[發明專利]變速抽水蓄能機組轉子繞組單相接地故障的判別方法

在審

• 申請號: 202010735823.4
• 申請日: 2020-07-28
• 公開（公告）號: CN114002614A
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 王凱;雷體鈞;王光;衣傳寶;閆偉;梁廷婷;王洪林;陳曉剛
• 申請（專利權）人: 南京南瑞繼保電氣有限公司;國網新源控股有限公司;國家電網有限公司;國網浙江省電力有限公司;南京南瑞繼保工程技術有限公司
• 主分類號: G01R31/52
• 分類號: G01R31/52
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 劉莎

本發明公開了一種變速抽水蓄能機組轉子繞組接地故障的判別方法，包括步驟：(1)接入轉子繞組三相對地電壓測量信號；(2)將三相對地電壓兩兩相減得到三個線電壓，計算三個線電壓的基波分量有效值；(3)計算三相對地電壓的總有效值、基波分量有效值，進而得到諧波分量有效值；(4)若三個線電壓的基波分量有效值均大于門檻且三相對地電壓的諧波分量有效值均低于低定值門檻或者均高于高定值門檻，且持續時間超過延時定值，認為轉子繞組發生單相接地故障。本發明解決了常規零序電壓保護靈敏度受接地故障前轉子繞組運行電壓影響的問題，且無需改動一次設備，實現簡便。

技術領域

本發明涉及電力系統主設備繼電保護，尤其涉及變速抽水蓄能機組轉子繞組接地故障的保護。

背景技術

變速抽水蓄能機組為交流勵磁方式，轉子內置三相對稱分布的勵磁繞組。交流勵磁系統采用交-直-交變頻控制，輸出特定頻率范圍的低頻交流勵磁電壓(一般為-10％～+10％f_n，f_n為定子側額定頻率)至三相轉子繞組，以建立轉子勵磁磁場。交流勵磁電壓的頻率、幅值和相位在交流勵磁系統的調節作用下，通過控制發電機勵磁磁場的大小、相對轉子的位置和電機的轉速，實現機組有功和無功的解耦控制，從而獲得相比于定速抽水蓄能機組更加優越的運行性能。轉子一點接地故障是發電機組的常見故障，單相接地故障時故障點流過的電流是交流勵磁全系統(轉子繞組，交流勵磁輸出端聯接元件等)對地電容電流之和，該電流較大時可能導致繞組絕緣損壞，甚至燒損鐵芯。因此，有必要裝設轉子繞組接地故障保護。

目前，變速抽水蓄能機組轉子繞組接地故障的判別方法主要有兩種：

(1)零序電壓保護。該方法利用不接地系統單相接地后產生的零序電壓來識別故障，具體步驟是，保護系統采用固定采樣頻率采集轉子繞組三相對地電壓的離散信號；對三相對地電壓信號直接求和得到自產零序電壓信號(3U₀)，然后通過低通濾波分離出零序電壓的基波分量；依據轉子側當前工作頻率，取對應的數據窗(比如對應于2.5Hz工作頻率，數據窗取 400ms時長的采樣序列)，用傅氏算法或均方根算法得到零序電壓有效值；當零序電壓超過門檻定值時，認為轉子繞組發生接地故障。

這種方法是不接地電力系統接地故障的常見判別方法，保護原理簡單，計算量也較小。對于變速機組轉子側接地故障保護，與以往工頻系統應用場景所不同的是，在不同工況下轉子側運行電壓不同，而采用固定門檻定值，在低轉子電壓運行工況下保護的靈敏度下降，保護范圍變小。

(2)注入式轉子接地保護。該方法在轉子繞組端部使用大功率電阻等元件構造一個系統中性點，保護的注入電源模塊輸出的特定頻率的交流電壓信號通過隔離變壓器由所構造的系統中性點注入至轉子繞組對地的回路中，通過實時測量注入回路的電壓和電流，經濾波、變換、補償等處理后計算出轉子回路對地絕緣的等效阻抗。當該阻抗低于門檻定值時，認為發生了單相接地故障。

這種方法借鑒了常規機組注入式定子接地保護的基本原理和實現方式，該方法對包含轉子繞組中性點在內的不同位置接地故障均具有較高的靈敏度，且能夠實現機組靜止狀態下的對地絕緣監測。但是，保護系統構成復雜，設備成本高，實施工作量也較大。

發明內容

本發明提供了一種變速抽水蓄能機組轉子繞組接地故障的判別方法，采用的技術方案包含以下步驟：

(1)采樣轉子繞組三相對地電壓；

(2)將三相對地電壓兩兩相減計算三個線電壓，并計算三個線電壓的基波分量有效值；

(3)計算三相對地電壓的總有效值和基波分量有效值，進而得到諧波分量有效值；

(4)當同時滿足以下三個條件時認為發生接地故障：①、三個線電壓的基波分量有效值大于門檻定值，②、三相對地電壓的諧波分量有效值均低于低定值門檻或者均高于高定值門檻，③、①和②持續滿足的時間超過延時定值；否則認為未發生接地故障。