專利名稱：判斷發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障點(diǎn)位置的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電學(xué)領(lǐng)域，尤其涉及電學(xué)領(lǐng)域一種發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障時(shí)如何判斷接地故障點(diǎn)位置的方法，本發(fā)明主要適用于中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器接地的大容量發(fā)電機(jī)。

背景技術(shù)：
大容量發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部單相接地故障時(shí)要求發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)能可靠的動(dòng)作于跳閘，此外還希望保護(hù)裝置包含有判斷單相接地故障點(diǎn)位置的功能，使運(yùn)行人員很快知道單相接地故障點(diǎn)的相別及位置，便于修復(fù)發(fā)電機(jī)。
單相接地故障點(diǎn)所在的相別(即故障相)很容易判斷出，其判斷方法早在五十年以前的電力系統(tǒng)已是眾所周知了，即發(fā)電機(jī)定子單相接地保護(hù)主判據(jù)(如基波零序過電壓)動(dòng)作，就表明單相接地故障已發(fā)生，立即判別A、B、C三相對地電壓有效值UAg、UBg、UCg，其中最小者的相別就是故障相。但故障點(diǎn)在故障相中的位置α(α為定子繞組單相接地故障點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)之間的匝數(shù)占每相總匝數(shù)之比，0≤α≤1)如何求得在國內(nèi)外文獻(xiàn)中很少見，當(dāng)前最常見的求α的方法見下述文獻(xiàn)(以下稱為傳統(tǒng)的接地點(diǎn)定位方法) 畢大強(qiáng)等，發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障的定位方法，《電力系統(tǒng)自動(dòng)化》，2004，Vol28，No.22。
該文獻(xiàn)
式中各參數(shù)均為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器一次的值，含義如下
發(fā)電機(jī)機(jī)端的零序電壓(即中性點(diǎn)的零序電壓)，為保護(hù)測量的實(shí)時(shí)值； Rg單相接地故障點(diǎn)的過渡電阻，為20Hz保護(hù)測量計(jì)算出的實(shí)時(shí)值； RN發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器二次側(cè)的電阻歸算到一次側(cè)的值，為常數(shù)； 1/(ωC∑)發(fā)電機(jī)機(jī)壓網(wǎng)絡(luò)三相對地總?cè)菘?，C∑為三相對地總電容，為常數(shù)；
故障相的相電勢(

不能直接測量獲得，該文獻(xiàn)未提及

如何處理，可能假定為常數(shù))。
該文獻(xiàn)求α方法的特征是將保護(hù)測量的實(shí)時(shí)值

、Rg代入上式可求得單相接地點(diǎn)位置α。
該文獻(xiàn)求α的上述方程是建立在電力系統(tǒng)三相對稱運(yùn)行的基礎(chǔ)上，如果三相不對稱，則誤差增大。再者，這種求α的方法采用保護(hù)測量的實(shí)時(shí)值太少(只有

、Rg)，也是造成α準(zhǔn)確度不高的原理上的原因。


發(fā)明內(nèi)容
針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種判斷發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障點(diǎn)位置的方法。
為完成上述任務(wù)，本發(fā)明的技術(shù)方案在于采用了一種判斷發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障點(diǎn)位置的方法，該方法包括如下步驟 (1)測量

實(shí)時(shí)值； (2)確定故障相，即UAg、UBg、UCg三值中的最小者對應(yīng)的相別就是故障相； (3)將

以及Rg代入到下式中，求得單相接地故障點(diǎn)的零序電壓實(shí)時(shí)值U0d，
式中

為發(fā)電機(jī)機(jī)端的三倍零序電壓，保護(hù)測量的實(shí)時(shí)值；

為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)流入地中的電流，保護(hù)測量的實(shí)時(shí)值； Rg為單相接地故障點(diǎn)的過渡電阻，為20Hz保護(hù)測量計(jì)算出的實(shí)時(shí)值； RgRN為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器二次側(cè)的電阻歸算到一次側(cè)的值，常數(shù)； λ為RN與1/(3ωC0)(發(fā)電機(jī)機(jī)壓系統(tǒng)三相對地總?cè)菘?之比，常數(shù)； (4)計(jì)算與故障相有關(guān)聯(lián)的兩個(gè)線電壓U故； (5)將U0d、U故代入下式求得發(fā)電機(jī)定子單相接地故障點(diǎn)的位置α為 α＝U0d/U故。
本發(fā)明求得α的程序中，采用了保護(hù)的許多測量實(shí)時(shí)值，有

、

、Rg、UAg、UBg、UCg，比背景技術(shù)中所述的求α傳統(tǒng)方法所采用的測量實(shí)時(shí)值多，本發(fā)明多的測量實(shí)時(shí)值為

、UAg、UBg、UCg；而且本發(fā)明求α程序中采用的故障相的相電壓“U故”是經(jīng)測量及計(jì)算而得的實(shí)時(shí)值，并不是假定“U故”為常數(shù)(傳統(tǒng)方法中的

假定為常數(shù))；再者，本發(fā)明求α程序中的重要參數(shù)

是在零序網(wǎng)絡(luò)中推導(dǎo)出來的實(shí)時(shí)值，不管電力系統(tǒng)三相是否對稱，計(jì)算出的

都是準(zhǔn)確的。因此，本發(fā)明所求得的發(fā)電機(jī)定子單相接地故障點(diǎn)的位置α要比傳統(tǒng)方法求出的α精確。



圖1為本發(fā)明發(fā)電機(jī)定子回路單相接地故障50Hz基波零序等效電路； 圖2為本發(fā)明發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部A相單相接地故障電壓相量圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合圖1和圖2，對本發(fā)明的原理及工作步驟予以詳細(xì)說明和論證。以下各物理參數(shù)都是發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器一次側(cè)的值。
本發(fā)明中，測量IJ、

、Rg、

實(shí)時(shí)值及確定故障相，即UAg、UBg、UCg三值中的最小者對應(yīng)的相別就是故障相，為公知技術(shù)，在此不再贅述。
1、發(fā)電機(jī)定子單相接地故障點(diǎn)的零序電壓U0d的求得 發(fā)電機(jī)定子回路單相接地50Hz基波零序網(wǎng)絡(luò)見圖1所示。圖1中Rg為發(fā)電機(jī)定子回路單相接地故障點(diǎn)的過渡電阻，RN為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器二次側(cè)電阻歸算到一次側(cè)的值，-j/(ωC0)為發(fā)電機(jī)機(jī)壓系統(tǒng)每相對地容抗，

為單相接地故障點(diǎn)對地的零序電流，

為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)流到地中的零序電流，

為發(fā)電機(jī)機(jī)壓系統(tǒng)每相對地的電容電流，

為發(fā)電機(jī)機(jī)端的零序電壓(即中性點(diǎn)的零序電壓)。
保護(hù)測量的三倍零序電壓

，取自發(fā)電機(jī)機(jī)端電壓互感器TV的開口三角歸算到TV一次側(cè)的值。
保護(hù)測量的三倍零序電流

，即發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器流入地中的電流。
λ＝RN/(1/3ωC0)，1/ωC0＝3RN/λ，λ為一個(gè)正實(shí)數(shù)。
見圖1


上式中，λ、RN為常數(shù)，

為保護(hù)測量的實(shí)時(shí)值，Rg為20Hz保護(hù)測量計(jì)算出的實(shí)時(shí)值。將

Rg代入上式可計(jì)算出單相接地故障點(diǎn)的零序電壓U0d的實(shí)時(shí)值。不管電力系統(tǒng)是否對稱運(yùn)行，以零序網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)所得的上式計(jì)算出來的U0d實(shí)時(shí)值都是準(zhǔn)確的，其準(zhǔn)確度不受電力系統(tǒng)三相是否對稱的影響，這是采用U0d來計(jì)算α方法的優(yōu)點(diǎn)。
2、故障相的相電勢U故的求得 保護(hù)測量的線電壓及相電壓取自發(fā)電機(jī)機(jī)端的電壓互感器TV，由于該TV一次側(cè)的中性點(diǎn)是接地的，所以當(dāng)發(fā)電機(jī)定子回路發(fā)生單相接地故障時(shí)，保護(hù)軟件計(jì)算出的相電壓實(shí)質(zhì)上是各相的對地電壓

。見圖2，發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障時(shí)，三個(gè)相電壓及三個(gè)線電壓都仍保持對稱關(guān)系，只是中性點(diǎn)對地電壓升高以及三相對地電壓

嚴(yán)重不對稱。故障相的相電壓實(shí)時(shí)值“U故”可按下述方法算得。
假設(shè)A相單相接地，A相為故障相，三個(gè)線電壓的相別中包含有故障相(例如A相)相別的兩個(gè)線電壓為

。按保護(hù)原來的軟件計(jì)算出的


是正確的。則UAB及UCA的平均值除以

就可得到故障相的相電壓UA的實(shí)時(shí)值，即
這樣算得的U故實(shí)時(shí)值非常接近其真實(shí)值，誤差極小。
將U0d、U故代入下式可求得發(fā)電機(jī)定子單相接地故障點(diǎn)的位置α α＝U0d/U故 需指出，中性點(diǎn)不接地的發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部單相接地故障時(shí)U0d＝αU故。中性點(diǎn)經(jīng)配電變壓器接地的發(fā)電機(jī)定子繞組內(nèi)部單相接地故障時(shí)，也采用U0d＝αU故，經(jīng)計(jì)算其誤差極小，誤差僅為萬分之二至千分之二，RN越大則誤差越小。
權(quán)利要求
1、一種判斷發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障點(diǎn)位置的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟
(1)測量
實(shí)時(shí)值；
(2)確定故障相，即UAg、UBg、UCg三值中的最小者對應(yīng)的相別就是故障相；
(3)將
以及Rg代入到下式中，求得單相接地故障點(diǎn)的零序電壓實(shí)時(shí)值U0d，
式中
為發(fā)電機(jī)機(jī)端的三倍零序電壓，保護(hù)測量的實(shí)時(shí)值；
為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)流入地中的電流，保護(hù)測量的實(shí)時(shí)值；
Rg為單相接地故障點(diǎn)的過渡電阻，為20Hz保護(hù)測量計(jì)算出的實(shí)時(shí)值；
Rg RN為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)配電變壓器二次側(cè)的電阻歸算到一次側(cè)的值，常數(shù)；
λ為RN與1/(3ωC0)(發(fā)電機(jī)機(jī)壓系統(tǒng)三相對地總?cè)菘?之比，常數(shù)；
(4)計(jì)算與故障相有關(guān)聯(lián)的兩個(gè)線電壓U故；
(5)將U0d、U故代入下式求得發(fā)電機(jī)定子單相接地故障點(diǎn)的位置α為
α＝U0d/U故。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種判斷發(fā)電機(jī)定子繞組單相接地故障點(diǎn)位置的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟(1)測量J、J、Rg、Ag、Bg、Cg實(shí)時(shí)值；(2)確定故障相，即UAg、UBg、UCg三值中的最小者對應(yīng)的相別就是故障相；(3)將IJ、UJ以及Rg代入到UOd=│UJ/3+RgIJ+j(λU#=[J]Rg/3RN│式中，求得實(shí)時(shí)值U0d，(4)計(jì)算與故障相有關(guān)聯(lián)的兩個(gè)線電壓U故；(5)將U0d、U故代入下式求得發(fā)電機(jī)定子單相接地故障點(diǎn)的位置α為α＝U0d/U故。本發(fā)明求α程序中的重要參數(shù)U0d是在零序網(wǎng)絡(luò)中推導(dǎo)出來的實(shí)時(shí)值，不管電力系統(tǒng)三相是否對稱，計(jì)算出的U0d都是準(zhǔn)確的。因此，本發(fā)明所求得的發(fā)電機(jī)定子單相接地故障點(diǎn)的位置α要比傳統(tǒng)方法求出的α精確。
文檔編號G01R31/34GK101295004SQ20071005428
公開日2008年10月29日 申請日期2007年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月24日
發(fā)明者郭寶甫, 陳海龍, 唐云龍, 姚晴林, 沈燕華 申請人:許繼集團(tuán)有限公司, 許繼電氣股份有限公司