一种断路器燃弧故障检测和预警方法与流程

本发明属于电力系统故障预警和保护技术领域，特别涉及一种断路器燃弧故障检测和预警方法。

背景技术：

交流滤波器是换流站的重要设备，不同类型的交流滤波器并联在交流母线侧用以滤除各次谐波，同时为直流输电系统提供无功补偿，其稳定运行对对整个高压直流输电系统意义重大。正常运行时，按照日调度计划输出有功功率，这个输出功率一般在70％～100％范围内波动，因此交流断路器需要频繁的开断和闭合高压容性电路，其运行状态的好坏直接影响直流输电的电能质量和直流系统的稳定。现有的统计结果表明，在已经投运的高压直流换流站里，已经出现了多起交流断路器开断高压容性电路后的燃弧和击穿现象，最终导致断路器爆炸，威胁整个直流输电系统的安全和稳定。

若能够实时检测电弧故障，当电弧故障发生时，系统能够快速识别电弧，并命令继电保护快速动作，切除发生燃弧的滤波器支路，则会大大的减少电弧对系统的损害，有力的保障直流输电系统安全稳定的运行。

针对高压直流输电换流站交流滤波器支路发生燃弧故障检测问题，目前还有没文献涉及，现有的电弧检测方法大多是针对配电网燃弧故障，配电网电弧故障的检测大多是基于工频进行的，需要采样至少一个周期的电弧数据，检测方法可大致分为：三次谐波含量法、伏安特性曲线法、电弧零休时刻长短法、负载特性法等。当高压直流输电系统换流站交流滤波器用断路器发生电弧故障时，电弧时间很短，呈现高频震荡衰减特性，电弧电压和电弧电流畸变严重，无明显零休特性，因此，现有的电弧检测方法不能够适用于高压直流输电系统换流站交流滤波器用断路器燃弧故障检测。

技术实现要素：

为了实现换流站滤波器支路断路器燃弧故障检测和预警，保障直流输电系统安全稳定的运行，本发明的目的是提出了一种断路器燃弧故障检测和预警方法,基于一阶累加生成理论，通过计算电流累加后相邻值之比和设定的相关阈值，当比值满足所设定的阈值条件时，可判断电路发生燃弧故障。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：

一种断路器燃弧故障检测和预警方法,其特征在于包括以下步骤：

步骤(1)、判断滤波器支路采样得到的电流幅值绝对值是否大于启动门槛，启动门槛取值0.01ka，若大于启动门槛，则记录线路中的电流值i(n)，n为采用点的个数；否则，返回，继续采样电流幅值；

步骤(2)、依次累加前k个采样电流得到z(k)，k＝1,2,…,n，n为装置停止电流采样时得到的最大采样点数，累加公式如下：

步骤(3)、计算矩阵z(k)相邻数值之比，得到s(k)，计算式如下：

步骤(4)、判断s(1)≥2h是否成立，h为阈值常数，取值1.2，若成立，则进入步骤(5)，否则，则返回步骤(1)；

步骤5)、判断s(2)≥h是否成立，若成立，则进入步骤(6)，否则，则返回步骤(1)；

步骤(6)、以时间序列为基准，检测s(k)序列中出现的第一个小于阈值h的值，将其记录并设为s(r)，1≤r≤n；

步骤(7)、若s(r)至s(n)中不存在连续两个值同时大于h，则判断该断路器内部发生了电弧故障，否则，则返回步骤(1)。

停止电流采样的条件为：连续采样相邻三个电流幅值绝对值均小于启动门槛,取值0.01ka。

本发明的特点及效果：

针对高压直流输电换流站交流滤波器支路发生燃弧故障检测问题，本发明所采用的一阶累加算法能够凸显电弧初始阶段的特性，同时该检测方法还可实现在线实时检测，原理简单，便于实现，检测准确率高。

附图说明

图1为应用本发明的电弧仿真模型示意图。

图2为应用本发明的高压直流输电换流站交流滤波器支路发生燃弧故障检测方法流程示意图。

图3为应用本发明的仿真得到的滤波器支路断路器燃弧电流示意图。

图4为应用本发明的电弧电流累加之后的序列。

图5为应用本发明的累加后相邻数值之比的序列。

具体实施方式

本发明提出的高压直流输电换流站交流滤波器支路发生燃弧故障检测方法，结合附图及实施例详细说明如下。

本发明的实施例是基于pscad中国际大电网会议提出的高压直流输电标准模型，搭建交流滤波器用断路器控制模块模拟换流站2次燃弧故障。在建立的交流滤波器用断路器动态电弧模型中，故障滤波器支路的三相被分开且支路的无关设备被简化处理，着重突出燃弧的滤波器支路。假设该支路的断路器c相发生燃弧故障，交流滤波器燃弧控制模型示意图如图1所示。

燃弧故障发生于0.2484s，燃弧时长3ms(预燃弧阶段为0.5ms，稳态燃弧阶段为2ms，全熄弧阶段0.5ms)，仿真模型的采样频率f＝10⁴hz。

(1)按照图2所示的检测算法流程图，对滤波器支路电流进行实时监测。虽然燃弧故障发生于0.2484s，但由于此时的电流值很小，按照本发明提出的检测方法流程，系统无法记录此时的电流值，当t＝0.2484s时，滤波器支路的电流幅值为0.4759ka>0.01ka，此时启动采用装置并记录电流值，此时记为电流记为i(1)，直至检测到30、31和32这三个相邻的电流幅值i(30)、i(31)和i(32)均小于0.01ka时，系统停止采样，采样得到的电流图形如图3所示。

(2)将得到的电流进行依次累加，得到累加后的z(k)序列如下图4所示。

(3)计算矩阵z(k)相邻数值之比，得到s(k)的图形如下图5所示。

(4)根据图5可知，求得的s(1)＝14.02>2h，s(2)＝1.3>h。根据图5可知，s(3)＝0.83<h，且从s(3)至s(31)不存在相邻两值同时大于h的情况，按照本发明所述的电弧故障检测方法流程，最终判断该滤波器支路发生的电弧故障。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种断路器燃弧故障检测和预警方法，属于电力系统故障预警和保护技术领域，当断路器发生燃弧故障时，由于燃弧过程可近似为一个动态电阻，本发明基于一阶累加生成理论，通过计算电流累加后相邻值之比和设定的相关的阈值，当比值满足所设定阈值条件时，可判断电路发生燃弧故障。本发明方法充分利用电弧在燃弧过程中的动态变化特性，尤其是能够凸显电弧初始阶段的特性，能够实现在线实时检测，原理简单。

技术研发人员：王宾
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2017.05.12
技术公布日：2017.09.15