Frequency Characteristics Based Location of Single-phase-to-ground Fault Area on Rotor Side of Variable-speed Pumped Storage Unit

XING Kai; GUI Lin; ZHANG Qixue; WANG Kai; CHEN Longxiang

doi:10.7500/AEPS20241028004

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Frequency Characteristics Based Location of Single-phase-to-ground Fault Area on Rotor Side of Variable-speed Pumped Storage Unit

Application Research | 更新时间：2025-07-14

- Frequency Characteristics Based Location of Single-phase-to-ground Fault Area on Rotor Side of Variable-speed Pumped Storage Unit
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 13, Pages: 187-194(2025)
- 作者机构：
  
  1.新型电力系统运行与控制全国重点实验室（清华大学），北京市 100084
  2.南京南瑞继保电气有限公司，江苏省南京市 211102
  3.国家电网有限公司，北京市 100031
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  State Grid Corporation of China(4000-202343386A-2-3-XG)
- DOI：10.7500/AEPS20241028004
  CLC：
- Received：28 October 2024，
  
  Revised：2025-03-03，
  
  Published Online：09 April 2025，
  
  Published：10 July 2025
- 稿件说明：
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邢恺,桂林,张琦雪等.基于频率特征的变速抽蓄机组转子侧单相接地故障区域定位[J].电力系统自动化,2025,49(13):187-194.

XING Kai,GUI Lin,ZHANG Qixue,et al.Frequency Characteristics Based Location of Single-phase-to-ground Fault Area on Rotor Side of Variable-speed Pumped Storage Unit[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(13):187-194.
邢恺,桂林,张琦雪等.基于频率特征的变速抽蓄机组转子侧单相接地故障区域定位[J].电力系统自动化,2025,49(13):187-194. DOI： 10.7500/AEPS20241028004.

XING Kai,GUI Lin,ZHANG Qixue,et al.Frequency Characteristics Based Location of Single-phase-to-ground Fault Area on Rotor Side of Variable-speed Pumped Storage Unit[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(13):187-194. DOI： 10.7500/AEPS20241028004.

摘要

抽水蓄能电站因其技术成熟、容量大、经济性高，已成为新型电力系统的重要调节手段。双馈变速抽蓄机组因其高效的运行性能和快速调节能力备受关注。相较于常规同步发电机，双馈变速抽蓄机组的转子绕组和励磁系统更复杂，长期运行更易出现单相接地故障。现有的接地故障保护方案主要针对常规定速机组，难以有效覆盖双馈变速抽蓄机组的转子绕组和励磁系统。为解决这一问题，首先，对故障区域进行划分，并进一步分析了不同区域的单相接地故障特征。然后，通过建模仿真验证了各区域的故障特征分析，并提出了基于中性点电压特征频率分量判据与接地过渡电阻判据的故障区域定位方法，为双馈变速抽蓄机组提供了一种有效的转子接地故障保护方案。

Abstract

Pumped storage power plant has emerged as a critical regulatory means for new power systems due to their mature technology

large capacity

and high economic efficiency. Doubly-fed variable-speed pumped storage units have garnered significant attention owing to their superior operation performance and rapid regulation capabilities. Compared with conventional synchronous generators

doubly-fed variable-speed pumped storage units have more complex rotor windings and excitation systems

making them prone to single-phase-to-ground faults during long-term operation. Existing grounding fault protection schemes

primarily designed for conventional fixed-speed units

fail to adequately address the rotor windings and excitation systems of doubly-fed variable-speed pumped storage units. To solve this issue

a fault area segmentation approach is first implemented

followed by an analysis of single-phase-to-ground fault characteristics across various areas. Then

the fault characteristics analysis of each area is verified through modeling and simulation

and a fault area location method based on the neutral point voltage characteristic frequency component criterion and the grounding transition resistance criterion is proposed

providing an effective rotor grounding fault protection scheme for doubly-fed variable-speed pumped storage units.

关键词

Keywords

references

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