通過線性相關方向檢測靈敏中壓接地故障的製作方法

2023-10-08 02:09:19

通過線性相關方向檢測靈敏中壓接地故障的製作方法
【專利摘要】根據發明，用於方向檢測多相電力系統中的接地故障的方法和裝置是基於相電流（IA，IB，IC）的變化與由故障造成的零序電流（I0）的變化之間的線性相關係數（rA，rB，rC）的離差。使用該相關係數（r）的平均值（μ）和標準偏差（σ）能夠根據相電流（IA，IB，IC）的傳感器（12A，12B，12C）的測量而不使用電壓測量來確定故障（10）是位於線路側還是負載側。
【專利說明】通過線性相關方向檢測靈敏中壓接地故障
【技術領域】
[0001]本發明涉及電力配電系統尤其是中壓系統中的故障檢測。具體地，本發明提出一種用於檢測中壓電導體與地之間的阻性故障(resistive fault)、例如由所述導體的斷路引起的故障的原理，並且也提出適當的裝置。僅起源於表示電力系統的每一相的電流的信號的處理的參數不使用表示各相之間的電壓的值或者表示線與中線點間(I ine-to-neutral)電壓的值就能夠方向定位。
[0002]本發明也涉及故障指示裝置和解扣繼電器(trip relay)，其包括與電力系統的每一相關聯的電流傳感器，並且例如通過指示燈或者電力系統的電流中斷裝置的解扣向上述檢測裝置提供信號使能指示。
【背景技術】
[0003]接地故障檢測裝置具體地用於中壓三相配電系統中。如圖1中所示,配電系統I可以分為幾個層次，包括用於輸送和分配極高壓和高壓VHV/HV (從35到大於200kV)的第一輸電線路2，用於跨越長距離輸送或分配來自發電站的電力。三相變壓器3向中壓MV配電系統4配送通常在I和35kV之間的電力(在法國，更精確地是IlkV線與中線點間電壓)，用於以更小規模輸送到工業型的客戶或者將中壓變換為低壓LV (在法國具體為0.4kV)的變電站。
[0004]因此幹線提供由高架線和/或地下電纜組成的支線5、5』，一些支線5可以包括在輸入級(incomer level)進行保護的斷路器或其它開關裝置6。不管什麼解決方案，電力系統4遭受到各種故障，為了緩解所生成的問題:電源中斷、絕緣設備的電阻減小、更別提人員的安全性，檢測和定位故障是很重要的。在這些故障中，最頻繁的故障是位於源變電站外部的單相故障7 (其中一相與地接觸)或者尤其是在嚴酷的天氣條件情況下高架電纜的斷路。
[0005]這些故障7，與關注多相的多相故障相同，是短路型的並且導致能夠達到數千或上萬安培的高電流，然而導體和/或設備通常被設計成在額定工作條件下耐受幾百安培。
[0006]支線5』或者部分線路5隨後可以包括接地故障檢測裝置8。該裝置8可以用作故障通路指示器，例如點亮指示燈；而且裝置81可以與保護繼電器9相關聯或者集成在保護繼電器9中，該保護繼電器9被設計成命令斷路器6的觸點打開。
[0007]用於檢測這類故障7的一種選擇方式是測量流動的電流或者與其相關的參數。然而，如果需要表示針對故障檢測設備的相對方向(線路側或負載側)，則通過對三相電壓進行測量來完成這些測量。但是電力系統4的MV電壓針對測量點和電力設備的絕緣的問題會產生複雜性。這類方向檢測難以實施。
[0008]在文獻FR2936319中，多相電力系統中的接地故障的方向檢測是基於相電流與零序電流之間的無符號的線性相關係數的離差(dispersion)。根據檢測器81、8i+1的相電流傳感器的測量，而不使用電壓測量，使用該相關係數的平均值和標準偏差使得能夠確定故障是在線路側還是負載側。[0009]然而這種解決方案不適用於高負載電流的情況，尤其是當故障電流相對於負載電流的比率小於10%時。具體地，當故障非常有阻性時(由於故障的屬性，或者例如當土壤非常有阻性時)或者當電容性電流較弱時，通常對於高架線路相對於地下電纜的大比例的配電系統，所給出的方向可能是錯誤的。同樣地，變壓器3的次級的接地可能本身是自然的以至於限制了接地故障的幅度，上述技術是不夠的。在MV配電系統中，我們隨後提及當故障電流水平較弱時(因此難以檢測)的阻性的接地(或靈敏接地)故障，或者因為故障電阻較高或者因為源站變壓器級別的中線的接地限制該故障電流(例如補償線圈或絕緣中線的情況)，或者因為土壤自身阻性的屬性。
[0010]對於這些非常有阻性的故障必須進行出色的電流測量(靈敏接地故障檢測)，並且因此實現經由電壓的檢測。例如，文獻EP1603211涉及在線路末端配備的通信設備。通過簡單檢測線路電壓儲運損耗(outage)來執行檢測導體的斷路。更多理論研究表明對MV電力系統4使用反相電壓和/或零序電壓是可能的。然而，仍然沒有解決測量先前提到的中壓相導體上的電壓時固有的問題。
[0011]考慮那些複雜實現的測量的使用，已經僅將尤其是在導體斷路的情況下檢測和定位中壓電力系統中的這類阻性故障發展到非常小的程度。
[0012]在文獻EP2533060 (在本申請的 優先權日:之後公開)中提出了一種替代方式，其中通過與低壓電力系統中的電壓相關的信息來檢測和定位中壓電力系統上的阻性接地故障和/或斷路的導體。然而這樣會強迫訪問LV電力系統，這在當涉及中間或分支MV/MV變電站(沒有MV/LV變壓器)時會有問題。

【發明內容】

[0013]在其它優點中，本發明的一方面緩解了現有阻性接地故障方向檢測裝置和方法的不足。具體地，所實現的方向性原理是基於表示零序電流的信號的變化與表示相電流的信號的變化之間的相關係數的分析，而不使用電力系統的不同電壓，同時使得能夠管理靈敏接地故障的檢測和定位。
[0014]根據其特徵之一，本發明涉及一種用於方向檢測多相電力系統(優選地為三相電力系統)中的接地故障的裝置，其中，在至少等於電力系統的周期的預定存儲時間段上存儲表示零序電流和被監控線路部分中流動的每一相的信號。存儲優選地以滑動方式、即在固定的存儲時間段上進行，最後測量的值逐步地代替相應的第一值，從而所存儲值代表與測量時間儘可能近的負載電流。有利地，表示相電流的信號尤其被模擬地濾波，和/或優選地以使得能夠在預定時間上獲得至少大約三十個點的頻率被取樣，例如至少對於50Hz電力系統和一周期大約1.5kHzο
[0015]方向檢測方法包括第一階段，通過將表示在被監控線路部分中流動的零序電流的信號與檢測閾值相比來檢測故障。表示零序電流的信號可以直接地獲得或者通過根據表示所述部分的每一相導體的電流的信號進行計算來獲得。
[0016]如果第一階段在所述部分檢測接地故障的存在，則停止值的存儲，從而所存儲值代表故障時的負載電流，而不受後者減小。而且人，根據本發明優選實施例的方法的第二階段被觸發。第二階段基於表示所述部分的每一相的電流和相同部分的故障電流的信號的處理，這些信號是在充分的預定時間段上獲得的，例如電力系統的整數周期，小於或等於所存儲值的存儲時間。利用相同濾波和取樣，以用於存儲的相同方式獲得表示相電流和零序電流的信號。
[0017]在獲取表示不同電流的信號之後，方法的第二階段繼續處理所述信號以便能夠解釋第一階段中檢測到的故障是位於相電流測量點的線路側還是負載側。根據本發明的信號處理包括計算表示零序電流和每一相電流的信號的變化，計算表示部分的零序電流的變化的信號與表示相電流的信號的每一變化之間的標準化線性相關係數。優選地使用Bravais-Pearson公式和/或帶符號的係數。所述係數的離差隨後被分析，尤其通過計算它們的平均值和它們的標準偏差。
[0018]優選地，係數的離差通過比較關係的公式表達來實現。具體地，如果標準偏差與平均值的絕對值之間的差乘以二的平方根的三分之二為正，則故障在檢測的負載側。可
以使用基於不等式3.σ>2.ν?.|#|的任何其它比較。根據其它選擇，針對兩條等式射線
【權利要求】
1.一種用於方向檢測多相電力系統中的接地故障(7)的裝置(10)，包括: 第一部件(14),用於接收表不每一相的電流(IA, Ib, Ic)的信號； 第二部件(14』)，用於接收表示該組相的零序電流(Itl)的信號； 表示電流的信號的處理部件(30)，包括用於計算標準化相關係數(rA，rB, rc)的部件(34)以及用於計算所計算的相關係數之間的平均值(μ )和標準偏差(σ )的部件(36)； 用於根據電力系統(I)中的接地故障的發生的檢測信號(D)來致動所述處理部件(30)的部件； 用於解釋信號的處理的結果的部件，其包括用於比較所述平均值(μ )和所述標準偏差(O )以便確定故障是位於所述裝置(10)的線路側還是負載側的部件； 其特徵在於，所述裝置(10)進一步包括存儲部件(20)，用於在接地故障(7)的發生的檢測信號(D)之前的存儲時間段期間存儲表示零序電流和每一相的電流(Iclmem, Ia mem, Ib mem,Icjem)的信號的值，且信號的處理部件(30)包括用於確定表示零序電流和每一相的電流的信號在預定時間上針對所存儲值(Iclmem, Ia—mem，Ibjw I。—mem)的變化(Δ 10, Δ ΙΑ, Δ Ib, Δ Ic),該預定時間短於或等於存儲時間，用於計算標準化相關係數的部件(34)被設計成計算表示零序電流的信號的變化(Δ 10)與表示相電流的每個信號的變化(Δ ΙΑ, Δ ΙΒ, Δ I。)之間的相關係數(rA，rB, rc)0
2.如權利要求1所述的方向檢測裝置(10)，其中，存儲時間對應於電力系統(I)的整數周期，並且預定時間等於存儲時間(Ta。,)。
3.如權利要求1或2之一所述的檢測裝置，其中，存儲部件(20)被設計成存儲在滑動時間段上的值，並且包括按照電力系統(I)中的接地故障的發生的檢測信號(D)的去致動部件。
4.如權利要求1到3之一所述的方向檢測裝置(10)，其中，第二部件(14』)包括用於對表不每一相電流(IA, Ib, Ic)的信號求和以便提供表不零序電流(Ici)的信號的部件。
5.如權利要求1到4之一所述的方向檢測裝置(10)，進一步包括用於檢測電力系統中的接地故障的發生的檢測部件(18)，其連接到信號的處理部件(30)的致動部件和存儲部件(20)，包括用於比較表示零序電流(Itl)的信號和檢測閾值(Stl)的比較器。
6.如權利要求1到5之一所述的方向檢測裝置(10)，其中，用於接收表示每一相電流(IA，IB，Ic)的信號的第一部件(14)包括被設計成在預定時間和存儲時間(Tawi)期間提供足夠數量的值的取樣部件(18)。
7.一種接地故障通路指示器，包括:電流傳感器(12A，12B，12。)，其被安排在要監控的電力系統(I)的每個相導體(5A，5B，5。)上；和按照權利要求1到6之一的方向故障檢測裝置(10)，其連接到所述電流傳感器(124，12。12。)，用以接收表示相電流(14，IB, Ic)的信號。
8.一種接地保護繼電器(9)，其包括至少一個按照權利要求7的故障指示器和用於根據指示器的方向檢測裝置(10)的解釋部件(40)的結果而致動開關裝置(6)的部件。
9.一種方向檢測(D，L)多相電力系統(I)中的接地故障(7)的方法，其中，表示零序電流(Iclmem)和每一相電流(IA—MEM，Ibjem, Ic mem)的信號在電力系統的至少一個周期的時間段(Ta。,)上被存儲，在獲得表示所述接地故障(10)的存在的信號(D)之後，包括觸發故障(10)的方向確定(U，所述方向確定包括下列連續步驟: 在短於或等於存儲時間的預定時間段(Tawi)上獲得表示每一相電流(IA，Ib, I。)的信號; 在相同預定時間段(Ta。,)上獲得表示在電力系統中流動的零序電流(Itl)的信號； 處理表示相電流和接地故障電流(Itl, IA, Ib, Ic)的信號； 解釋信號的處理的結果，以便表明檢測到的故障(D)是位於獲得表示相電流(IA，IB，Ic)的信號的地方的負載側還是線路側； 其特徵在於，所述信號的處理步驟包括: 在預定時間(D上針對所存儲值 (Iclmem, Ia mem, Ibjsev Ic_mem)計算零序電流(Ici)和每一相電流(IA，IB，Ic)的變化； 計算在預定時間(Ta。,)上的零序電流的信號的變化(AU與每一相電流的信號的變化(Δ ΙΑ, Δ ΙΒ, Δ Ic)之間的標準化相關係數(rA，rB, rc)； 計算所述相關係數(rA，rB, rc)的算術平均值(μ )和標準偏差(σ ); 所述解釋使用所述平均值(μ )和所述標準偏差(σ )通過比較來執行。
10.如權利要求9所述的方向檢測的方法，其中，只要未獲得故障存在指示器信號(D)，就以滑動方式獲得代表值(Iclmem, Ia—mem，Ibjsev Ic_mem>的存儲。
11.如權利要求9或10所述的方向檢測的方法，其中，表明接地故障(7 )的存在的信號(D)通過接收表示在電力系統(I)中流動的零序電流(Itl)的信號和零序電流信號(Itl)與故障檢測閾值(Stl)的比較的結果來獲得。
12.如權利要求9到11之一所述的方向檢測的方法，其中，獲得表示在電力系統(I)中流動的零序電流(Itl)的信號包括根據表示每一相電流(IA，IB，Ic)的信號來計算所述電流。
13.如權利要求9到12之一所述的方向檢測的方法，其中，解釋步驟包括將零與標準偏差(σ )的三倍的平方和平均值(μ )的平方的八倍之間的差相比。
14.如權利要求9到12之一所述的方向檢測的方法，其中，解釋步驟包括利用公式
2λ/?7 = —的兩條半直線圖形比較平均值(μ )和標準偏差(σ )。
15.如權利要求9到14之一所述的方向檢測的方法，其中，提供表示相電流(ΙΑ，ΙΒ，I。)的信號的步驟包括以大於1.5kHz的頻率取樣電流。
16.如權利要求9到15之一所述的方向檢測的方法,其中，根據Bravais-Pearson公式執行標準化相關係數(rA，rB, rc)的計算。
17.一種當接地故障(7)發生時的電流線路(5)的保護方法，包括:如果接地故障(7)已被按照權利要求9到15之一的方法檢測到在開關裝置(6)的負載側，則致動所述線路(5)的所述開關裝置(6)。
【文檔編號】G01R31/02GK103576045SQ201310305593
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2013年7月19日 優先權日:2012年7月20日
【發明者】G.維恩奧, N.鮑梅斯, T.內維尤 申請人:施耐德電器工業公司