以基波零序过电流判别发电机定子单相接地故障的方法

摘要

本发明涉及一种以基波零序过电流判别发电机定子单相接地故障的方法，该判别方法包括如下步骤：1.测量

说明书

技术领域

本发明涉及电学领域的一种判别发电机定子是否发生接地故障的方法，尤其涉及一种以50Hz基波零序过电流来判别发电机定子是否发生接地故障的方法。

背景技术

大容量发电机为了降低定子单相接地故障时的弧光过电压，常采用发电机中性点经配电变压器的接地方式，但这种措施反而又加大了单相接地故障时的接地电流。因此要求发电机定子绕组任一点单相接地故障时若接地电流大于规程规定的允许电流(I_允)时，发电机定子接地保护装置应能可靠地快速动作将发电机跳开，保证发电机安全。

当前国内外大容量发电机广泛采用的50Hz基波零序过电流保护(以下称为传统基波零序过流保护)有两种，其动作判据相同，为：

3I_0R≥I_set

式中，

3I_0R为发电机中性点配电变压器一次侧的基波电流(即基波三倍零序电流)，见图1，它是保护装置的测量电流，随发电机运行状态的变化而变化；

I_set：传统基波零序过流保护的动作电流整定值归算到配电变压器一次的值，该值在保护装置内整定好之后是一个恒定的值，不随发电机运行状态的变化而变化。

第一种传统基波零序过流保护的端子电流取自发电机中性点配电变压器二次侧电流互感器TA的二次侧(见图1)，以此来测量3I_0R，其动作电流的整定值I_set为：

I_set＝0.2U_bv/(R_nN_v)

式中，

U_by：为配电变压器二次侧额定电压；

R_n：配电变压器二次侧电阻；

N_v：配电变压器变比。

见“大型发电机注入式定子单相接地保护的调试和运行”论文，《继电器》，2004，No.16。

第二种传统基波零序过流保护的端子电流取自发电机中性点配电变压器一次侧电流互感器TA的二次侧(见图1)，以此来测量3I_0R，其动作电流的整定值L_set为：

$>I_{\mathrm{set}}=(1-K_{\mathrm{er}})\times \frac{1-\mathrm{\Delta U}}{1+\mathrm{\Delta U}}\times \frac{I_{2n}}{I2n+\Delta I_{\mathrm{er}}{I}_{2n}}\times \frac{0.05\times {3I}_{0R}^{\prime }}{N_{\mathrm{TA}}}$>

式中，

3I_0R′：为发电机在1.1倍额定电压下运行机端单相金属性一点接地试验，发电机中性点流入地中的电流，可测得；

I_2n：发电机中性点电流互感器TA二次侧的额定电流；

N_TA：TA的变比；

K_er＝0.03：为TA的变比误差；

ΔI_er＝0.05：为保护装置的误差；

ΔU＝0.1：为发电机正常运行电压的允许波动值。

见《大型发电机变压器继电保护整定计算导则》(中华人民共和国国家标准)。对基波零序过流保护的理想要求是：零序过流保护包含两段保护，当接地点的接地电流大于“I_允”时一段保护短延时跳闸，当接地点的接地电流小于“I_允”时，仅二段保护长延时发信号。上述两种传统的基波零序过流保护达不到这种理想的要求。

这两种传统的基波零序过流保护的共同缺点是：整定值I_set与规程规定的单相接地故障点的最大允许电流“I_允”间毫无关系，不同机组的I_set千差万别，I_set可能大于也可能小于I_允；又传统保护动作判据中与I_set进行比较的电流是保护的测量电流(即发电机中性点流入地中的电流3I_0R)，并不是接地故障点的电流3I_0g。设这两种接地保护任一种应用于零序过流保护的一段，可能会造成当定子绕组某点单相接地时接地故障点的电流3I_0g已大于“I_允”，但由于3I_0R＜I_set，致使传统保护拒动，不跳闸，严重危害发电机安全；也可能会造成当定子绕组某点单相接地时接地故障点的电流3I_0g小于I_允，而由于3I_0R＞I_set，致使传统保护误动，误跳闸(理想要求是保护二段发信号就可以了)。

发明内容

针对上述问题，本发明的任务是提供一种以基波零序过电流判别发电机定子单相接地故障的方法，以在发电机定子发生单相接地故障时，保护准确动作。

为完成上述任务，本发明的技术方案是采用了一种以基波零序过电流判别发电机定子单相接地故障的方法，该方法包括如下步骤：

1.测量的值。

2.将值代入下式并判别下式是否成立，若成立则启动保护。

上式中：

为保护的测量电流归算到配电变压器一次侧的值，即发电机中性点流入地中的电流；

为保护的测量电压，即机端电压互感器TV开口三角输出电压归算到TV一次侧的值；

λ、R_N、I_允为保护的整定值归算到配电变压器一次侧的值，整定好之后它们为常数。

可见，本发明的新保护方案能保证不论发电机定子绕组单相接地故障点的位置在何处，也不管接地点的过渡电阻R_g为何值，只要接地故障点的接地电流3I_0g＞I_允(即(2)式满足)，保护就启动，经整定的延时跳闸，确保了发电机的安全，完全达到了国家规程规定的理想要求，克服了传统基波零序定子单相接地过流保护的缺点。此外本发明保护的整定计算比传统基波零序过流保护的整定计算大大简化，无需用户计算，只需整定R_N、λ、I_允三个值即可。

附图说明

图1为本发明发电机基波零序过流定子单相接地保护与电力系统之间的连接图；

图2为发电机单相接地故障零序等效网络图。

具体实施方式

下面结合图1、图2，对本发明的以基波零序过电流判别发电机定子单相接地故障的方法的原理和工作步骤予以描述。

如图所示，发电机中性点配电变压器二次侧R_n归算到一次侧的值为R_N，发电机机压网络三相对地总容抗为1/(3ωC₀)，λ是一个正实数，为：

$>\lambda =\frac{R_N}{1/\left(3\omega C_0\right)}$>

$>-j/\left(\omega C_0\right)=-j3R_N/\lambda$>

上式中，

，为保护检测的50Hz基波三倍零序电流归算到配电变压器一次侧的值，即发电机中性点流入地中的电流，取自中性点电流互感器TA或者取自配电变压器Tn二次侧的TA(见图1)。

，为保护检测的50Hz基波三倍零序电压，取自发电机机端电压互感器TV的开口三角归算到TV一次侧的值，或者取自发电机中性点配电变Tn二次电压。

，为单相接地故障点的接地电流，图1中的R_g为单相接地故障点的过渡电阻。

本发明“发电机基波零序过流定子单相接地保护新方案”的动作判据为：3I_0g＞I_允

即：

上式中，

I_允为国家规程规定的该型号发电机定子单相接地故障接地点的最大允许电流。

R_N、λ、I_允为保护的整定值，整定好之后它们为常数，不随发电机运行工况的变化而变化。

而为保护检测的电流电压，为实时值，将代入(1)式计算出的也为实时值，它们随发电机运行工况的变化而变化，当(2)式满足，保护就启动。