發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析

金成明

摘要：為解決傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析殘差高的問(wèn)題，通過(guò)設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)一次主接地，計(jì)算發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電位差，選擇發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)單變接地。在此基礎(chǔ)上，采集發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系多源信息，建立接地方式與過(guò)電壓關(guān)系短路電流端口阻抗矩陣，并加以表達(dá)，通過(guò)分析得出結(jié)論為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電阻越高，越容易出現(xiàn)過(guò)電壓的現(xiàn)象。設(shè)計(jì)實(shí)例分析，結(jié)果表明，設(shè)計(jì)方法分析殘差明顯低于對(duì)照組，能夠解決傳統(tǒng)分析殘差高的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：發(fā)電機(jī);中性點(diǎn);接地方式;過(guò)電壓關(guān)系

中圖分類號(hào)：TP343.7 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言：

在發(fā)電機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，考慮到其自身容量的不斷加大，對(duì)于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式提出了更高的要求與標(biāo)準(zhǔn)。由于發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)在接地過(guò)程中，會(huì)影響零序阻抗的穩(wěn)定性，導(dǎo)致發(fā)電機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性遭受到波動(dòng)。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式，能夠直接決定發(fā)電機(jī)接地行波保護(hù)效果[1]。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)一般采用單變接地方式，當(dāng)單變接地電流過(guò)大時(shí)，不在第一時(shí)間采取相應(yīng)的措施切斷電路，就會(huì)有很大可能導(dǎo)致發(fā)電機(jī)高壓輸電線路兩相短路甚至三相短路，從而造成發(fā)電機(jī)故障。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式研究是解決以上問(wèn)題的有效途徑，因此，必須提高對(duì)其的重視程度。目前，我國(guó)常用的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，很容易造成整定值過(guò)低的現(xiàn)象[2]。傳統(tǒng)接地方式由于在實(shí)際應(yīng)用中受到發(fā)電機(jī)入地故障電流多等因素限制，造成其方案設(shè)計(jì)十分困難。為此，本文提出發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式研究，并在此基礎(chǔ)上，通過(guò)分析發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系，致力于解決傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析殘差高的現(xiàn)象，以期提高發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地的行波保護(hù)效果，保證發(fā)電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。

1發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式

1.1發(fā)電機(jī)一次主接地設(shè)計(jì)

在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式研究中，首先要通過(guò)設(shè)計(jì)發(fā)電機(jī)一次主接地，選擇與其對(duì)應(yīng)的接地方式[3]。在選擇時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮到發(fā)電機(jī)電負(fù)荷內(nèi)部需求側(cè)的觸電安全問(wèn)題，對(duì)于外部的饋線問(wèn)題可不參與到接地方式的選擇當(dāng)中。采用TN—C接地方式實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)一次主接地，在此種接地方式中，必須保證發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)所在的中性線與保護(hù)線是完全重疊的。這樣一來(lái)，就能夠在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地過(guò)程中減少一條線路。在TN—C接地方式中，可以有效保證電流足夠大，并可以更加快速地啟動(dòng)相應(yīng)的電流保護(hù)裝置[4]。但相比于TN—C接地方式，TN—S與TN-C-S接地方式的電流較小，同時(shí)對(duì)發(fā)電機(jī)電流的保護(hù)動(dòng)作較慢速。因此，在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式研究中，選擇TN—C接地方式。利用TN—C接地方式接地時(shí)，發(fā)電機(jī)接觸到的電壓較低，能夠有效保證發(fā)電機(jī)的運(yùn)行安全。在發(fā)電機(jī)一次主接地設(shè)計(jì)中，對(duì)直流側(cè)不進(jìn)行任何接地方式接地，以免造成電壓源換流裝置的開(kāi)關(guān)頻率異常，進(jìn)而產(chǎn)生動(dòng)蕩，引發(fā)接地網(wǎng)出現(xiàn)正負(fù)電極出現(xiàn)異常波動(dòng)現(xiàn)象。本文設(shè)計(jì)的發(fā)電機(jī)一次主接地，選用回流線路接地的方式進(jìn)行接地處，并結(jié)合多點(diǎn)式的連接方式，從而控制電阻。

1.2計(jì)算發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電位差

在完成發(fā)電機(jī)一次主接地設(shè)計(jì)后，當(dāng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地時(shí)，還需要通過(guò)計(jì)算發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電位差的方式，確定發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地的安全限值。本文以發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接觸電位差及和跨步電位差，為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地安全限值的判據(jù)，通過(guò)計(jì)算的方式對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地起到行波保護(hù)的主保護(hù)。設(shè)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接觸電位差為，可得公式（1）：

在公式（1）中：表示發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)線路單相接地故障電阻率;表示發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)線路單相接地故障相對(duì)介電常數(shù);表示發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)輸電線路長(zhǎng)度。在求得發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接觸電位差的基礎(chǔ)上，計(jì)算跨步電位差。設(shè)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)跨步電位差為，可得公式（2）：

在公式（2）中：表示發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地時(shí)地表層的土壤電阻;表示故障持續(xù)時(shí)間。以此得出發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電位差，為發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地行波保護(hù)判據(jù)，執(zhí)行發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)單變接地。

1.3 發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)單變接地

在得出發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)電位差的基礎(chǔ)上，設(shè)定發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地參數(shù)，考慮到發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)個(gè)數(shù)一般在7個(gè)之內(nèi)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地參數(shù)，如表1所示。

根據(jù)表1所示，完成發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地，回填溝槽結(jié)構(gòu)，并保持現(xiàn)場(chǎng)的干凈整潔，完成對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的選擇。

2發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析方法

在上述研究基礎(chǔ)上，本文設(shè)計(jì)一種分析方法，分析發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系，針對(duì)4步主要流程的具體分析內(nèi)容，如下文所述。

2.1采集發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系多源信息

考慮到發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓之間存在一定的關(guān)系。在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地過(guò)程中，由于會(huì)發(fā)生鐵磁諧振的現(xiàn)象，這樣一來(lái)，就會(huì)導(dǎo)致過(guò)電壓的產(chǎn)生[5]。本文通過(guò)在發(fā)電機(jī)中內(nèi)置傳感器的方式，采集發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系多元信息，主要包括：等值電勢(shì)以及電容。并在二維坐標(biāo)系中標(biāo)出相應(yīng)的數(shù)值點(diǎn)，其中，以X軸作為提取發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系多源信息指標(biāo);以Y軸作為分析精度指標(biāo)，通過(guò)點(diǎn)位支持，實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系多源信息采集。

2.2 建立接地方式與過(guò)電壓關(guān)系短路電流端口阻抗矩陣

在采集發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系多源信息的基礎(chǔ)上，本文通過(guò)建立接地方式與過(guò)電壓關(guān)系短路電流端口阻抗矩陣的方式，進(jìn)一步分析兩者之間的潛在關(guān)系[6]。建立發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地短路電流端口阻抗矩陣就是一個(gè)簡(jiǎn)單的直線相關(guān)，可以求出多回線跨電壓不接地故障時(shí)的短路電流阻抗系數(shù)，也可以將發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地短路電流端口阻抗矩陣看做簡(jiǎn)單的直線回歸。通過(guò)建立發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地短路電流端口阻抗矩陣，可得出發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地故障時(shí)的短路電流序分量與過(guò)電壓關(guān)系。發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地故障時(shí)的短路電流序分量必須達(dá)到三項(xiàng)對(duì)稱時(shí)，證明存在過(guò)電壓現(xiàn)象，得到的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系短路電流端口阻抗值最準(zhǔn)確。

2.3表達(dá)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系

通過(guò)上文建立的接地方式與過(guò)電壓關(guān)系短路電流端口阻抗矩陣，本文引入深度學(xué)習(xí)方法，表達(dá)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系。在此過(guò)程中，假定發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓的關(guān)系表示為A，則A={A1，A2，A3……，An}，并認(rèn)為A中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)狀態(tài)為暫存狀態(tài)，在此基礎(chǔ)上，將數(shù)據(jù)進(jìn)行映射處理。輸出映射處理后的數(shù)據(jù)集合，表示為B，則B={B1，B2，B3……，Bn}，將樣本數(shù)據(jù)集合B進(jìn)行線性參數(shù)分類，導(dǎo)出分類數(shù)據(jù)集合，表示為C，則C={C1，C2，C3……，Cn}，其中C可以作為測(cè)試集合。在此種狀態(tài)下，原始2025維度的空間數(shù)據(jù)將被映射到300維度空間數(shù)據(jù)中，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行IEEE測(cè)試，發(fā)現(xiàn)真實(shí)的導(dǎo)出數(shù)據(jù)相比于原始數(shù)據(jù)的維度較高，邊緣數(shù)據(jù)的表示方式更為復(fù)雜，以此，可認(rèn)為完成對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系的表達(dá)。

2.4分析發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系

為進(jìn)一步提高分析精度，本文基于有限元，分析發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系。有限元模型的大小以實(shí)際發(fā)電機(jī)為基礎(chǔ)，在1：1比例下，建立發(fā)電機(jī)有限元模型。通過(guò)仿真得到的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系與實(shí)際相比較，如果差異較大，則對(duì)模型進(jìn)行修正。修改的內(nèi)容主要包括：網(wǎng)格密度，單元類型，邊界條件和模型的聯(lián)系類型。初始校正模型是通過(guò)諧波響應(yīng)分析來(lái)完成的直到固有頻率與實(shí)際相似。在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析中，應(yīng)用于有限元模型的邊界條件是由給定的距離速度激發(fā)，一般為一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。但在這個(gè)模型中。將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型，以鐵磁諧振為邊界條件進(jìn)行發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析。本文基于有限元分析，將復(fù)雜的發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析問(wèn)題轉(zhuǎn)換為計(jì)算問(wèn)題。設(shè)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電阻表達(dá)式為p，可得公式（3）。

公式（3）中：表示有限元模型中的網(wǎng)格數(shù)量;表示發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電流極值。結(jié)合上述計(jì)算公式，可得出發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析結(jié)果。由此可見(jiàn)，發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電阻越高，越容易出現(xiàn)過(guò)電壓的現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^(guò)降低發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地電阻的方式，避免出現(xiàn)過(guò)電壓的現(xiàn)象，這一點(diǎn)與發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式選擇理念相符。以此，完成發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析。

3實(shí)例分析

3.1實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

為構(gòu)建實(shí)例分析，實(shí)驗(yàn)對(duì)象選取型號(hào)為OB6500JK柴油發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)的具體參數(shù)，如表2所示。

結(jié)合表2所示，本次實(shí)例分析內(nèi)容為分析發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系，首先使用本文設(shè)計(jì)方法，分析發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系，通過(guò)黑盒工具-QAcenter測(cè)得分析殘差，記為實(shí)驗(yàn)組;再使用傳統(tǒng)方法，分析發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系，同樣測(cè)得分析殘差，記為對(duì)照組。實(shí)驗(yàn)對(duì)比指標(biāo)為對(duì)比兩種方法的分析殘差，分析殘差越低證明對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析精度越高。

3.2實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分析殘差對(duì)比結(jié)果，如表3所示。

通過(guò)表3可知：本文設(shè)計(jì)方法分析殘差明顯低于對(duì)照組。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，所設(shè)計(jì)的方法針對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析精度更高，能夠證明本次設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值，值得被大力推廣。

4結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)例分析的方式，證明了設(shè)計(jì)分析方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用性，以此為依據(jù)，證明此次優(yōu)化設(shè)計(jì)的必要性。因此，有理由相信通過(guò)本文設(shè)計(jì)，能夠解決傳統(tǒng)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析中存在的精度低的缺陷。但本文同樣存在不足之處，主要表現(xiàn)為未對(duì)本次發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析結(jié)果的精密度與準(zhǔn)確度進(jìn)行檢驗(yàn)，進(jìn)一步提高發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式與過(guò)電壓關(guān)系分析結(jié)果的可信度。這一點(diǎn)，在未來(lái)針對(duì)此方面的研究中可以加以補(bǔ)足。與此同時(shí)，還需要對(duì)發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)化設(shè)計(jì)提出深入研究，以此為提高發(fā)電機(jī)的綜合運(yùn)行質(zhì)量提供建議。

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