CN1595751A - 中性点经消弧线圈接地发电机定子接地保护方法 - Google Patents

Abstract

中性点经消弧线圈接地发电机定子接地保护方法，涉及电力系统继电保护技术，用于提高中性点经消弧线圈接地发电机定子接地保护灵敏度，本发明从消弧线圈内部电压电感器注入谐振频率信号，测量注入信号电压电流比，进行保护；如谐振频率f_i接近工频，则注入0.7－0.95f_i或1.05－1.3f_i的信号，测量信号电压与电流相位差进行保护，定子绕组对地电容始终得到补偿，提高保护灵敏度，尤适于大型水轮发电机定子接地保护，亦适于转子接地保护。

Description

中性点经消弧线圈接地发电机定子接地保护方法

技术领域

本发明是申请号00114451.0、申请日2000.3.30、名称为《发电机定子接地保护方法》发明专利申请的分案申请。

本发明涉及电力系统继电保护技术，特别是中性点不直接接地发电机定子接地保护。

背景技术

发电机定于接地故障占发电机故障的60％以上，定子接地故障发生后，如不及时清除，可能引发其他类型的故障，并直接影响发电机的安全运行。目前国内外开发的双频式零序电压定子接地保护，采用发电机本身产生的工频零序电压及三次谐波零序电压，具有一定的保护功能，但受定子绕组对地电容的影响，难以满足大型发电机定子高灵敏度接地保护的要求。周强等作者在电力系统自动化1999，23(11)22～25“三峡左岸电站发电机—变压器组保护技术方案”一文中，介绍采用直接注入恒定频率信号，测量信号电压、电流及功率等进行接地保护的方法。但中性点经高阻接地发电机，无故障时注入信号直接经定子绕组对地电容流回，发生接地故障时，相对于注入信号频率，定子绕组对地容抗小于接地电阻，注入信号大部分还是通过定子绕组对地电容流回，只有很小一部分通过故障电阻流回。由于受定子绕组对地电容影响，高阻接地故障时，信号电流、电压及测量阻抗变化较小，难以检测。中性点经消弧线圈接地发电机，由于采用注入恒定频率的低频或者高频信号，信号频率远离发电机谐振频率，而相对于注入信号，消弧线圈感抗要么不到定子绕组对地容抗的一半，要么超过定子绕组对地容抗的两倍。同样受到该发电机定子绕组对地电容影响，高阻接地故障时，信号电流、电压及测量阻抗变化较小，难以检测，满足不了大型发电机高阻接地保护的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种中性点经消弧线圈接地发电机定子接地保护方法，中性点经消弧线圈接地发电机注入谐振频率信号或接近谐振频率信号，以方便测量有关数据，提高发电机定子接地保护灵敏度。

本发明的一种中性点经消弧线圈接地发电机定子接地保护方法，定子绕组中性点经消弧线圈接地，在消弧线圈内部的电压互感器或个性点零序电压互感器或机端零序电压互感器副边注入低频信号，其特征为：

(1)注入低频信号角频率W_s，应使得下述等式尽量成立：

$L=\frac{1}{3W_s^{2}C}$

其中L为消弧线圈原边的电感量，C为单相定子绕组对地电容，

(2)测量电压互感器副边两端注入信号产生的电压的及注入电压互感器的信号电流I_i，

(3)计算定于绕组对地电阻R_f

$R_f=N^2\frac{U_B}{I_i}$

式中N为消弧线圈变比，当R_f小于整定值R_set时，电路保护机构动作。

所述的中性点经消弧线圈接地发电机定子接地保护方法，其进一步的特征在于：

(1)当注入低频信号频率f_s接近或等于工频时，选择注入低频信号频率f_s为0.7～0.95或1.05～1.3f_i，使发电机定子回路存在很大的恒定对地电抗X_i：

$X_i=\frac{W_{s}L}{1-3W_s^2\mathrm{CL}}$

f_i为发电机零序回路谐振频率，

(2)测量电压互感器副边两端注入信号产生的电压U_B及注入电压互感器的信号电流I_i之间的相位差α

$\mathrm{\α}=\mathrm{arctg}\left(\frac{R_f}{X_i}\right)$

当α小于整定值α_set时，电路保护机构动作。

$\mathrm{\α}=\mathrm{arctg}\left(\frac{R_{\mathrm{set}}}{X_i}\right)$

本发明采用注入谐振频率或接近谐振频率的信号，使定子绕组对地容抗始终得到补偿，消除或者大大削弱定子绕组对地电容对信号测量的影响，提高了发电机定子接地保护灵敏度，尤其适用于大型水轮发电机定子绕组高阻接地保护，也可适用于发电机转子接地保护。

附图说明

图1为定子绕组中性点经消弧线圈接地发电机注入信号保护方法接线示意图。

图2为图1的等效电路。

具体实施方式

图1和图2表示定子绕组A、B、C相中性点经消弧线圈G接地，为防止发电机过电压、更好的减小接地故障残流，消弧线圈一般运行在欠补偿5～10％，则发电机零序回路谐振频率：

$f_i=f_0\sqrt{1-v}---\left(1\right)$

式中f₀为系统工作频率50Hz，v为脱谐度。当v＝5～10％时，f_i＝48.7339～47.43416。

为了补偿定子绕组对地电容3C，注入信号频率应尽量接近谐振频率，这样流过消弧线圈的电感电流尽量补偿流过定子绕组的电容电流，减小了电容电流的影响，提高保护精度。通过信号源E_s注入谐振频率信号，则通过CPU经分压电阻测量消弧线圈副边注入信号的电压U_B、经电流互感器TA测量注入信号的电流I_i，由(2)式计算定子绕组对地电阻R_f进行接地保护：

$R_f=N^2\frac{U_B}{I_i}---\left(2\right)$

图2中，R_e为信号源E_s内阻，其他标识同图1，但当注入信号频率接近工频时，注入信号可能检测困难，为此，采用改变注入信号频率，测量U_B和I_i的相位差α，进行接地保护。通常相位的测量比幅值的测量具有更高的精度，尤其对于低频信号，其周期长，采用计数器测量相位差，计数值数多，精度高，选择注入信号频率f_s为0.7～0.95f_i或1.05～1.3f_i，使发电机定子回路存在一个很大的恒定对地电抗X_i：

$X_i=\frac{W_{s}L}{1-3W_s^2\mathrm{CL}}---\left(3\right)$

这样发电机由正常运行(泄露电阻作用)到接地故障，消弧线圈电压互感器两端的信号电压U_B及信号电流I_i之间的夹角α发生明显变化。

$\mathrm{\α}=\mathrm{arctg}\left(\frac{R_f}{X_i}\right)---\left(4\right)$

无故障时，α接近90°，发生接地故障时，R_f变小，α变小，表1列出α与故障接地电阻R_f之间的关系，可看出相位差随接地电阻变化明显：

接地故障电阻(Ω)	0	1000	5000	8000	10000	40000(正常)
							相位差(°)	0	16.34	55.70	66.91	71.1	85.13

根据R_f的整定值计算对应的α值，当信号电压与信号电流的相位差α测量值小于整定值时保护动作，如表1中，整定值R_f为10kΩ，对应α为71.1°，当测量值小于71.17。时保护动作。

Claims (2)

1.一种中性点经消弧线圈接地发电机定子接地保护方法，定子绕组中性点经消弧线圈接地，在消弧线圈内部的电压互感器或中性点零序电压互感器或机端零序电压互感器副边注入低频信号，其特征为：

(1)注入低频信号角频率W_S，应使得下述等式尽量成立：

$L=\frac{1}{{2W}_s^{2}C}$

其中L为消弧线圈原边的电感量，C为单相定子绕组对地电容，

(2)测量电压互感器副边两端注入信号产生的电压U_B及注入电压互感器的信号电流I_i，

(3)计算定于绕组对地电阻R_f

$R_f=N^2\frac{U_B}{I_i}$

式中N为消弧线圈变比，当R_f小于整定值R_set时，电路保护机构动作。

2.如权利要求1所述的中性点经消弧线圈接地发电机定子接地保护方法，其特征在于：

(1)当注入低频信号频率f_s接近或等于工频时，选择注入低频信号频率f_s为0.7～0.9f_i或1.05～1.3f_s，使发电机定子回路存在很大的恒定对地电抗X_i：

$X_i=\frac{W_{s}L}{1-2W_s^2\mathrm{CL}}$

f_i为发电机零序回路谐振频率，

(2)测量电压互感器副边两端注入信号产生的电压U_B及注入电压互感器的

信号电流I_i之间的相位差α

$\mathrm{\α}=\mathrm{arctg}\left(\frac{R_f}{X_i}\right)$

当α小于整定值α_set时，电路保护机构动作。

${\mathrm{\α}}_{\mathrm{set}}=\mathrm{arctg}\left(\frac{R_{\mathrm{set}}}{X_i}\right)$

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