从消弧线圈串接电阻注入式定子接地保护方法及系统与流程

本发明属于大型水轮发电机的设计制造和电力系统主设备的继电保护技术领域，具体涉及一种从消弧线圈串接电阻注入式定子接地保护方法及系统。

背景技术：

定子单相接地故障是大型发电机定子绕组绝缘破坏最常见的故障，对发电机的危害主要表现为定子铁心的烧伤和接地故障扩大为相间或匝间短路，因此发电机保护a屏/b屏分别配置不同原理的定子接地保护(双频式和注入式)已成为趋势。

注入式定子接地保护在发电机中性点经配电变高阻接地方式下已广泛应用(参见图1)，但其在大型水轮发电机中性点经消弧线圈接地方式下(参见图2)却应用较少。相比于大型汽轮发电机，大型水轮发电机的转速较低，对应的极对数较多，从而使得定子槽数较多，导致定子绕组每相对地电容较大，因此发生定子单相接地故障时的电容电流较大。由于电容电流较大，采用中性点经消弧线圈接地方式可以减小单相接地故障电流。为了补偿电容电流，消弧线圈的电感值较小，导致其在20hz下的感抗较小，从而导致注入式定子接地保护应用时电源装置向发电机中性点注入的20hz信号较小，给信号的测量带来困难，最终导致保护应用效果不理想。

因此，有必要开发一种新的从消弧线圈串接电阻注入式定子接地保护方法及系统

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种从消弧线圈串接电阻注入式定子接地保护方法及系统，在应用注入式定子接地保护时不会改变发电机中性点接地方式，且能有效提高注入的20hz信号的大小，能准确计算出接地故障过渡电阻值。

第一方面，本发明所述的从消弧线圈串接电阻注入式定子接地保护方法，包括以下步骤：

步骤1：从发电机中性点侧消弧线圈串接电阻的两端注入20hz电压信号；定子接地保护装置的电阻分压器接在电阻的两端，通过电阻分压器检测注入的电压信号；将中间电流互感器绕在电源输出线上，中间电流互感器与定子接地保护装置连接，通过中间电流互感器检测注入的电流信号并输入给定子接地保护装置，经过采样、滤波得到20hz电压和20hz电流；

步骤2：定子接地保护装置利用测量到的20hz电压和20hz电流进行阻抗补偿计算，得到实际注入到发电机定子绕组对地支路两端的20hz电压和20hz电流，并计算出对地导纳，取对地导纳实部的倒数，再乘上电阻折算系数，得到接地故障过渡电阻值；

步骤3：利用计算得到的接地故障过渡电阻值作为保护判据，将保护出口定值分为两段，分别为高段定值和低段定值，当计算出的接地故障过渡电阻值低于高段定值时，执行报警动作，当计算出的接地故障过渡电阻值低于低段定值时，执行跳闸动作。

进一步，所述接地故障过渡电阻值的计算公式如下：

rg＝kr/re(y)

kr＝1/(nct×npt)

其中：信号量是定子接地保护装置测量到的20hz电流，信号量是定子接地保护装置测量到的20hz电压，信号量是流过消弧线圈串接电阻的20hz电流，是消弧线圈两端的20hz电压降，信号量是经过阻抗补偿后的20hz电流，是经过阻抗补偿后的20hz电压，rl+jxl是消弧线圈在20hz下的等值阻抗，rn是消弧线圈串接电阻的阻值，re(y)为取y的实部，kr是电阻折算系数，nct是中间电流互感器的变比，npt是电阻分压器的变比，y是定子绕组对地支路20hz下的导纳，rg是接地故障过渡电阻值。

第二方面，本发明所述的一种从消弧线圈串接电阻注入式定子接地保护系统，包括定子接地保护装置、20hz注入电源和中间电流互感器。

所述20hz注入电源的两端分别对应接入到发电机中性点侧消弧线圈1串接电阻3的两端，所述20hz注入电源用于从发电机中性点侧消弧线圈1串接电阻3的两端注入20hz电压信号。

所述定子接地保护装置的电阻分压器接在电阻3的两端，通过电阻分压器检测注入的电压信号。

所述中间电流互感器绕在电源输出线上，中间电流互感器与定子接地保护装置连接，通过中间电流互感器检测注入的电流信号并输入给定子接地保护装置。

所述定子接地保护装置利用测量到的20hz电压和20hz电流进行阻抗补偿计算，得到实际注入到发电机定子绕组对地支路两端的20hz电压和20hz电流，并计算出对地导纳，取对地导纳实部的倒数，再乘上电阻折算系数，得到接地故障过渡电阻值；利用计算得到的接地故障过渡电阻值作为保护判据，将保护出口定值分为两段，分别为高段定值和低段定值，当计算出的接地故障过渡电阻值低于高段定值时，执行报警动作，当计算出的接地故障过渡电阻值低于低段定值时，执行跳闸动作。

本发明的有益效果在于：

(1)在应用注入式定子接地保护时不会改变发电机中性点接地方式；

(2)保护方案易于实施；

(3)能够有效提高注入的20hz信号的大小，改善信号测量条件，能够准确计算出接地故障过渡电阻值。

附图说明

图1为现有大型水轮发电机配电变高阻接地方式下注入式定子接地保护的实现方案示意图；

图2为现有大型水轮发电机中性点经消弧线圈接地的示意图；

图3为本实施例中大型水轮发电机消弧线圈接地方式下从消弧线圈串接电阻注入信号示意图；

图4为本实施例中大型水轮发电机消弧线圈接地方式下从消弧线圈串接电阻注入信号的20hz等值电路图；

图中：1、消弧线圈，2、仪表线圈，3、电阻，4、定子接地保护装置，5、20hz注入电源，6、隔离开关，7、中间电流互感器。

具体实施方式

以下结合附图对本实施例进行清楚描述。

本实施例中，一种从消弧线圈串接电阻注入式定子接地保护方法，在不改变大型水轮发电机中性点侧接地方式的前提下(以降低电机设计制造的难度)，利用消弧线圈1串接电阻3(用来抑制传递过电压)来实现注入式定子接地保护20hz信号的注入。本方法具体包括以下步骤：

步骤1：从发电机中性点侧消弧线圈1串接电阻3的两端注入20hz电压信号；定子接地保护装置4的电阻分压器接在电阻3的两端，通过电阻分压器检测注入的电压信号(参见图3)；将中间电流互感器7绕在电源输出线上，中间电流互感器7与定子接地保护装置4连接，通过中间电流互感器7检测注入的电流信号并输入给定子接地保护装置4(参见图3)，经过采样、滤波得到20hz电压和20hz电流；。

步骤2：定子接地保护装置4利用测量到的20hz电压和20hz电流进行阻抗补偿计算，得到实际注入到发电机定子绕组对地支路两端的20hz电压和20hz电流(参见图4)，并计算出对地导纳，取对地导纳实部的倒数，再乘上电阻折算系数，得到接地故障过渡电阻值，接地故障过渡电阻值计算公式如下：

rg＝kr/re(y)(6)

kr＝1/(nct×npt)(7)

其中：信号量是定子接地保护装置测量到的20hz电流，信号量是定子接地保护装置测量到的20hz电压，信号量是流过消弧线圈串接电阻的20hz电流，是消弧线圈两端的20hz电压降，信号量是经过阻抗补偿后的20hz电流，是经过阻抗补偿后的20hz电压。阻抗补偿参数中，rl+jxl是消弧线圈1在20hz下的等值阻抗，rn是消弧线圈串接电阻的阻值，re(y)为取y的实部，kr是电阻折算系数，nct是中间电流互感器的变比，npt是电阻分压器的变比，补偿参数的值预先通过现场的测量实验得到。y是定子绕组对地支路20hz下的导纳，rg是接地故障过渡电阻值。

步骤3：利用计算得到的接地故障过渡电阻值作为保护判据，将保护出口定值分为两段，分别为高段定值和低段定值，当计算出的接地故障过渡电阻值低于高段定值时，执行报警动作，当计算出的接地故障过渡电阻值低于低段定值时，执行跳闸动作。

如图3所示，本实施例中，消弧线圈1是可以改变电感值的电抗器，其结构特点是具有一个用于测量基波零序电压的辅助绕组(即仪表线圈2)。消弧线圈1的抽头连接有隔离开关6。

以下以一台某水电站的发电机为例对本实施例所述方法进行说明，该发电机的基本参数如表1所示。

表1某水电站发电机参数

20hz注入电源5接在消弧线圈1串接的电阻3(即电阻rn)两端，电阻分压器接在电阻两端，中间电流互感器7绕在电源输出线上。电阻分压器测量到的电压信号和中间电流互感器7测量到的电流信号分别送入定子接地保护装置4的相应端口，其中电阻分压器变比为1/3、中间电流互感器7变比为10a/1a。

模拟定子单相接地故障，用定子接地保护装置4进行实测，其结果如表2所示：

表2模拟结果

结果表明，采用经消弧线圈1串接的电阻3注入20hz电压信号的方式和相应的保护算法，能够准确地计算出接地故障过渡电阻值，从而实现了消弧线圈1接地方式下注入式定子接地保护的应用。

本实施例中，一种从消弧线圈串接电阻注入式定子接地保护系统，包括定子接地保护装置4、20hz注入电源5和中间电流互感器7。

所述20hz注入电源5的两端分别对应接入到发电机中性点侧消弧线圈1串接电阻3的两端，所述20hz注入电源5用于从发电机中性点侧消弧线圈1串接电阻3的两端注入20hz电压信号。

所述定子接地保护装置4的电阻分压器接在电阻3的两端，通过电阻分压器检测注入的电压信号。

所述中间电流互感器7绕在电源输出线上，中间电流互感器7与定子接地保护装置4连接，通过中间电流互感器7检测注入的电流信号并输入给定子接地保护装置4。

所述定子接地保护装置4利用测量到的20hz电压和20hz电流进行阻抗补偿计算，得到实际注入到发电机定子绕组对地支路两端的20hz电压和20hz电流，并计算出对地导纳，取对地导纳实部的倒数，再乘上电阻折算系数，得到接地故障过渡电阻值；利用计算得到的接地故障过渡电阻值作为保护判据，将保护出口定值分为两段，分别为高段定值和低段定值，当计算出的接地故障过渡电阻值低于高段定值时，执行报警动作，当计算出的接地故障过渡电阻值低于低段定值时，执行跳闸动作。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。