一种水电机组励磁回路接地故障定位自适应隔离保护方法与流程

本发明涉及水力发电机组继电保护，具体是一种水电机组励磁回路接地故障定位自适应隔离保护方法。

背景技术：

1、水电机组作为电力系统的重要电源，其安全稳定运行直接关系到电网的供电可靠性。励磁回路是水轮发电机组的核心组成部分，承担着向发电机转子提供励磁电流、调节机端电压及无功功率的关键功能；随着水电机组单机容量不断增大、励磁电压等级持续提升，励磁回路对地绝缘面临更高的电气应力和热应力，接地故障的发生概率也随之增加。目前，励磁回路接地保护主要采用基于开关量逻辑的保护原理，通过检测励磁回路对地电压的变化并结合投切试验来判别是否发生接地，常规的保护方案包括电桥式接地保护和注入式接地保护两类，电桥式保护通过不平衡电桥检测接地电阻，注入式保护通过向励磁回路与地之间注入低频信号并测量泄漏电流来判断绝缘状况，上述保护方案能够识别一点接地和两点接地故障，并在检测到故障后执行跳闸或报警动作。

2、然而，上述现有技术方案仍存在以下显著缺陷：第一，现有方案对故障类型的识别较为粗放，仅能区分“一点接地”和“两点接地”，未能对故障的物理性质进行精细辨识，即无法区分金属性接地、高阻接地和电弧性接地等具有不同危害机理和发展趋势的故障类型，这导致保护策略单一化，无论何种故障性质均采用统一的跳闸或报警处理方式；第二，由于缺乏对故障类型的精细化判别，现有保护策略无法根据故障的具体性质采取差异化的应对措施，对于电流大、危害急迫的金属性接地故障可能因保护动作不够快速而导致设备损伤扩大，而对于电流微弱但可能长期存在的高阻接地故障，又可能因直接跳闸而造成不必要的非计划停机，影响发电效益；第三，现有保护方案缺少对故障演化趋势的预判能力，无法在绝缘劣化尚处于早期阶段时发出有效预警，只能在故障实际发生后才能响应，未能实现从“事后动作”向“事前预警”的转变。因此，如何克服现有技术中故障类型识别粗放、保护策略单一化，以及缺少故障演化趋势预判能力等缺陷，实现对励磁回路接地故障类型的精细化辨识与差异化处理，并能够在绝缘劣化尚处于早期阶段时发出有效预警，是我们所需要解决的问题，为此，现提供一种水电机组励磁回路接地故障定位自适应隔离保护方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种水电机组励磁回路接地故障定位自适应隔离保护方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种水电机组励磁回路接地故障定位自适应隔离保护方法，包括：

3、采集励磁回路各分段监测点的电气信号，并向所述励磁回路与地之间注入检测信号，根据所述检测信号的泄漏响应获取接地电阻值；

4、根据所述电气信号和所述接地电阻值，提取用于表征故障性质的故障特征量；

5、根据所述接地电阻值和所述故障特征量，识别接地故障类型；

6、当识别出所述接地故障类型时，根据所述电气信号确定故障位置；

7、根据所述接地故障类型和所述故障位置，执行自适应隔离保护动作。

8、进一步的，所述电气信号包括各监测点处的对地电压信号和支路电流信号。

9、进一步的，向所述励磁回路与地之间注入检测信号，根据所述检测信号的泄漏响应获取接地电阻值的过程包括：

10、向所述励磁回路与地之间注入低频交流信号作为所述检测信号；

11、采集所述检测信号经励磁回路泄漏至地的泄漏电流；

12、对所述泄漏电流的时域信号进行采样，获得离散采样序列，对所述离散采样序列进行快速傅里叶变换，得到泄漏电流的基波分量有效值、泄漏电流的基波分量幅值和各次谐波分量的幅值；

13、获取所述检测信号的电压有效值，根据欧姆定律通过所述检测信号的电压有效值与所述泄漏电流的基波分量有效值，得到接地电阻值。

14、进一步的，根据所述电气信号和所述接地电阻值，提取用于表征故障性质的故障特征量的过程包括：

15、对所述泄漏电流的时域信号进行采样，获得离散采样序列，对所述离散采样序列进行快速傅里叶变换，得到所述泄漏电流的基波分量和各次谐波分量的幅值，根据所述基波分量和各次谐波分量的幅值获得所述总谐波畸变率；

16、对所述泄漏电流的波形进行时域分析，得到波形畸变系数；

17、在预设时间窗口内，通过等间隔采样方式采集所述接地电阻值，获得多个采样点的接地电阻值，获取所述多个采样点的接地电阻值的平均值与标准差，并通过所述平均值与标准差获得接地电阻波动率；

18、采集所述励磁回路绝缘劣化产生的特高频电磁波信号。

19、进一步的，根据所述接地电阻值和所述故障特征量，识别接地故障类型的过程为：

20、对所述接地电阻值、总谐波畸变率、波形畸变系数、接地电阻波动率和特高频局放信号，按照预设的判定逻辑进行综合判断，识别接地故障类型；

21、所述接地故障类型包括金属性接地故障、高阻接地故障、电弧性接地故障和绝缘劣化预警。

22、进一步的，根据所述电气信号通过多种定位手段联合确定故障位置的过程包括：

23、根据所述支路电流信号和所述对地电压信号，采用注入信号法计算故障位置，得到注入信号法位置结果；

24、根据所述支路电流信号，采用差流分析法计算故障位置，得到差流分析法位置结果；

25、将所述注入信号法位置结果与所述差流分析法位置结果进行比较，若两者偏差小于或等于预设偏差阈值，则确认所述注入信号法位置结果或所述差流分析法位置结果为最终故障位置；

26、若两者偏差大于所述预设偏差阈值，则对所述注入信号法位置结果和所述差流分析法位置结果进行加权平均，将加权平均值作为所述最终故障位置。

27、进一步的，根据所述接地故障类型和所述故障位置，执行自适应隔离保护动作的过程包括：

28、当所述接地故障类型为所述金属性接地故障时，切断所述故障位置所在支路；

29、当所述接地故障类型为所述高阻接地故障时，向所述故障位置所在支路投入限流电阻，通过所述限流电阻将泄漏电流限制在预设的安全电流阈值以下；

30、当所述接地故障类型为所述电弧性接地故障时，在检测到电弧特征后观察预设数量个工频周期，若电弧在所述预设数量个工频周期内自行熄灭且未复燃，则不执行隔离动作；若电弧持续燃烧超过所述预设数量个工频周期，或在所述预设数量个工频周期内复燃次数超过预设次数阈值，则投入消弧装置或切断所述故障位置所在支路；

31、当所述接地故障类型为所述绝缘劣化预警时，仅发出预警信号，不执行隔离动作。

32、进一步的，一种水电机组励磁回路接地故障定位自适应隔离保护方法，其特征在于，还包括：

33、当同时存在两个接地点时，切断所述故障位置所在支路并发出两点接地停机信号。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

35、本发明通过提取用于表征故障性质的多个故障特征量，并结合对所述接地阻抗参量与所述多个故障特征量按照预设的判定逻辑进行综合判断，实现了对金属性接地、高阻接地、电弧性接地及绝缘劣化预警的精细化分型诊断，克服了现有技术仅能区分“一点接地”和“两点接地”而无法辨识故障物理性质的缺陷，填补了励磁回路接地故障类型精细识别的技术空白；通过根据识别出的接地故障类型执行对应的自适应隔离保护动作，实现了对金属性接地故障的快速切断、对高阻接地故障的限流运行、对电弧性接地故障的智能消弧以及对绝缘劣化的早期预警，改变了现有技术“一刀切”的统一跳闸或报警处理模式，在保障设备安全的同时最大限度地减少非计划停机；同时，绝缘劣化预警功能将保护起点从“故障后动作”延伸至“故障前预警”，为运维人员安排计划检修争取了时间窗口，实现了从被动响应向主动管理的转变。本发明实现了励磁回路接地故障从粗放式响应向精细化诊疗的转变、从故障后动作向故障前预警的延伸、从单一跳闸保护向分级自适应保护的升级，解决了现有技术中故障类型识别粗放、保护策略单一化以及缺少故障演化趋势预判能力的问题。