数字式励磁回路接地保护方案的研究
点击数：7508 次 录入时间：03-04 11:45:41 整理：http://www.55dianzi.com 电工技术
前言
发电机励磁回路一点接地故障，是常见的故障形式之一。此时，励磁绕组与地之间尚未形成电气回路，所以并不对发电机造成危害。如相继发生第二点接地故障，则会严重威胁发电机安全。目前的励磁回路一点接地保护主要有：电桥式、叠加直流电压式、叠加交流电压式和乒乓式等不同原理的保护。其中，乒乓式保护是一种简单有效的保护原理。乒乓式一点接地保护灵敏度和接地位置无关，在励磁回路各点接地时都有较高的灵敏度。由于保护反映的是直流分量，且有一定时间延时躲开关切换的暂态过程，因此与励磁回路对地分布电容无关。所以采用乒乓式励磁回路一点接地保护装置是有优势的。
不过乒乓式两点接地保护却存在着一些问题。乒乓式两点接地保护是基于故障位置偏差判据的，一点接地故障后启动该判据，当测得的接地点位置变化值超过整定阈值时，则确认为已发生两点接地故障。但是开关切换过程中过渡电阻的变化会使接地点位置的计算产生误差，造成一定的接地点位置变化，从而对两点接地的判断产生影响。此外，该保护还存在两个重要的缺陷：无法判别同时两点接地和一点接地紧接第二点接地；当第一接地点位于绕组端侧时保护无输出，此时两点接地保护具有100%的死区。
综上所述，针对乒乓式保护原理存在的问题，本文估算了过渡电阻变化对接地点位置计算的影响，给出了故障位置偏差方法的自适应判据，提出了结合二次谐波电压辅助判据的综合两点接地保护方案，并且在综合方案中给出了二次谐波方法的自适应判据。
1一点接地方案
乒乓式励磁回路一点接地保护的设计思想是：切换电桥两臂电阻值的大小，使电桥没有一个固定的平衡点，通过测量回路电阻上的电压量求解过渡电阻和接地位置。具体实现电路有以下两种，分别如图1(a)［1］和(b)所示。
图1中，R为高阻桥臂电阻（如10kΩ），Rc为低阻测量电阻（如200 Ω），Rf为过渡电阻，α为接地点距绕组负端匝数百分比（绕组接地位置），E为励磁线圈两端的电压。S1和S2为电子开关。设S1闭合S2断开为状态1、S1断开S2闭合为状态2。方案一是通过两种状态下的电压E和电阻Rc上电压Vc来检测转子是否接地；方案二则是通过两种状态下的桥臂上电压V1和V2来检测的。在实际运行时可能出现电子开关S1或S2损坏的情况，如果保护装置能够实时检测出，对保护的可靠性是很有利的。对于方案一，在正常运行时，过渡电阻Rf为无穷大，由图1(a)知，不论是状态1还是状态2，电压Vc都为零，在电子开关S1或S2损坏时，Vc也为零，故不能检测出。但方案二由于是检测桥臂上的电压，在状态改变时，电压也改变，由后面的分析知，可以实时检测出电子开关是否完好。故本文把方案二作为转子接地保护的检测电路。下面介绍转子一点接地的检测方法，参见图1(b)，开关在状态1，2下分别可以列回路方程如下：
由方程组（1）、（2）可以得到过渡电阻Rf和接地位置α：
计算出过渡电阻Rf就可以决定保护的动作行为。由式（3）和式（4）都可以看到Rf与故障点位置α无关，灵敏度不随故障点位置改变。一点接地的动作判据为：
Rfdz为一点接地过渡电阻整定值，整定范围通常取5～50kΩ。
显然，S1或S2损坏时计算会产生错误。为了检查电子开关是否损坏，本文还测量S1和S2均断开时V1和V2的数值。设S1和S2均断开为状态3。一个检测环节中，在1、2、3状态下分别测量得到电压V11，V21；V12，V22；V13，V23。因为开关切换间隔时间短暂，所以认为在一个检测环节中励磁电压不变。如果S1损坏，则状态1，3下图1(b)的拓扑是相同的，有V11=V13；如果S2损坏，则状态2，3下图1(b)的拓扑是相同的，有V22=V23。所以V11=V13和V22=V23就构成了开关是否完好的自检条件。但是一个检测环节的时间虽然短暂，过渡电阻和桥臂电阻的大小还是可能会有变动的，这就改变了电路的拓扑。为了自检条件的严密性，将其改写为：
阈值，均可取0.1。
结合开关自检的一点接地保护软件流程如图2所示。测量得到3个状态下V1和V2的数值后由
两个自检条件进行开关完好性的检查，若S1和S2都完好，则由式（3）、（4）计算Rf和α，满足一点接地判据则动作于一点接地信号。
2两点接地方案
如图3所示，设转子发生一点接地(过渡电阻Rf1、接地点α)后又在β处发生接地，过渡电阻为Rf2。由于第一点接地的Rf1和α已在一点接地保护中算出，在发生两点接地时，状态1和状态2时各电气量分别有如下的关系：
整理为：
考虑到，
由式(8)可得Rf2和β为：
当检测到Rf2小于整定值时就判定为转子发生两点接地。在实际应用中，不必知道Rf2和β的具体数值，只要能够判定是两点接地就行了。事实上对于一点接地的检测公式，在一点接地，没发生两点接地的情况下，检测的结果是基本不变的。若发生两点接地，由于电路的拓扑改变，由一点接地的检测公式得到的检测结果必然会改变，因此一点接地判定后，若发现检测到的接地位置α改变，也可以判定为两点接地。即当
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