一种大型发电机中性点接地变压器选型的方法

摘要

本发明公开了一种大型发电机中性点接地变压器选型的方法，根据接地电阻保护装置的PT/CT约束条件、滤波器约束条件、耐受电压约束条件以及机组安全运行约束条件，确定接地变二次侧额定电压，通过接地变二次侧额定电压，确定接地变二次负载电阻，完成接地变选型，以利于注入工频分量的滤除，注入分量的准确测量，接地电阻保护装置安全可靠运行，机组安全可靠运行，从而提高测量电阻精度，提高接地电阻保护性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型发电机中性点接地变压器选型的方法，属于电力系统自动化控制领域。

背景技术

当前国内外大型发电机机组中性点主要采用经接地变压器的接地方式，定子绕组接地保护多采用外加电源注入式定子接地保护，注入分量从机组中性点处注入。该保护由接地电阻保护和工频零序接地过电流保护共同组成，两种保护保护范围重叠无死区，实现100％范围定子接地保护。

机组定子绕组发生单相接地故障时，由注入分量等值电路可知，在确定工程现场设备参数中，注入分量大小取决于接地变变比和接地变二次负载电阻。实际工程中，考虑电压有一定波动，为留有一定的裕度，不让接地变饱和，其一次侧额定电压一般取为机组额定线电压，而二次侧额定电压一般选为220V或230V，接地变二次负载电阻阻值较小，往往不到1Ω，接地变二次回路中的注入电压电流分量过小，超出装置PT/CT测量的范围，难以准确测量；同时系统工频分量太大，不能被完全滤除，注入分量的测量误差变大。上述情形都会造成接地电阻测量误差变大，接地电阻保护存在拒动和误动的可能。

发明内容

本发明提供了一种大型发电机中性点接地变压器选型的方法，解决了机组定子绕组发生单相接地故障时，注入分量难以准确测量，工频分量不能被完全滤除的问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种大型发电机中性点接地变压器选型的方法，包括，

根据接地电阻保护装置的PT/CT约束条件、滤波器约束条件、耐受电压约束条件以及机组安全运行约束条件，确定接地变二次侧额定电压；

通过接地变二次侧额定电压，确定接地变二次负载电阻。

确定接地变二次侧额定电压的过程为，

确定满足PT/CT约束条件的接地变二次侧额定电压；确定满足滤波器约束条件的接地变二次侧额定电压；确定满足耐受电压约束条件的接地变二次侧额定电压；确定满足机组安全运行约束条件的接地变二次侧额定电压；

通过取不同约束条件下接地变二次侧额定电压的交集，确定最终的接地变二次侧额定电压。

接地电阻保护装置的滤波器约束条件为，

采用注入电压分量和工频电压分量之比作为注入电压信噪比，电压滤波器的信噪比改善不小于注入电压最小信噪比的要求；

采用注入电流分量和工频电流分量之比作为注入电流信噪比，电流滤波器的信噪比改善不小于注入电流最小信噪比的要求。

注入电压信噪比＝注入电压分量/工频电压分量。

注入电流信噪比＝注入电流分量/工频电流分量。

注入电压最小信噪比公式为，

其中，SNR_U_inject_MIN为注入电压最小信噪比，U_{inject_min}为注入电压分量最小值，U_{system_max}为注入工频电压分量最大值。

注入电流最小信噪比公式为，

其中，SNR_I_inject_MIN为注入电流最小信噪比，I_{inject_min}为注入电流分量最小值，I_{system_max}为注入工频电流分量最大值。

本发明所达到的有益效果：本发明根据接地电阻保护装置的PT/CT约束条件、滤波器约束条件、耐受电压约束条件以及机组安全运行约束条件，确定接地变二次侧额定电压，通过接地变二次侧额定电压，确定接地变二次负载电阻，完成接地变选型，以利于注入工频分量的滤除，注入分量的准确测量，接地电阻保护装置安全可靠运行，机组安全可靠运行，从而提高测量电阻精度，提高接地电阻保护性能。

附图说明

图1为确定接地变二次侧额定电压的流程图；

图2为定子绕组单相接地故障时接地变二次侧注入分量等值电路；

图3为定子绕组单相接地故障时注入工频零序等值电路。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

一种大型发电机中性点接地变压器选型的方法，具体过程为：

1)设定接地变一次侧额定电压为机组额定线电压。

2)根据接地电阻保护装置的PT/CT约束条件、滤波器约束条件、耐受电压约束条件以及机组安全运行约束条件，确定接地变二次侧额定电压，即确定后的接地变二次侧额定电压满足上述所有约束条件。

接地变二次侧额定电压确定后，即确定了接地变变比n，中性点接地变二次负载电阻R_n也就随之确定。机组中性点高阻接地的接地方式主要是为抑制机组单相接地故障的暂态过电压不超过2.6p.u.(以额定相电压幅值为基值的标幺值)，一般取等号，其中C_Σ为机组机端所有一次连接设备对地分布电容之和，ω为工频频率下的相量角速度。

确定接地变二次侧额定电压的具体原理如图1下：

a)接地电阻保护装置的PT/CT约束条件：接地电阻保护装置的注入电压分量最小值大于PT测量下限值或注入电流分量最小值大于CT测量下限值。

接地变二次侧额定电压与注入分量有间接的关系，通过接地变变比来联系，即确定了接地变二次侧额定电压，也就确定了接地变变比，也就确定了接地变二次负载电阻，最后就能确定注入分量的值。

发生单相接地故障时，接地变二次侧注入分量等值电路如图2所示，图中，U_inject为注入电压分量，R₂为接地变漏电阻，X₂为接地变漏电抗，j代表复数，，R_in为注入式信号电源等效内阻，为注入式信号电源幅值，I_inject为注入电流分量，R_m和X_m分别是接地变并联励磁电阻和励磁电抗值，X'_C为一次机端对地分布电容折算到接地变二次侧的容抗值，R_g′＝R_g/n²为折算至注入式电流回路中接地过渡电阻值，R_g为接地电阻。

从图1可知，机组静止工况下，定子绕组没有发生接地即R_g为无穷大时，注入电流分量最小为I_{inject_min}；机端发生单相接地故障时即R_g＝0Ω且α＝100％时，α为接地故障位置至中性点的匝数占定子绕组总匝数的百分比，注入电压分量最小为U_{inject_min}，注入工频电压和电流分量最小基本为零，U_{inject_min}和I_{inject_min}计算表达式如下：

其中，U_{inject_min}为注入电压分量最小值。

Z_out＝[(jX'_C)||R_m||(jX_m)]+(R₂+jX₂)

其中，I_{inject_min}为注入电流分量最小值；

计算不同接地变二次侧额定电压时的U_{inject_min}和I_{inject_min}，确定满足PT/CT约束条件的接地变二次侧额定电压。

b)接地电阻保护装置的滤波器约束条件：采用注入电压分量和工频电压分量之比作为注入电压信噪比，电压滤波器的信噪比改善不小于注入电压最小信噪比的要求；采用注入电流分量和工频电流分量之比作为注入电流信噪比，电流滤波器的信噪比改善不小于注入电流最小信噪比的要求。。

进入接地电阻保护装置的模拟信号中既包括注入分量(包括注入电流分量和注入电压分量)，也包括注入工频分量(包括注入工频电压分量和注入工频电流分量)；注入分量相当于有用分量，注入工频分量相当于无用分量，接地电阻保护须尽可能的滤出注入分量，滤除注入工频分量，即要求注入分量尽可能的大，注入工频分量尽可能的小；为此定义注入分量的信噪比如下：

注入电压信噪比＝注入电压分量/注入工频电压分量；

注入电流信噪比＝注入电流分量/注入工频电流分量；

在任何故障情形下，接地电阻保护都要能准确测量注入分量，即要求注入分量信噪比尽可能的大，而不同接地电阻R_g阻值不同接地点位置时，注入分量信噪比各不相同；显然，对于一个分式来说，分子取最小值分母取最大值的时候，分式的值为理论最小值，只要滤波器的信噪比改善(滤波器在注入分量频率处的增益和工频频率处的增益之比即SNIR)不小于此理论最小信噪比，则任何单相接地故障时，注入工频分量都能被滤除；为此定义注入分量最小信噪比如下：

其中，SNR_U_inject_MIN为注入电压最小信噪比，U_{system_max}为注入工频电压分量最大值；

其中，SNR_I_inject_MIN为注入电流最小信噪比，I_{system_max}为注入工频电流分量最大值；

发生单相接地故障时，注入工频零序等值电路如图3所示，图中U_E为发电机额定相电压，为接地故障电流，-jX_C为定子侧对地总的容抗；从图2可知，机组并网工况下，机端发生单相接地故障即即R_g＝0Ω且α＝100％时，注入工频电压和电流分量最大，分别为U_{system_max}和I_{system_max}，其中U_{system_max}就是接地变二次额定电压值，I_{system_max}为

计算不同接地变二次侧额定电压时的SNR_U_inject_MIN和SNR_I_inject_MIN，确定满足滤波器约束条件的接地变二次侧额定电压。

c)耐受电压约束条件：发生单相接地故障时，接地变二次侧最大电压值不超过接地电阻保护装置的耐受电压。

机组处于短期过电压工况时，若发生单相接地故障，接地变二次侧最大电压值不超过接地电阻保护装置的耐受电压，否则接地电阻保护装置绝缘状态将会受到破坏；

根据耐受电压约束条件，确定接地变二次侧额定电压。

d)机组安全运行约束条件：注入到定子绕组上的注入电压分量不超过机组电压额定值的1％。

机组处于正常并网工况时，要求注入到定子绕组上的注入电压分量不超过机组电压额定值的1％，以保证机组正常运行，定子绕组上的最大注入分量为n*U_{inject_max}，U_{inject_max}为单相接地故障时，接地变二次侧端口上出现的最大注入电压分量。

根据上述条件确定接地变二次侧额定电压。

e)通过取不同约束条件下接地变二次侧额定电压的交集，确定最终的接地变二次侧额定电压。

上述方法根据接地电阻保护装置的PT/CT约束条件、滤波器约束条件、耐受电压约束条件以及机组安全运行约束条件，确定接地变二次侧额定电压，完成接地变选型，以利于注入工频分量的滤除，注入分量的准确测量，接地电阻保护装置安全可靠运行，机组安全可靠运行，从而提高测量电阻精度，提高接地电阻保护性能。

以上所述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，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。