轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地原理突破

疊加交流電壓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)微機(jī)化設(shè)計(jì)探討張艷哈爾濱電氣集團(tuán)阿城繼電器有限責(zé)任公司哈爾濱阿城區(qū)150302摘要：常規(guī)的疊加交流電壓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)由于受勵(lì)磁回路對(duì)地分布電容的影響，易誤動(dòng)，靈敏度低，已被淘汰。設(shè)計(jì)中的微機(jī)型疊加交流電壓式原理的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，通過(guò)軟件計(jì)算消除了勵(lì)磁回路對(duì)地分布電容的影響，并保持了原有常規(guī)保護(hù)的優(yōu)點(diǎn)，使之成為動(dòng)作可靠、原理簡(jiǎn)單、精度高、造價(jià)低廉、在停機(jī)狀況亦可對(duì)發(fā)電機(jī)提供保護(hù)的一種先進(jìn)轉(zhuǎn)子接地保護(hù)。疊加交流電壓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)的微機(jī)化極大的提高了該類(lèi)保護(hù)的性能。關(guān)鍵詞：轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地；疊加交流；微機(jī)化；分布電容；復(fù)數(shù)計(jì)算引言常規(guī)的疊加交流電壓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)由于受轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組對(duì)地分布電容的影響，靈敏度低，易誤動(dòng)，隨著保護(hù)的微機(jī)化已被淘汰。當(dāng)前主要替代應(yīng)用的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)是乒乓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)、低頻注入式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)和微機(jī)式疊加直流電壓原理的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)。前者在發(fā)電機(jī)停機(jī)狀態(tài)不能給發(fā)電機(jī)提供保護(hù)，且由于引出碳刷的原因易誤動(dòng)，增加了維護(hù)人員的工作量；低頻注入式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理復(fù)雜、造價(jià)昂貴、維護(hù)困難，且不能完全消除對(duì)地分布電容的影響。微機(jī)式疊加直流電壓原理的轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)是對(duì)常規(guī)疊加直流電壓原理的微機(jī)化應(yīng)用，但該保護(hù)在發(fā)生一點(diǎn)接地的情況下，會(huì)導(dǎo)致勵(lì)磁電壓的波動(dòng)。下面我們探討如何將疊加交流電壓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)進(jìn)行微機(jī)化設(shè)計(jì)。原理接線設(shè)計(jì)常規(guī)的疊加交流電壓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)，接線簡(jiǎn)單，沒(méi)有死區(qū)，整個(gè)勵(lì)磁繞組任意一點(diǎn)接地的靈敏度相同，但其簡(jiǎn)單的將采集到的接地電流作為動(dòng)作量，不可避免的受勵(lì)磁回路對(duì)地分布電容的影響，應(yīng)用在大中型機(jī)組上時(shí)，靈敏度很低?，F(xiàn)隨著繼電保護(hù)的微機(jī)化，及此類(lèi)保護(hù)新型微機(jī)原理的出現(xiàn)，已不再應(yīng)用。為了將疊加交流電壓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)進(jìn)行微機(jī)化，使其繼承其原有的優(yōu)點(diǎn)，克服其缺點(diǎn)，我們可以在設(shè)計(jì)上考慮同時(shí)采集注入的交流電壓和電流矢量，現(xiàn)在我們參照該常規(guī)保護(hù)的原理接線，設(shè)計(jì)的接線圖見(jiàn)圖1。圖1中，左側(cè)為轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地測(cè)量裝置。T1為注入變壓器可設(shè)計(jì)變比為220/50，可采用UPS供電，保證發(fā)電機(jī)在停機(jī)和開(kāi)機(jī)狀態(tài)為保護(hù)提供持續(xù)穩(wěn)定的注入電源。T2為微安級(jí)采集電流互感器可設(shè)計(jì)變比為1:10。R為限流注入電阻，電阻R的大小可依據(jù)機(jī)組的大小來(lái)選擇，大機(jī)組的對(duì)地電容匕較大，僅勵(lì)磁繞組對(duì)地即可達(dá)l~2uF,當(dāng)注入電壓為5°Hz時(shí)，圖1.疊加交流電壓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)原理接線圖對(duì)地容抗僅有3.21.6kQ，正常對(duì)地電流可達(dá)到31mA,對(duì)于旋轉(zhuǎn)勵(lì)磁的系統(tǒng)此電流可引起滑環(huán)接觸碳刷的發(fā)熱加速損耗，可選擇適合的電阻R對(duì)此電流加以限制。C為隔直耦合電容，用于隔離直流勵(lì)磁電壓，僅其中的諧波成分和注入的基波可以通過(guò)，T1、T2對(duì)勵(lì)磁電壓中的諧波成分有一定的抑制作用，剩余的諧波諧波成分進(jìn)入裝置后，可經(jīng)軟件數(shù)字濾波技術(shù)完全濾除。Cf為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組對(duì)地分布電容，Rk為轉(zhuǎn)子勵(lì)磁繞組對(duì)地的絕緣電阻。如圖1所示，50Hz交流220v電壓經(jīng)注入降壓變壓器T1,通過(guò)采樣互感器T2的原邊、電阻、電容C注入到勵(lì)磁繞組。裝置將采集到的注入50Hz電壓U,注入電流I送入CPU進(jìn)行計(jì)算，當(dāng)計(jì)算出的氣小于整定值時(shí)保護(hù)動(dòng)作，如何計(jì)算出氣是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，下面推導(dǎo)Rk的計(jì)算公式看是否可消除對(duì)地分布電容Cf對(duì)其的影響。計(jì)算公式推導(dǎo)我們可將原理回路中固有的元件參數(shù)輸入到裝置，參與接地電阻Rk的計(jì)算。設(shè)隔直耦合電容C的容抗為xc，則Xc=~1c設(shè)分布電容cf的容抗為xCf，則Xf=-~c~f設(shè)Zk為分布電容和絕緣電阻的并聯(lián)阻抗，則Z二R//-jX二一jRkXcf=_R2X^一八d⑴kkCfRk-jXfR2+X%R2+X%若將勵(lì)磁繞組中的交流壓降和交變感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)忽略不計(jì)，則注入電流為

UR-jX+Zk保護(hù)裝置根據(jù)測(cè)量的U,nI（n為電流互感器T2的變比），阻抗角4和公式.UU1=~（co4+jsin們，可計(jì)算出回路阻抗Z=3，以復(fù)數(shù)的形式表示回路阻抗ZIZ=I（COS4-jsin4）=UU（COS4-jsin4），回路阻抗Z減去回路固有的R-jX即得到勵(lì)磁繞組對(duì)地阻抗，即Zk=UU（cos4-jsin4）-（R-jX「（2），式（2）的復(fù)數(shù)可表達(dá)為Z=\Z|（cosa+jsina）（3），這里"cos4-R；cosa=1"cos4-R；cosa=1(6)接著我們推導(dǎo)出接地電阻Rk的計(jì)算公式，首先將式⑴代入式⑶可得到Z1="CfR：+'漕：=RkXcf(7)k\(R2+X2)2R2+X21kCfVkCfcosa=XCfRk/(R+X*f)一圣Zl<R2+X2⑥kkCfZ式(7)除以式(8)得Rk=co；(9)，將式(5)、(6)帶入式(9)得Z

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cosa(u,S2一cos4一R"I)（10）—Z

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cosa(u,S2一cos4一R"I)（10）—cos4-RI結(jié)論綜上所述，設(shè)計(jì)的微機(jī)式疊加交流電壓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地保護(hù)通過(guò)借鑒常規(guī)疊加交流電壓式轉(zhuǎn)子一點(diǎn)接地的原理，同時(shí)采集了注入電壓和注入電流的矢量，經(jīng)過(guò)巧妙的復(fù)數(shù)計(jì)算，徹底的消除了