发电机接地消弧方法、装置、电子设备及存储介质

本发明涉及发电机接地消弧，尤其涉及一种发电机接地消弧方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术：

1、定子绕组单相接地故障是发电机运行中较为常见的问题。由于发电机组内部的电磁结构复杂，长期承受着电、热、磁和机械应力以及机内油液的化学侵蚀，定子绕组与铁心之间的绝缘可能会发生损坏，从而导致单相接地故障。如果这种故障没有得到及时有效的处理，很容易进一步发展为更严重的故障，如定子铁心烧毁、相间短路和匝间短路等，这些故障可能导致连锁性的停电事故，对发电机组和电网的安全稳定运行构成严重威胁。故障电弧的持续燃烧对定子铁心造成极大的威胁，并且往往是其他类型故障的前兆。为了限制故障电流，需要对接地故障进行有效的熄弧处理。

2、目前，故障消弧方法主要分为无源电流补偿式消弧方法和外加注入源的有源消弧方法。大多数现有的机组定子绕组接地保护都是基于无源电流补偿式消弧方法，其中大部分机组采用中性点经高阻接地方式，这种方式无法有效限制接地故障电流，也不能实现消弧，而且还会增加故障电流中的阻性分量。少数机组采用中性点经消弧线圈接地方式，虽然这种方式在一定程度上限制了故障电流，但仍然无法完全补偿工频容性接地电流、阻性电流和谐波容性电流，因此也无法实现有效的消弧和安全电流值的限流。有源消弧方法在配电网中取得了良好的效果，但其在发电机上的应用还面临着一系列特有的关键技术难题。例如，机组绕组结构的特点使其电势包含工频基波和谐波分量，其中三次谐波接地故障电流的燃弧及破坏作用不容忽视，因此消弧方法需要同时考虑基波和谐波，进行调控和补偿。此外，由于机组定子绕组的分布式结构，其内部电势并非按匝比线性分布，因此正确的补偿电压需要根据故障位置和绕组结构进行精确计算。同时，由于设备参数存在误差，导致故障电势计算结果和注入量都可能存在一定的偏差，现有的有源消弧方法中中性点电压与预期值之间存在较大偏差。

3、鉴于这些问题，迫切需要开发和设计一种新的发电机接地消弧方法，这种方法应该能够有效地限制故障电流，实现有效的消弧，并适应机组绕组结构的特点和设备参数的误差。新方法的开发需要综合考虑发电机的电磁特性、绕组结构、故障类型和电网运行条件等多方面因素，通过精确的计算和优化设计，实现对故障电弧的有效控制和限制，从而保障发电机组及电网的安全稳定运行。

技术实现思路

1、本发明实施方式提供了一种发电机接地消弧方法、装置、电子设备及存储介质，用于解决现有技术中中性点电压与预想值偏差较大的问题。

2、第一方面，本发明实施方式提供了一种发电机接地消弧方法，包括：

3、获取发电机单相接地相的接地过渡电阻；

4、向所述发电机的中性点注入一次注入电流，测量一次电流注入前后中性点的电压；其中，所述一次注入电流包含有预定幅值及相位的基波注入电流和预定幅值及相位的三次谐波注入电流，其中基波与三次谐波的幅值限制在0～4a；

5、根据所述一次注入电流注入前后的中性点电压测量值、单相接地故障的接地过渡电阻、中性点接地电阻、给定基波注入电流以及给定三次谐波注入电流，确定基波故障电势以及三次谐波故障电势，其中，所述基波故障电势为故障发生后发电机中性点和故障点间的基波电势，所述三次谐波故障电势为故障发生后发电机中性点与故障点间的三次谐波电势；

6、

7、

8、根据所述基波故障电势、所述三次谐波故障电势、所述中性点接地电阻以及发电机三相定子绕组对地电容之和，向所述发电机的中性点注入消弧电流

9、

10、

11、在一种可能实现的方式中，所述根据所述一次注入电流注入前后的中性点电压测量值、所述接地过渡电阻、中性点接地电阻、所述基波注入电流以及所述三次谐波注入电流，确定基波故障电势包括：

12、根据所述一次注入电流注入前中性点电压的基波分量、所述接地过渡电阻、所述中性点接地电阻以及所述发电机三相定子绕组对地电容之和，构建一次注入电流注入前的故障基波kcl方程；

13、根据所述一次注入电流注入后中性点电压的基波分量、所述接地过渡电阻、所述中性点接地电阻、所述发电机三相定子绕组对地电容之和以及所述一次注入电流的基波分量，构建一次注入电流注入后的故障基波kcl方程；

14、根据所述一次注入电流注入前的故障基波kcl方程以及所述一次注入电流注入后的故障基波kcl方程，确定所述基波故障电势。

15、在一种可能实现的方式中，所述一次注入电流注入前的故障基波kcl方程为：

16、

17、式中，为一次注入电流注入前中性点电压的基波分量，rn为中性点接地电阻，为基波故障电势，rf为接地过渡电阻，j为虚数单位，ω为发电机输出电压的角频率，c∑为发电机三相定子绕组对地电容之和；

18、一次注入电流注入后的故障基波kcl方程为：

19、

20、式中，为一次注入电流的基波分量，为一次注入电流注入后中性点电压的基波分量；

21、所述基波故障电势为：

22、

23、在一种可能实现的方式中，所述根据所述一次注入电流注入前后的中性点电压测量值、所述接地过渡电阻、中性点接地电阻、所述基波注入电流以及所述三次谐波注入电流，确定三次谐波故障电势包括：

24、根据正常运行时中性点电压的三次谐波分量、正常运行时所述发电机三相定子绕组对地电流的三次谐波分量以及所述中性点接地电阻，构建正常运行时的三次谐波kcl方程；

25、根据所述一次注入电流注入前中性点电压的三次谐波分量、所述一次注入电流注入前所述发电机三相定子绕组对地电流的三次谐波分量、所述接地过渡电阻以及所述中性点接地电阻，构建一次注入电流注入前的故障三次谐波kcl方程；

26、根据所述一次注入电流注入后中性点电压的三次谐波分量、所述一次注入电流注入后所述发电机三相定子绕组对地电流的三次谐波分量、所述接地过渡电阻、所述中性点接地电阻以及所述一次注入电流的三次谐波分量，构建一次注入电流注入后的故障三次谐波kcl方程；

27、根据所述正常运行时的三次谐波kcl方程、所述一次注入电流注入前的故障三次谐波kcl方程以及所述一次注入电流注入后的故障三次谐波kcl方程，确定所述三次谐波故障电势。

28、在一种可能实现的方式中，所述正常运行时的三次谐波kcl方程为：

29、

30、式中，为正常运行时中性点的三次谐波电压，rn为中性点接地电阻，为正常运行时对地电容流过的三次谐波电流；

31、所述一次注入电流注入前的故障三次谐波kcl方程为：

32、

33、式中，为一次注入电流注入前中性点电压的三次谐波分量，为故障发生后发电机中性点与故障点间的故障三次谐波电势，rf为接地过渡电阻，为一次注入电流注入前对地电容流过的三次谐波故障电流；

34、所述一次注入电流注入后的故障三次谐波kcl方程为：

35、

36、式中，为一次注入电流的三次谐波分量，为一次注入电流注入后中性点电压的三次谐波分量，为一次注入电流注入后发电机三相定子绕组对地电流的三次谐波分量；

37、所述三次谐波故障电势为：

38、

39、在一种可能实现的方式中，所述根据所述基波故障电势、所述三次谐波故障电势、所述中性点接地电阻以及发电机三相定子绕组对地电容之和，向所述发电机的中性点注入消弧电流，包括：

40、获取调控目标，其中，所述调控目标为故障电压抑制在电弧重燃电压以下，控制发电机单相接地的故障电流的基波和三次谐波均为零；

41、根据所述调控目标、所述基波故障电势、所述三次谐波故障电势、所述中性点接地电阻以及发电机三相定子绕组对地电容之和，确定二次注入基波分量和二次注入三次谐波分量；

42、向所述发电机的中性点注入包含有所述二次注入基波分量和所述二次注入三次谐波分量的消弧电流。

43、在一种可能实现的方式中，所述二次注入基波分量为：

44、

45、式中，为二次注入基波分量，为一次注入电流的基波分量，为基波故障电势，为一次注入电流注入后中性点电压的基波分量，为一次注入电流注入前中性点电压的基波分量；

46、所述二次注入三次谐波分量为：

47、

48、式中，为二次注入三次谐波分量，为一次注入电流的三次谐波分量，为故障发生后发电机中性点与故障点间的故障三次谐波电势，为一次注入电流注入后中性点电压的三次谐波分量，为一次注入电流注入前中性点电压的三次谐波分量。

49、第二方面，本发明实施方式提供了一种发电机接地消弧装置，用于实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述的发电机接地消弧方法，所述发电机接地消弧装置包括：

50、接地电阻获取模块，用于获取发电机单相接地相的接地电阻；

51、一次注入模块，用于向所述发电机的中性点注入一次注入电流，其中，所述一次注入电流包含有预定幅值及相位的基波注入电流和预定幅值及相位的三次谐波注入电流；

52、故障电势计算模块，用于根据所述一次注入电流注入前后的中性点电压测量值、所述接地过渡电阻、中性点接地电阻、所述基波注入电流以及所述三次谐波注入电流，确定基波故障电势以及三次谐波故障电势，其中，所述基波故障电势为故障发生后发电机中性点和故障点间的基波电势，所述三次谐波故障电势为故障发生后发电机中性点与故障点间的故障三次谐波电势；

53、以及，

54、消弧电流注入模块，用于根据所述基波故障电势、所述三次谐波故障电势、所述中性点接地电阻以及发电机三相定子绕组对地电容之和，向所述发电机的中性点注入消弧电流。

55、第三方面，本发明实施方式提供了一种电子设备，包括存储器以及处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

56、第四方面，本发明实施方式提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上第一方面或第一方面的任一种可能的实现方式所述方法的步骤。

57、本发明实施方式与现有技术相比存在的有益效果是：

58、本发明实施方式公开了一种发电机接地消弧方法，其首先获取发电机单相接地相的接地电阻；然后向所述发电机的中性点注入一次注入电流，其中，所述一次注入电流包含有预定幅值及相位的基波注入电流和预定幅值及相位的三次谐波注入电流；接着根据所述一次注入电流注入前后的中性点电压测量值、所述接地过渡电阻、中性点接地电阻、所述基波注入电流以及所述三次谐波注入电流，确定基波故障电势以及三次谐波故障电势，其中，所述基波故障电势为故障发生后发电机中性点和故障点间的基波电势，所述三次谐波故障电势为故障发生后发电机中性点与故障点间的三次谐波电势；最后根据所述基波故障电势、所述三次谐波故障电势、所述中性点接地电阻以及发电机三相定子绕组对地电容之和，向所述发电机的中性点注入消弧电流。本发明实施方式故障电势计算和消弧过程与发电机参数无关，不会受发电机参数误差的影响，因此，消弧效果好。