基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化方法

本申请涉及大型发电机的设计制造和电力系统主设备的继电保护，尤其涉及一种基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化方法。

背景技术：

1、目前，大型发电机的普及率逐渐提高，大型发电机在实际运行过程中可能会发生故障，其中，定子单相接地故障是大型发电机定子绕组绝缘破坏最常见的故障，发生该故障时会损坏发电机的定子线棒或铁心。而随着发电机组单机容量的不断增大，发电机额定电压和每相对地电容也随之增大，某些发电机的对地电容电流已高达50a以上，因此必须通过接地变压器的优化设计，来补偿电容电流，以减小接地故障电流，从而有利于发电机的安全运行。

2、然而，一旦发生定子接地故障(其发生概率较高)，接地故障电流的减小必然增大现场故障排查的难度，而目前大型发电机动辄上千根线棒，定位故障和检修的难度更大。相关技术中的发电机定子接地故障定位方法考虑的因素较少，缺乏准确的定位计算方法，因此故障定位结果存在较大的误差。

3、因此，如何优化大型发电机定子接地故障的定位方式，实现定子接地故障的精确定位成为目前亟需解决的问题。

技术实现思路

1、本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化方法，该方法考虑多种参数对故障定位的影响，基于图解法可以将故障定位至具体的故障线棒，提高故障定位的精确性，有利于缩短故障检修的时间。

3、本申请的第二个目的在于提出一种基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化系统；

4、本申请的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

5、为达上述目的，本申请的第一方面实施例在于提出一种基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化方法，该方法包括以下步骤：

6、获取待处理的发电机的接地变压器的漏电阻和漏电抗，并确定所述发电机的故障相；

7、将所述故障相对应的基波零序等值电路中故障点到发电机中性点之间的电势转换为矢量形式，以改进基波零序等值回路，并结合所述漏电阻和所述漏电抗计算改进后的基波零序等值回路的等效阻抗和等效容抗；

8、根据所述等效阻抗和所述等效容抗计算接地故障定位指示角；

9、通过定子接地故障三相对地电压录波数据计算故障后的基波零序电压，基于所述接地故障定位指示角、所述故障后的基波零序电压和所述故障相的分支电势，通过图解法计算出接地故障位置。

10、可选地，在本申请的一个实施例中，所述通过图解法计算接地故障位置，包括：以所述故障相的分支电势为基准向量，结合所述接地故障定位指示角、所述故障后的基波零序电压确定目标向量，其中，所述目标向量与所述故障后的基波零序电压对应的向量的夹角，为所述接地故障定位指示角；确定所述目标向量与所述故障相的分支电势的交点，以所述交点为确定的所述接地故障位置。

11、可选地，在本申请的一个实施例中，在所述交点为多个时，该方法还包括：通过注入式定子接地保护测量获得过渡电阻的阻值；结合所述过渡电阻的阻值和多个所述交点确定所述接地故障位置。

12、可选地，在本申请的一个实施例中，通过以下公式计算所述故障后的基波零序电压：

13、

14、其中，是故障后的基波零序电压，rneq是等效阻抗，xceq是等效容抗，rf是过渡电阻，是矢量化的故障点到发电机中性点之间的电势。

15、可选地，在本申请的一个实施例中，在所述通过图解法计算接地故障位置之后，还包括：根据所述发电机的定子绕组连接图，确定所述接地故障位置对应的故障线棒。

16、可选地，在本申请的一个实施例中，所述确定所述发电机的故障相，包括：分析所述定子接地故障三相对地电压录波数据，确定发生定子接地故障后每相对地电压的变化情况；将所述对地电压发生下降的一相电路为所述故障相。

17、可选地，在本申请的一个实施例中，所述结合所述漏电阻和所述漏电抗计算改进后的基波零序等值回路的等效阻抗和等效容抗，包括：获取所述接地变压器在一次侧的电阻值和所述发电机三相对地容抗；通过以下公式计算所述等效阻抗和所述等效容抗：

18、

19、

20、其中，rk是接地变压器的漏电阻，xk是接地变压器的漏电抗，rn是接地变压器在一次侧的电阻，xc是发电机三相对地容抗。

21、为达上述目的，本申请的第二方面实施例还提出了一种基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化系统，包括以下模块：

22、获取模块，用于获取待处理的发电机的接地变压器的漏电阻和漏电抗，并确定所述发电机的故障相；

23、第一计算模块，用于将所述故障相对应的基波零序等值电路中故障点到发电机中性点之间的电势转换为矢量形式，以改进基波零序等值回路，并结合所述漏电阻和漏电抗计算改进后的基波零序等值回路的等效阻抗和等效容抗；

24、第二计算模块，用于根据所述等效阻抗和所述等效容抗计算接地故障定位指示角；

25、第三计算模块，用于通过定子接地故障三相对地电压录波数据计算故障后的基波零序电压，基于所述接地故障定位指示角、所述故障后的基波零序电压和所述故障相的分支电势，通过图解法计算出接地故障位置。

26、可选地，在本申请的一个实施例中，所述第三计算模块，具体用于：以所述故障相的分支电势为基准向量，结合所述接地故障定位指示角、所述故障后的基波零序电压确定目标向量，其中，所述目标向量与所述故障后的基波零序电压对应的向量的夹角，为所述接地故障定位指示角；确定所述目标向量与所述故障相的分支电势的交点，以所述交点为确定的所述接地故障位置。

27、为了实现上述实施例，本申请第三方面实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述实施例中的基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化方法。

28、本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本申请首先准确获取发电机接地变压器的漏阻抗，并考虑不同形式定子绕组分支电势的构成与差异，将故障点到中心点的电势转换为若干个线圈电势的矢量和而非代数和，提高能够反映故障定位信息的基波零序电压的准确度；然后依据发电机和接地变自身参数，确定接地故障定位指示角，指明接地故障点的存在区域；最后依据图解法确定接地故障位置。由此，本申请考虑了发电机接地变漏阻抗和接地故障过渡电阻等多种参数对故障定位的影响，基于图解法可以将故障定位至具体的故障线棒，从而提高了定子接地故障定位的精确性，便于工作人员直接检修故障线棒，能够缩短故障检修的时间，提高故障检修效率，保证大型发电机稳定、可靠的运行。

29、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过图解法计算接地故障位置，包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述交点为多个时，还包括：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下公式计算所述故障后的基波零序电压：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述通过图解法计算接地故障位置之后，还包括：

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述发电机的故障相，包括：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述结合所述漏电阻和所述漏电抗计算改进后的基波零序等值回路的等效阻抗和等效容抗，包括：

8.一种基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化系统，其特征在于，包括：

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述第三计算模块，具体用于：

10.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化方法。

技术总结
本申请提出了一种基于图解法的大型发电机定子接地故障定位优化方法，该方法包括：获取发电机的接地变压器的漏电阻和漏电抗，并确定发电机的故障相；将故障相对应的基波零序等值电路中故障点到发电机中性点之间的电势转换为矢量形式，并结合漏电阻和漏电抗计算改进后的基波零序等值回路的等效阻抗和等效容抗；根据等效阻抗和等效容抗计算接地故障定位指示角；通过定子接地故障三相对地电压录波数据计算故障后的基波零序电压，基于接地故障定位指示角、故障后的基波零序电压和故障相的分支电势，通过图解法计算出接地故障位置。该方法考虑多种参数对故障定位的影响，基于图解法可以将故障定位至具体的故障线棒，提高故障定位的精确性。

技术研发人员：桂林
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12