[发明专利]发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法

说明书

发电机定子绕组单相接地故障位置定位方法，该方法首先在发电机机端模拟单相接地故障，计算出特征参数；然后根据定子绕组联接图，计算出各线棒的基波电压相量、各线棒末端的基波电压相量；接着当实际发生定子绕组单相接地故障时，测量并计算发电机机端三相基波电压、零序电压，判别故障相；设各线棒末端发生接地故障，计算这些故障条件下的基波零序电压，与实际故障的基波零序电压进行比较，判别故障位置。该方法实测参数的工作量较少，易于实施，方法准确。

技术领域

本发明涉及电力系统大型同步发电机的继电保护、故障分析及事故检修，尤其涉及大型同步发电机的定子绕组单相接地保护、定子绕组单相接地故障的故障分析及事故检修技术。

背景技术

定子绕组单相接地故障是电力系统大型同步发电机的常见故障，由于大型同步发电机大多采用中性点经过接地变压器及负载电阻的接地方式简称高阻接地方式，或者消弧线圈接地方式，定子绕组单相接地故障时不会产生很大的故障电流。但是，定子绕组单相接地故障往往是发电机定子绕组短路故障、定子绕组分支开焊故障的先照，而且定子绕组单相接地故障之后，非故障相电压升高，且存在重燃弧过电压的风险，不利于发电机安全运行，有可能导致事故扩大。更重要的是，如果定子绕组单相接地故障的位置在定子绕组内部，故障电流有可能伤及定子铁心，如果定子铁心烧损严重，则可能导致定子铁心难以修复甚至报废，损失巨大。所以目前大型同步发电机均投入定子接地保护，一旦发现定子绕组单相接地故障，保护均在短时间内动作，跳闸停机。关于定子单相接地故障以及保护，在一些专业书籍上均有详细地论述，比如可以参见《电气主设备继电保护原理与应用(第二版)》王维俭编著，中国电力出版社，2002年版。

定子绕组单相接地故障之后需要尽快检修，修复故障。常规的做法是，先解开发电机与机端母线的联接，通过高压绝缘电阻表测量绝缘状况，分别测量发电机这一侧的三相定子绕组对地绝缘和机端母线这一侧的三相导体对地绝缘，确定故障在发电机内部还是外部。如果故障在定子绕组内部，再解开定子绕组各个分支绕组，继续逐一测量各个分支绕组的对地绝缘，确定故障分支。找到故障分支之后，再解开这个故障分支定子绕组的各个线棒，继续逐一测量这些线棒的对地绝缘，找到故障线棒，即确定了故障槽位置，将故障槽内的线棒取出，修复故障点。这个传统的检修过程时间很长，尤其是大型水轮发电机，定子槽数多达几百槽，检修时间越长，这台发电机的发电量损失也就越大。如何快速地定位故障点，是电厂用户非常关心的问题。

除了上述的常规做法之外，已有一些定子绕组单相接地故障位置定位的方法，主要有两种方法。一种是专利ZL200410006176.4《发电机定子绕组单相接地的保护及故障定位方法》公开的方法，另一种方法参见论文《不依赖注入式原理的定子单相接地故障定位方法》，陈俊、刘梓洪、王明溪等著，《电力系统自动化》2013年04期。

第一种方法，依赖于注入式定子接地保护，以发电机中性点接地变压器T型等值电路为基础，计算求得接地故障过渡电阻阻值，然后实测发电机机端三相基波电压和基波零序电压，结合等值电路计算出接地故障位置。该方法的优点是理论上计算比较准确；缺点是严重依赖参数的准确性，这些参数包括了发电机定子侧三相对地电容参数、中性点接地变压器T型等值电路参数、负载电阻参数、接地故障过渡电阻阻值参数。实际应用时，如果使用设备厂商提供的参数则计算误差比较大，如果是实测数据，则实测的工作量很大，包括了三相对地电容参数的实测，中性点接地变压器T型等值电路参数的实测需要分别测短路阻抗和激磁阻抗，负载电阻的实测；此外，当发生靠近机端且较为严重的接地故障时，由于注入式定子接地保护测量的电压、电流信号中同时有较大的工频分量，会导致注入式定子接地保护实测的接地过渡电阻阻值不准确。另外，没有注入式定子接地保护的场合下，比如发电机中性点不接地或者经消弧线圈接地方式，该方法也不能应用。这些因素都限制了该方法的应用。