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1、(10)申请公布号 CN 103368162 A (43)申请公布日 2013.10.23 CN 103368162 A *CN103368162A* (21)申请号 201310276629.4 (22)申请日 2013.07.03 H02H 9/04(2006.01) G01R 31/08(2006.01) (71)申请人 南京南瑞继保工程技术有限公司 地址 211102 江苏省南京市江宁区苏源大道 69 号 (72)发明人 陈晓明 熊良根 周荣斌 张琦雪 施东伟 高守义 (74)专利代理机构 南京瑞弘专利商标事务所 ( 普通合伙 ) 32249 代理人 陈建和 (54) 发明名称 采用电。
2、阻分压式发电机转子接地保护方法 (57) 摘要 一种采用电阻分压式的发电机转子接地保护 方法， 包括采用电阻分压的乒乓式发电机转子接 地保护和电阻分压的注入式发电机转子接地保护 方法， 其特征是降低接入保护屏的励磁电压， 同时 利用对不同抽取电阻的切换， 正确定位接地故障 发生在励磁回路还是测量回路引线上， 并通过计 算定位第两点的接地阻值及位置， 为现场故障点 的排查提供理论数据 ； 本发明针对传统发电机乒 乓式和注入转子接地保护存在的不足， 针对传统 注入式和乒乓式发电机转子接地保护的进一步改 进， 降低接入保护屏的励磁电压， 满足现场一点接 地阻值及位置测量的准确性。 (51)Int.C。
3、l. 权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103368162 A CN 103368162 A *CN103368162A* 1/2 页 2 1. 一种采用电阻分压式的发电机转子接地保护方法， 包括采用电阻分压的乒乓式发电 机转子接地保护和电阻分压的注入式发电机转子接地保护方法， 其特征是降低接入保护屏 的励磁电压， 同时利用对不同抽取电阻的切换， 正确定位接地故障发生在励磁回路还是测 量回路引线上， 并通过计算定位第两点的接地阻值及位置， 为现场故障点的排。
4、查提供理论 数据 ； 1） 电阻分压式的发电机转子接地保护中， 分压电阻 Ra、 Rb、 Rc串接于 Ur； 其中采用电阻 Ra、 Rb、 Rc分压的乒乓式转子一点接地时， Rg为接地电阻， R 为串联于 Ra、 Rb与 Rb、 Rc之间的 四只标准电阻， S1、 S2分别是并联于头与末两只电阻 R 上的电子切换开关 ； I1、 I2为 S1打开， S2闭合时对应回路流过电流， I 1、 I2为 S1闭合， S2打开时对应回路流过的电流， 均为实 测值 ； Ur为保护测量的分压后转子电压除以抽取比例， 发电机转子接地保护方法的 Ur定义 相同 ； 当分压电阻 Ra=Rc时， 根据采样数据得到一。
5、点接地电阻值计算公式为 ： 当分压电阻 Ra=Rc时， 化简为 转子接地位置 计算公式为 ： 其中 2） 当采用电阻分压的双端注入式转子一点接地， Us为注入方波电压， 与采样电阻 Rx、 接 地电阻 Rg串联接入 Ur与两个功率电阻 Ry之间， 两个功率电阻 Ry取代四只标准电阻 R， U+x 为正半波时采样电阻 Rx两端电压， U-x为负半波时采样电阻 Rx两端电压 ； 当分压电阻 Ra=Rc 时， 根据采样数据得到一点接地电阻值计算公式为 ： 接地位置 为 ： 3） 励磁回路接地与测量回路引线接地区分 ： 分压电阻与励磁回路是并联关系， 因此在 Ra=Rc的前提下， 保护测量引线上发生接。
6、地， 那么测得的接地位置符合以下关系 ： 或 在一点接地位置与上述特殊位置接近时， 通过调整不同的抽取比例， 根据接地位置是 否按规律变化来判断出接地点是在励磁回路上， 还是测量回路的引线上。 权 利 要 求 书 CN 103368162 A 2 2/2 页 3 2. 根据权利要求 1 所述的电阻分压发电机转子接地保护方法， 其特征是 ： 励磁回路接 地与测量回路引线接地区分中， 在励磁回路上接地时， 1/2 抽取与 1/3 抽取的计算接地位置 不受影响 ； 在测量回路引线上形成稳定的一点接地时， 1/2 抽取与 1/3 抽取的计算接地位置 满足 或接地位置因抽取电压比例的不同而变化。 3. 。
7、根据权利要求 1 所述的电阻分压发电机转子接地保护方法， 其特征是 ： 在发电机励 磁柜内采用大功率电阻对转子电压进行分压抽取后再接入继电保护装置。 4. 根据权利要求 1 所述的电阻分压发电机转子接地保护方法， 其特征是 ： 分压电阻 Ra、 Rb、 Rc安装于励磁柜中， 且分压电阻阻值取 2-5K。 5. 根据权利要求 1 所述的区分励磁回路和测量回路接地的方法， 其特征是 ： 在抽取比 例 1/N, 保护测得的接地位置为 (N-1)/2N 或 (N+1)/2N 时， 通过对励磁柜切换空开， 将抽取 电压比例进行改变 ； 如接地位置发生变化， 且满足与切换后的抽取比例相关， 可确定接地位 。
8、置位于测量回路引线电缆上 ； 如接地位置维持原状， 则判断接地点在励磁回路上。 6. 根据权利要求 1 所述的两点接地阻值及位置的计算方法， 其特征是 ： 在转子经Rg1一点接地形成稳定后， 投入转子两点接地保护 ； 若在位置发生第两点接 地， 接地电阻 Rg2， 保护测量到的等效一点接地阻值 Rf， 测量到的等效一点接地位置 ； 第 二点的接地电阻与接地位置如下式 。 权 利 要 求 书 CN 103368162 A 3 1/6 页 4 采用电阻分压式发电机转子接地保护方法 技术领域 0001 本发明是关于一种关于对机组励磁电压使用大功率电阻分压后参与发电机转子 接地保护的方法， 属于发电机。
9、转子接地保护领域。 背景技术 0002 随着发电机单机容量的不断增大， 转子电压越来越高， 许多大型机组正常情况下 励磁电压 500-600V， 而强励电压达上千伏， 直接将励磁电压引入保护屏将会对人员、 设备绝 缘造成安全隐患， 同时对转子电压测量通道耐压要求更高。 根据GB14285-2006 继电保护和 安全自动装置技术规程 6.1.2 条要求， 二次回路的工作电压不宜超过 250V， 最大不应超过 500V， 而且在长期运行、 电缆老化的情况下， 转子电压二次回路绝缘水平有可能降低， 存在 隐患。同时对于传统乒乓式转子接地保护以及注入式转子接地保护， 在励磁绕组正负两端 发生接地和测量。
10、回路的引线接地保护装置无法正确区分， 发生第二点接地故障时只有 相对位置显示， 而无第二点接地的阻值与接地位置计算。事实上针对第二点不同的接地阻 值， 即使在同一个位置发生接地， 其计算的相对一点接地位置变化值 是不定的， 不能 为现场对于故障点定位提供有意义的参考数据。 发明内容 0003 本发明所要解决的技术问题在于克服现有的大型发电机组乒乓式、 注入式转子接 地保护在转子电压全电压引入时， 过高的电压对人身、 设备的安全造成隐患 ； 以及无法正确 区分励磁绕组正负两端发生接地和测量回路的引线接地等方面的不足。 0004 本发明通过以下技术方案实现 ： 一种采用电阻分压式的发电机转子接地保。
11、护方 法， 采用电阻分压的乒乓式发电机转子接地保护和电阻分压的注入式发电机转子接地保护 方法， 利用对不同抽取电阻的切换， 正确定位接地故障发生在励磁回路还是测量回路引线 上， 并通过计算定位第两点的接地阻值及位置， 为现场故障点的排查提供理论数据 ； 0005 1） 电阻分压式的发电机转子接地保护中， 采样电阻 Ra、 Rb、 Rc串接于 Ur； 其中采用 电阻 Ra、 Rb、 Rc分压的乒乓式转子一点接地时， Rg为接地电阻， R 为串联于 Ra、 Rb与 Rb、 Rc之 间的四只标准电阻， S1、 S2分别是并联于头与末的两个开关 ； I1、 I2为 S1打开， S2闭合时对应 回路流过。
12、电流， I 1、 I2为 S1闭合， S2打开时对应回路流过的电流， 均为实测值 ； Ur为保 护测量的分压后转子电压除以抽取比例， 发电机转子接地保护方法的 Ur定义相同 ； 当分压 电阻 Ra=Rc时， 根据采样数据得到一点接地电阻值计算公式为 ： 0006 0007 转子接地位置 计算公式为 ： 0008 说 明 书 CN 103368162 A 4 2/6 页 5 0009 其中 0010 0011 2） 当采用电阻分压的双端注入式转子一点接地， Us为注入方波电压与采样电阻 Rx、 接地电阻 Rg串联接入 Ur与两个功率电阻 Ry之间， 两个功率电阻 Ry取代四只标准电阻 R， U+。
13、x为正半波时采样电阻 Rx两端电压， U-x为负半波采样电阻 Rx两端电压。当分压电阻 Ra=Rc时， 根据采样数据得到一点接地电阻值计算公式为 ： 0012 0013 接地位置 为 ： 0014 0015 3） 励磁回路接地与测量回路引线接地区分 ： 0016 由于分压电阻与励磁回路是并联关系， 因此在 Ra=Rc的前提下， 保护测量引线上发 生接地， 那么测得的接地位置符合以下关系 0017 或 0018 因此， 在一点接地位置与上述特殊位置接近时， 通过调整不同的抽取比例进行区 分 ； 如图 9 通过切换空开 1K1、 1K2 进行选择不同的抽取比例 ； 或根据接地位置是否按规律 变化来。
14、判断出接地点是在励磁回路上， 还是测量回路的引线上 ： 0019 励磁回路接地与测量回路引线接地区分中， 在励磁回路上接地时， 1/2 抽取与 1/3 抽取的计算接地位置不受影响 ； 0020 在测量回路引线上形成稳定的一点接地时， 1/2 抽取与 1/3 抽取的计算接地位置 满足或接地位置因抽取电压比例的不同而变化。 0021 进一步， 对发电机励磁柜上采用大功率电阻对转子电压进行分压抽取后再接入继 电保护装置， 可以降低测量回路的转子电压， 同时转子电压二次回路降低对保护转子直流 通道的要求也可以有所降低。 0022 进一步， 对采用电阻分压后的乒乓式转子接地保护和注入式转子接地保护的算法。
15、 进行改进， 改进后的算法通过仿真验证了该方法对转子一点接地电阻阻值以及接地位置都 能准确测量， 满足对转子接地保护算法的要求。 0023 分压电阻采用大功率电阻， 能满足现场长期带电运行的需要。 0024 分压电阻 Ra、 Rb、 Rc安装于励磁柜中， 且分压电阻阻值不宜过大， 取 2-5K。 0025 在满足 Ra=Rc的前提下， 在励磁柜中安装切换空开， 使转子接地保护可满足抽取不 同比例的励磁电压。通过对不同抽取电压的切换， 能定位接地发生在测量回路引线上还是 励磁回路上。 在定值选项中提供可整定的分压系数， 以满足现场不同的抽取比例， 用于接地 位置的计算。所抽取分压电阻的两端阻值开。
16、放整定， 用于接地电阻的计算。 说 明 书 CN 103368162 A 5 3/6 页 6 0026 在抽取比例 1/N, 保护测得的接地位置为 (N-1)/2N 或 (N+1)/2N 时， 通过对励磁柜 切换空开， 将抽取电压比例进行改变。 如接地位置发生变化， 且满足与切换后的抽取比例相 关， 可确定接地位置位于测量回路引线电缆上。 如接地位置维持原状， 则判断接地点在励磁 回路上， 从而为现场故障定位提供极大的便利。 0027 在转子经 Rg1一点接地形成稳定后， 投入转子两点接地保护 ； 若在 位置发生第 两点接地， 接地电阻 Rg2， 保护测量到的等效一点接地阻值 Rf， 测量到的。
17、等效一点接地位置 ； 第二点的接地电阻与接地位置如下式 ： 0028 0029 0030 本发明方法对转子一点接地稳定后， 能够有效的测量出转子第二点的接地电阻阻 值和接地位置， 可以为现场进行转子故障提供准确数据。通过对转子电压进行不同比例的 抽取切换， 能够正确区分励磁绕组正负两端发生接地还是测量回路的引线接地， 为现场转 子接地故障定位提供极大的方便。 0031 本发明的有益效果在于 ： 本发明针对传统发电机乒乓式和注入转子接地保护存在 的不足， 针对传统注入式和乒乓式发电机转子接地保护的进一步改进， 提出采用电阻分压 式的转子接地保护， 既能降低接入保护屏的励磁电压， 满足现场一点接地。
18、阻值及位置测量 的准确性， 又可以利用对不同抽取电阻的切换， 正确定位接地故障是发生在励磁回路还是 测量回路引线上， 并通过计算定位第两点的接地阻值及位置， 为现场故障点的排查提供理 论数据。 附图说明 0032 图 1 为采用电阻分压的乒乓式转子接地保护原理图 ； 0033 图 2 为采用电阻分压的双端注入式转子接地保护原理图 ； 0034 图 3 为在测量回路引线电缆上经 1k 和 5k 发生故障接地， 电阻分压的乒乓式 和双端注入式转子接地保护分别对转子电压抽取比例为 1/2、 1/3 时的仿真图 ； 0035 图 4 为励磁绕组在 40% 分别经 1k 和 5k 发生故障接地， 电阻分。
19、压的乒乓式和 双端注入式转子接地保护分别对转子电压抽取比例为 1/3 时的仿真图 ； 0036 图 5 为采用电阻分压的乒乓式转子接地保护在励磁绕组 40% 位置分别经 1k 和 5k 接地的仿真图， 抽取比例为 1/2 ； 0037 图 6 为采用电阻分压的双端注入转子接地保护在励磁绕组 40% 位置分别经 1k 和 5k 接地的仿真图， 抽取比例为 1/2 ； 0038 图 7 为采用电阻分压的乒乓式转子接地保护第一点接地位置 40%， 接地电阻 1k 形成稳定后， 第二点经 5k 在励磁绕组 0%、 50%、 100% 发生接地时的仿真图， 抽取比例为 1/2 ； 0039 图 8 为采。
20、用电阻分压的双端注入式转子接地保护第一点接地位置 40%， 接地电阻 1k 形成稳定后， 第二点经 5k 在励磁绕组 0%、 50%、 100% 发生接地时的仿真图， 抽取比例 说 明 书 CN 103368162 A 6 4/6 页 7 为 1/2 ； 0040 图 9 为励磁柜分压比例切换开关与分压电阻、 测量回路接线图， 分压电阻取 ： Ra1=Rc1=3k， Ra2=Rc2=1k， Rb=4k。 具体实施方式 0041 下面结合附图， 对本发明进行进一步的详细描述， 步骤如下 ： 0042 1、 对采用电阻分压的乒乓式转子接地保护方法的具体实施 ： 0043 采样电阻分压的乒乓式转子一。
21、点接地等效电路如图 1 所示， 其中 S1、 S2为电子开 关， Rg为接地电阻。I1、 I2为 S1打开， S2闭合时对应回路流过电流， I 1、 I2为 S1闭合， S2打开时对应回路流过的电流， 均为实测值。 Ur为转子电压， 为保护测量的分压后转子电压 除以抽取比例， 注入式定义与此相同。根据采样数据得到一点接地电阻值计算公式为 ： 0044 0045 当分压电阻 Ra=Rc时， 式 (1) 可以化简为 0046 0047 接地位置计算公式为 ： 0048 0049 其中式 (3) 中 0050 0051 2、 对采用电阻分压的双端注入式转子接地保护方法的具体实施 ： 0052 采样电。
22、阻分压的双端注入式转子一点接地等效电路如图 2 所示， Us为注入方波电 压， U+x为正半波时采样电阻 Rx两端电压， U-x为负半波采样电阻 Rx两端电压根据采样数据 得到一点接地电阻值计算公式为 ： 0053 0054 当分压电阻 Ra=Rc时， 式 (5) 可以化简为 0055 0056 接地位置 计算公式为 ： 0057 说 明 书 CN 103368162 A 7 5/6 页 8 0058 3、 对于励磁回路接地与测量回路引线接地区分的具体实施 ： 0059 由于分压电阻与励磁回路是并联关系， 因此在 Ra=Rc的前提下， 保护测量引线上发 生接地， 那么测得的接地位置符合以下关系。
23、 0060 或 0061 因此， 在一点接地位置与上述特殊位置接近时， 可以通过调整不同的抽取比例， 如 附图 9 所示， 通过切换空开 1K1、 1K2 进行选择不同的抽取比例。根据接地位置是否按规律 变化来判断出接地点是在励磁回路上， 还是测量回路的引线上。如附图 3 所示， 在测量回路 引线上接地， 1/2 抽取与 1/3 抽取的计算接地位置不同， 且满足上述分析， 在励磁回路上形 成稳定的一点接地， 其接地位置如附图 4-6 所示， 接地位置不会因抽取电压比例的不同而 变化。 0062 4、 对于形成稳定的两点接地位置定位的具体实施 ： 0063 在转子经 Rg1一点接地形成稳定后， 。
24、投入转子两点接地保护。设在 位置发生第 两点接地， 接地电阻Rg2， 忽略励磁绕组本身阻值， 保护测量到的接地阻值Rf实际为Rg1与 Rg2 的并联电阻。而测量到的等效一点接地位置 为 与 的中间某点位置， 该点位置与 Rg1、 Rg2的阻值有关， 存在以下关系 0064 ( -)Rg2 (- )Rg1 (9) 0065 经化简后得到第二点的接地电阻与接地位置如下式 (10)、 (11) 所示 0066 0067 0068 以上各计算式以三峡左岸 ALSTOM 机组励磁绕组为模型的 PSCAD/EMTDC 上建立仿 真。经仿真数据表明， 在发电机空载情况下， 采用电阻分压的转子接地保护对一点接。
25、地阻 值、 位置的计算准确 ； 对于励磁绕组的接地或保护测量回路的接地可以通过不同抽取电压 的切换进行识别 ； 对两点接地的阻值、 位置计算准确， 能为现场故障点的查找提供理论依 据。 0069 附图非限制性地公开了本发明实施例的具体结构， 下面结合附图对本发明作进一 步说明。 0070 由图 3 可见， 对于乒乓式和注入式， 在引线电缆上发生接地， 抽取方式一定的前提 下， 计算的接地位置与阻值无关。 当判断出接地位置与电压抽取比例相关， 如抽取比例为1/ N,而保护测得的接地位置为(N-1)/2N或(N+1)/2N时， 通过励磁柜切换空开， 将抽取电压选 择为另一种抽取方式。 如接地位置发。
26、生变化， 且满足与切换后的抽取比例相关， 可以确定接 地位置位于测量回路引线电缆上。如接地位置维持原状， 则接地点在励磁回路上。 0071 由图 4、 5、 6 可见， 在一点接地稳定后， 采用分压方式的乒乓式与双端注入式均能 准确反应接地电阻及接地位置。 对于不同的阻值， 在转子绕组上发生稳定的一点接地时， 所 测的接地位置不会因为抽取比例的不同而受影响。 0072 由图7、 8可见， 电阻分压方式的转子接地保护在第一点接地电阻为1k时第二点 说 明 书 CN 103368162 A 8 6/6 页 9 接地位置、 阻值计算与实际接地位置及阻值误差较小， 能正确反应两点接地， 可以为现场故 障点定位提供准确数据。 0073 由图9可见， 通过切换空开1K1、 1K2选择不同的抽取电压比例， 用于接地位置特殊 时， 区分励磁回路和测量回路引线接地故障。 说 明 书 CN 103368162 A 9 1/3 页 10 图 1图 2 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 103368162 A 10 2/3 页 11 图 5 图 6 图 7 说 明 书 附 图 CN 103368162 A 11 3/3 页 12 图 8 图 9 说 明 书 附 图 CN 103368162 A 12 。