一种考虑中性点位移电压的发电机定子接地故障定位方法

本发明涉及电力系统主设备的继电保护，尤其涉及一种考虑中性点位移电压的发电机定子接地故障定位方法、装置、设备及存储介质。

背景技术：

1、单相接地故障是大型发电机定子绕组最为常见且危害严重的绝缘故障形式。当定子接地保护装置检测到单相接地发生后，会迅速动作解列故障机组，以防止短路故障扩大、定子铁芯烧损以及相邻绕组绝缘受损等严重后果。若单相接地故障发生在大型发电机内部绕组，故障点的精确定位往往需要检修人员对绕组线圈进行分段加压试验或多次测量绝缘状况，该方法不仅效率低下，且检修周期长。对于单机容量巨大的大型发电机组而言，长时间停役不仅直接影响电厂的经济效益，也不利于电网的功率平衡与安全稳定运行。

2、为克服上述问题，近年来国内外学者开展了利用基波电势分布特征进行发电机定子接地故障定位的研究，相关方法通过读取故障录波数据，结合发电机绕组的结构参数计算故障位置，大幅减少了检修工作量，具备一定的工程应用价值。然而，现有部分大型发电机组采用中性点经消弧线圈或高阻接地方式运行，其定子绕组在实际制造、安装及长期运行过程中，不可避免地存在准分布电容不均匀或分支电势构成不对称的情况。近年来，随着发电机单机容量的增大及运行年限的增加，正常运行时中性点位移电压偏大已成为大型发电机组中的共性问题。

3、已有故障定位方法在理论推导时通常假设发电机正常运行时三相对地参数对称、中性点位移电压为零，其定位模型仅适用于理想工况。对于正常运行状态下已存在不可忽略的位移电压的发电机，若仍沿用传统定位方法，将导致计算结果偏离实际故障位置，定位效果欠佳。因此，亟待提出一种能够考虑发电机中性点位移电压影响的大型发电机单相定子接地故障定位方法，以适用于工程实际中发电机正常运行存在位移电压的情况，实现故障点的快速准确定位。

技术实现思路

1、本发明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，本发明提出了一种考虑中性点位移电压的发电机定子接地故障定位方法，通过获取故障发生前后的中性点位移电压；基于故障前位移电压及定子绕组对地电容与中性点接地设备参数，将分布参数不对称影响等效为与对地电容串联的等效电压源；根据等效电压源、故障后位移电压及发电机接地设备参数，构建计及位移电压的基波零序等值回路并推导中性点到故障点的电势表达式；利用该表达式在复数坐标系中通过向量作图法确定故障位置。本发明考虑了正常运行时中性点位移电压的影响，实现了定子单相接地故障的精准快速定位。

3、本发明的另一个目的在于提出一种考虑中性点位移电压的发电机定子接地故障定位装置。

4、本发明的第三个目的在于提出一种计算机设备。

5、本发明的第四个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。

6、为达上述目的，本发明一方面提出一种考虑中性点位移电压的发电机定子接地故障定位方法，包括：

7、获取故障发生前的中性点位移电压和故障发生后的中性点位移电压；

8、基于所述故障发生前的中性点位移电压以及发电机定子绕组对地电容和中性点接地设备参数，将定子绕组的分布参数不对称影响等效为一个与对地电容串联的等效电压源；

9、根据所述等效电压源、所述故障发生后的中性点位移电压以及发电机及其中性点接地设备参数，构建计及位移电压的基波零序等值回路，并得到发电机中性点到故障点的电势表达式；

10、利用所述电势表达式，在复数坐标系中通过向量作图法确定故障位置。

11、在本发明的一个实施例中，所述发电机中性点经高阻接地、消弧线圈接地。

12、在本发明的一个实施例中，所述获取故障发生前的中性点位移电压和故障发生后的中性点位移电压，包括：

13、读取故障录波器、继电保护装置记录的发电机定子接地故障前后的电压波形数据；

14、根据所述电压波形数据，分别计算故障发生前的中性点位移电压和故障发生后的中性点位移电压。

15、在本发明的一个实施例中，将定子绕组的分布参数不对称影响等效为一个与对地电容串联的等效电压源，包括：

16、获取发电机中性点接地设备的等效电阻、接地变短路阻抗的电阻与电抗、发电机定子绕组三相对地电容之和以及系统角频率；

17、根据所述故障发生前的中性点位移电压以及所获取的参数，按照如下公式计算等效电压源：

18、；

19、其中，为等效电压源，为故障发生前的中性点位移电压，为中性点接地设备的等效电阻，和分别为接地变短路阻抗的电阻与电抗，为发电机定子绕组三相对地电容之和，为系统角频率。

20、在本发明的一个实施例中，构建计及位移电压的基波零序等值回路，并得到发电机中性点到故障点的电势表达式，包括：

21、基于所述等效电压源、所述故障发生后的中性点位移电压、发电机定子绕组对地电容、中性点接地设备阻抗以及接地点过渡电阻，构建计及位移电压影响的基波零序等值回路；

22、根据所述基波零序等值回路，应用基尔霍夫电流定律推导发电机中性点到故障点的电势表达式，所述电势表达式与所述故障发生后的中性点位移电压、所述等效电压源、中性点接地设备阻抗、对地电容以及接地点过渡电阻相关。

23、在本发明的一个实施例中，利用所述电势表达式，在复数坐标系中通过向量作图法确定故障位置，包括：

24、在复数坐标系中，以原点为中性点，绘制故障发生后的中性点位移电压向量，将终点记为g点；同时，以原点为起点，按照发电机各分支基波电势的幅值和相位，首尾相接绘制分段发电机基波电势折线；

25、以g点为起点，沿预设的固定方向作射线，射线的方向由所述电势表达式中的已知向量分量决定，延长射线直至与分段发电机基波电势折线相交于f点，根据f点在分段发电机基波电势折线上的位置确定故障点所在的绕组分支及其位置比例。

26、在本发明的一个实施例中，所述故障录波器记录的电压波形数据包括故障发生前至少一个周波和故障发生后至少一个周波的中性点位移电压波形数据。

27、本发明还提出一种考虑中性点位移电压的发电机定子接地故障定位装置，包括：

28、位移电压获取模块，用于获取故障发生前的中性点位移电压和故障发生后的中性点位移电压；

29、等效电压源构建模块，用于基于所述故障发生前的中性点位移电压以及发电机定子绕组对地电容和中性点接地设备参数，将定子绕组的分布参数不对称影响等效为一个与对地电容串联的等效电压源；

30、基波零序等值回路及电势表达式推导模块，用于根据所述等效电压源、所述故障发生后的中性点位移电压以及发电机及其中性点接地设备参数，构建计及位移电压的基波零序等值回路，并得到发电机中性点到故障点的电势表达式；

31、向量作图法故障定位模块，用于利用所述电势表达式，在复数坐标系中通过向量作图法确定故障位置。

32、本发明实施例的一种考虑中性点位移电压的发电机定子接地故障定位方法，通过引入故障前中性点位移电压构建等效电压源，将定子绕组分布参数不对称的影响纳入基波零序等值回路，并采用向量作图法确定故障位置，有效解决了现有技术因忽略正常运行位移电压而导致的定位偏差问题。实现了从故障前后电气量获取、等效建模、等值回路构建到故障点定位的全流程一体化求解，显著提升了发电机定子单相接地故障定位的精准度与可靠性，增强了定位方法在机组存在固有位移电压工况下的适应性与工程实用价值。

33、为达上述目的，本技术第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括：处理器和存储器；其中，处理器通过读取所述存储器中存储的可执行程序代码来运行与可执行程序代码对应的程序，以用于实现如第一方面实施例所述的一种考虑中性点位移电压的发电机定子接地故障定位方法。

34、为达上述目的，本技术第四方面实施例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，该程序被处理器执行时实现如第一方面实施例所述的一种考虑中性点位移电压的发电机定子接地故障定位方法。

35、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。