[发明专利]电机绕组接地故障保护系统

说明书

本发明的目的是提供一种具有通过电压互感器接地的中性点的电机绕组的接地故障保护系统，特别是发电机的定子绕组，可以应用于在和变压器串联的或者和发电机并联的或者直接和母线相连的发电机操作期间进行接地故障保护。

在1995年11月出版的目录为NO.1MDB 02012-EN的ABB NetworkPartner第3页图6披露的一种已知的具有通过电压互感器接地的中性点的发电机定子绕组的接地故障保护系统包括被连接在发电机中性点和地之间的单相电压互感器。所述电压互感器的二次绕组并联有相互串联的两个电阻，其中一个具有较低的阻值，另一个电阻具有大约比第一个电阻的阻值大4倍的阻值。一个含有频率等于发电机额定频率的1/4的电压源的系统和低阻值的电阻并联。所述系统和接地故障保护单元并联。一个其二次绕组和接地故障保护单元的输入并联的单相电压互感器和具有大约比第一个电阻的阻值大4倍的电阻值的电阻并联。

现有的发电机定子绕组的接地故障保护系统的缺点在于，在发电机定子绕组的任何部分出现接地故障的情况下，在接地故障点通过的接地故障电流的值主要取决于被连接在发电机中性点和地之间的单相电压互感器的二次侧上的电阻的电阻值。这些电阻总是引起接地故障电流值的增加，使得在接地故障位置的所述接地故障电流总是大大超过5安培。如果接地故障发生在发电机定子绕组，这个电流将引起定子的相当大的破坏。现有的发电机定子绕组接地故障保护系统的另一个缺点在于，超过5安培的接地故障电流的值限制了由这种接地故障保护系统保护的区域的长度。

按照本发明的用于电机绕组，尤其是发电机定子绕组的接地故障保护系统包括具有接地的一次绕组的单相电压互感器，所述互感器和绕组的中性点相连，并且一个低阻值的电阻和所述互感器的二次绕组相连，所述电阻和一个频率等于电机的额定频率的1/4的一个电压源并联，并且所述电压源和接地故障保护单元耦连，所述接地故障保护单元的输入和另一个单相电压互感器的二次绕组相连，并且所述单相电压互感器的一次绕组和与发电机的中性点相连的单相电压互感器的二次绕组并联，本发明的实质在于，由第二单相电压互感器的一次绕组、被安装在绕组的中性点的单相电压互感器的二次绕组以及低阻值电阻形成的电路，一个分流电抗器和第二电压互感器的一次绕组并联。所述分流电抗器的电感在0.01到2毫亨的范围内。

以附图中表示的本发明的一个示例的实施例说明本发明的目的，所述附图表示发电机定子绕组的接地故障保护系统的单元图，所述发电机定子绕组和与其串联的变压器为一个单元工作。

具有中性点2的发电机1通过母线4和变压器3相连。在发电机中性点2和地之间连接有单相电压互感器5，其一次绕组接地。所述互感器的二次绕组并联有分流电抗器6，其和几百欧姆的低阻值电阻7串联。分流电抗器6和单相电压互感器8的一次绕组并联，所述单相电压互感器的二次绕组和接地故障保护单元9并联。电阻7和频率等于发电机1的额定频率的1/4的电压源并联，所述电压源是注入系统10，所述系统和接地故障保护单元9并联。

由注入系统10注入的电压作为电机的导体相对于地的偏压，其具有和发电机的频率不同的频率。接地故障引起取决于故障性质和注入电压的电流。接地故障保护单元9监视这个电流和被注入的电压，确定是否发生了故障和故障的性质。如果需要，接地故障保护单元9操作断路器使发电机断开。

在和变压器3相连的发电机1的无故障操作条件下，通过接入单相电压互感器5的二次绕组的元件的电流和接地故障电容电流等于0，选择和单相电压互感器5的二次绕组相连的分流电抗器6的电感，使得在接地故障期间通过发电机1的定子的绕组的主绝缘的电流被限制为小于5A以下。最好所述分流电抗器6的电感的值的范围为0.01-2毫亨。借助于恰当地选择分流电抗器6的电感，对于沿着发电机1的转子绕组的整个长度的故障，保证接地故障保护单元9能够正确操作，这减少了甚至完全消除了对发电机1的定子磁路的破坏。

本发明不仅可以用于发电机的保护，而且可以应用于具有含有中性点的绕组的其它类型的电机，例如电动机或变压器的保护。