通过线性相关方向检测灵敏中压接地故障的制作方法
【专利摘要】根据发明，用于方向检测多相电力系统中的接地故障的方法和装置是基于相电流（IA，IB，IC）的变化与由故障造成的零序电流（I0）的变化之间的线性相关系数（rA，rB，rC）的离差。使用该相关系数（r）的平均值（μ）和标准偏差（σ）能够根据相电流（IA，IB，IC）的传感器（12A，12B，12C）的测量而不使用电压测量来确定故障（10）是位于线路侧还是负载侧。
【专利说明】通过线性相关方向检测灵敏中压接地故障
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力配电系统尤其是中压系统中的故障检测。具体地，本发明提出一种用于检测中压电导体与地之间的阻性故障(resistive fault)、例如由所述导体的断路引起的故障的原理，并且也提出适当的装置。仅起源于表示电力系统的每一相的电流的信号的处理的参数不使用表示各相之间的电压的值或者表示线与中线点间(I ine-to-neutral)电压的值就能够方向定位。
[0002]本发明也涉及故障指示装置和解扣继电器(trip relay)，其包括与电力系统的每一相关联的电流传感器，并且例如通过指示灯或者电力系统的电流中断装置的解扣向上述检测装置提供信号使能指示。
【背景技术】
[0003]接地故障检测装置具体地用于中压三相配电系统中。如图1中所示,配电系统I可以分为几个层次，包括用于输送和分配极高压和高压VHV/HV (从35到大于200kV)的第一输电线路2，用于跨越长距离输送或分配来自发电站的电力。三相变压器3向中压MV配电系统4配送通常在I和35kV之间的电力(在法国，更精确地是IlkV线与中线点间电压)，用于以更小规模输送到工业型的客户或者将中压变换为低压LV (在法国具体为0.4kV)的变电站。
[0004]因此干线提供由高架线和/或地下电缆组成的支线5、5’，一些支线5可以包括在输入级(incomer level)进行保护的断路器或其它开关装置6。不管什么解决方案，电力系统4遭受到各种故障，为了缓解所生成的问题:电源中断、绝缘设备的电阻减小、更别提人员的安全性，检测和定位故障是很重要的。在这些故障中，最频繁的故障是位于源变电站外部的单相故障7 (其中一相与地接触)或者尤其是在严酷的天气条件情况下高架电缆的断路。
[0005]这些故障7，与关注多相的多相故障相同，是短路型的并且导致能够达到数千或上万安培的高电流，然而导体和/或设备通常被设计成在额定工作条件下耐受几百安培。
[0006]支线5’或者部分线路5随后可以包括接地故障检测装置8。该装置8可以用作故障通路指示器，例如点亮指示灯；而且装置81可以与保护继电器9相关联或者集成在保护继电器9中，该保护继电器9被设计成命令断路器6的触点打开。
[0007]用于检测这类故障7的一种选择方式是测量流动的电流或者与其相关的参数。然而，如果需要表示针对故障检测设备的相对方向(线路侧或负载侧)，则通过对三相电压进行测量来完成这些测量。但是电力系统4的MV电压针对测量点和电力设备的绝缘的问题会产生复杂性。这类方向检测难以实施。
[0008]在文献FR2936319中，多相电力系统中的接地故障的方向检测是基于相电流与零序电流之间的无符号的线性相关系数的离差(dispersion)。根据检测器81、8i+1的相电流传感器的测量，而不使用电压测量，使用该相关系数的平均值和标准偏差使得能够确定故障是在线路侧还是负载侧。[0009]然而这种解决方案不适用于高负载电流的情况，尤其是当故障电流相对于负载电流的比率小于10%时。具体地，当故障非常有阻性时(由于故障的属性，或者例如当土壤非常有阻性时)或者当电容性电流较弱时，通常对于高架线路相对于地下电缆的大比例的配电系统，所给出的方向可能是错误的。同样地，变压器3的次级的接地可能本身是自然的以至于限制了接地故障的幅度，上述技术是不够的。在MV配电系统中，我们随后提及当故障电流水平较弱时(因此难以检测)的阻性的接地(或灵敏接地)故障，或者因为故障电阻较高或者因为源站变压器级别的中线的接地限制该故障电流(例如补偿线圈或绝缘中线的情况)，或者因为土壤自身阻性的属性。
[0010]对于这些非常有阻性的故障必须进行出色的电流测量(灵敏接地故障检测)，并且因此实现经由电压的检测。例如，文献EP1603211涉及在线路末端配备的通信设备。通过简单检测线路电压储运损耗(outage)来执行检测导体的断路。更多理论研究表明对MV电力系统4使用反相电压和/或零序电压是可能的。然而，仍然没有解决测量先前提到的中压相导体上的电压时固有的问题。
[0011]考虑那些复杂实现的测量的使用，已经仅将尤其是在导体断路的情况下检测和定位中压电力系统中的这类阻性故障发展到非常小的程度。
[0012]在文献EP2533060 (在本申请的 优先权日:之后公开)中提出了一种替代方式，其中通过与低压电力系统中的电压相关的信息来检测和定位中压电力系统上的阻性接地故障和/或断路的导体。然而这样会强迫访问LV电力系统，这在当涉及中间或分支MV/MV变电站(没有MV/LV变压器)时会有问题。
【发明内容】
[0013]在其它优点中，本发明的一方面缓解了现有阻性接地故障方向检测装置和方法的不足。具体地，所实现的方向性原理是基于表示零序电流的信号的变化与表示相电流的信号的变化之间的相关系数的分析，而不使用电力系统的不同电压，同时使得能够管理灵敏接地故障的检测和定位。
[0014]根据其特征之一，本发明涉及一种用于方向检测多相电力系统(优选地为三相电力系统)中的接地故障的装置，其中，在至少等于电力系统的周期的预定存储时间段上存储表示零序电流和被监控线路部分中流动的每一相的信号。存储优选地以滑动方式、即在固定的存储时间段上进行，最后测量的值逐步地代替相应的第一值，从而所存储值代表与测量时间尽可能近的负载电流。有利地，表示相电流的信号尤其被模拟地滤波，和/或优选地以使得能够在预定时间上获得至少大约三十个点的频率被取样，例如至少对于50Hz电力系统和一周期大约1.5kHzο
[0015]方向检测方法包括第一阶段，通过将表示在被监控线路部分中流动的零序电流的信号与检测阈值相比来检测故障。表示零序电流的信号可以直接地获得或者通过根据表示所述部分的每一相导体的电流的信号进行计算来获得。
[0016]如果第一阶段在所述部分检测接地故障的存在，则停止值的存储，从而所存储值代表故障时的负载电流，而不受后者减小。而且人，根据本发明优选实施例的方法的第二阶段被触发。第二阶段基于表示所述部分的每一相的电流和相同部分的故障电流的信号的处理，这些信号是在充分的预定时间段上获得的，例如电力系统的整数周期，小于或等于所存储值的存储时间。利用相同滤波和取样，以用于存储的相同方式获得表示相电流和零序电流的信号。
[0017]在获取表示不同电流的信号之后，方法的第二阶段继续处理所述信号以便能够解释第一阶段中检测到的故障是位于相电流测量点的线路侧还是负载侧。根据本发明的信号处理包括计算表示零序电流和每一相电流的信号的变化，计算表示部分的零序电流的变化的信号与表示相电流的信号的每一变化之间的标准化线性相关系数。优选地使用Bravais-Pearson公式和/或带符号的系数。所述系数的离差随后被分析，尤其通过计算它们的平均值和它们的标准偏差。
[0018]优选地，系数的离差通过比较关系的公式表达来实现。具体地，如果标准偏差与平均值的绝对值之间的差乘以二的平方根的三分之二为正，则故障在检测的负载侧。可
以使用基于不等式3.σ>2.ν?.|#|的任何其它比较。根据其它选择，针对两条等式射线
【权利要求】
1.一种用于方向检测多相电力系统中的接地故障(7)的装置(10)，包括: 第一部件(14),用于接收表不每一相的电流(IA, Ib, Ic)的信号； 第二部件(14’)，用于接收表示该组相的零序电流(Itl)的信号； 表示电流的信号的处理部件(30)，包括用于计算标准化相关系数(rA，rB, rc)的部件(34)以及用于计算所计算的相关系数之间的平均值(μ )和标准偏差(σ )的部件(36)； 用于根据电力系统(I)中的接地故障的发生的检测信号(D)来致动所述处理部件(30)的部件； 用于解释信号的处理的结果的部件，其包括用于比较所述平均值(μ )和所述标准偏差(O )以便确定故障是位于所述装置(10)的线路侧还是负载侧的部件； 其特征在于，所述装置(10)进一步包括存储部件(20)，用于在接地故障(7)的发生的检测信号(D)之前的存储时间段期间存储表示零序电流和每一相的电流(Iclmem, Ia mem, Ib mem,Icjem)的信号的值，且信号的处理部件(30)包括用于确定表示零序电流和每一相的电流的信号在预定时间上针对所存储值(Iclmem, Ia—mem，Ibjw I。—mem)的变化(Δ 10, Δ ΙΑ, Δ Ib, Δ Ic),该预定时间短于或等于存储时间，用于计算标准化相关系数的部件(34)被设计成计算表示零序电流的信号的变化(Δ 10)与表示相电流的每个信号的变化(Δ ΙΑ, Δ ΙΒ, Δ I。)之间的相关系数(rA，rB, rc)0
2.如权利要求1所述的方向检测装置(10)，其中，存储时间对应于电力系统(I)的整数周期，并且预定时间等于存储时间(Ta。,)。
3.如权利要求1或2之一所述的检测装置，其中，存储部件(20)被设计成存储在滑动时间段上的值，并且包括按照电力系统(I)中的接地故障的发生的检测信号(D)的去致动部件。
4.如权利要求1到3之一所述的方向检测装置(10)，其中，第二部件(14’)包括用于对表不每一相电流(IA, Ib, Ic)的信号求和以便提供表不零序电流(Ici)的信号的部件。
5.如权利要求1到4之一所述的方向检测装置(10)，进一步包括用于检测电力系统中的接地故障的发生的检测部件(18)，其连接到信号的处理部件(30)的致动部件和存储部件(20)，包括用于比较表示零序电流(Itl)的信号和检测阈值(Stl)的比较器。
6.如权利要求1到5之一所述的方向检测装置(10)，其中，用于接收表示每一相电流(IA，IB，Ic)的信号的第一部件(14)包括被设计成在预定时间和存储时间(Tawi)期间提供足够数量的值的取样部件(18)。
7.一种接地故障通路指示器，包括:电流传感器(12A，12B，12。)，其被安排在要监控的电力系统(I)的每个相导体(5A，5B，5。)上；和按照权利要求1到6之一的方向故障检测装置(10)，其连接到所述电流传感器(124，12。12。)，用以接收表示相电流(14，IB, Ic)的信号。
8.一种接地保护继电器(9)，其包括至少一个按照权利要求7的故障指示器和用于根据指示器的方向检测装置(10)的解释部件(40)的结果而致动开关装置(6)的部件。
9.一种方向检测(D，L)多相电力系统(I)中的接地故障(7)的方法，其中，表示零序电流(Iclmem)和每一相电流(IA—MEM，Ibjem, Ic mem)的信号在电力系统的至少一个周期的时间段(Ta。,)上被存储，在获得表示所述接地故障(10)的存在的信号(D)之后，包括触发故障(10)的方向确定(U，所述方向确定包括下列连续步骤: 在短于或等于存储时间的预定时间段(Tawi)上获得表示每一相电流(IA，Ib, I。)的信号; 在相同预定时间段(Ta。,)上获得表示在电力系统中流动的零序电流(Itl)的信号； 处理表示相电流和接地故障电流(Itl, IA, Ib, Ic)的信号； 解释信号的处理的结果，以便表明检测到的故障(D)是位于获得表示相电流(IA，IB，Ic)的信号的地方的负载侧还是线路侧； 其特征在于，所述信号的处理步骤包括: 在预定时间(D上针对所存储值 (Iclmem, Ia mem, Ibjsev Ic_mem)计算零序电流(Ici)和每一相电流(IA，IB，Ic)的变化； 计算在预定时间(Ta。,)上的零序电流的信号的变化(AU与每一相电流的信号的变化(Δ ΙΑ, Δ ΙΒ, Δ Ic)之间的标准化相关系数(rA，rB, rc)； 计算所述相关系数(rA，rB, rc)的算术平均值(μ )和标准偏差(σ ); 所述解释使用所述平均值(μ )和所述标准偏差(σ )通过比较来执行。
10.如权利要求9所述的方向检测的方法，其中，只要未获得故障存在指示器信号(D)，就以滑动方式获得代表值(Iclmem, Ia—mem，Ibjsev Ic_mem>的存储。
11.如权利要求9或10所述的方向检测的方法，其中，表明接地故障(7 )的存在的信号(D)通过接收表示在电力系统(I)中流动的零序电流(Itl)的信号和零序电流信号(Itl)与故障检测阈值(Stl)的比较的结果来获得。
12.如权利要求9到11之一所述的方向检测的方法，其中，获得表示在电力系统(I)中流动的零序电流(Itl)的信号包括根据表示每一相电流(IA，IB，Ic)的信号来计算所述电流。
13.如权利要求9到12之一所述的方向检测的方法，其中，解释步骤包括将零与标准偏差(σ )的三倍的平方和平均值(μ )的平方的八倍之间的差相比。
14.如权利要求9到12之一所述的方向检测的方法，其中，解释步骤包括利用公式
2λ/?7 = —的两条半直线图形比较平均值(μ )和标准偏差(σ )。
15.如权利要求9到14之一所述的方向检测的方法，其中，提供表示相电流(ΙΑ，ΙΒ，I。)的信号的步骤包括以大于1.5kHz的频率取样电流。
16.如权利要求9到15之一所述的方向检测的方法,其中，根据Bravais-Pearson公式执行标准化相关系数(rA，rB, rc)的计算。
17.一种当接地故障(7)发生时的电流线路(5)的保护方法，包括:如果接地故障(7)已被按照权利要求9到15之一的方法检测到在开关装置(6)的负载侧，则致动所述线路(5)的所述开关装置(6)。
【文档编号】G01R31/02GK103576045SQ201310305593
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月19日 优先权日:2012年7月20日
【发明者】G.维恩奥, N.鲍梅斯, T.内维尤 申请人:施耐德电器工业公司