漏阻抗、接地电阻值参数，得到单相接地故障后基波零序等值回路，并推导出基波零序电压与故障点到定子绕组中性点的线圈匝数占一相总串联匝数的百分比α以及接地点过渡电阻rf之间的关系：
；
其中，RNeq为发电机中性点等效接地电阻，记为等效接地电阻，-jXCeq为定子绕组等效对地电抗，为故障点到发电机中性点之间的电势，rf为接地点过渡电阻，α为故障点到定子绕组中性点的线圈匝数占一相总串联匝数的百分比，/>为基波零序电压；
Step2、根据定子绕组同相不同分支电势分布推导出任意故障位置和过渡电阻的组合工况下，基波零序电压向量轨迹分布区Area.1,Area.2,…,Area.n；
Step3、定子接地故障发生后，提取基波零序电压根据基波零序电压/>向量所在区间判定故障分支；若区间Area.1,Area.2,…,Area.n互相独立，则可直接根据/>判别故障分支；若区间Area.1,Area.2,…,Area.n有重叠，且/>恰好落在重叠区间内，可进一步借助过渡电阻值判定故障分支；
所述的Step3中当区间Area.1,Area.2,…,Area.n有重叠时，故障分支的判定方法为：
基波零序电压向量落在重叠区时，需要将接地点过渡电阻rf带入公式：
可求得所在分支即为故障分支。
2.根据权利要求1所述的大型发电机定子接地故障分支判定方法，其特征在于，所述的Step1中等值回路结构为：
中性点等效接地电阻RNeq与故障点到发电机中性点的电势接地过渡电阻rf组成串联回路，故障点到发电机中性点的电势/>和接地点过渡电阻rf两端存在基波零序电压中性点等效接地电阻RNeq两端并联有定子绕组等效对地电抗-jXCeq。
3.根据权利要求2所述的大型发电机定子接地故障分支判定方法，其特征在于，所述的Step3中当区间Area.1,Area.2,…,Area.n互相独立时，故障分支的判定方法为：
基波零序电压向量所在区间记为对应的故障分支，基波零序电压/>落在区间Area.m，则故障分支为第m分支。
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