[发明专利]接地故障检测

说明书

技术领域

本发明一般涉及接地故障检测，并且更具体地涉及接地故障检 测设备。

背景技术

发电机定子绕组中的接地故障是最常见的发电机内部电气故 障，也是损坏发电机定子最常见的原因以及发电机定子相间故障的 直接原因。接地故障通常在所有其他的电气故障之前。接地故障是 由于定子绕组的物理损坏或者定子绝缘老化所导致的。因此，定子 接地故障保护是发电机保护系统的主要部分。对定子绕组接地故障 的不当操作增加了接地故障转变为相间故障的可能性，最终将损坏 发电机。

为了有效保护单元连接的发电机以免出现定子绕组中接地故障 的效应，必须理解伴随这些故障的现象。接地故障的效应取决于在 接地故障通道中发出的能量以及接地故障过电压。通过对接地故障 保护的正确操作，可以出现下面的情形，其中由于接地故障电弧所 引起的磁路或者定子架的腐蚀可以忽略或者全部消除。因此，如果 正确地操作了接地故障保护的话，发电机中相间故障实际上是不可 能出现的。在这些条件下，确保了对发电机-变压器单元的最佳保护， 使定子绕组免于接地故障效应。单条线路接地故障的维修时间应该 相当短，这是因为仅必须调换定子绕组。相间故障的维修时间需要 几个月，这意味着对定子铁心的(部分)重新堆叠。

为了使对发电机的接地故障保护系统不当操作的可能性最小， 形成该系统的特定类型的保护应该采用不同的激励参数。发电机的 中性点通常并不直接接地，那么定子接地故障电流相对较低，尤其 是在发电机-变压器单元的发电机中。但是，即使这么小的电流仍 然能够导致发电机定子芯铁的明显损坏。它们也可能转变成相间故 障。

用于保护发电机以避免定子绕组中的接地故障的方法取决于将 发电机连接到电力系统的方法。存在几种可能性，其范围是从中性 点直接接地，中性点电阻性和电感性连接等级不同到采用隔离中性 点。电阻性接地的发电机要么与电阻器直接连接，要么使用变压器 的次级侧的低压电阻器通过中性点接地变压器进行变换。直接连接 到母线和没有升压变压器的电力系统的发电机通常功率较低，那么 接地故障保护基于对中性点电流的幅值或方向的监控。通过升压变 压器连接到电力系统的发电机在理论上非常简单，这是因为升压变 压器的初级电路通常为三角形连接，其对高压侧的接地故障构成了 天然屏障。定子绕组上的接地故障然后可通过监测发电机中性点和 地之间的电压来进行检测。

主要存在两种方法，这两种方法连同基于零序的保护系统可确 保对发电机定子绕组的100％的保护。一种方法采用发电机中性点及 其端子上的电压的三次谐波。另一种方法将低频信号注入到发电机 电路中。

存在三种影响定子绕组长度的主要限制，定子绕组在不同的运 行状态下均由这种保护所覆盖。这些限制与发电机和保护系统的如 下值或参数有关：发电机中性点中流过的最大接地故障电流；能够 以良好精度测量的最小注入电压；以及定子绕组接地故障过程中发 电机中性点中的最大零序分量。第一种和第三种限制与保护系统无 关，仅取决于发电机的参数、接地系统和单元变压器。然而，第二 种限制可用于改进依赖于保护系统的接地故障保护。

此外，现有的注入方法采用了50Hz以下的注入频率，这是因为 较高的频率增加了容性电流，使得难于检测到用于检测接地故障的 电阻变化。

发明内容

本发明的目的是提供一种接地故障检测设备，其能检测三相同 步电机中较不明显的接地故障。

本发明基于这样的实现：通过测量三相同步电机中一个以上位 置中从注入电压所得到的电流，来实现改进的检测，而不需要增加 注入电压。

根据本发明的第一方面，提供一种用于三相同步电机的接地故 障检测设备，其中该三相同步电机具有接地的中性点，其中所述接 地故障检测设备包括布置成将非标称频率电压注入在所述中性点和 所述地之间的注入装置，其特征在于，所述接地故障检测设备包括： 第一测量装置，该第一测量装置布置成测量所述三相同步电机的第 一位置处从所述注入的非标称频率电压得到的第一电流，第二测量 装置，该第二测量装置布置成测量所述三相同步电机中不同于所述 第一位置的第二位置处从所述注入的非标称频率电压得到的第二电 流，以及控制装置，该控制装置布置成根据所述第一电流和第二电 流检测所述三相同步电机中的接地故障。