具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

需要说明的是，除非另外定义，本说明书一个或多个实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本说明书一个或多个实施例中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

如背景技术部分所述，GCB失灵保护作用于靠近故障GCB的其他断路器尽快跳闸，在最小范围内切除故障，避免相邻变电站的远后备保护动作切除远方断路器而扩大事故范围，一旦GCB发生失灵故障，无法尽快切除故障，有可能导致事故范围扩大。

申请人在实现本公开的过程中发现，现有的断路器失灵保护采用电流判据，传统断路器失灵启动元件通常仅有三相过电流启动元件，零序电流启动元件和负序电流增量启动元件，电网线路断路器失灵保护采用负序电流及零序电流判据。由于抽水蓄能发电电动机机端与△/Y型变压器相连，零序电流无法流通，因此GCB失灵保护采用相电流和负序电流作为判据。电流判据为过量判据，当GCB失灵保护启动时，如果相电流和/或负序电流超过整定值时，判定发生GCB失灵故障，反之认为GCB正常动作。然而，当GCB发生单相拒动时，由于主变三角绕组等值零序阻抗为无穷大，此时相电流、负序电流均为零，保护无法正确动作；发生定子单相接地故障或负序过负荷故障启动断路器失灵保护时，若此时断路器发生三相拒动故障，相电流和负序电流可能未达到失灵保护整定值，不能判定发生GCB失灵故障。由此可见，现有的相电流和零序电流判据，无法正确反映GCB拒动情况，不能满足抽水蓄能发电电动机机组的运行要求。

有鉴于此，本说明书提供的抽水蓄能发电电动机的断路器失灵故障检测方法，利用合理有效的判据能够正确反映GCB拒动情况，识别不同情况下的GCB失灵故障，在此基础上，采用有效的GCB失灵保护动作，及时切除故障，能够满足抽水蓄能发电电动机机组的运行要求。

以下，通过具体的实施例进一步详细说明本公开的技术方案。

如图1所示，本说明书一个或多个实施例提供一种抽水蓄能发电电动机的断路器失灵故障检测方法，包括：

S101：断路器失灵保护启动时，通过记忆电流判据，检测系统处于带负载状态或者轻载状态；其中，记忆电流为抽水蓄能发电电动机发生故障之前的电流；

本实施例中，当抽水蓄能发电电动机发生故障或者系统在异常工况下，相应保护动作出口跳开三相GCB，同时启动GCB失灵保护。在断路器失灵保护启动时，先通过记忆电流判据检测系统处于带负载状态还是轻载状态，若记忆电流较大，判断GCB切除之前系统处于带负载状态，若记忆电流较小，判断GCB切除之前系统处于轻载状态。

一些方式中，抽水蓄能发电电动机发生故障或系统处于异常工况时，执行保护出口的动作，GCB跳开，将抽水蓄能发电电动机与系统隔离，同时启动GCB失灵保护。保护出口方式中包括跳开GCB并启动GCB失灵保护主要涉及的保护类型包括：差动保护、裂相横差保护、发电机匝间保护(横差)、发电机相间后备保护、定子接地保护、负序过负荷保护等。

S102：带负载状态下，根据相电流判据、负序电流判据和基波电压相量差判据，检测是否发生GCB失灵故障以及判定故障相；

本实施例中，通过记忆电流判据判断系统处于带负载状态时，以相电流判据、负序电流判据和基波电压相量差判据为依据，判断是否发生GCB失灵故障。即，在相电流判据和负序电流判据的基础上增加基波电压相量差判据，综合判定带负载状态下是否发生GCB失灵故障。一些方式中，系统的带负载状态是指系统运行于满载、过载状态等非空载、轻载状态。

采用基波电压相量差判据的依据是，考虑到对于GCB的正确动作相，其两侧的基波电压相量不同而存在基波电压相量差；对于GCB的拒动相，其两侧的基波电压相量近似相同(理论上相同)，基波电压相量差接近零(理论上为零，实际上因存在断路器电阻、TV特性不一致等因素影响而不为零)，因而，通过基波电压相量差判据，可以正确判断GCB是否发生失灵故障，并判定基波电压相量差为零的相为故障相。

S103：轻载状态下，根据相电流判据、负序电流判据和三次谐波电压相量差判据，检测是否发生GCB失灵故障。

本实施例中，通过记忆电流判据判断系统出处于轻载状态下，以相电流判据、负序电流判据和三次谐波电压相量差判据为依据，判断是否发生GCB失灵故障。一些方式中，轻载状态可包括轻载及空载状态。

考虑到在轻载状态下，基波电压相量差判据可能产生误动，而不适用于轻载状态。通过GCB两侧的三次谐波电压相量差是否为接近零的较小值，判断是否发生GCB失灵故障。GCB正常动作时，GCB的三相的三次谐波电压相量差较大，发生GCB失灵故障时，三相的三次谐波电压相量差接近零。

本实施例提供的抽水蓄能发电电动机的断路器失灵故障检测方法，断路器失灵保护启动时，首先通过记忆电流判据判断系统处于带负载状态还是轻载状态，如果处于带负载状态，在相电流判据、负序电流判据的基础上，结合基波电压相量差判据，检测是否发生GCB失灵故障，如果处于轻载状态，在相电流判据、负序电流判据的基础上，结合三次谐波电压相量差判据，检测是否发生GCB失灵故障。本实施例的方法能够利用合理有效的判据，检测不同情况下是否发生GCB失灵故障，通过电压相量差判据，能够正确反映不同类型的GCB拒动情况。

一些实施例中，通过记忆电流判据，检测系统处于带负载状态或者轻载状态，包括：

将记忆电流与记忆电流判据整定值进行比较；

若记忆电流大于记忆电流判据整定值，判断系统处于带负载状态，否则系统处于轻载状态。

一些方式中，记忆电流判据可表示为：

其中，为记忆电流，I_memory·set为记忆电流判据整定值，可根据实际运行的负荷电流大小进行整定。

一些实施例中，在带负载状态下，根据相电流判据、负序电流判据和基波电压相量差判据，检测是否发生GCB失灵故障以及判定故障相，包括：

将GCB的任意一相两侧的基波电压相量差与基波电压相量差判据整定值进行比较；

若任意一相的基波电压相量差小于基波电压相量差判据整定值，判断发生GCB失灵故障，判定该相为故障相。

一些方式中，带负载状态下，存在一定的负荷电流，当发生GCB失灵故障时，能够通过GCB两侧的基波电压相量差有效反映GCB失灵情况。在GCB的三相中，正确动作相的两侧的基波电压相量不同而存在基波电压相量差，且差值较大，而拒动相(故障相)的两侧的基波电压相量差为接近0的较小值。基于此，构造基于断路器任意相两侧的基波电压相量差的基波电压相量差判据，表示为：

其中，为基波电压相量差的幅值，即，表示GCB的A相、B相、C相中任意一相两侧的基波电压相量差。ΔU_set为基波电压相量差判据整定值，可根据现场运行经验躲过不平衡电压差整定，整定值应高于不平衡电压差。

基波电压相量差判据为欠量判据，当GCB失灵保护启动后，若GCB任意一相的两侧的基波电压相量差小于基波电压相量差判据整定值，可判断该相发生GCB失灵故障，该相为故障相。利用基波电压相量差判据能够有效识别GCB可能发生的各种失灵故障情况，且准确判定失灵故障相。

一些实施例中，轻载状态下，根据相电流判据、负序电流判据和三次谐波电压相量差判据，检测是否发生GCB失灵故障，包括：

将GCB的任意一相两侧的三次谐波电压相量差与三次谐波电压相量差判据整定值进行比较；

若任意一相的三次谐波电压相量差小于三次谐波电压相量差判据整定值，判断发生GCB失灵故障。

本实施例中，在轻载状态下，在相电流判据和负序电流判据的基础上，增加三次谐波电压相量差判据，检测是否发生GCB失灵故障。

由于发电机转子绕组结构特点，总存在一定的三次谐波磁势和磁密，即使在轻载状态下，发电机相电压中也存在三次谐波分量，而由于三次谐波电压呈零序性质，系统侧电压不存在三次谐波分量。需要注意的是，不同于基波电压，由于发电机出口侧变压器为Δ/Y型，只要GCB的任意一相拒动，各相两侧均会存在三次谐波电压。

抽水蓄能发电电动机发生内部故障需要跳开GCB时，当GCB正常动作时，由于发电电动机侧存在三次谐波电压，而负荷侧不含三次谐波电压，此时，GCB两侧存在三次谐波电压相量差。据此，若GCB的任意一相拒动，GCB两侧的三次谐波电压相量差为接近0的较小值。基于此，构建轻载状态下的三次谐波电压相量差判据，表示为：

其中，为三次谐波电压相量差的幅值，其中即，表示GCB的A相、B相、C相中任意一相两侧的三次谐波电压相量差。ΔU_set.3为三次谐波电压相量差判据整定值，可根据现场运行经验躲过不平衡电压差整定，整定值应高于不平衡电压差。当GCB失灵保护启动后，若GCB两侧的三次谐波电压相量差小于三次谐波电压相量差判据整定值，可判断发生GCB失灵故障。

一些实施方式中，相电流判据可表示为：

其中，为相电流相量的有效值，I_ph·set为相电流判据整定值。

负序电流判据可表示为：

其中，为负序电流相量的有效值；I_2·set为负序电流判据整定值。

电流判据为过量判据。当GCB三相正常动作跳开时，相电流相量的有效值和负序电流相量的有效值均为零，电流判据保护不会动作。当GCB的任意两相拒动时，电流判据保护动作，判断发生GCB失灵故障。但是，当GCB发生单相拒动或三相拒动时，负序电流判据和相电流判据均不能正确反映GCB的实际拒动情况，需要按照带负载状态或轻载状态，结合基波电压相量差判据或三次谐波相量差进行进一步检测。

结合图2、3所示，一些实施例中，在检测发生GCB失灵故障之后，进一步执行相应的保护动作。抽水蓄能发电电动机的断路器失灵故障检测方法还包括：

带负载状态下，检测发生GCB失灵故障时，执行带负载保护动作；带负载保护动作包括：

延时第一时间后，GCB失灵保护动作，重新跳开GCB；

延时第二时间后，GCB失灵保护动作，跳开GIS开关、灭磁开关，抽水蓄能发电电动机停机，跳开厂变低压侧开关，闭锁电气制动。

本实施例中，在带负载状态下判断发生GCB失灵故障时，根据抽水蓄能发电电动机变压器组继电保护配置导则可知，需要通过故障GCB附近的其他断路器尽快跳闸，在最小范围内切除故障，避免相邻变电站的远后备保护动作切除远方断路器而扩大事故范围。

抽水蓄能发电电动机的断路器失灵故障检测方法还包括：

轻载状态下，检测发生GCB失灵故障时，输出告警信号。

本实施例中，在轻载状态下发生GCB失灵故障时，由于轻载或空载运行工况下，GCB失灵故障对发电机和系统的安全运行影响较小，可通过告警信号进行故障提醒。

一些实施方式中，为验证本说明书的方法有效性，在PSCAD/EMTDC软件平台中根据某大型抽蓄发电电动机组搭建发电机-变压器-负荷仿真模型。该大型抽蓄发电电动机采用8分支绕组结构，各绕组采用分布式等值电路，每个分支绕组存在8个极相组，每个极相组存在4匝线圈。发电机额定电压为22kV，定子绕组电阻/相：1.5mΩ，定子绕组电感/相：0.414mH，定子绕组电容/相：4.19uF。发电机极对数为32，总槽数为764，对应的槽距电角度为15°。基波电压相量差判据整定值设定为30V，三次谐波电压相量差判据整定值设定为5V。

基于PSCAD/EMTDC软件，建立发电机准分布参数模型进行仿真验证。假定发电机发生定子单相金属性接地故障启动GCB失灵保护，设置A相为故障相。在GCB正常动作、单相拒动、两相拒动和三相拒动情况下，计算各相两侧的基波电压相量差。在GCB正常动作和三相拒动情况下，计算GCB各相的三次谐波电压相量差。

如图4-图7所示，分别为系统带负载状态下，GCB正常动作时，各相两侧的基波电压相量差，GCB发生单相拒动、两相拒动、三相拒动故障时，各相两侧的基波电压相量差。图8所示为系统轻载状态下，GCB正常动作时，GCB两侧的基波电压相量差。图9所示为系统轻载状态下，GCB正常动作时，各相两侧的三次谐波电压相量差。

根据图4-图9的仿真结果，系统带负载状态下，基波电压相量差判据能够正确反映GCB失灵故障，并且能够判定出故障相别；系统轻载状态下，基波电压相量差判据会发生误动，因此轻载情况下需要将其闭锁，使用三次谐波电压相量差判据能够有效反映GCB失灵故障。由此可见，基于电压量的GCB失灵故障判据(基波电压相量差判据与三次谐波电压相量差判据)能够有效反映GCB失灵故障，同时提供故障相，满足抽水蓄能发电电动机组的运行要求，还可为大型抽水蓄能发电电动机的GCB失灵保护判据配置方法提供参考，为抽水蓄能发电电动机组的GCB失灵保护改进方法提供有效参考，并为其他发电机GCB失灵保护改进方法提供技术参考。

需要说明的是，本说明书一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本说明书一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。

需要说明的是，上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

如图10所示，本说明书实施例还提供一种抽水蓄能发电电动机的断路器失灵故障检测装置，包括：

状态判断模块，用于在断路器失灵保护启动时，通过记忆电流判据，检测系统处于带负载状态或者轻载状态；其中，记忆电流为抽水蓄能发电电动机发生故障之前的电流；

带负载检测模块，用于在带负载状态下，根据相电流判据、负序电流判据和基波电压相量差判据，检测是否发生断路器失灵故障以及判定故障相；

轻载检测模块，用于在轻载状态下，根据相电流判据、负序电流判据和三次谐波电压相量差判据，检测是否发生断路器失灵故障；

为了描述的方便，描述以上装置时以功能分为各种模块分别描述。当然，在实施本说明书一个或多个实施例时可以把各模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

上述实施例的装置用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

图11示出了本实施例所提供的一种更为具体的电子设备硬件结构示意图，该设备可以包括：处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040和总线1050。其中处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040通过总线1050实现彼此之间在设备内部的通信连接。

处理器1010可以采用通用的CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、微处理器、应用专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、或者一个或多个集成电路等方式实现，用于执行相关程序，以实现本说明书实施例所提供的技术方案。

存储器1020可以采用ROM(Read Only Memory，只读存储器)、RAM(Random AccessMemory，随机存取存储器)、静态存储设备，动态存储设备等形式实现。存储器1020可以存储操作系统和其他应用程序，在通过软件或者固件来实现本说明书实施例所提供的技术方案时，相关的程序代码保存在存储器1020中，并由处理器1010来调用执行。

输入/输出接口1030用于连接输入/输出模块，以实现信息输入及输出。输入输出/模块可以作为组件配置在设备中(图中未示出)，也可以外接于设备以提供相应功能。其中输入设备可以包括键盘、鼠标、触摸屏、麦克风、各类传感器等，输出设备可以包括显示器、扬声器、振动器、指示灯等。

通信接口1040用于连接通信模块(图中未示出)，以实现本设备与其他设备的通信交互。其中通信模块可以通过有线方式(例如USB、网线等)实现通信，也可以通过无线方式(例如移动网络、WIFI、蓝牙等)实现通信。

总线1050包括一通路，在设备的各个组件(例如处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030和通信接口1040)之间传输信息。

需要说明的是，尽管上述设备仅示出了处理器1010、存储器1020、输入/输出接口1030、通信接口1040以及总线1050，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。

上述实施例的电子设备用于实现前述实施例中相应的方法，并且具有相应的方法实施例的有益效果，在此不再赘述。

本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本公开的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本说明书一个或多个实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。

另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本说明书一个或多个实施例难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本说明书一个或多个实施例难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本说明书一个或多个实施例的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本公开的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本说明书一个或多个实施例。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。

尽管已经结合了本公开的具体实施例对本公开进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。

本说明书一个或多个实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本说明书一个或多个实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。