一种发电机定子单相接地故障消弧方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种发电机定子单相接地故障消弧方法及系统，属于发电机领域，方法包括：监测发电机的工作状态是否正常，并在工作状态为单相接地故障时，通过在线故障定位得到故障点至中性点的绕组电动势；计算令中性点电压与绕组电动势大小相等方向相反时需要注入中性点的注入电流，启动零序电压有源调控装置向中性点注入该注入电流以消弧；消弧预设时间后，根据发电机中性点零序电压的基频变化量和中性点零序电流的基频变化量计算故障电流；根据故障电流与设定阈值之间的关系辨识发电机单相接地故障的类型，并选取与类型对应的保护策略进行发电机保护。对发电机定子瞬时性接地故障进行有效消弧，提高供电可靠性。提高供电可靠性。提高供电可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种发电机定子单相接地故障消弧方法及系统


[0001]本专利技术属于发电机领域，更具体地，涉及一种发电机定子单相接地故障消弧方法及系统。

技术介绍

[0002]大型发电机容易发生弧光接地故障，是发电机保护的一大难题。国内外大型发电机组普遍采用中性点经消弧线圈或配电变压等非有效接地方式，从而限制单相接地故障电流。此类无源消弧方式仅能补偿故障点工频无功残流，无法补偿有功电流，且无法适应各种复杂的发电机定子接地故障情况，消弧能力有限。间歇性弧光接地故障易形成过电压，如不及时消除故障电流，可能烧毁发电机定子绕组。然而，若定子接地保护在瞬时性接地故障情况下动作并切除发电机，将引发长时间机组停电事故，影响供电可靠性，造成巨大经济损失。随着新能源并网比例增大，主力机组的重要性逐渐提升，瞬时性故障时轻易切机不利于电网的稳定运行。目前针对发电机定子接地故障消弧方面的研究存在一定缺陷，达到消弧效果的搜索时间过长，可能加剧故障后果，且在工程上无法判断是否消弧成功，没有考虑对定子接地保护的影响。
[0003]针对发电机定子接地故障，现有保护可分为传统保护和新型保护。传统的发电机定子接地保护为基波零序电压保护和三次谐波保护共同构成的100％定子接地保护，以及低频注入式保护。此类保护均已在工程上得到广泛应用并已有大量研究对其进行修正和改进。上述保护方法均无法独立分辨瞬时性定子接地故障，在此情况下无法与零序电压有源调控装置配合，无法灵活满足发电机可持续供电需求。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种发电机定子单相接地故障消弧方法及系统，其目的在于对发电机定子瞬时性接地故障进行有效消弧，提高供电可靠性。
[0005]为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种发电机定子单相接地故障消弧方法，包括：S1，监测发电机的工作状态是否正常，并在所述工作状态为单相接地故障时，通过在线故障定位得到故障点至中性点的绕组电动势；S2，计算令中性点电压与所述绕组电动势大小相等方向相反时需要注入中性点的注入电流，启动零序电压有源调控装置向中性点注入所述注入电流以消弧；S3，消弧预设时间后，根据发电机中性点零序电压的基频变化量和中性点零序电流的基频变化量计算故障电流；S4，根据所述故障电流与设定阈值之间的关系辨识发电机单相接地故障的类型，并选取与所述类型对应的保护策略进行发电机保护。
[0006]更进一步地，所述S1中监测发电机的工作状态是否正常包括：监测发电机中性点基波零序电压、发电机中性点三次谐波电压和注入式定子接地保护装置的接地过渡电阻，当所述发电机中性点基波零序电压、发电机中性点三次谐波电压或接地过渡电阻中的任一项大于相应整定值时，发电机的工作状态为单相接地故障。
[0007]更进一步地，所述S2中计算得到的注入电流为：
[0008][0009]其中，为所述注入电流，为所述绕组电动势，Y
A
、Y
B
、Y
C
分别为A、B、C相绕组对地导纳，Z
T
为中性点接地变压器的短路阻抗和短路损耗所对应的阻抗，Y
N
为中性点对地导纳。
[0010]更进一步地，所述S3中计算得到的故障电流为：
[0011][0012]其中，为所述故障电流，为第一中性点零序电压的基频变化量，为第二中性点零序电压的基频变化量，为第一中性点零序电流的基频变化量，为第二中性点零序电流的基频变化量。
[0013]更进一步地，消弧预设时间后，所述S3中还包括：分两次逐次减小所述注入电流的幅值，并在每次减小过程中获取中性点零序电压的基频变化量和中性点零序电流的基频变化量，得到所述和
[0014]更进一步地，所述S4中判断发电机单相接地故障的类型的判断依据为：
[0015][0016]其中，s1为电压设定阈值，s2为电流设定阈值。
[0017]更进一步地，所述电流设定阈值和所述电压设定阈值分别由发电机中性点处安装的零序电流互感器和零序电压互感器的精度整定得到。
[0018]更进一步地，所述S4中选取与所述类型对应的保护策略进行发电机保护包括：当所述类型为瞬时性接地故障时，停止零序电压有源调控装置向中性点注入电流，保护闭锁；当所述类型为永久性接地故障时，保护动作并切除发电机。
[0019]按照本专利技术的另一个方面，提供了一种发电机定子单相接地故障消弧系统，包括：监测模块，用于监测发电机的工作状态是否正常，并在所述工作状态为单相接地故障时，通过在线故障定位得到故障点至中性点的绕组电动势；消弧模块，用于计算令中性点电压与所述绕组电动势大小相等方向相反时需要注入中性点的注入电流，启动零序电压有源调控装置向中性点注入所述注入电流以消弧；故障电流计算模块，用于消弧预设时间后，根据发电机中性点零序电压的基频变化量和中性点零序电流的基频变化量计算故障电流；保护选取模块，用于根据所述故障电流与设定阈值之间的关系辨识发电机单相接地故障的类型，并选取与所述类型对应的保护策略进行发电机保护。
[0020]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：对于发电机定子单相接地故障，在发电机中性点引入零序电压有源调控装置向发电机中性点注入电流，有效的降低故障点电压和电流，可以补偿故障电流的无功、有功分量，进行有效消弧；进一步地，基于注入电流后中性点零序电压和电流的特性，辨别故障是否消弧，有效区分瞬时性接地故障和永久性接地故障，根据不同的故障类型进行不同的保护策略，实现在瞬时性接地故障时发电机的不停电运行，避免频繁停机和计划外停机检修，保证系统供电可靠性。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例提供的发电机定子单相接地故障消弧方法的流程图；
[0022]图2为本专利技术实施例提供的基于零序电压有源调控的发电机定子接地故障示意图；
[0023]图3为本专利技术实施例提供的发电机定子C相绕组距中性点α＝0.875处发生高过渡电阻接地故障时，零序电压有源调控注入电流后的故障点接地电流和对地电压变化图；
[0024]图4为本专利技术实施例提供的发电机定子单相接地故障消弧系统的框图。
具体实施方式
[0025]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0026]在本专利技术中，本专利技术及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
[0027]图1为本专利技术实施例提供的发电机定子单相接地故障消弧方法的流程图。参阅图1，结合图2
‑
图3，对本实施例中发电机定子单相接地故障消弧方法进行详细说明，方法包括操作S1
‑
操作S4。
[0028]操作S1，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发电机定子单相接地故障消弧方法，其特征在于，包括：S1，监测发电机的工作状态是否正常，并在所述工作状态为单相接地故障时，通过在线故障定位得到故障点至中性点的绕组电动势；S2，计算令中性点电压与所述绕组电动势大小相等方向相反时需要注入中性点的注入电流，启动零序电压有源调控装置向中性点注入所述注入电流以消弧；S3，消弧预设时间后，根据发电机中性点零序电压的基频变化量和中性点零序电流的基频变化量计算故障电流；S4，根据所述故障电流与设定阈值之间的关系辨识发电机单相接地故障的类型，并选取与所述类型对应的保护策略进行发电机保护。2.如权利要求1所述的发电机定子单相接地故障消弧方法，其特征在于，所述S1中监测发电机的工作状态是否正常包括：监测发电机中性点基波零序电压、发电机中性点三次谐波电压和注入式定子接地保护装置的接地过渡电阻，当所述发电机中性点基波零序电压、发电机中性点三次谐波电压或接地过渡电阻中的任一项大于相应整定值时，发电机的工作状态为单相接地故障。3.如权利要求1所述的发电机定子单相接地故障消弧方法，其特征在于，所述S2中计算得到的注入电流为：其中，为所述注入电流，为所述绕组电动势，Y
A
、Y
B
、Y
C
分别为A、B、C相绕组对地导纳，Z
T
为中性点接地变压器的短路阻抗和短路损耗所对应的阻抗，Y
N
为中性点对地导纳。4.如权利要求1所述的发电机定子单相接地故障消弧方法，其特征在于，所述S3中计算得到的故障电流为：其中，为所述故障电流，为第一中性点零序电压的基频变化量，为第二中性点零序电压的基频变化量，为第一中性点零序...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹项根，徐雯，王义凯，乔健，谭力铭，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：