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海洋核動(dòng)力平臺(tái)用于海上工程供電、遠(yuǎn)洋海島供電等，平臺(tái)內(nèi)主發(fā)電機(jī)承擔(dān)外系統(tǒng)供電和站內(nèi)系統(tǒng)應(yīng)急供電的雙重任務(wù)。平臺(tái)長(zhǎng)期處于海浪沖擊的振動(dòng)環(huán)境中，發(fā)電機(jī)定子接地故障頻繁發(fā)生，并常伴有電弧產(chǎn)生。在瞬時(shí)性故障情況下，若保護(hù)快速跳閘切機(jī)，將對(duì)系統(tǒng)的供電可靠性和核堆運(yùn)行安全性造成不利影響。此外，較大的接地故障電流將燒損定子鐵芯，嚴(yán)重時(shí)甚至難以修復(fù)，導(dǎo)致平臺(tái)無法正常運(yùn)行。因此，需要與現(xiàn)有接地保護(hù)有效配合，實(shí)現(xiàn)接地故障消弧和故障類型辨識(shí)。

為保證發(fā)電機(jī)自身安全及核反應(yīng)堆負(fù)荷供電安全，強(qiáng)電磁工程與新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院）、電力安全與高效湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（華中科技大學(xué)）、長(zhǎng)沙理工大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院的王義凱、尹項(xiàng)根、譚力銘、喬健、尹昕，在2022年第19期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》上撰文，提出基于雙頻電壓調(diào)控的發(fā)電機(jī)定子接地故障有源消弧及故障類型辨識(shí)方法。

圖1 動(dòng)模實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)物

依據(jù)電壓補(bǔ)償型消弧原理，研究人員在發(fā)電機(jī)中性點(diǎn)外加包含基波及3次諧波分量的電壓源，通過控制輸出電壓與故障電動(dòng)勢(shì)幅值相等、相位相反，抑制故障點(diǎn)電壓為零，實(shí)現(xiàn)有效熄弧并防止電弧重燃。

在辨識(shí)接地故障類型時(shí)，他們與接地故障安全風(fēng)險(xiǎn)分析相結(jié)合。安全風(fēng)險(xiǎn)高的情況下，調(diào)節(jié)外加基波電壓的同時(shí)控制接地故障電流在安全電流范圍內(nèi)，并利用瞬時(shí)性和永久性接地故障條件下中性點(diǎn)基波零序電流和基波零序電壓間相位差的差異構(gòu)建故障辨識(shí)判據(jù)，能夠在可靠實(shí)現(xiàn)故障類型辨識(shí)的基礎(chǔ)上避免對(duì)定子鐵心造成二次損傷。

研究人員指出，仿真仿真結(jié)果及動(dòng)模實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該雙頻有源消弧方法在不同故障位置及接地過渡電阻條件下均能夠有效熄?。凰岢龅墓收项愋捅孀R(shí)方法能夠在保證鐵心安全的前提下，準(zhǔn)確區(qū)分瞬時(shí)性和永久性接地故障。他們表示，本次研究提出的方法也同樣適用于大型發(fā)電機(jī)定子繞組的接地故障電弧抑制。在新型電力系統(tǒng)中，能夠在保證發(fā)電機(jī)鐵芯安全的前提下實(shí)現(xiàn)柔性解列，避免對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。

本文編自2022年第19期《電工技術(shù)學(xué)報(bào)》，論文標(biāo)題為“發(fā)電機(jī)定子接地故障雙頻有源消弧策略及故障類型辨識(shí)”。本課題得到國(guó)家自然科學(xué)基金和國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持。