一种中性点经组合接地方式接地故障过渡电阻计算方法

本发明涉及发电机继电保护领域，特别涉及一种中性点经组合接地方式接地故障过渡电阻计算方法。

背景技术：

随着水轮发电机容量不断增大，电机电压和定子电容也不断增加，定子绕组发生故障时接地电容电流不断增加；而且随着该类型中性点接地装置的应用不断推广，近年来在水轮发电机出现显著中性点漂移的问题日益突出；为了保证补偿接地故障电流的同时便于定子接地保护的应用，近年来，一些水轮发电机(如二滩、铜街子水电站的发电机)应用了一种折中的接地方案，即在配电变压器低压侧负载电阻上并联一个电感(以下简称组合接地方式)。

发电机定子绕组的单相接地故障是发电机的常见故障之一，随着机组单机容量的增大，发电机定子绕组的对地电容也增大。定子单相接地故障时，故障点电弧时断时续，所产生的间歇性过电压，可能造成定子铁心灼伤，甚至发展成匝间或相间短路故障。目前定子单相接地保护原理主要有基波零序电压保护、三次谐波电压保护、外加信号的注入式定子接地保护等，在工程中得到广泛应用。

外加20hz电源定子单相接地保护与发电机绕组的接地故障位置无关，能够反映定子绕组绝缘的均匀下降，能对绝缘老化起到监督作用，并且这种外加电源保护的调试相对简单，因为得到比较广泛的应用，特别是在新建的大型电站中应用得较多。外加电源可以由发电机机端电压互感器的开口三角绕组注入，也可以中性点接地装置的副边注入。

目前外加20hz电源定子接地保护主要采用导纳判据计算接地故障过渡电阻rf，当rf计算值低于电阻的高整定值时保护发信号报警，当rf计算值小于电阻的低整定值时保护动作与跳闸。导纳判据中接地故障过渡电阻rf的计算值是单相接地保护的出口动作行为和检测绝缘水平的主要依据，因此准确的计算rf十分必要。

在现有发电机应用中性点组合接地方式下，外加电源单相接地保护没有考虑中性点接地变压器参数的影响，因此，为了提高水轮发电机中性点经组合方式下单相接地故障的故障电阻计算的精确度，进一步提高故障检测的灵敏度，有必要在计算过渡电阻时考虑中性点接地变压器参数。

技术实现要素：

发明目的：本发明提出了一种中性点经组合接地方式接地故障过渡电阻计算方法，对大型水轮发电机经中性点经组合接地方式下采取外加20hz电源定子接地保护，考虑中性点接地变压器参数的影响，分析发电机接地装置等效参数对导纳判据中由副边测量的电流和电压计算原边接地故障电阻值的影响，得出一种水轮发电机中性点经组合接地方式接地故障过渡电阻计算方法，通过对导纳判据进行修正提高故障电阻计算的准确度，进一步提高故障检测的灵敏度。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案为：

一种中性点经组合接地方式接地故障过渡电阻计算方法，该方法为：

(1)基于外加20hz电源型定子单相接地保护，以10hz为基频，提取2次谐波20hz电压和电流分量；

(2)考虑接地变压器的短路阻抗、漏阻抗和激磁阻抗：r1、x1为20hz下原边绕组的漏阻抗折算到副边的值；r2、x2为副边绕组的漏阻抗；rk、xk为配电变压器短路阻抗；rm、xm为折算到副边的激磁阻抗；

(3)计算副边的定子对地导纳为：其中，为过渡电阻上的电压，过渡电阻上的电压为：其中，为副边漏阻抗上电压降，副边漏阻抗上电压降为：为原边绕组的漏阻抗折算到副边时的漏阻抗上电压降，原边绕组的漏阻抗折算到副边时的漏阻抗上电压降为：为20hz下原边绕组的漏阻抗折算到副边时流过的电流值，20hz下原边绕组的漏阻抗折算到副边时流过的电流值为：其中，i′m为折算到副边的激磁阻抗上流过的电流值；

(4)计算折算到原边的接地过渡电阻为：其中，n为配电变压器变比、re(y)代表复数副边的定子对地导纳y的实部。

有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明提出了一种中性点经组合接地方式接地故障过渡电阻计算方法，该方法实现在水轮发电机中性点组合接地方式下，考虑中性点接地变压器的参数影响，对接地故障电阻值进行准确计算，可以提高故障电阻计算的准确度，进一步提高故障检测的灵敏度。

附图说明

图1为发电机中性点组合接地方式时考虑配电变压器参数的t型等效电路；

图2为中性点经组合接地方式时外加20hz电源保护的原理图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，详细说明本发明的具体实施过程。

本发明提出了一种中性点经组合接地方式接地故障过渡电阻计算方法，如图1所示为水轮发电机中性点经组合接地方式时考虑配电变压器参数的t型等效电路。图中，r1、l1为20hz下原边绕组的漏阻抗折算到副边的值；r2、l2为副边绕组的漏阻抗；rm、lm为折算到副边的激磁阻抗；rn、ln为接地变压器低压侧接地电阻、电感；ei为外加20hz电源；ri为20hz电源内阻；us为过渡电阻上的电压、is为20hz下原边绕组的漏阻抗折算到副边时流过的电流值；u2为副边漏阻抗上电压降、u1为原边绕组的漏阻抗折算到副边时的漏阻抗上电压降；im为折算到副边的激磁阻抗上流过的电流值；rf为接地故障时过渡电阻。

图2为中性点经组合接地方式时外加20hz电源保护原理图，图中各参数为20hz下折算到副边的值。

下面结合图1、2介绍本发明提出的一种中性点经组合接地方式接地故障过渡电阻计算方法。

(1)如图1所示，基于外加20hz电源型定子单相接地保护，以10hz为基频，提取2次谐波20hz电压和电流分量；

(2)如图2所示，考虑接地变压器的短路阻抗、漏阻抗和激磁阻抗：r1、x1为20hz下原边绕组的漏阻抗折算到副边的值；r2、x2为副边绕组的漏阻抗；rk、xk为配电变压器短路阻抗；rm、xm为折算到副边的激磁阻抗；

(3)计算副边的定子对地导纳为：其中，为过渡电阻上的电压，过渡电阻上的电压为：其中，为副边漏阻抗上电压降，副边漏阻抗上电压降为：为原边绕组的漏阻抗折算到副边时的漏阻抗上电压降，原边绕组的漏阻抗折算到副边时的漏阻抗上电压降为：为20hz下原边绕组的漏阻抗折算到副边时流过的电流值，20hz下原边绕组的漏阻抗折算到副边时流过的电流值为：其中，i′m为折算到副边的激磁阻抗上流过的电流值；

(4)计算折算到原边的接地过渡电阻为：其中，n为配电变压器变比、re(y)代表复数副边的定子对地导纳y的实部。

上述实施例仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。