CN115146574A - 发电机高电阻接地装置参数精确设计方法 - Google Patents

发电机高电阻接地装置参数精确设计方法 Download PDF

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CN115146574A CN202210775435.8A CN202210775435A CN115146574A CN 115146574 A CN115146574 A CN 115146574A CN 202210775435 A CN202210775435 A CN 202210775435A CN 115146574 A CN115146574 A CN 115146574A
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Abstract

本申请公开了一种发电机高电阻接地装置参数精确设计方法，通过消除发电机中性点高电阻接地装置中接地变压器内阻抗的影响，设计发电机中性点高电阻接地装置参数，包括以下步骤：S1，计算发电机中性点高电阻接地方式下的阻抗比；S2，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地短路电流；S3，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地短路阻性电流；S4，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地变压器副边电阻；S5，计算接地变压器等效串联电抗二次值；S6，计算接地装置二次串联总阻抗；S7，计算脱谐度；S8，计算阻尼率；S9，计算位移电压系数；S10，计算内阻抗对接地装置参数的影响。

Description

发电机高电阻接地装置参数精确设计方法
技术领域
本申请属于电力***技术领域，尤其涉及一种发电机高电阻接地装置参数精确设计方法。
背景技术
中小型水轮发电机目前广泛应用接地变压器副边并联电阻的高电阻接地方式，此接地方式能够抑制弧光接地过电压和位移电压，其接地变压器内阻抗对接地装置参数设计存在一定的影响，必须考虑接地变压器内阻抗的影响。
因此，需要研发一种发电机高电阻接地装置参数精确设计方法。
发明内容
针对上述问题，本申请实施例提供了一种发电机高电阻接地装置参数精确设计方法，通过消除发电机中性点高电阻接地装置中接地变压器内阻抗的影响，精确设计发电机中性点高电阻接地装置参数，所述技术方案如下：
本申请提供一种发电机高电阻接地装置参数精确设计方法，通过消除发电机中性点高电阻接地装置中接地变压器内阻抗的影响，设计发电机中性点高电阻接地装置参数，包括以下步骤：
S1，计算发电机中性点高电阻接地方式下的阻抗比；
S2，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地短路电流；
S3，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地短路阻性电流；
S4，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地变压器副边电阻；
S5，计算发电机中性点高电阻接地方式下接地变压器等效串联电抗二次值；
S6，计算发电机中性点高电阻接地方式下接地装置二次串联总阻抗；
S7，计算发电机中性点高电阻接地方式下的脱谐度；
S8，计算发电机中性点高电阻接地方式下的阻尼率；
S9，计算发电机中性点高电阻接地方式下的位移电压系数；
S10，计算发电机中性点高电阻接地方式下内阻抗对接地装置参数的影响。
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S1中，所述发电机中性点高电阻接地方式下的阻抗比K的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000021
其中，ZR为接地变压器原边等效电阻；Zc-L为发电机端三相对地容抗；n为接地变压器变比；RL"为接地变压器副边外接电阻；C∑为发电机单相对地电容；ω为角频率。
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S2中，所述接地短路电流Ik的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000022
其中，IC为发电机单相接地最大电容电流，A。
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，所述发电机单相接地最大电容电流IC的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000023
其中，Un为发电机定子绕组额定线电压，V。
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S3中，所述接地短路阻性电流IR'的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000024
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S4中，所述接地变压器副边电阻R"的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000025
其中，XC为与发电机***最大电容电流对应的容抗，所述与发电机***最大电容电流对应的容抗XC的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000026
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S5中，所述接地变压器等效串联电抗二次值XL的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000031
其中，ZL为接地变压器等效串联内阻抗二次值，Ω；RL为接地变压器等效串联内电阻二次值，Ω；其中，所述接地变压器等效串联内阻抗二次值ZL的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000032
所述接地变压器等效串联内电阻二次值RL的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000033
其中，U2为接地变压器副边电压，V；I2为接地变压器副边电流，A；P为接地变压器短路损耗，W；S为接地变压器容量，kVA。
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S6中，所述接地装置二次串联总阻抗Z的计算公式为：
Z＝ZL+R"
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S7中，脱谐度v的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000034
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S8中，所述阻尼率d的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000035
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S9中，所述位移电压系数m的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000036
其中，U0为发电机中性点位移电压；IC为发电机额定定子电压下的电容电流；Ik为发电机额定定子电压下的单相接地电流。
本申请的发电机高电阻接地装置参数精确设计方法所带来的有益效果为：本申请通过消除发电机中性点高电阻接地装置中接地变压器内阻抗的影响，精确设计发电机中性点高电阻接地装置参数，采用本申请提出的发电机中性点高阻抗接地装置参数精确设计方法，为中小型水轮发电机高电阻接地装置参数设计提供了理论依据
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是高电阻接地装置原理图；
图2是发电机中性点接地***等效电路图；
图3是接地装置总的二次并联等效电路图；
图4是接地装置总的二次串联等效电路图；
图5是接地变压器串联内阻抗与副边电阻的组合二次等效电路图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本申请提供一种发电机高电阻接地装置参数精确设计方法，通过消除发电机中性点高电阻接地装置中接地变压器内阻抗的影响，设计发电机中性点高电阻接地装置参数，包括以下步骤：
S1，计算发电机中性点高电阻接地方式下的阻抗比；
S2，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地短路电流；
S3，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地短路阻性电流；
S4，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地变压器副边电阻；
S5，计算发电机中性点高电阻接地方式下接地变压器等效串联电抗二次值；
S6，计算发电机中性点高电阻接地方式下接地装置二次串联总阻抗；
S7，计算发电机中性点高电阻接地方式下的脱谐度；
S8，计算发电机中性点高电阻接地方式下的阻尼率；
S9，计算发电机中性点高电阻接地方式下的位移电压系数；
S10，计算发电机中性点高电阻接地方式下内阻抗对接地装置参数的影响。
本申请发电机高电阻接地装置采用接地变压器副边并联电阻的接地方式，接地变压器内阻抗对高电阻接地装置参数设计存在一定的影响，接地装置参数设计时必须考虑接地变压器内阻抗的影响。为此，本专利提出一种发电机高电阻接地装置参数精确设计方法，通过消除发电机中性点高电阻接地装置中接地变压器内阻抗的影响，精确设计发电机中性点高电阻接地装置参数。
定子绕组对地电容为分布电容，为方便分析，将定子绕组对地分布电容看成集中电容，且并联在发电机定子绕组出线端对地之间，在计算发电机中性点电压时通常认为发电机三相对地电阻相等，忽略导线相间电容。高电阻接地装置原理图如图1所示；发电机中性点接地***等效电路图如图2所示；接地装置总的二次并联等效电路如图3所示；接地装置总的二次串联等效电路如图4所示；接地变压器串联内阻抗与副边电阻的组合二次等效电路如图5所示。
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S1中，所述发电机中性点高电阻接地方式下的阻抗比K是指接地变原边等效接地电阻与发电机端三相对地容抗之比，所述发电机中性点高电阻接地方式下的阻抗比K的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000051
式(1)中，ZR为接地变压器原边等效电阻；Zc-L为发电机端三相对地容抗；n为接地变压器变比；RL"为接地变压器副边外接电阻；C∑为发电机单相对地电容，包括发电机中性点接地***的所有电气一次设备单相对地等效总电容；ω为角频率。
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S2中，所述接地短路电流Ik的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000061
式(2)中，IC为发电机单相接地最大电容电流，A。
其中，所述发电机单相接地最大电容电流IC的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000062
式(3)中，Un为发电机定子绕组额定线电压，V。
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S3中，所述接地短路阻性电流IR'的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000063
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S4中，所述接地变压器副边电阻R"的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000064
式(5)中，XC为与发电机***最大电容电流对应的容抗，所述与发电机***最大电容电流对应的容抗XC的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000065
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S5中，所述接地变压器等效串联电抗二次值XL的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000066
式(7)中，ZL为接地变压器等效串联内阻抗二次值，Ω；RL为接地变压器等效串联内电阻二次值，Ω；其中，所述接地变压器等效串联内阻抗二次值ZL的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000067
所述接地变压器等效串联内电阻二次值RL的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000071
式(9)中，U2为接地变压器副边电压，V；I2为接地变压器副边电流，A；P为接地变压器短路损耗，W；S为接地变压器容量，kVA。
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S6中，所述接地装置二次串联总阻抗Z的计算公式为：
Z＝ZL+R" (10)
所述接地装置二次串联总阻抗Z由二次等效电阻器和二次等效电抗器提供，两者为并联型式，则：
Figure BDA0003726845200000072
两者为串联型式，则：
Figure BDA0003726845200000073
其中，R、X分别表示接地装置二次总阻抗中并联电阻和并联电抗值；
Figure BDA0003726845200000074
Figure BDA0003726845200000075
其中，R2、X2分别表示接地装置二次总阻抗中串联电阻和串联电抗值，且
Figure BDA0003726845200000076
设
Figure BDA0003726845200000077
则：
X＝K0R (13)
将式(13)代入式(11)，得：
Figure BDA0003726845200000078
根据式(13)和(14)，便可计算出R和X。
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S7中，脱谐度v的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000081
其中，IL为发电机中性线感性电流，所述发电机中性线感性电流IL的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000082
发电机中性线接地电流的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000083
其中，IR为发电机中性线阻性电流，所述发电机中性线阻性电流IR的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000084
发电机中性点不对称电压Ubd的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000085
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S8中，所述阻尼率d的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000086
例如，在一个实施例提供的所述发电机高电阻接地装置参数精确设计方法中，步骤S9中，所述位移电压系数m的计算公式为：
Figure BDA0003726845200000087
其中，U0为发电机中性点位移电压；IC为发电机额定定子电压下的电容电流；Ik为发电机额定定子电压下的单相接地电流。
位移电压系数与阻尼率和脱谐度有关，与不对称电压无关，该系数能反应接地装置参数对位移电压的影响，可作为接地装置的重要性能指标。根据式(20)计算考虑接地变压器内阻抗和不考虑接地变压器内阻抗的位移电压系数。
参数设计实例
发电机增容后额定容量175MW；功率因数0.85；额定电压13.8kV；发电机回路三相对地电容为2.067+2.068+2.061＝6.196uF；发电机中性点采用高电阻接地装置，接地变压器变比为34.5。阻抗比取1.25，高电阻接地装置计算结果见表1。
表1高电阻接地装置参数计算结果
序号 参数 数值
1 单相接地最大电容电流(A) 15.50
2 单相接地最大电流I<sub>k</sub>(A) 19.85
3 单相接地最大阻性电流(A) 12.40
3 接地变压器副边电阻(Ω) 0.540
4 接地变压器内阻抗二次值Z<sub>L</sub>(Ω) 0.032+j0.036
5 接地装置串联总阻抗二次值Z<sub>2</sub>(Ω) 0.572+j0.036
6 接地装置并联总电阻二次值R(Ω) 0.575
7 接地装置并联总电抗二次值X(Ω) 8.625
8 接地装置阻性电流一次值(A) 11.64
9 接地装置感性电流一次值(A) 0.78
10 单相接地电流(A) 18.77A
10 阻尼率(％) 75
11 脱谐度(％) 95
10 位移电压系数(考虑变压器内阻抗) 0.826
11 位移电压系数(不考虑变压器内阻抗) 0.781
12 位移电压系数增加(％) 5.76
14 单相接地电流减小(％) 5.44
由表1可知，接地变压器内阻抗使位移电压系数增加5.76％，单相接地最大电流减小5.44％，说明接地变压器内阻抗对位移电压有抬高作用，对单相接地电流有抑制作用，且影响较大，在设计接地装置参数时务必考虑接地变压器内阻抗的影响。采用本申请提出的发电机中性点高阻抗接地装置参数精确设计方法，为中小型水轮发电机高电阻接地装置参数设计提供了理论依据。
尽管已经出于说明性目的对本申请的实施例进行了公开，但是本领域技术人员将认识的是：在不偏离如所附权利要求公开的本发明的范围和精神的情况下，能够进行各种修改、添加和替换。

Claims (11)

1.一种发电机高电阻接地装置参数精确设计方法，其特征在于，通过消除发电机中性点高电阻接地装置中接地变压器内阻抗的影响，设计发电机中性点高电阻接地装置参数，包括以下步骤：
S1，计算发电机中性点高电阻接地方式下的阻抗比；
S2，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地短路电流；
S3，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地短路阻性电流；
S4，通过所述S1计算出的阻抗比计算接地变压器副边电阻；
S5，计算发电机中性点高电阻接地方式下接地变压器等效串联电抗二次值；
S6，计算发电机中性点高电阻接地方式下接地装置二次串联总阻抗；
S7，计算发电机中性点高电阻接地方式下的脱谐度；
S8，计算发电机中性点高电阻接地方式下的阻尼率；
S9，计算发电机中性点高电阻接地方式下的位移电压系数；
S10，计算发电机中性点高电阻接地方式下内阻抗对接地装置参数的影响。
2.根据权利要求1所述的发电机中性点接地***参数适用性试验验证方法，其特征在于，步骤S1中，所述发电机中性点高电阻接地方式下的阻抗比K的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000011
其中，ZR为接地变压器原边等效电阻；
Zc-L为发电机端三相对地容抗；
n为接地变压器变比；
RL"为接地变压器副边外接电阻；
C∑为发电机单相对地电容；
ω为角频率。
3.根据权利要求2所述的发电机中性点接地***参数适用性试验验证方法，其特征在于，步骤S2中，所述接地短路电流Ik的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000021
其中，IC为发电机单相接地最大电容电流，A。
4.根据权利要求3所述的发电机中性点接地***参数适用性试验验证方法，其特征在于，所述发电机单相接地最大电容电流IC的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000022
其中，Un为发电机定子绕组额定线电压，V。
5.根据权利要求2所述的发电机中性点接地***参数适用性试验验证方法，其特征在于，步骤S3中，所述接地短路阻性电流IR'的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000023
6.根据权利要求2所述的发电机中性点接地***参数适用性试验验证方法，其特征在于，步骤S4中，所述接地变压器副边电阻R"的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000024
其中，XC为与发电机***最大电容电流对应的容抗，所述与发电机***最大电容电流对应的容抗XC的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000025
7.根据权利要求1所述的发电机中性点接地***参数适用性试验验证方法，其特征在于，步骤S5中，所述接地变压器等效串联电抗二次值XL的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000026
其中，ZL为接地变压器等效串联内阻抗二次值，Ω；
RL为接地变压器等效串联内电阻二次值，Ω；
其中，所述接地变压器等效串联内阻抗二次值ZL的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000031
所述接地变压器等效串联内电阻二次值RL的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000032
其中，U2为接地变压器副边电压，V；
I2为接地变压器副边电流，A；
P为接地变压器短路损耗，W；
S为接地变压器容量，kVA。
8.根据权利要求1所述的发电机中性点接地***参数适用性试验验证方法，其特征在于，步骤S6中，所述接地装置二次串联总阻抗Z的计算公式为：
Z＝ZL+R" 。
9.根据权利要求1所述的发电机中性点接地***参数适用性试验验证方法，其特征在于，步骤S7中，脱谐度v的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000033
10.根据权利要求1所述的发电机中性点接地***参数适用性试验验证方法，其特征在于，步骤S8中，所述阻尼率d的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000034
11.根据权利要求1所述的发电机中性点接地***参数适用性试验验证方法，其特征在于，步骤S9中，所述位移电压系数m的计算公式为：
Figure FDA0003726845190000035
其中，U0为发电机中性点位移电压；
IC为发电机额定定子电压下的电容电流；
Ik为发电机额定定子电压下的单相接地电流。
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