12相整流发电机接地方式对直流过电压的影响

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在12相整流发电机发生交流侧单相接地故障时，为了能够有效抑制直流过电压，提出一种发电机中性点接地方式与过电压关系的分析方法。 　　首先运用功率平衡的方法，对直流负载电阻进行零序回路折算，分析并等效出非故障绕组的零序回路，计算出各套绕组的零序电压。再通过向量分析法计算出故障后各相之间线电压，并进行比较分析，得出直流侧最高过电压的计算公式。 　　结果表明，发电机中性点电阻接地时，接地电阻阻值越大，直流侧过电压越小。最后通过仿真及实验结果验证了理论分析的正确性。 　　近年来，随着用电需求的不断发展以及电力电子器件的广泛应用，同步发电机通过接整流桥输出直流电能的方式已逐步代替了传统的直流发电机，特别是在船舶直流电力系统、电动机车牵引系统、航空电力系统等领域。 　　相比而言，带整流桥的同步发电机具有不用换相、结构简单、易于安装维护等优势。多相（6相、12相、18相）整流同步发电机具有较小的直流电压纹波，能有效提高电能质量、减小电磁干扰，并使电机具有容错运行能力，提高了效率，特别适用于船舶等要求高品质直流电能的应用环境。 　　由于多相整流发电机往往为独立电网供电，其运行的安全性、可靠性尤为重要。目前对于整流发电机的短路研究较多，如匝间短路、同桥相间短路、异桥相间短路、缺桥故障等。而发电机绕组单相接地故障是发电机故障中较为常见的故障之一，虽然国内外对于发电机单相接地故障的研究已较为深入，但主要是针对三相交流同步发电机。 　　多相整流发电机由于后面绑定的整流桥负载，所以交流侧的接地故障能够对直流电压产生影响。特别是对于多相整流同步发电机而言，当发生单相接地故障，其他非故障绕组的电压变化以及故障对直流电压的影响鲜有研究。直流总电压产生的过电压，不仅会破坏绝缘、损坏设备，还有可能导致更严重的短路故障。 　　目前中压船舶发电机多为三相绕组星形连接的同步发电机，而中性点较为常见的接地方式有经电阻接地和经消弧线圈接地。经消弧线圈接地（谐振接地）可以有效抑制系统分布电容中的容性电流，从而限制过电压和故障电流，主要适用于分布电容较大的系统，且其很容易产生谐振，给系统造成极大的损害，所以中性点经电阻接地的方式比较适合整流发电机，本文主要针对发电机经电阻接地的方式进行研究。 　　本文以12相整流同步发电机单相发生接地故障为例，运用功率平衡法，先将直流负载电阻折算到交流侧，并建立发电机故障下健全绕组的等效零序回路，得出故障绕组零序电压、非故障绕组零序电压与发电机中性点接地电阻三者的关系；再运用向量分析法得出接地方式对直流过电压的影响；最后，通过仿真和实验结果验证了分析方法的正确性。 　　总结 　　对于多相整流发电机而言，当中性点存在接地电阻时，交流侧的某一套绕组单相接地故障会导致其他绕组产生相应的零序电压，从而引起直流侧过电压。 　　1）本文通过等效零序回路以及相量分析的方法，得出12相整流发电机中性点接地电阻与直流过电压的关系式，该方法能够较准确地计算出定负载情况下的接地电阻对直流过电压的影响程度。 　　2）发电机中性点接地电阻越大，非故障绕组的零序电压也就越大，直流过电压越小。可以通过对接地电阻值的整定有效抑制交流侧单相接地故障下的直流过电压，将其限制在一个可以接受的范围内。这为今后整流发电机接地电阻值的整定提供了重要的依据。