一种发电机定子绕组对地电容实时测量方法与流程

本发明涉及一种发电机定子绕组对地电容实时测量方法。

背景技术

定子绕组的单相接地故障是发电机最常见的一种故障。当发电机发生定子单相接地故障时，若不及时处理，故障电流将危及定子铁心，甚至进一步扩大为相间或匝间短路等更为严重的故障，潜在危险巨大。因此，针对发电机定子绕组单相接地故障的保护方案设计变得尤为关键。

当发电机定子单相接地故障电流大于安全值时，定子接地保护必须及时动作，防止故障危害进一步扩大。故障点接地电流计算的准确度主要取决于定子绕组对地电容参数计算的准确性，准确快速地测量定子绕组对地电容能为发电机定子接地保护方案的设计提供重要依据。目前国内外针对发电机定子绕组对地电容的实时测量技术鲜有研究。因此，研究适用于发电机定子绕组对地电容的实时测量技术对于发电机稳定运行及其故障保护具有重要的现实意义。

本发明提出了一种发电机定子绕组对地电容实时测量方法，测得对地电容参数可用于设计准确有效的定子接地保护方案，对保证发电机的安全稳定运行具有深远的意义和广阔的应用前景。

技术实现要素：

为了解决由于发电机定子绕组故障点位置随机导致的发电机定子绕组对地电容测量困难这一问题，本发明提供了一种发电机定子绕组对地电容实时测量方法。本发明方法在测量过程中不受电压互感器短路阻抗的影响，具备较强的适应性和较高的可靠性，有效解决了发电机定子绕组对地电容测量困难的问题。

本发明所采用的技术方案包括以下步骤：

1、一种发电机定子绕组对地电容实时测量方法，其特征是，包括如下步骤：

1)如图1所示，从安装在发电机中性点侧的电压互感器低压开口三角侧3注入一个角频率为ω1的电流信号

2)测量对应于的电压互感器低压开口三角侧3返回电压及低压星型侧2感应电压

3)改变注入信号频率，再从电压互感器低压开口三角侧3注入一个角频率为ω2的电流信号

4)测量对应于的电压互感器低压开口三角侧3返回电压及低压星型侧感应电压

5)利用下述公式计算发电机发生定子接地故障后的定子绕组对地电容值cf：

其中，ln为发电机中性点所接消弧线圈的电感；rf为接地故障过渡电阻；k1为电压互感器高压侧与低压三角侧的变比；k2为电压互感器高压侧与低压星形侧的变比；分别为复数的虚部；为复数的虚部。

上述步骤1)中注入电流信号的频率和步骤3)中注入电流信号的频率取值范围为20～60hz。

本发明的技术效果在于：本方法通过从安装在发电机中性点处的电压互感器低压开口三角侧向定子绕组注入两个频率不同的电流信号，在电压互感器低压开口三角侧和低压星形侧分别测得返回电压和感应电压，根据注入的电流信号和测得的电压信号计算出发电机定子绕组对地电容值。本发明方法在测量过程中消除了发电机中性点处的电压互感器短路阻抗对测量结果的影响，测量过程简单，能准确快速地测量定子绕组对地电容。

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

附图说明

图1是发电机定子绕组对地电容测量的接线原理图。

图2是发电机定子绕组对地电容测量的等效简化图。

具体实施方式

下面根据说明书附图对本发明的技术方案做进一步详细表述。

参见图1，图1为本发明的接线原理图。利用安装在发电机中性点侧的电压互感器和配电网电容电流测量仪4实施本发明，包括一台2kv三相五柱式电压互感器，一台容量为10kw的三相同步发电机6，其中电压互感器高压侧与低压三角侧变比为高压侧与低压星形侧变比为k2＝100，配电网对地电容电流测量仪4可实现注入电流信号和测量低压开口三角侧返回电压及低压星形侧感应电压的功能。

为了验证本发明所描述的一种发电机定子绕组对地电容实时测量方法的可行性，按图1所示的接线原理图搭建了实验模型，进行实验验证。发电机中性点电压互感器由高压绕组1、低压星形绕组2和低压开口三角绕组3组成，高压侧首端三个端子分别连接发电机的a、b、c相，尾端接地；低压星形侧a相绕组首尾两个端子连接于测量仪4，尾端接地；低压开口三角侧首尾两个端子δ1、δ2连接于测量仪4作为电流信号的注入端以及返回信号的采集端。图中采用发电机定子绕组的集中参数模型代替实验所用发电机，中性点经消弧线圈5接地。假设发电机a相发生定子单相接地故障，其中cf为发电机a相故障分支接地点到中性点的定子绕组对地电容，rf为接地故障过渡电阻，cg为发电机a相故障分支接地点到机端的定子绕组对地电容，ch为发电机a相非故障分支定子绕组等效对地电容，cb、cc分别为健全相b、c定子绕组等效对地电容，ce为发电机外部设备等效电容。实际测量时，利用测量仪4从电压互感器低压开口三角绕组3注入两个角频率分别为ω1、ω2的电流信号分别测量对应于注入电流的电压互感器低压开口三角绕组3的返回电压和低压星形绕组2的感应电压折算到高压侧后分别为将给定的电流信号以及测得的电压信号代入后文经过推算得到的公式(9)、(10)中，即可计算出发电机故障相接地点到中性点的定子绕组对地电容值。

图2为本发明的等效简化图。其中r1为高压侧漏阻，r3′为低压开口三角侧漏阻归算到高压侧后的值；l1为电压互感器高压侧漏感，l3′为低压开口三角侧漏感归算到高压侧后的值。由电压互感器高低压侧阻抗归算关系及图2中电路可得低压开口三角侧绕组输入阻抗为：

低压星形侧绕组输入阻抗为：

由于高压侧和低压开口三角侧漏磁导近似相等，所以有高压侧和低压开口三角侧漏感归算到同一侧时近似相等，即l1≈l3′。

对上述得到的分别取虚部有：

联立上述公式可得发电机定子绕组对地电容计算公式为：

由式(9)、(10)可求出故障电阻rf和定子对地电容cf。在实际测量过程中，除了rf、cf为未知数之外，其余数据均为已知或测量所得，即rf、cf分别可求。

表1为具体实施实例所测得的定子绕组对地电容值和实际电容值。

表1

由表1可得当测量频率为20/40hz时，测量误差最大不超过1.6％，测量精度高，适用于发电机定子绕组对地电容的测量。由上述公式中可以看出，本发明定子绕组对地电容测量方法中对地电容的计算与电压互感器漏阻和漏感无关，消除了电压互感器短路阻抗对测量结果的影响，且接线简单，提高了测量的准确度和简便性。