一种基于信号注入的发电机接地刀闸状态检测方法及系统与流程
本发明涉及发电厂发电机端开关设备状态监视，更具体地涉及一种基于信号注入的发电机接地刀闸状态检测方法及系统。
背景技术：
近年来在水电站中曾经多次出现发电机接地刀闸分合不到位的故障情况，带地刀(地线)合闸的矛盾仍然存在，此类故障危害极大。
2014年，某水电站某500kv母线送电时，由于某地刀b相、c相实际未分闸导致保护动作跳闸。2015年，某水电站500kv某变压器空充时，因为地刀b相实际未分闸导致保护动作跳闸。通常接地刀闸的触头在开关气室内部，无法肉眼观察其分合位置。只能通过开关操作机构的辅助接点来判断其位置，但以上事故证明此方式是不可靠的。
发电机接地刀闸为三相联动机构，仅有一副辅助触点来指示其三相位置；现场曾多次出现三相联动机构因为疲劳断裂产生非全相工况，某相刀闸实际未分合到位，但是辅助触点指示接地刀闸已经操作完成，运行操作人员收到错误信息未能及时处理，威胁发电机组安全运行，容易酿成事故。
虽然电力系统一般配置了完备的差动保护方案，此类故障可以及时反映被切除。但是，考虑到此类故障的危害极大，通过完善的技术手段对接地刀闸各相状态进行精确识别，避免此类操作的发生仍有必要。
为此，本发明提出一种基于信号注入的发电机接地刀闸状态检测方法及系统，通过检测接地回路上的低频电流以及机端pt上的低频电压，结合接地刀闸辅助触点，能准确识别接地刀闸各相状态，避免出现各种安全事故，提高发电机一次系统运行可靠性。
技术实现要素：
本发明的目的是：提出一种基于信号注入的发电机接地刀闸状态检测方法及系统，通过检测接地回路上的低频电流以及机端pt上的低频电压，结合接地刀闸辅助触点，能准确识别接地刀闸各相状态，避免出现带地刀合闸事故，提高发电机一次系统运行可靠性。
为了达成上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种基于信号注入的发电机接地刀闸状态检测方法，包括以下步骤：
步骤1：注入电源装置从发电机中性点接地变压器低压侧注入低频电流信号；
步骤2：采集接地刀闸状态及接地刀闸接地回路上的三相电流，并分离其中的三相低频电流信号；或者是同时采集接地刀闸接地回路上的三相电流和机端电压互感器开口三角绕组两端的电压信号，并分离其中的三相低频电流信号和低频电压信号；
步骤3：采用以下方案之一判断接地刀闸是否有效闭合：
方案1：当发电机处于停机状态，且接地刀闸处于合位时，如果检测到任一相低频电流幅值小于第一预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；
方案2：当发电机处于停机状态，且接地刀闸处于合位时，如果检测到任一相低频电流的幅值小于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；
采用以下方案之一判断接地刀闸是否有效分断：
方案3：当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测的低频电压低于设定的电压门槛，则判为接地刀闸未能有效分断；
方案4：当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测到任一相低频电流大于第二预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效分断；
方案5：当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测到任一相低频电流的幅值大于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则判定该相接地刀闸未能有效分断。
进一步的优选方案中，所述步骤1中注入低频信号频率可以为12.5hz或20hz或者其他频率的低频信号，以区别于工频信号；
进一步的优选方案中，所述步骤2中采用硬件滤波和数字滤波结合的方法分离低频分量，用于检测。
所述方案1的具体计算公式如式(1)所示：
当式(1)满足时，判为接地刀闸未能有效闭合，某相低频电流小于设定的门槛ith1，表示该相未闭合到位；
所述方案4的具体计算公式如式(2)所示：
当式(2)满足时，判为接地刀闸未能有效分断，某相低频电流大于设定的门槛ith2，表示该相未分断到位；
其中：
所述方案3的具体计算公式如式(3)所示：
当式(3)满足时，判为接地刀闸未能有效分断；
其中：
所述方案2的具体计算公式如式(4)所示：
当式(4)满足时，判为接地刀闸未能有效闭合，某相低频电流的幅值小于另外两相相间低频电流幅值与设定系数k的乘积，则表示该相接地刀闸未闭合到位；
所述方案5的具体计算公式如式(5)所示：
当式(5)满足时，判为接地刀闸未能有效分断，某相低频电流的幅值大于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则表示该相接地刀闸未分断到位；
其中：
k为固定系数；
jd.status为发电机机端接地刀闸辅助触点状态标志位，当接地刀闸分断时其值为0，当接地刀闸合上时其值为1。
进一步地，当判为接地刀闸未能有效闭合或者未能有效分断后，经设定延时t1发出报警信号，延时t1的定值范围为0.1s～30.0s，默认为10.0s。
本发明同时提出了一种基于信号注入的发电机接地刀闸状态检测系统，包括注入电源装置、检测装置；
所述注入电源装置，用于通过接地变副边电阻将低频信号注入到发电机一次系统；
所述检测装置，包括采集单元、滤波单元、检测计算单元；
采集单元，用于采集发电机接地刀闸状态，采集刀闸接地回路电流、或者是同时采集刀闸接地回路电流和机端pt开口三角绕组电压，并传送给滤波单元；
所述滤波单元，将从采集单元接收到的电气量信号经过滤波计算处理，得到低频电流、电压的幅值；
所述检测计算单元，用于根据接地刀闸状态和低频电流、电压信号量判断接地刀闸是否有效闭合或关断，具体的，采用以下方案之一判断接地刀闸是否有效闭合：
方案1：当发电机处于停机状态，且接地刀闸处于合位时，如果检测到任一相低频电流幅值小于第一预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；
方案2：当发电机处于停机状态，且接地刀闸处于合位时，如果检测到任一相低频电流的幅值小于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；
采用以下方案之一判断接地刀闸是否有效分断：
方案3：当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测的低频电压低于设定的电压门槛，则判为接地刀闸未能有效分断；
方案4：当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测到任一相低频电流大于第二预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效分断；
方案5：当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测到任一相低频电流的幅值大于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则判定该相接地刀闸未能有效分断。
进一步的优选方案中，所述滤波单元采用硬件滤波和数字滤波结合的方法分离低频分量。
进一步的优选方案中，所述检测装置还包括报警单元：当经检测计算单元判为接地刀闸未能有效闭合或者未能有效分断后，经设定延时发出报警信号。
本发明的有益效果是：通过向发电机一次系统注入低频信号，并在刀闸接地回路和机端pt开口三角绕组分别检测该低频电流、电压信号，间接反映发电机机端接地刀闸各相状态，当分合不到位时能可靠发出告警信号，防止出现带地刀合闸等安全事故，可有效提高发电机一次系统的安全可靠性。
附图说明
图1是本发明的检测系统工作原理示意图。
图2是本发明的检测系统实施例2。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
本发明设计了一种基于信号注入的发电机接地刀闸状态检测方法及系统。以某水电站700mw发电机系统为例说明该方法的具体实施方式及系统的工作原理。
电气主接线图以及检测系统的接线如附图1所示。某700mw水力发电机中性点通过接地变接地，注入电源装置通过接地变副边电阻rn将低频信号注入到发电机一次系统。注入低频信号如虚线所示，检测系统的检测装置通过采集单元，采集刀闸位置信号、接地回路电流和机端pt开口三角绕组电压，并经过滤波单元的频率分离处理，得到低频电流、电压信号，检测计算单元得到低频电流、电压信号的幅值，经过与设定值的比较，得到接地刀闸是否分断到位的信号，经过设定延时给出报警信号，提示运行人员执行相应的检查操作。
实施例1：实施该700mw发电机接地刀闸状态检测的具体步骤如下：
s101：注入电源装置从发电机中性点接地变压器低压侧注入低频电流信号。
在发电机正常运行和停机状态下，注入电源应能正常可靠工作。
s102：检测装置接入发电机接地刀闸位置触点信号jd.status和刀闸接地回路三相电流量；
检测装置通过滤波单元处理，实时计算刀闸接地回路三相电流低频分量的幅值。
s103：当发电机处于停机状态，且接地刀闸处于合位时，如果检测到任一相低频电流幅值小于预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；如式1所示：
当式(1)满足时，判为接地刀闸未能有效闭合，某相低频电流小于设定的门槛ith1，表示该相未闭合到位。
其中，
当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测到任一相低频电流大于第二预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效分断；如式(2)
所示：
ith2为无流门槛定值。
当式(2)满足时，判为接地刀闸未能有效分断，某相低频电流大于设定的门槛ith2，表示该相未分断到位。
实施例2：实施该700mw发电机接地刀闸状态检测的具体步骤如下：
s201：注入电源装置从发电机中性点接地变压器低压侧注入低频电流信号。
在发电机正常运行和停机状态下，注入电源应能正常可靠工作。
s202：检测装置接入发电机接地刀闸位置触点信号jd.status和刀闸接地回路三相电流量；
检测装置通过滤波单元处理，实时计算刀闸接地回路三相电流低频分量的幅值。
s203：当发电机处于停机状态，且接地刀闸处于合位时，如果检测到任一相低频电流的幅值小于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；如式(4)所示：
停机状态下，接地刀闸合上，满足公式4，则表示某相未合到位；
当式(4)满足时，判为接地刀闸未能有效闭合，某相低频电流的幅值小于另外两相相间低频电流幅值与设定系数k的乘积，则表示该相接地刀闸未闭合到位。
当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测到任一相低频电流的幅值大于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则判定该相接地刀闸未能有效分断。如式(5)所示：
当式(5)满足时，判为接地刀闸未能有效分断，某相低频电流的幅值大于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则表示该相接地刀闸未分断到位；
其中：
jd.status为发电机机端接地刀闸辅助触点状态标志位，当接地刀闸分断时其值为0，当接地刀闸合上时其值为1。
采用上述方法，通过检测发电机接地刀闸接地回路低频电流，结合发电机接地刀闸触点，可实时监测发电机接地刀闸各相状态，当低频电流满足相关判据时可判定为接地刀闸分合不到位，经过设定延时发出报警信号，提醒运行人员及时进行处理。为躲过系统各种故障干扰，设定延时的定值范围为0.1s～30.0s，本实施例中延时定值设定为10.0s。
实施例3：实施该700mw发电机接地刀闸状态检测的具体步骤如下：
s301：注入电源装置从发电机中性点接地变压器低压侧注入低频电流信号。
在发电机正常运行和停机状态下，注入电源应能正常可靠工作。
s302：检测装置接入发电机接地刀闸位置触点信号jd.status、刀闸接地回路三相电流量和机端pt开口三角低频电压量。
检测装置通过滤波单元处理，实时计算刀闸接地回路三相电流、机端pt开口三角电压低频分量的幅值。
s303：当发电机处于停机状态，且接地刀闸处于合位时，如果检测到任一相低频电流幅值小于预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；如式1所示：
当式(1)满足时，判为接地刀闸未能有效闭合，某相低频电流小于设定的门槛ith1，表示该相未闭合到位。
其中，
当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测的低频电压低于设定的电压门槛，则判为接地刀闸未能有效分断；如式(3)所示：
当式(3)满足时，判为接地刀闸未能有效分断；
其中，
采用上述方法，通过检测发电机机端pt开口三角零序电压低频分量和接地回路电流低频分量，结合发电机接地刀闸触点，可实时监测发电机接地刀闸各相状态，当低频电流、电压满足相关判据时可判定为接地刀闸未有效分合，经过设定延时发出报警信号，提醒运行人员及时进行处理。
实施例4：实施该700mw发电机接地刀闸状态检测的具体步骤如下：
s401：注入电源装置从发电机中性点接地变压器低压侧注入低频电流信号。
在发电机正常运行和停机状态下，注入电源应能正常可靠工作。
s402：检测装置接入发电机接地刀闸位置触点信号jd.status和刀闸接地回路三相电流量和机端pt开口三角零序电压量。
检测装置通过滤波单元处理，实时计算刀闸接地回路三相电流、机端pt开口三角零序电压低频分量的幅值。
s403：当发电机处于停机状态，且接地刀闸处于合位时，如果检测到任一相低频电流幅值小于预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；或者是，如果检测到任一相低频电流的幅值小于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；如式(1)和(4)所示：
其中，
当式(1)或者(4)满足时，判为接地刀闸未能有效闭合，某相低频电流小于设定的门槛ith1，或者某相低频电流的幅值小于另外两相相间低频电流幅值与设定系数k的乘积，表示该相未闭合到位。
当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测到任一相低频电流大于第二预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效分断；或者是，如果检测到任一相低频电流的幅值大于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则判定该相接地刀闸未能有效分断；或者是，如果检测的低频电压低于设定的电压门槛，则判为接地刀闸未能有效分断。如式(2)、(3)和(5)所示：
其中：
当式(2)、(3)或(5)满足时，判为接地刀闸未能有效分断，其中，某相低频电流大于设定的门槛ith2，或者某相低频电流的幅值大于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，表示该相未分断到位。
采用上述方法，通过检测发电机接地刀闸接地回路低频电流和机端pt开口三角零序电压低频分量，结合发电机接地刀闸触点，可实时监测发电机接地刀闸各相状态，当低频电流、机端pt开口三角低频零序电压满足相关判据时可判定为接地刀闸分合不到位，经过设定延时发出报警信号，提醒运行人员及时进行处理。
本发明的一种基于信号注入的发电机接地刀闸状态检测系统实施例包括：注入电源装置、检测装置；
所述注入电源装置，用于通过接地变副边电阻将低频信号注入到发电机一次系统；
所述检测装置，包括采集单元、滤波单元、检测计算单元；
采集单元，用于采集发电机接地刀闸状态，采集刀闸接地回路电流、或者是同时采集刀闸接地回路电流和机端pt开口三角绕组电压，并传送给滤波单元；
所述滤波单元，将从采集单元接收到的电气量信号经过滤波计算处理，得到低频电流、电压的幅值；
所述检测计算单元，用于根据接地刀闸状态和低频电流、电压信号量判断接地刀闸是否有效闭合或关断，具体的，采用以下方案中的一种或多种判断接地刀闸是否有效闭合：
方案1：当发电机处于停机状态，且接地刀闸处于合位时，如果检测到任一相低频电流幅值小于第一预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；
方案2：当发电机处于停机状态，且接地刀闸处于合位时，如果检测到任一相低频电流的幅值小于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则判定该相接地刀闸未能有效闭合；
采用以下方案中的一种或多种判断接地刀闸是否有效分断：
方案3：当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测的低频电压低于设定的电压门槛，则判为接地刀闸未能有效分断；
方案4：当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测到任一相低频电流大于第二预设门槛值，则判定该相接地刀闸未能有效分断；
方案5：当发电机处于开机状态，且接地刀闸处于分位时，如果检测到任一相低频电流的幅值大于另外两相相间低频电流幅值与设定系数的乘积，则判定该相接地刀闸未能有效分断。
其中，所述滤波单元采用硬件滤波和数字滤波结合的方法分离低频分量。
如图2所示的另一个基于信号注入的发电机接地刀闸状态检测系统实施例在上述实施例的基础上，所述检测装置还包括报警单元：当经检测计算单元判为接地刀闸未能有效闭合或者未能有效分断后，经设定延时发出报警信号。
本发明提供的方法和系统，可解决发电机接地刀闸触点难以反映三相实际状态，无法杜绝带地刀合闸等事故的难题，提高了发电厂一次系统运行的安全可靠性。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何等同替换或改动，并不超出本发明保护范围。
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