通過線性相關(guān)方向檢測靈敏中壓接地故障的制作方法
【專利摘要】根據(jù)發(fā)明，用于方向檢測多相電力系統(tǒng)中的接地故障的方法和裝置是基于相電流（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(guān)系數(shù)（rA，rB，rC）的離差。使用該相關(guān)系數(shù)（r）的平均值（μ）和標(biāo)準(zhǔn)偏差（σ）能夠根據(jù)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）是位于線路側(cè)還是負(fù)載側(cè)。
【專利說明】通過線性相關(guān)方向檢測靈敏中壓接地故障
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力配電系統(tǒng)尤其是中壓系統(tǒng)中的故障檢測。具體地，本發(fā)明提出一種用于檢測中壓電導(dǎo)體與地之間的阻性故障(resistive fault)、例如由所述導(dǎo)體的斷路引起的故障的原理，并且也提出適當(dāng)?shù)难b置。僅起源于表示電力系統(tǒng)的每一相的電流的信號的處理的參數(shù)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(fā)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(tǒng)的每一相關(guān)聯(lián)的電流傳感器，并且例如通過指示燈或者電力系統(tǒng)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(shù)】
[0003]接地故障檢測裝置具體地用于中壓三相配電系統(tǒng)中。如圖1中所示,配電系統(tǒng)I可以分為幾個層次，包括用于輸送和分配極高壓和高壓VHV/HV (從35到大于200kV)的第一輸電線路2，用于跨越長距離輸送或分配來自發(fā)電站的電力。三相變壓器3向中壓MV配電系統(tǒng)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)，用于以更小規(guī)模輸送到工業(yè)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]因此干線提供由高架線和/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(jìn)行保護(hù)的斷路器或其它開關(guān)裝置6。不管什么解決方案，電力系統(tǒng)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(shè)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，最頻繁的故障是位于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(yán)酷的天氣條件情況下高架電纜的斷路。
[0005]這些故障7，與關(guān)注多相的多相故障相同，是短路型的并且導(dǎo)致能夠達(dá)到數(shù)千或上萬安培的高電流，然而導(dǎo)體和/或設(shè)備通常被設(shè)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隨后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(hù)繼電器9相關(guān)聯(lián)或者集成在保護(hù)繼電器9中，該保護(hù)繼電器9被設(shè)計成命令斷路器6的觸點打開。
[0007]用于檢測這類故障7的一種選擇方式是測量流動的電流或者與其相關(guān)的參數(shù)。然而，如果需要表示針對故障檢測設(shè)備的相對方向(線路側(cè)或負(fù)載側(cè))，則通過對三相電壓進(jìn)行測量來完成這些測量。但是電力系統(tǒng)4的MV電壓針對測量點和電力設(shè)備的絕緣的問題會產(chǎn)生復(fù)雜性。這類方向檢測難以實施。
[0008]在文獻(xiàn)FR2936319中，多相電力系統(tǒng)中的接地故障的方向檢測是基于相電流與零序電流之間的無符號的線性相關(guān)系數(shù)的離差(dispersion)。根據(jù)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(guān)系數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差使得能夠確定故障是在線路側(cè)還是負(fù)載側(cè)。[0009]然而這種解決方案不適用于高負(fù)載電流的情況，尤其是當(dāng)故障電流相對于負(fù)載電流的比率小于10%時。具體地，當(dāng)故障非常有阻性時(由于故障的屬性，或者例如當(dāng)土壤非常有阻性時)或者當(dāng)電容性電流較弱時，通常對于高架線路相對于地下電纜的大比例的配電系統(tǒng)，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于限制了接地故障的幅度，上述技術(shù)是不夠的。在MV配電系統(tǒng)中，我們隨后提及當(dāng)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(bǔ)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]對于這些非常有阻性的故障必須進(jìn)行出色的電流測量(靈敏接地故障檢測)，并且因此實現(xiàn)經(jīng)由電壓的檢測。例如，文獻(xiàn)EP1603211涉及在線路末端配備的通信設(shè)備。通過簡單檢測線路電壓儲運損耗(outage)來執(zhí)行檢測導(dǎo)體的斷路。更多理論研究表明對MV電力系統(tǒng)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(dǎo)體上的電壓時固有的問題。
[0011]考慮那些復(fù)雜實現(xiàn)的測量的使用，已經(jīng)僅將尤其是在導(dǎo)體斷路的情況下檢測和定位中壓電力系統(tǒng)中的這類阻性故障發(fā)展到非常小的程度。
[0012]在文獻(xiàn)EP2533060 (在本申請的 優(yōu)先權(quán)日:之后公開)中提出了一種替代方式，其中通過與低壓電力系統(tǒng)中的電壓相關(guān)的信息來檢測和定位中壓電力系統(tǒng)上的阻性接地故障和/或斷路的導(dǎo)體。然而這樣會強(qiáng)迫訪問LV電力系統(tǒng)，這在當(dāng)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(fā)明內(nèi)容】

[0013]在其它優(yōu)點中，本發(fā)明的一方面緩解了現(xiàn)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(xiàn)的方向性原理是基于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(guān)系數(shù)的分析，而不使用電力系統(tǒng)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(jù)其特征之一，本發(fā)明涉及一種用于方向檢測多相電力系統(tǒng)(優(yōu)選地為三相電力系統(tǒng))中的接地故障的裝置，其中，在至少等于電力系統(tǒng)的周期的預(yù)定存儲時間段上存儲表示零序電流和被監(jiān)控線路部分中流動的每一相的信號。存儲優(yōu)選地以滑動方式、即在固定的存儲時間段上進(jìn)行，最后測量的值逐步地代替相應(yīng)的第一值，從而所存儲值代表與測量時間盡可能近的負(fù)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(yōu)選地以使得能夠在預(yù)定時間上獲得至少大約三十個點的頻率被取樣，例如至少對于50Hz電力系統(tǒng)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(jiān)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(jù)表示所述部分的每一相導(dǎo)體的電流的信號進(jìn)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(fù)載電流，而不受后者減小。而且人，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實施例的方法的第二階段被觸發(fā)。第二階段基于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(yù)定時間段上獲得的，例如電力系統(tǒng)的整數(shù)周期，小于或等于所存儲值的存儲時間。利用相同濾波和取樣，以用于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后，方法的第二階段繼續(xù)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于相電流測量點的線路側(cè)還是負(fù)載側(cè)。根據(jù)本發(fā)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(biāo)準(zhǔn)化線性相關(guān)系數(shù)。優(yōu)選地使用Bravais-Pearson公式和/或帶符號的系數(shù)。所述系數(shù)的離差隨后被分析，尤其通過計算它們的平均值和它們的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
[0018]優(yōu)選地，系數(shù)的離差通過比較關(guān)系的公式表達(dá)來實現(xiàn)。具體地，如果標(biāo)準(zhǔn)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(fù)載側(cè)。可
以使用基于不等式3.σ>2.ν?.|#|的任何其它比較。根據(jù)其它選擇，針對兩條等式射線
【權(quán)利要求】
1.一種用于方向檢測多相電力系統(tǒng)中的接地故障(7)的裝置(10)，包括: 第一部件(14),用于接收表不每一相的電流(IA, Ib, Ic)的信號； 第二部件(14’)，用于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)，包括用于計算標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)系數(shù)(rA，rB, rc)的部件(34)以及用于計算所計算的相關(guān)系數(shù)之間的平均值(μ )和標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ )的部件(36)； 用于根據(jù)電力系統(tǒng)(I)中的接地故障的發(fā)生的檢測信號(D)來致動所述處理部件(30)的部件； 用于解釋信號的處理的結(jié)果的部件，其包括用于比較所述平均值(μ )和所述標(biāo)準(zhǔn)偏差(O )以便確定故障是位于所述裝置(10)的線路側(cè)還是負(fù)載側(cè)的部件； 其特征在于，所述裝置(10)進(jìn)一步包括存儲部件(20)，用于在接地故障(7)的發(fā)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)包括用于確定表示零序電流和每一相的電流的信號在預(yù)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(yù)定時間短于或等于存儲時間，用于計算標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)系數(shù)的部件(34)被設(shè)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(guān)系數(shù)(rA，rB, rc)0
2.如權(quán)利要求1所述的方向檢測裝置(10)，其中，存儲時間對應(yīng)于電力系統(tǒng)(I)的整數(shù)周期，并且預(yù)定時間等于存儲時間(Ta。,)。
3.如權(quán)利要求1或2之一所述的檢測裝置，其中，存儲部件(20)被設(shè)計成存儲在滑動時間段上的值，并且包括按照電力系統(tǒng)(I)中的接地故障的發(fā)生的檢測信號(D)的去致動部件。
4.如權(quán)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’)包括用于對表不每一相電流(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(quán)利要求1到4之一所述的方向檢測裝置(10)，進(jìn)一步包括用于檢測電力系統(tǒng)中的接地故障的發(fā)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)，包括用于比較表示零序電流(Itl)的信號和檢測閾值(Stl)的比較器。
6.如權(quán)利要求1到5之一所述的方向檢測裝置(10)，其中，用于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(shè)計成在預(yù)定時間和存儲時間(Tawi)期間提供足夠數(shù)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(jiān)控的電力系統(tǒng)(I)的每個相導(dǎo)體(5A，5B，5。)上；和按照權(quán)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(hù)繼電器(9)，其包括至少一個按照權(quán)利要求7的故障指示器和用于根據(jù)指示器的方向檢測裝置(10)的解釋部件(40)的結(jié)果而致動開關(guān)裝置(6)的部件。
9.一種方向檢測(D，L)多相電力系統(tǒng)(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(tǒng)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)之后，包括觸發(fā)故障(10)的方向確定(U，所述方向確定包括下列連續(xù)步驟: 在短于或等于存儲時間的預(yù)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(yù)定時間段(Ta。,)上獲得表示在電力系統(tǒng)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(jié)果，以便表明檢測到的故障(D)是位于獲得表示相電流(IA，IB，Ic)的信號的地方的負(fù)載側(cè)還是線路側(cè)； 其特征在于，所述信號的處理步驟包括: 在預(yù)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(yù)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(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)系數(shù)(rA，rB, rc)； 計算所述相關(guān)系數(shù)(rA，rB, rc)的算術(shù)平均值(μ )和標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ ); 所述解釋使用所述平均值(μ )和所述標(biāo)準(zhǔn)偏差(σ )通過比較來執(zhí)行。
10.如權(quán)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(quán)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(tǒng)(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(jié)果來獲得。
12.如權(quán)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(tǒng)(I)中流動的零序電流(Itl)的信號包括根據(jù)表示每一相電流(IA，IB，Ic)的信號來計算所述電流。
13.如權(quán)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(biāo)準(zhǔn)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(quán)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(biāo)準(zhǔn)偏差(σ )。
15.如權(quán)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于1.5kHz的頻率取樣電流。
16.如權(quán)利要求9到15之一所述的方向檢測的方法,其中，根據(jù)Bravais-Pearson公式執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)化相關(guān)系數(shù)(rA，rB, rc)的計算。
17.一種當(dāng)接地故障(7)發(fā)生時的電流線路(5)的保護(hù)方法，包括:如果接地故障(7)已被按照權(quán)利要求9到15之一的方法檢測到在開關(guān)裝置(6)的負(fù)載側(cè)，則致動所述線路(5)的所述開關(guān)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(yōu)先權(quán)日:2012年7月20日
【發(fā)明者】G.維恩奧, N.鮑梅斯, T.內(nèi)維尤 申請人:施耐德電器工業(yè)公司