[发明专利]大中型水轮发电机中性点高阻抗接地装置参数优化方法

说明书

本发明涉及一种大中型水轮发电机中性点高阻抗接地装置参数优化方法，该方法提出了阻抗比和位移电压系数的新概念，确定阻抗比和位移电压系数的取值范围，阻抗比的取值是根据接地电流和弧光接地过电压曲线综合确定的，接地电流与阻抗比的变化规律、弧光接地过电压与阻抗比的变化规律是优化设计的关键，本专利创造性地揭示了这两大规律，从而为发电机中性点接地装置优化设计创造了条件。综合考虑上述多方面影响因素，本发明的方法使得接地装置的设计参数可以达到最优。

技术领域

本发明涉及一种大中型水轮发电机中性点高阻抗接地装置参数优化方法，属于电力系统及其自动化技术领域。

背景技术

发电机中性点接地方式主要采用消弧线圈接地、高电阻接地方式。大中型水轮发电机定子绕组对地电容电流较大，消弧线圈接地方式下存在定子接地故障电流谐波成分较大、位移电压过高等问题；高电阻接地方式下存在定子单相接地电流过大等问题。以上两种接地方式均不能满足现有大中型水轮发电机中性点接地技术要求。已有研究者综合考虑消弧线圈和高电阻各自优点，通过在接地变压器低压边并联电阻和电抗，提出了一种高阻抗接地方式。但如果具体参数选用不当，当发电机运行中发生定子绕组接地时，可能会引起发电机定子铁心烧损、绝缘损坏等严重事故。

影响发电机中性点接地装置参数的因素较多，现有设计思路主要考虑单一因素，如接地故障电流或位移电压；或部分因素的影响，如：消弧线圈接地方式以补偿接地电流为目标，仅考虑补偿后接地电流小于允许值，未考虑发电机中性点位移电压、弧光接地过电压等因素的影响；高电阻接地方式以降低位移电压为目标，仅考虑采用中性点接地电流与电容电流相等进行设计，未考虑单相接地故障情况下的各种影响因素，而各种因素对接地装置参数的选择又是相互制约的，存在接地电流过大的风险，虽然从继电保护上进行了配合，但接地故障电流过大仍然会烧毁发电机定子铁心，也未校核弧光接地过电压、三次谐波电压比等；高阻抗接地方式也是仅从接地阻性电流与抵消中性点接地装置中的感性电流后的容性电流相等进行设计，接地装置参数选择对系统影响具有不确定性。因此目前接地装置的参数设计方式存在较大的缺陷。现有设计方式对电容量较小的汽轮发电机和小型水轮发电机适用，但随着水轮发电机容量增大，定子绕组对地电容增大，对大中型水轮发电机带来较大的运行风险，为此，有必要从优化设计方法上进行改变。

发明内容

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供一种考虑多方面影响因素，使得接地装置的设计参数可以达到最优的发电机中性点高阻抗接地装置参数优化方法。

为了达到上述目的，本发明提出的技术方案为：一种大中型水轮发电机中性点高阻抗接地装置参数优化方法，包括如下步骤：

定义发电机中性点位移电压系数为位移电压与不对称电压的比值；

式中，m为位移电压系数；U_bd为发电机中性点不对称电压；U₀为发电机中性点位移电压；v为脱谐度；d为阻尼率；I_C为发电机在额定定子电压下的电容电流；I_k为发电机在一点接地时额定定子电压下的接地电流；

定义接地变原边等效接地电阻与发电机端对地容抗和接地变原边等效接地感抗的并联值之比为阻抗比；

式中，K为阻抗比；Z_R为接地变原边等效电阻；Z_c-L为发电机端三相对地容抗与接地变等效接地感抗的并联值；

设定阻抗比的值为1～1.33，位移电压系数的值小于等于1.5；

根据位移电压系数确定接地电流，所述位移电压系数与接地电流成反比；

根据接地电流和阻抗比确定中性点接地电流中阻性电流值I_R；