[发明专利]接地故障保护

说明书

技术领域

本发明涉及保护性继电领域，并且特别地涉及大型电机中的接地故障保护。它与权利要求7的引言中描述的电机的接地故障保护系统有所不同。

背景技术

用于检测例如大型发电机等电机的导体上的接地故障的方法在US 5739693中公开。接地故障因为对导体与接地电位上的铁件之间的电气绝缘的机械损坏而出现。接地故障产生故障电流，故障电阻可以从该故障电流来计算并且评估来评价故障。为了检测邻近发电机的断电星点（即，在发电机中性处或附近）的故障，发电机的导体凭借适合的注入信号而相对于接地电位偏置。主动注入偏置信号导致在发电机保护系统中频繁使用的所谓的“100%定子大地保护”。

具体地，具有等于标称网络频率的四分之一的固定注入频率（即，在50Hz电网中是12.5Hz或在60Hz电网中是15Hz）的周期性矩形注入信号由专用信号发生器通过注入互感器和接地电阻而注入定子或转子绕组内。同步保护继电器测量对该注入的响应信号。从该响应信号，可以计算在发电机中性或转子电路侧的接地故障。

这种接地故障保护系统对于扰乱是敏感的，其中扰乱可导致对运行的公用事业和电力用户两者具有不利影响的误操作或非操作。特别地，发电机中性（对于定子接地故障保护系统）经历寄生电磁信号或噪声（处于能扰乱接地故障保护功能的某些频带中）并且励磁系统（对于转子接地故障保护系统）实际上生成这样的寄生电磁信号或噪声。

同样，现有的接地故障保护系统可对于超频或欠频条件是敏感的。特别地，在发电机速度降到50Hz以下（例如，少至48.5Hz，这在弱电网中并不罕见）的情况下，发现转子接地故障功能自发地脱扣。对于具有静态励磁的发电机，在发电机频率的倍数处（即，当发电机在50Hz处运行时是300Hz，或当发电机在48.5Hz处运行时是291Hz）的谐波（由励磁系统的晶闸管引起）由并入保护功能（其评估响应信号）中的数字滤波器消除。然而，保护算法的标称和静态300Hz数字滤波器对于滤波291Hz噪声不太高效。因此，当发电机速度开始偏离标称电网频率时，某种噪声泄漏到保护功能内并且最终引起误脱扣。

发明内容

因此本发明的目标是提供具有对系统噪声的降低的敏感性的更稳健的接地故障保护系统。该目标通过根据独立专利权利要求来适应性修改接地故障系统和接地故障保护系统的方法来实现。另外的优选实施例从从属的专利权利要求显而易见。

根据本发明，在对于例如发电机等电机的接地故障保护系统中，具有注入频率f_i的注入信号施加到电机以便在电机的导体上生成周期性偏压，并且评估对其的响应信号。注入频率根据电机的系统参量或系统性质（其指示干扰响应信号或叠加在响应信号上的系统噪声）来适应性修改，即，调整或选择。因此，注入频率的静态预定选择被放弃以便获得根据电机的系统参量的最近值而灵活方法，其最终导致接地故障保护系统的稳定性和可靠性的增加。

在本发明的优选变化形式中，连接到电机的电力电网的线路或电网频率是第一系统参量。注入频率根据实际线路频率与50Hz或60Hz的标称线路频率的偏离来适应性修改。特别地，重复地与实际线路频率与标称线路频率的偏离成比例地调整注入频率。因此，注入频率用噪声谱来标度，并且可逃脱保护功能的标称和静态数据滤波器的任何寄生噪声在干扰响应信号方面的可能性较小。

在本发明的优选变化形式中，报告系统噪声（其叠加在响应信号上）的噪声谱n(f)是第二系统参量。扫描系统噪声的包括或涵盖多个候选注入频率的频率范围，并且从这些候选频率之中选择具有最低噪声的基本注入频率。因此，处于注入频率处的基本系统噪声被最小化。

在本发明的优选变化形式中，使两个截然不同的噪声体系分离的发电机速度阈值n_t是第三系统参量。在发电机启动期间，作为发电机速度（从零到大约标称发电机速度）的函数而测量或记录代表第一和第二候选注入频率周围的系统噪声的两个系统噪声谱。如果可以识别发电机速度阈值，其中在该阈值之下的第一噪声谱是不严重的并且在该阈值之上的第二噪声谱是不严重的，在任何未来发电机启动期间在阈值处使注入频率从第一候选频率改变到第二候选频率。因此，接地故障保护可以直接从发电机速度零来提供。