发电机的组合型接地方式的优化设计方法及系统

摘要

本申请提出了一种发电机的组合型接地方式的优化设计方法及系统，该方法包括：计算发电机的电容电流并确定定子接地故障安全电流，根据电容电流和定子接地故障安全电流计算中性点的电阻电流和电感电流；根据电阻电流和电感电流计算发电机的组合型接地装置中的电感值；对发电机的传递过电压和中性点位移电压进行校核，根据校核结果对电感值进行第一次调整；通过构建发电机的准分布参数电路对重燃弧暂态过电压进行仿真分析，并根据仿真分析结果对第一次调整后的电感值进行第二次调整。该方法可将单相接地故障电流限制在安全电流范围内，同时确保间歇性接地故障发生时的重燃弧过电压在允许范围内，提高了发电机定子铁心的安全性。

说明书

技术领域

本申请涉及发电机的设计制造技术领域，尤其涉及一种发电机的组合型接地方式的优化设计方法及系统。

背景技术

随着发电机技术的进步，大型发电机的中性点接地方式也在不断的发展。早期发电机由于容量小、电压低且单相接地故障电流小，中性点一般采用不接地的方式。随着机组容量的增大(比如，逐渐增大至100～300MW)，某些类型的发电机定子绕组对地电容较大，导致电容电流较大，因此为减小单相接地故障电流，广泛采用中性点经消弧线圈接地。而对于机组容量在300MW及以上的各种更大型的发电机，为避免消弧线圈接地方式下L-C谐振过电压损坏机组，近些年普遍采用中性点连接接地变压器和电阻的组合的接地方式。该方式虽然减小了暂态过电压数值，但增大了单相接地故障电流，在某些情况下可能烧伤定子铁心甚或发展成灾难性的匝间/相间短路。

相关技术中，为兼顾减小单相接地故障电流和抑制暂态过电压，提出通过组合型接地方式对中性点接地的折中方案，即在接接地变压器和电阻的组合中引入电感。然而，该方案在补偿大型发电机不断增大的电容电流的同时，引入的电感分量可能会导致重燃弧暂态过电压问题。因此，如何合理设置发电机组合型接地方式中引入的电感分量以减小重燃弧暂态过电压成为目前亟需解决的问题。

发明内容

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。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种发电机的组合型接地方式的优化设计方法，该方法可以有效将单相接地故障电流限制在安全电流范围内，同时确保传递过电压、中性点位移电压以及间歇性接地故障发生时的重燃弧过电压均在允许范围内，提高了发生定子接地故障时发电机定子铁心的安全性。

本申请的第二个目的在于提出一种发电机的组合型接地方式的优化设计系统；

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。

为达上述目的，本申请的第一方面实施例在于提出一种发电机的组合型接地方式的优化设计方法，该方法包括以下步骤：

计算发电机的电容电流并确定定子接地故障安全电流，根据所述电容电流和所述定子接地故障安全电流计算中性点的电阻电流和电感电流；

根据所述电阻电流和所述电感电流计算所述发电机的组合型接地装置中的电感值；

对所述发电机的传递过电压和中性点位移电压进行校核，并根据校核结果对所述电感值进行第一次调整；

通过构建所述发电机的准分布参数电路对重燃弧暂态过电压进行仿真分析，并根据仿真分析结果对第一次调整后的电感值进行第二次调整，以抑制所述重燃弧暂态过电压。

可选地，在本申请的一个实施例中，计算发电机的电容电流并确定定子接地故障安全电流，包括：获取所述发电机的额定电压、角频率、定子每相对地电容以及发电机出口断路器在主变侧的单相接地电容值和在发电机侧的单相接地电容值，并根据所述额定电压计算额定相电压；根据所述额定相电压、所述角频率、所述定子每相对地电容以及所述发电机出口断路器在主变侧的单相接地电容值和在发电机侧的单相接地电容值计算所述发电机的电容电流；获取预先设置的定子单相接地故障安全电流值范围，并结合所述发电机的电容电流在所述范围中选取所述定子接地故障安全电流。

可选地，在本申请的一个实施例中，根据电容电流和所述定子接地故障安全电流计算中性点的电阻电流和电感电流,包括：以所述电容电流减去所述电感电流为补偿后的电容电流，并根据所述定子接地故障安全电流的电流值确定所述补偿后的电容电流的电流值；基于所述电阻电流等于所述补偿后的电容电流的1.1倍的设计原则，计算所述电阻电流；根据所述补偿后的电容电流和所述电容电流计算所述电感电流。

可选地，在本申请的一个实施例中，根据所述电阻电流和所述电感电流计算所述发电机的组合型接地装置中的电感值，包括：根据所述电阻电流和所述电感电流计算接地变压器一次侧电流，并根据所述接地变压器一次侧电流和所述额定相电压计算所述接地装置的整体阻抗；通过负载试验和短路试验测得所述接地变压器的负载损耗和阻抗电压百分比，并结合所述接地变压器的原边电压和额定容量，计算所述接地变压器的漏电阻和漏电抗；获取所述接地变压器的变比，并基于接地变压器二次侧外接阻抗的计算方式，根据所述整体阻抗、所述漏电阻、所述漏电抗和所述变比计算所述发电机的组合型接地装置中的电阻值和电感值。

可选地，在本申请的一个实施例中，对所述发电机的传递过电压进行校核，包括：

设定主变压器高压侧基波零序电压；通过以下公式计算所述传递过电压：

其中，

其中，X

可选地，在本申请的一个实施例中，对所述发电机的中性点位移电压进行校核，包括：在发电机三相对地电容中任意两相发生变化时，将不对称的三相电容代入发电机中性点位移电压的计算公式，计算所述中性点位移电压；将所述中性点位移电压与所述基波零序定子接地保护动作的定值进行比较，以判断所述中性点位移电压是否在允许的第一范围内。

可选地，在本申请的一个实施例中，通过构建所述发电机的准分布参数电路对重燃弧暂态过电压进行仿真分析，包括：在电路仿真应用中构建多个发电机子单元并计算所述发电机子单元的参数，通过所述多个发电机子单元构建所述发电机的准分布参数电路；通过开关组合模拟单相接地故障的燃弧和熄弧过程，获取所述发电机的准分布参数电路的三相电压波形，并确定所述重燃弧暂态过电压；判断所述重燃弧暂态过电压的峰值是否在在允许的第二范围内。

为达上述目的，本申请的第二方面实施例还提出了一种发电机的组合型接地方式的优化设计系统，包括以下模块：

第一计算模块，用于计算发电机的电容电流并确定定子接地故障安全电流，根据所述电容电流和所述定子接地故障安全电流计算中性点的电阻电流和电感电流；

第二计算模块，用于根据所述电阻电流和所述电感电流计算所述发电机的组合型接地装置中的电感值；

校核模块，用于对所述发电机的传递过电压和中性点位移电压进行校核，并根据校核结果调整所述电感值；

仿真模块，用于通过构建所述发电机的准分布参数电路对重燃弧暂态过电压进行仿真分析，并根据仿真分析结果调整所述电感值，以抑制所述重燃弧暂态过电压。

可选地，在本申请的一个实施例中，第一计算模块，具体用于：获取所述发电机的额定电压、角频率、定子每相对地电容以及发电机出口断路器在主变侧的单相接地电容值和在发电机侧的单相接地电容值，并根据所述额定电压计算额定相电压；

根据所述额定相电压、所述角频率、所述定子每相对地电容以及所述发电机出口断路器在主变侧的单相接地电容值和在发电机侧的单相接地电容值计算所述发电机的电容电流；

获取预先通过试验研究和仿真分析得到的定子单相接地故障安全电流值范围，并结合所述发电机的电容电流在所述范围中选取所述定子接地故障安全电流。

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发电机的组合型接地方式的优化设计方法。

本申请的实施例提供的技术方案至少带来以下有益效果：本申请通过引入电感分量对接地故障电容电流进行补偿，既保证总的接地故障电流满足安全电流值的要求，又使得传递过电压和位移电压的变化不影响定子接地保护的动作行为，再通过发电机准分布电容参数模型的仿真分析明确引入的电感分量不会导致重燃弧暂态过电压问题。该方法能够在有效限制接地故障电流的同时兼顾抑制重燃弧过电压，提高了发电机定子铁心的安全性和组合型接地方式的可靠性。

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。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本申请实施例提出的一种发电机的组合型接地方式的优化设计方法的流程图；

图2为本申请实施例提出的一种组合型接地装置中的电感值的计算方法的流程图；

图3为本申请实施例提出的一种传递过电压的校核方法的流程图；

图4为本申请实施例提出的一种用于计算传递过电压的等效电路图；

图5为本申请实施例提出的一种中性点位移电压的校核方法的流程图；

图6为本申请实施例提出的一种用于计算中性点位移电压的等效电路图；

图7为本申请实施例提出的一种重燃弧暂态过电压的仿真分析方法的流程图；

图8为本申请实施例提出的一种发电机子单元的电路图；

图9为本申请实施例提出的一种开关组合的电路图；

图10为本申请实施例提出的一种A相电压的重燃弧暂态过程电压波形的示意图；

图11为本申请实施例提出的一种B相电压的重燃弧暂态过程电压波形的示意图；

图12为本申请实施例提出的一种C相电压的重燃弧暂态过程电压波形的示意图；

图13为本申请实施例提出的一种发电机的组合型接地方式的优化设计系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，单相接地故障是小电流接地系统单相接地，通常是由于结构件松动、异物侵入和绝缘劣化等诸多因素引起，故障点产生的电弧会损伤定子铁心。中性点是发电机的绕组中的一点，该点与外部各接线端间电压绝对值相等，当发电机为星形接线时，三相线圈的首端或尾端连接在一起的共同接点称为中性点。为减小单相接地故障电流并抑制暂态过电压，提出发电机中性点组合型接地方式，该接地方式通常包括两种方案：第一种是“接地变压器+负载/串联电感”的方式，即在原来的负载电阻上串联一个电感，该方式需要重新设计高漏抗的接地变压器，在接地变压器原有漏阻抗的基础上有目的地增大其漏抗。第二种是“接地变压器+负载/并联电感”的方式，即在接地变压器低压侧原来的负载电阻两端并联一个小电感。上述两种方式均可以对发电机对地电容电流进行补偿，以减小单相接地故障电流，但引入的电感分量可能会导致重燃弧暂态过电压问题，威胁发电机的绕组绝缘，对发电机造成损害。

为此，本申请提出了一种发电机的组合型接地方式的优化设计方法，该方法可以有效将单相接地故障电流限制在安全电流范围内，同时确保传递过电压、中性点位移电压以及间歇性接地故障发生时的重燃弧过电压均在允许范围内。

下面参考附图描述本发明实施例所提出的发电机的组合型接地方式的优化设计方法及系统。

图1为本申请实施例提出的一种发电机的组合型接地方式的优化设计方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S101，计算发电机的电容电流并确定定子接地故障安全电流，根据电容电流和定子接地故障安全电流计算中性点的电阻电流和电感电流。

其中，发电机的电容电流是发电机固有的对地电容电流，根据发电机自身的参数确定，不同类型的发电机的电容电流值不同。定子接地故障安全电流是通过组合型接地方式对电容电流进行补偿后，发生单相定子接地故障时不会对机组造成损害的安全故障电流。中性点的电阻电流和电感电流分别是中性点的电阻性电流分量和电感性电流分量。

具体的，先通过各种方式获取发电机系统的固有参数，根据发电机系统的参数计算发电机的电容电流。而由于不同发电机系统固有的对地电容电流值有所差别，所以补偿后的接地故障安全电流值存在一个变化范围，确定接地故障安全电流值的变化范围后，根据计算出的当前的发电机的电容电流值选取相应的定子接地故障安全电流值。

在本申请一个实施例中，计算发电机的电容电流并确定定子接地故障安全电流包括以下步骤：首先获取发电机的额定电压、角频率、定子每相对地电容以及发电机出口断路器在主变侧的单相接地电容值和在发电机侧的单相接地电容值，并根据额定电压计算额定相电压。然后，根据额定相电压、角频率、定子每相对地电容以及发电机出口断路器在主变侧的单相接地电容值和在发电机侧的单相接地电容值计算发电机的电容电流。最后，获取预先设置的定子单相接地故障安全电流值范围，并结合发电机的电容电流在范围中选取定子接地故障安全电流。

具体而言，在本实施例中先通过读取发电机的铭牌参数等方式获取发电机的额定电压、角频率、定子每相对地电容、发电机出口断路器(Generator Circuit-Breaker，简称GCB)在主变侧的单相接地电容值和GCB在发电机侧的单相接地电容值。其中，主变是主变压器，即发电机系统向外部电力系统输送功率的变压器，为简化描述在本申请下文中可通过主变表示主变压器，通过接地变表示接地变压器。GCB在主变侧的单相接地电容和在发电机侧的单相接地电容是在GCB两端并联的两个用来抑制操作过电压的小电容。

其中，额定电压是发电机的额定线电压，对于三相发电机而言，额定线电压是额定相电压的根号3倍，因此，获取额定电压后将额定电压除以根号3即可计算出额定相电压。

然后，将定子每相对地电容、GCB在主变侧的单相接地电容值和GCB在发电机侧的单相接地电容值相加后，再乘以3倍的额定相电压与角频率的乘积，即可计算出发电机的电容电流值。

在本实施例中，预先通过大量的试验研究和仿真分析，对各种类型的发电机进行定子铁心烧损试验和仿真研究，确定出补偿后的定子单相接地故障电流值的变化范围为15-25A，再根据计算出的电容电流在该范围中选取合适的当前发电机的定子接地故障安全电流。作为一种可能的实现方式，选取原则可以是选取的定子接地故障安全电流大于电容电流且是在该范围内大于电容电流的最小正数，比如，若计算出的发电机的电容电流为13.9A，则选取当前发电机的定子单相接地故障安全电流为15A。

进一步的，根据电容电流和定子接地故障安全电流计算中性点的电阻电流和电感电流。在本申请一个实施例中，根据电容电流和定子接地故障安全电流计算中性点的电阻电流和电感电流,包括以下步骤：以电容电流减去电感电流为补偿后的电容电流，并根据定子接地故障安全电流的电流值确定补偿后的电容电流的电流值，然后，基于电阻电流等于补偿后的电容电流的1.1倍的设计原则，计算电阻电流。再根据补偿后的电容电流和初始计算出的发电机的固有电容电流计算电感电流。

具体而言，可以理解的是，组合型接地方式中引入电感分量对发电机对地电容电流进行补偿，因此补偿后的电容电流为上述实施例中计算出的发电机的固有电容电流减去待计算的电感电流，而补偿后的电容电流应当在发生单相定子接地故障时不会对机组造成损害，因此可根据上述实施例中确定的定子接地故障安全电流的电流值确定补偿后的电容电流的电流值。在本实施例中以电阻电流等于补偿后的电容电流的1.1倍的设计原则计算电阻电流，将补偿后的电容电流乘以1.1后再乘以相关系数可计算出电阻电流。又由于固有电容电流的电流值和定子接地故障安全电流的电流值已经确定，将定子接地故障安全电流乘以相关系数计算出补偿后的电容电流后，将固有电容电流减去补偿后的电容电流即可计算出电感电流。

作为其中一种可能的实现方式，可以通过以下公式计算计电阻电流I

其中，I

步骤S102，根据电阻电流和电感电流计算发电机的组合型接地装置中的电感值。

其中，组合型接地装置包括但不限于接地变压器，以及接地变压器二次侧的电阻和电感，电阻和电感以串联或并联的方式设置在接地变压器的二次侧，该装置与发电机的中性点连接以使中性点接地。其中，变压器的二次侧可近似看作变压器的输出侧，在本申请中接地变压器的二次侧为低压侧。

具体的，通过合理的配置组合型接地装置中接地变二次侧连接的电阻和电感，可以将单相接地故障电流限制在上述实施例中确定的定子单相接地故障安全电流值以内。而根据步骤S101中计算出的电阻电流和电感电流，可以计算出发电机的组合型接地装置中配置的电阻值和电感值。

为了更加清楚的描述本申请计算在发电机的组合型接地装置中配置的电阻值和电感值的具体过程，下面以本申请一个实施例中提出的一种组合型接地装置中的电感值的计算方法进行说明。如图2所示，该方法包括以下步骤：

步骤S201，根据电阻电流和电感电流计算接地变压器一次侧电流，并根据接地变压器一次侧电流和额定相电压计算组合型接地装置的整体阻抗。

具体的，接地变压器一次侧电流包含上述实施例中计算出的电阻电流分量和电感电流分量，组合型接地装置的整体阻抗是整个组合型接地装置的阻抗，包括接地变压器二次侧的电阻和电感。根据电阻电流和电感电流计算出接地变压器一次侧电流后，将额定相电压除以接地变压器一次侧电流可计算出得中性点接地装置的整体阻抗。

步骤S202，通过负载试验和短路试验测得接地变压器的负载损耗和阻抗电压百分比，并结合接地变压器的原边电压和额定容量，计算接地变压器的漏电阻和漏电抗。

具体的，漏电阻和漏电抗是接地变压器自身的电阻和电抗，均为一次值，即接地变压器输入侧线圈的值。在本实施例中通过对发电机中的接地变进行负载试验和短路试验，测得接地变压器的负载损耗和阻抗电压百分比，再结合接地变压器的原边电压和额定容量，计算漏电阻和漏电抗。作为一种可能的实现方式，可以通过以下公式计算接地变的漏电阻R

其中，

其中，P

步骤S203，获取接地变压器的变比，并基于接地变压器二次侧外接阻抗的计算方式，根据整体阻抗、漏电阻、漏电抗和变比计算发电机的组合型接地装置中的电阻值和电感值。

具体的，接地变压器二次侧外接阻抗R′+jX′是接地变压器全部的外接器件的阻抗，可视为中性点组合型接地装置的整体阻抗中除了接地变压器自身的阻抗之外的阻抗，具有相应的计算公式。而组合型接地装置的整体阻抗和接地变压器的漏阻抗已经计算出，因此可以先计算出接地变压器二次侧外接阻抗，再借助于二次侧外接阻抗，根据组合型接地装置中的电阻和电感的连接方式计算出电阻值和电感值。

具体实施时，作为一种可能的实现方式，先将接地变压器的原边电压除以副边电压计算出接地变压器的变比。然后，通过以下公式分别计算接地变二次侧外接电阻和外接电抗：

R′＝Re(Z

X′＝Im(Z

其中，Z

再根据组合型接地装置中的电阻和电感的连接方式对应的外接阻抗的计算公式，计算出电阻值和电感值。为了便于描述，以电阻和电感与接地变压器并联连接的方式进行示例性说明，通过以下公式计算并联的电阻R

R

L

需要说明的是，对于串联的电阻和电感其外接阻抗的计算公式可参考相关技术，整体的计算原理类似，此处不再赘述。

由此，本申请计算出发电机的组合型接地装置中应当配置的电阻值和电感值，通过本申请实施例确定的组合型接地装置的参数配置可以使单相接地故障电流在安全电流范围内，即补偿后的电容电流与电阻电流的相量和在确定的定子单相接地故障安全电流值范围内。与常规的高阻接地方式相比较，本申请通过引入电感分量对接地故障电容电流进行补偿，有效将单相接地故障电流限制在安全电流范围内，降低单相接地故障对发电机的损害。

步骤S103，对发电机的传递过电压和中性点位移电压进行校核，并根据校核结果对电感值进行第一次调整。

其中，传递过电压是在发电机系统中发生不对称接地故障或断路器不同期操作等场景下，可能出现的零序工频电压分量，通过电磁耦合在变压器绕组之间会产生工频电压传递的现象。中性点位移电压是由于发电机三相对地电容不对称等原因，在中性点出现的偏高电压。

具体的，本申请在计算出组合型接地装置的配置参数后，还对传递过电压和中性点位移电压进行校核，确保本申请引入的电感分量导致的传递过电压和位移电压的变化，不会导致发电机系统中的基波零序定子接地保护发生误动作。

在本申请一个实施例中，可先根据组合型接地装置中的电感和电阻的连接方式，确定发电机系统传递过电压时的等效电路图，通过发电机系统传递过电压计算用等效电路图对传递过电压进行计算。并确定发电机三相对地电容不对称导致的中性点位移电压的等效电路图，然后假设发生变化的两相对地电容，根据该中性点位移电压的等效电路图计算位移电压。再将计算出的传递过电压和位移电压与预设的定子接地保护动作的定值进行比较，判断是否会导致定子保护误动作。

进一步的，在确定引入的电感分量不会影响定子接地保护的动作行为的情况下，可维持当前的组合型接地装置的配置参数，若判断出引入的电感分量会导致定子保护误动作，则对组合型接地装置中的电感值进行调整，根据校核出的传递过电压或位移电压大于定子接地保护动作的定值的量，适当的进行减小电感分量等操作，使传递过电压和中性点位移电压小于定子接地保护动作的定值，从而确保引入的电感分量不会影响定子接地保护的动作行为。

步骤S104，通过构建发电机的准分布参数电路对重燃弧暂态过电压进行仿真分析，并根据仿真分析结果对第一次调整后的电感值进行第二次调整，以抑制重燃弧暂态过电压。

其中，在发电机中某一相发生间歇性单相接地故障时，故障点产生的电弧会存在起弧-熄灭-重燃弧的过程，在引入电感分量后，重燃弧阶段可能出现暂态尖峰过电压。

具体的，通过仿真分析，检验按上实施例中的方式引入电感分量后，重燃弧暂态过电压是否会威胁发电机的定子线棒的绝缘。

在本申请一个实施例中，在仿真软件中构建发电机的准分布参数电路，利用开关的闭合和断开模拟发生接地故障时电弧的燃弧和熄弧过程，再确定按照本申请上述实施例中组合型接地方式下重燃弧的暂态过电压，计算出重燃弧暂态过电压的峰值，再判定重燃弧暂态过电压的峰值是否在接受范围内。进一步的，在确定当前的电感分量不会威胁发电机的定子线棒的绝缘的情况下，可维持当前的组合型接地装置的配置参数，若判断出引入的电感分量会导致重燃弧暂态过电压的峰值较大，则对组合型接地装置中进行了第一次调整后的电感值进行再次调整，减小重燃弧暂态过电压的峰值，从而确保引入的电感分量不会导致重燃弧暂态过电压过高的问题。同时，确保第二次调整后电感分量也不会影响定子接地保护的动作行为。

综上所述，本申请实施例的发电机的组合型接地方式的优化设计方法，通过引入电感分量对接地故障电容电流进行补偿，既保证总的接地故障电流满足安全电流值的要求，又使得传递过电压和位移电压的变化不影响定子接地保护的动作行为，再通过发电机准分布电容参数模型的仿真分析明确引入的电感分量不会导致重燃弧暂态过电压问题。该方法能够在有效限制接地故障电流的同时兼顾抑制重燃弧过电压，提高了发电机定子铁心的安全性和组合型接地方式的可靠性。

基于上述实施例，为了更加清楚地说明本申请对发电机的传递过电压和中性点位移电压进行校核的具体实现过程，在本申请的实施例中还提出了一种具体的传递过电压的校核方法和一种具体的中性点位移电压的校核方法。

图3为本申请实施例提出的一种传递过电压的校核方法的流程图。如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤S301，设定主变压器高压侧基波零序电压。

具体的，根据大型发电机领域中相关规程规范的推荐值设定主变压器高压侧基波零序电压。作为一种示例，对于高压系统接地故障而言，由于其零序阻抗为正序阻抗的1至3倍，故本申请将主变压器高压侧对应的基波零序电压设置为正序电压(即，额定相电压)的0.33-0.6倍。

步骤S302，确定发电机系统传递过电压时的等效电路图，并根据该等效电路图确定传递过电压的计算公式，通过传递过电压的计算公式计算当前的发电机系统的传递过电压。

具体的，如上述实施例所述，可根据组合型接地装置中的电感和电阻的连接方式，确定发电机系统传递过电压时的等效电路图，基于等效电路对应的逻辑关系确定传递过电压的计算公式。

举例而言，当组合型接地装置中的电感和电阻以并联的方式与接地变压器连接时，等效电路图如图4所示，其中，U

其中，

其中，X

通过本申请上述实施例中获取的参数计算出X

步骤S303，将传递过电压与预设的基波零序定子接地保护动作的定值进行比较，以判定传递过电压是否会导致定子接地保护误动。

具体的，获取发电机系统中设定的基波零序定子接地保护动作的定值，该定值是发电机系统中原本进行基波零序定子接地保护动作的阈值，即当电压大于该值时，发电机定子接地保护动作以切除发生接地故障的发电机。可以理解的是，若引入的电感分量导致的传递过电压大于该定值时，则发电机系统会在不需要定子接地保护动作时，产生误动作。因此，本申请将计算出的连接组合型接地装置后的传递过电压与预设的基波零序定子接地保护动作的定值进行比较，若计算出的传递过电压低于基波零序定子接地保护动作的定值，则确定配置组合型接地装置当前参数选择下的传递过电压不会导致保护误动。

图5为本申请实施例提出的一种中性点位移电压的校核方法的流程图。如图5所示，该方法包括以下步骤：

步骤S501，在发电机三相对地电容中任意两相发生变化时，将不对称的三相电容代入发电机中性点位移电压的计算公式，计算中性点位移电压。

具体的，在中性点接地装置中引入电感分量后，会放大发电机三相对地电容不对称，本申请先确定用于计算中性点位移电压的等效电路图，基于该电路对应的逻辑关系确定中性点位移电压的计算公式。

举例而言，当组合型接地装置中的电感和电阻以并联的方式与接地变压器连接时，发电机三相对地电容不对称产生的中性点位移电压如图6所示。基于该电路可确定中性点位移电压的计算公式如下所示：

其中，

进一步的，假定发电机三相对地电容中任意两相发生了变化，即产生了位移电压，通过上述公式计算该位移电压。

举例而言，继续参照图6的示例，假定B相电容增大5％，C相电容减小5％，在计算发电机的三相的感应电动势时，将每相的感应电动势取额定相电压，在计算发电机的三相对地电容时，取每相电容值值分别为发电机该相定子对地电容C

步骤S502，将中性点位移电压与基波零序定子接地保护动作的定值进行比较，以判断中性点位移电压是否在允许的第一范围内。

其中，第一范围是位移电压的大小允许的范围，在本申请实施例中可以为基波零序定子接地保护动作的定值。

具体的，本申请同样将计算出的连接组合型接地装置后的中性点位移电压与预设的基波零序定子接地保护动作的定值进行比较，若计算出的中性点位移电压低于基波零序定子接地保护动作的定值，则确定配置组合型接地装置当前参数选择下的中性点位移电压同样不会导致保护误动。

由此，本申请运用发电机系统传递过电压计算用等效电路图对传递过电压进行计算，并考虑发电机三相对地电容不对称对于位移电压的影响，确定引入的电感分量导致的传递过电压和位移电压的变化，不会影响定子接地保护的动作行为，保证了发电机响定子接地保护动作的正常运行，提高了本申请的发电机的组合型接地方式的优化设计方法的适用性和可靠性。

基于上述实施例，为了更加清楚地说明本申请对重燃弧暂态过电压进行仿真分析的具体实现过程，在本申请的实施例中还提出了一种具体的重燃弧暂态过电压的仿真分析方法。

图7为本申请实施例提出的一种重燃弧暂态过电压的仿真分析方法的流程图，如图7所示，该方法包括以下步骤：

步骤S701，在电路仿真应用中构建多个发电机子单元并计算发电机子单元的参数，通过多个发电机子单元构建发电机的准分布参数电路。

其中，电路仿真应用是根据实际需要确定仿真软件或工具，比如，本申请可选用OrCAD软件中的PSpice工具分析组合型接地方式下单相接地故障的暂态过电压问题。

具体的，本申请在电路仿真应用中构建多个发电机子单元，发电机子单元即为定子绕组单元，每个发电机子单元可以按照相同的方式构建，包括设置每个发电机子单元包含的组件，比如，每个发电机子单元可包含一个电源、电容、电感和电阻，并根据发电机系统的参数计算发电机子单元包含的上述组件的参数。作为一种示例，构建的发电机子单元如图8所示，图中描述了各个组件的参数值和连接方式，其中，L、R、V和C分别表示电感、电阻、电源和电容。通过多个图8所示发电机子单元组成准分布参数电路。

步骤S702，通过开关组合模拟单相接地故障的燃弧和熄弧过程，获取发电机的准分布参数电路的三相电压波形，并确定重燃弧暂态过电压。

在本申请实施例中，通过图9所示的开关组合的闭合和断开来模拟接地故障中的电弧的燃弧和熄弧过程。具体实施时，作为一种示例，假定发电机的A相发生机端间歇性单相接地故障，利用开关组合的闭合和断开模拟接地故障下电弧的起弧-熄灭-重燃弧这一过程，并获取准分布参数电路中的机端三相电压波形。

在本示例中，第一次熄弧时间选在第一次燃弧3个周波后故障相电流过零点的时刻，重燃弧时刻则选取在故障相电压升高到最大值的时刻，进而获取的A、B和C相的重燃弧暂态过程电压波形分别如图10、图11和图12所示。由波形图可知，B、C两相的电压在首次燃弧和重燃弧时均出现了暂态尖峰过电压，并通过读取波形图数据可以确定重燃弧的暂态过电压峰值。

步骤S703，判断重燃弧暂态过电压的峰值是否在在允许的第二范围内。

其中，第二范围是重燃弧暂态过电压的峰值允许的范围，第二范围可以根据重燃弧暂态过电压开始对发电机绕组绝缘产生损害的电压值确定，一般整定为额定相电压峰值的2.6倍，当重燃弧暂态过电压的峰值小于该范围时表示重燃弧暂态过电压不会对发电机绕组绝缘造成威胁。

具体的，根据重燃弧暂态过电压和正常相电压峰值，可以计算重燃弧暂态过电压相对于正常相电压峰值的倍数，再从波形图中确定单次燃弧的暂态过电压峰值，并计算单次燃弧的暂态过电压峰值相对于正常相电压峰值的倍数。然后，再比较重燃弧暂态过电压与单次燃弧的暂态过电压的大小，以及倍数的变化，计算重燃弧相对于与单次燃弧的暂态过电压增大的幅度，再判断重燃弧暂态过电压的峰值是否在在允许的第二范围内。

由此，本申请采用发电机准分布电容参数模型，利用开关闭合和断开模拟接地故障的燃弧和熄弧过程，运用电路仿真应用分析组合型接地方式下单相接地故障的暂态过电压问题，以确定电感分量的引入不会导致重燃弧暂态过电压问题，能够在有效限制接地故障电流的同时兼顾抑制重燃弧过电压。

为了更加清楚地说明本申请的发电机的组合型接地方式的优化设计方法的具体实现方式，下面以一个具体的对某水电站的一台发电机进行组合型接地方式的优化设计的实施例进行详细说明。

在本实施例中，先通过读取该发电机的铭牌参数和出厂数据等方式，获取发电机的系统参数，获取到的发电机的系统参数如以下表1所示：

表1

该发电机出口断路器主变侧的单相接地电容值0.13μF，发电机侧的单相接地电容值0.13μF，主变高低压绕组耦合电容C

进一步的，该发电机的固有电容电流可通过以下公式计算：

根据电阻电流等于补偿后的电容电流(I

由此可的中性点电流的电感分量I

再进一步的，根据上述计算得到的中性点电阻性电流分量和电感性电流分量，可求得中性点接地装置整体阻抗Z

通过以上设计方案得到的接地装置参数配置能够使单相接地故障电流在安全电流范围内。在装置参数设计完成之后，还应当对传递过电压和中性点位移电压进行校核，并通过仿真分析检验重燃弧过电压是否会威胁定子线棒的绝缘。

传递过电压可根据等效电路对应的以下公式进行校核：

其中，X

然后，代入X

中性点位移电压U

假定B相电容增大5％，C相电容减小5％，代入上式可得中性点位移电压U

最后，还需通过仿真分析对间歇性接地故障下的重燃弧暂态过电压进行计算，确保中性点接地变二次侧增加电感后不会引入过高的重燃弧暂态过电压，仿真在PSpice中进行，计算出的每个发电机子单元中各组件的参数如下所示：

电动势幅值：

电阻：

电感(采用超瞬变电感)：

电容：

同样假定A相发生机端间歇性单相接地故障，第一次熄弧时间选在第一次燃弧3个周波后故障相电流过零点的时刻，重燃弧时刻则选取在故障相电压升高到最大值的时刻，获取电弧起弧-熄灭-重燃弧这一过程中的机端三相电压波形如图10至图12所示。B、C两相的电压在首次燃弧和重燃弧时均出现了暂态尖峰过电压，其中重燃弧的暂态过电压峰值达到了44.56kV(为正常相电压峰值的2.73倍，即2.73p.u.)，略高于单次燃弧的暂态过电压峰值42.05kV(2.57p.u.)。

通过该仿真分析可知，与常规接地变高阻方式相比，采用本申请实施例的组合型接地方式导致重燃弧暂态过电压的峰值很小，因此不会对发电机绕组绝缘造成威胁。

需要说明的是，本实施例的方法中各步骤的具体实现方式还可参照上述实施例的相关描述，实现原理类似，此处不再赘述。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种发电机的组合型接地方式的优化设计系统，图13为本申请实施例提出的一种发电机的组合型接地方式的优化设计系统的结构示意图，如图13所示，该系统包括：第一计算模块100、第二计算模块200、校核模块300和仿真模块400。

其中，第一计算模块100，用于计算发电机的电容电流并确定定子接地故障安全电流，根据电容电流和定子接地故障安全电流计算中性点的电阻电流和电感电流。

第二计算模块200，用于根据电阻电流和电感电流计算发电机的组合型接地装置中的电感值。

校核模块300，用于对发电机的传递过电压和中性点位移电压进行校核，并根据校核结果对电感值进行第一次调整。

仿真模块400，用于通过构建发电机的准分布参数电路对重燃弧暂态过电压进行仿真分析，并根据仿真分析结果对第一次调整后的电感值进行第二次调整，以抑制重燃弧暂态过电压。

可选地，在本申请的一个实施例中，第一计算模块100，具体用于：获取发电机的额定电压、角频率、定子每相对地电容以及发电机出口断路器在主变侧的单相接地电容值和在发电机侧的单相接地电容值，并根据额定电压计算额定相电压；根据额定相电压、角频率、定子每相对地电容以及发电机出口断路器在主变侧的单相接地电容值和在发电机侧的单相接地电容值计算发电机的电容电流；获取预先设置的定子单相接地故障安全电流值范围，并结合发电机的电容电流在范围中选取所述定子接地故障安全电流。

可选地，在本申请的一个实施例中，第一计算模块100还用于：以电容电流减去电感电流为补偿后的电容电流，并根据定子接地故障安全电流的电流值确定补偿后的电容电流的电流值；基于电阻电流等于补偿后的电容电流的1.1倍的设计原则，计算电阻电流；根据补偿后的电容电流和电容电流计算电感电流。

可选地，在本申请的一个实施例中，第二计算模块200具体用于：根据电阻电流和电感电流计算接地变压器一次侧电流，并根据接地变压器一次侧电流和额定相电压计算接地装置的整体阻抗；通过负载试验和短路试验测得接地变压器的负载损耗和阻抗电压百分比，并结合接地变压器的原边电压和额定容量，计算接地变压器的漏电阻和漏电抗；获取接地变压器的变比，并基于接地变压器二次侧外接阻抗的计算方式，根据整体阻抗、漏电阻、漏电抗和变比计算发电机的组合型接地装置中的电阻值和电感值。

可选地，在本申请的一个实施例中，校核模块300具体用于：设定主变压器高压侧基波零序电压；通过以下公式计算传递过电压：

其中，

其中，X

可选地，在本申请的一个实施例中，校核模块300还用于：在发电机三相对地电容中任意两相发生变化时，将不对称的三相电容代入发电机中性点位移电压的计算公式，计算中性点位移电压；将中性点位移电压与基波零序定子接地保护动作的定值进行比较，以判断中性点位移电压是否在允许的第一范围内。

可选地，在本申请的一个实施例中，仿真模块400具体用于：在电路仿真应用中构建多个发电机子单元并计算发电机子单元的参数，通过多个发电机子单元构建发电机的准分布参数电路；通过开关组合模拟单相接地故障的燃弧和熄弧过程，获取发电机的准分布参数电路的三相电压波形，并确定重燃弧暂态过电压；判断重燃弧暂态过电压的峰值是否在在允许的第二范围内。

需要说明的是，前述对发电机的组合型接地方式的优化设计方法的实施例的解释说明也适用于该实施例的系统，此处不再赘述

综上所述，本申请实施例的发电机的组合型接地方式的优化设计系统，通过引入电感分量对接地故障电容电流进行补偿，既保证总的接地故障电流满足安全电流值的要求，又使得传递过电压和位移电压的变化不影响定子接地保护的动作行为，再通过发电机准分布电容参数模型的仿真分析明确引入的电感分量不会导致重燃弧暂态过电压问题。该系统能够在有效限制接地故障电流的同时兼顾抑制重燃弧过电压，提高了发电机定子铁心的安全性和组合型接地方式的可靠性。

为了实现上述实施例，本申请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如上述实施例中任一所述的发电机的组合型接地方式的优化设计方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。