專利名稱：一種交、直流注入式轉子一點接地保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及發變組保護中的轉子一點接地保護裝置和方法，屬于電力自動化技術領域。
背景技術：
轉子接地保護是發變組保護系統的重要組成部分，汽輪發電機和水輪發電機均應裝設轉子一點接地保護。轉子一點接地保護原理可分為注入式和非注入式兩大類。非注入式原理依靠轉子繞組本身的電氣量構成保護判據，如切換采樣式(乒乓式)原理；注入式原理則需要外加輔助電源，給轉子繞組對地注入電壓，采集相關電氣量構成保護判據，如注入直流電壓原理、注入交流電壓原理和注入方波電壓原理。目前大型發變組的保護方案要求采用雙重化配置，轉子接地保護由于保護原理的原因只能雙重化配置單套運行，即采用一套運行一套備用方式，需要時通過人工帶電切換。國內外發變組保護中實現轉子一點接地保護的雙套運行一直是個無法解決的難題。
實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種可雙重化并列運行的交、直流注入式轉子一點接地保護方法，保護配置由注入直流轉子一點接地保護和注入交流轉子一點接地保護構成，兩套保護可同時并列運行，也可以獨立使用。為了實現上述目的，本實用新型所采取的技術方案是:一種交、直流注入式轉子一點接地保護裝置，其特征在于:包括交流電單元、直流電單元和轉子繞組LE，所述轉子繞組LE —端與交流電單元連接，另一端與直流電單元連接，所述交流電單元、直流電單元和轉子繞組LE分別接地。前述的一種交、直流注入式轉子一點接地保護裝置，其特征在于:所述交流電單元包括交流電源、變壓器、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl和電容C2，交流電源通過變壓器正輸出端、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容CU電容C2與轉子繞組相連，所述交流電源通過變壓器負輸出端與地相連。前述的一種交、直流注入式轉子一點接地保護裝置，其特征在于:所述直流電單元包括直流電源、電阻R4和電阻R5，所述直流電源正極通過電阻R4與轉子繞組單元直流輸入端相連，所述直流電源負極通過電阻R5與地相連。前述的一種交、直流注入式轉子一點接地保護裝置，其特征在于:在電阻R5的兩端并聯連接有一電子開關。本實用新型的有益效果是:1、兩種原理的保護裝置之間接線簡單。2、能夠實現對轉子繞組100%接地保護，轉子繞組上任何一點接地，保護靈敏度相近。3、兩套保護均采用注入式原理，實現轉子一點接地保護在停機或開機狀態下地并列運行，并且均能對轉子繞組的絕緣進行監測。[0012]4、兩套保護既可以同時投入運行，也可以單獨運行。一套保護退出運行時，另一套能自動識別，不影響自身的運行。
圖1是轉子一點接地保護雙重化直流從負端注入配置原理示意圖。圖2是轉子一點接地保護雙重化配置直流從正端注入原理示意圖。圖3是注入直流轉子一點接地保護單獨運行時泄漏電流Id仿真圖。圖4是兩套保護同時運行時直流泄漏電流Id仿真圖。圖5是注入交流轉子一點接地保護單獨運行時交流回路電流Ia仿真圖。圖6是注入交流轉子一點接地保護單獨運行時交流回路電壓Ua仿真圖。圖7是兩套保護同時運行時交流回路電流Ia仿真圖。圖8是兩套保護同時運行時交流回路電壓Ua仿真圖。圖9是注入直流轉子一點接地保護電子開關打開時等效電路圖。圖10是注入直流轉子一點接地保護電子開關閉合時等效電路圖。圖11是注入交流轉子一點接地保護電子開關打開時等效電路圖。圖12是注入交流轉子一點接地保護電子開關閉合時等效電路圖。圖13是兩套保護協調機制示意圖。
具體實施方式
本實用新型所要研究的內容有:1、轉子一點接地保護雙重化并列運行原理設計為了實現真正意義上的轉子一點接地保護雙重化配置，本實用新型提出了一種可雙重化并列運行的交、直流注入式轉子一點接地保護方法，保護配置由疊加直流轉子一點接地保護和疊加交流轉子一點接地保護構成。這兩套保護可同時配合使用，也可以獨立使用。2、交、直流注入回路的設計交流注入回路的設計需要考慮轉子高電壓對注入電源的損害，也要考慮轉子繞組中高頻分量對注入回路的損害。 3、保護模塊濾波措施疊加直流轉子接地保護通過檢測轉子接地開合漏電流大小來計算接地電阻，而漏電流則受到轉子對地電容的影響，研究漏電流免受轉子對地電容的影響是本實用新型的研究內容之一。疊加交流轉子接地保護轉子繞組對地的交流電壓和交流電流來計算接地電阻，在接地電阻較大時，轉子繞組對地交流電壓較大，達到幾十伏，而對地電流則是毫安級的，如何合理的采集電壓和電流是接地電阻計算是否精確的關鍵。機組運行情況下，轉子繞組系統中可能含有高次諧波，如6次諧波，需采用相應的措施濾波。4、雙原理之間相互影響的抑制措施由于兩種原理同時注入直流和交流到轉子繞組，相互之間的影響是難免的，采用相應的抑制影響措施是必須的，如加電容隔直，對接地電阻進行適當的補償等。[0036]
以下結合附圖對本實用新型做進一步的描述。轉子一點接地保護雙重化配置如圖1和2所示，包括交流電單元、直流電單元和轉子繞組LE，所述轉子繞組LE —端與交流電單元連接，另一端與直流電單元連接，所述交流電單元、直流電單元和轉子繞組LE分別接地。交流電單元包括交流電源、變壓器、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl和電容C2，交流電源通過變壓器正輸出端、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl、電容C2與轉子繞組相連，所述交流電源通過變壓器負輸出端與地相連。直流電單元包括直流電源、電阻R4和電阻R5，所述直流電源正極通過電阻R4與轉子繞組單元直流輸入端相連，所述直流電源負極通過電阻R5與地相連，在電阻R5的兩端并聯連接有一電子開關。I)、原理分析由保護雙重化配置原理，兩套保護同時投入使用，對注入直流轉子一點接地保護而言，由于Cl、C2的隔直作用，使得直流分量不會進入交流注入回路，但交流分量會流入到直流注入回路。圖3為注入直流轉子一點接地保護單獨運行時漏電流Id仿真圖，隨著電子開關的開合，Id的幅值大小會發生變化。由于轉子繞組對地電容的存在，在電子開關切換的瞬間，Id有一個衰減的暫態過程，在采樣計算時，需躲開這個暫態過程。圖4為兩套保護同時運行時Id仿真圖，由于有交流量注入直流回路,在Id中注入有交流分量；又因為電子開關的切換，導致電路結構發生變化，從而使得交流分量幅值在兩種狀態下也有所不同。因此檢測到的開電流和合電流中含有交流，需要采取相應的措施濾除這種交流分量。如圖3中所示為注入交流轉子一點接地保護單獨運行時采樣電流和采樣電壓的仿真示意圖。計算接地電阻所采樣的交流電流和交流電壓呈現穩態正弦變化。當兩套保護同時運行時，隨著電子開關的切換，交流電流和電壓呈現周期性變化，而且在電子開關切換瞬間，交流電流電壓也有一個暫態過程，交流電壓尤為明顯，如圖3中所示。由圖3中可以看出，兩套保護同時運行時，交流電流幅值比單獨運行時有所增加，說明交流電源負載變大，原因是直流回路造成的。由此，可以得到以下幾點結論:(I)、由于電子開關開合引起交流電流和電壓呈現周期性變化，需跟蹤電子開關的開合狀態。(2)、在采樣電流電壓進行計算時，需要躲過電子開關切換時的暫態過程。交流分量會流入直流注入回路，因此，注入交流轉子一點接地保護所計算的接地電阻，需要對直流注入回路的切換電阻進行補償。2、保護算法設計I)、注入直流轉子一點接地保護如圖1所示，給轉子繞組負端注入一個直流電壓Ud (Ud=50V)，設正常運行時轉子繞組對地阻抗為無窮大，且認為在電子開關開合過程中勵磁電壓E保持不變。如果在轉子繞組某一點經Rg接地，則故障點距轉子繞組負端的電動勢為αΕ。當兩套保護同時運行時，由圖1可知，由于Cl、C2的隔直作用，使得直流分量不會進入交流注入回路，則注入直流轉子一點接地保護等效電路如圖9所示。圖9中，R4 = R5 = R，由圖9列寫回路方程，得: υ +aE = IJRg+2R)LD、
I [ n -f-ccli — Ic(Ri, + A)(i )由(I)式得 21 -JRg=-^R
1^-1OU)
r V， υ
0053 = 77TTT7—~F
(K V: E(3)式中:Rg為接地電阻；1。/1。分別為對應電子開關開/合狀態下的回路測量漏電流洱為直流回路接入電阻。由式(2)、(3)可以得到接地電阻Rg及對應的故障點位置。2)、注入交流轉子一點接地保護50Hz交流電壓經Rl、R2、R3、Cl和C2注入到轉子繞組和地之間，兩套保護同時運行時，如果在轉子繞組某處經Rg接`地，交流電流不僅流經接地電阻Rg和對地電容Cg，同時也流過直流注入回路，其等效電路如圖10所示。圖10中，Re、Ce為R1、R2、R3、C1、C2的等效電阻和等效電容；R4 = R5 = R，為直流
回路注入電阻。當電子開關打開時，由圖10 (a):Ugo= Ua-1^iRe+JXe) (4)
R =^^ °./.R</a0/ UJ(5)式中:}A(J此狀態下交流回路電流；jXe = -j/0JCeO考慮直流回路的補償:
IRRvhRg =———
-r^ (6)當電子開關閉合時，由圖5 (b):U = Ua -/ v * (Rr.+ JXc) ( 7 )
R =-3-* / * 、
Re(IAcfUgc)(8)式中Jac此狀態下交流回路電流。考慮直流回路的補償:
RR1,Rg = , I
( M I由式(6)和(9)得R R
^ , D _ SO gcRg -—-—
Λ- (10)由式(10)知:接地電阻Rg與電子開關打開時計算的未補償電阻和電子開關閉合時計算的未補償電阻有關，而不受回路電阻R的影響。3)、兩套保護協調機制圖11中，T為電子開關切換時間，Il為交流回路流入直流回路的交流分量，由圖11，可以得到:I)、由于交流回路中電容Cl、C2的存在，直流分量不能進入交流回路，注入直流轉子接地保護不會受到交流回路結構的影響，只需將進入直流回路的交流分量濾除，同時要考慮電容Cl、C2對直流回路電子開關切換暫態過程的影響；2)、交流分量進入直流回路，需要對接地電阻進行補償。注入交流轉子一點接地保護引入了電子開關狀態，當檢測到電子開關切換正常時，采用式(10)進行計算；當檢測到電子開關狀態不正常時(切換間隔時間大于2s)，則認為注入直流轉子一點接地保護掉電或退出運行。3)、電子開關狀態不正常可分為兩種情況:注入直流保護退出運行但直流回路沒有移開；注入直流保護退出運行且直流回路已經移開，由I1來判別:a、I1≥α時，注入直流保護退出運行但直流回路沒有移開，采用式(4)、(5)、(6)計算接地電阻。IkI1 < α時，注入直流保護退出運行且直流回路已經移開，無需進行補償，故采用式(4)、式(5)計算接地電阻。計算出接地電阻，進行保護操作，保護動作方程為:(I)Rg < Rgl,當計算的接地電阻Rg小于Rgl時，保護發告警信號，(2) Rg < Rg2,當計算的接地電阻Rg小于Rg2時，保護發跳閘信號并出口跳閘，式中:Rgl、Rg2為保護整定值。以上顯示和描述了本實用新型的基本原理、主要特征及優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和范圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型范圍內。本實用新型要求保護范圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.一種交、直流注入式轉子一點接地保護裝置，其特征在于:包括交流電單元、直流電單元和轉子繞組LE,所述轉子繞組LE —端與交流電單元連接,另一端與直流電單元連接，所述交流電單元、直流電單元和轉子繞組LE分別接地。
2.根據權利要求1所述的一種交、直流注入式轉子一點接地保護裝置，其特征在于:所述交流電單元包括交流電源、變壓器、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl和電容C2，交流電源通過變壓器正輸出端、電阻R1、電阻R2、電阻R3、電容Cl、電容C2與轉子繞組相連，所述交流電源通過變壓器負輸出端與地相連。
3.根據權利要求2所述的一種交、直流注入式轉子一點接地保護裝置，其特征在于:所述直流電單元包括直流電源、電阻R4和電阻R5，所述直流電源正極通過電阻R4與轉子繞組單元直流輸入端相連，所述直流電源負極通過電阻R5與地相連。
4.根據權利要求3所述的一種交、直流注入式轉子一點接地保護裝置，其特征在于:在電阻R5的兩端并聯連接有一電子開關。
專利摘要本實用新型公開了一種交、直流注入式轉子一點接地保護裝置，保護配置由注入交流轉子一點接地保護和注入直流轉子一點接地保護構成，注入交流轉子一點接地保護，由外加交流電源，向轉子回路注入一定幅值的交流電壓信號，這個電壓信號對稱地注入到轉子繞組LE的正負端，取圖示對地的交流電壓UA和回路電流IA，計算得到轉子繞組對地的阻抗，通過一定的補償，進而計算出轉子對地電阻。注入直流轉子一點接地保護，直流電壓通過切換電阻R4、R5注入到轉子繞組LE負端或者正端與地之間，由電子開關切換得到兩種狀態下的泄漏電流，計算轉子接地電阻。這兩套保護既可以自動投入單套運行，也可以同時并列運行，實現轉子一點接地保護的雙重化配置。
文檔編號H02H7/06GK202997511SQ20122057543
公開日2013年6月12日 申請日期2012年11月2日 優先權日2012年11月2日
發明者劉小波, 劉萬斌, 包明磊, 張志勇 申請人:南京國電南自美卓控制系統有限公司