科研进展：海洋核动力平台发电机定子接地故障的消弧及辨识方法

海洋核动力平台用于海上工程供电、远洋海岛供电等，平台内主发电机承担外系统供电和站内系统应急供电的双重任务。平台长期处于海浪冲击的振动环境中，发电机定子接地故障频繁发生，并常伴有电弧产生。在瞬时性故障情况下，若保护快速跳闸切机，将对系统的供电可靠性和核堆运行安全性造成不利影响。

& ]6 ^) U$ y9 p' J

8 ]; Y, D5 N% t7 @; t0 C

3 I" T! w% H* N1 k# Y 1 u3 B6 |* y7 D1 y5 f

4 l" o* B: c" V. s+ z b% k- s( a

此外，较大的接地故障电流将烧损定子铁芯，严重时甚至难以修复，导致平台无法正常运行。因此，需要与现有接地保护有效配合，实现接地故障消弧和故障类型辨识。

" V8 z: d9 Y2 a! H3 m# C: l

为保证发电机自身安全及核反应堆负荷供电安全，强电磁工程与新技术国家重点实验室（华中科技大学电气与电子工程学院）、电力安全与高效湖北省重点实验室（华中科技大学）、长沙理工大学电气与信息工程学院的王义凯、尹项根、谭力铭、乔健、尹昕，在2022年第19期《电工技术学报》上撰文，提出基于双频电压调控的发电机定子接地故障有源消弧及故障类型辨识方法。

1 |7 v" k7 W- f u$ \

1 T3 H9 b5 r) n1 ]' V9 I- z K1 G7 G( I

' S, L. R3 f* |, _ z

依据电压补偿型消弧原理，研究人员在发电机中性点外加包含基波及3次谐波分量的电压源，通过控制输出电压与故障电动势幅值相等、相位相反，抑制故障点电压为零，实现有效熄弧并防止电弧重燃。

) f! x. E7 K! |, \) K

在辨识接地故障类型时，他们与接地故障安全风险分析相结合。安全风险高的情况下，调节外加基波电压的同时控制接地故障电流在安全电流范围内，并利用瞬时性和永久性接地故障条件下中性点基波零序电流和基波零序电压间相位差的差异构建故障辨识判据，能够在可靠实现故障类型辨识的基础上避免对定子铁心造成二次损伤。

研究人员指出，仿真仿真结果及动模实验结果表明，该双频有源消弧方法在不同故障位置及接地过渡电阻条件下均能够有效熄弧；所提出的故障类型辨识方法能够在保证铁心安全的前提下，准确区分瞬时性和永久性接地故障。他们表示，本次研究提出的方法也同样适用于大型发电机定子绕组的接地故障电弧抑制。在新型电力系统中，能够在保证发电机铁芯安全的前提下实现柔性解列，避免对电网造成冲击。

本文编自2022年第19期《电工技术学报》，论文标题为“发电机定子接地故障双频有源消弧策略及故障类型辨识”。本课题得到国家自然科学基金和国家重点研发计划的支持。

0 @8 _/ }- I. C _: @" x ( Y2 A! d3 `' T9 j3 W$ B6 z 4 `2 X% ?3 K9 G. n* } z8 q