专利名称：新能源电场场内电缆故障在线定位与隔离方法
技术领域：
本发明涉及一种电力安全技术，特别涉及一种新能源电场场内电缆故障在线定位与隔离方法。
背景技术：
新能源电场，如海上风电场和太阳能电场，场内大都采用电缆线路作为电能收集 和传输的重要设备，是整个新能源电场电气系统的重要组成部分。新能源电场中的电源模块，如风机或太阳能电池板，通过机组隔离刀闸和电缆线路连接成“串”型结构，每串最终通过一个断路器连接至电场升压变电站低压侧。电缆包括海底电缆，与架空线路相比，虽然可靠性较高，但是，当电缆发生故障时，由于埋设在地下或海底，检修难度大、时间长，对电场造成的经济损失巨大。目前新能源电场的做法是，当电缆发生故障时，由安装在升压站低压侧线路出口的电流保护启动该处的断路器跳闸，切除整个包含故障电缆在内的一个“串”。整个故障“串”，包含电源、电缆以及隔离刀闸等在内的电气设备都将停运。因此，一方面，继电保护的动作难以说明是否是电缆故障，另一方面，电缆故障导致断路器跳闸后，现在一般通过分段逐步投入电源节点下的隔离刀闸，以保护是否再次启动跳闸来判别电缆故障点。因此，当新能源电场内的电缆线路发生故障时，仅靠继电保护进行电缆故障定位和故障隔离，不仅使得断路器工作环境恶劣，增加断路器动作次数，而且供电恢复时间也较长。另外，通过电缆线路故障测距或故障定位装置，也能够进行故障测距和故障定位。现有的电缆线路故障测距或故障定位装置，基本分离线式和在线式两种。离线法，如电缆故障测试系统及故障点的确定方法(CN101907678)，故障测距的结果的准确度与故障性质、实地丈量以及波形分析等因素后很大关系，必定有一定误差，而且，离线测距花费时间较长，必然导致电场部分电源供电中断，甚至可能造成“串”型结构中非故障部分也长时间停电，以海上电缆检修来看，可能花费几个月甚至半年的时间，从而增加电场经济损失。目前在线式电缆故障测距装置，大都结合故障点浪涌电流的信息，结合小波分析、神经网络或专家系统等进行，但这是方法目前都还不够成熟，而且也非实时动态的。
发明内容
本发明是针对电流保护启动时间较长、电缆故障定位、故障隔离花费时间过多，导致整个“串”中非故障部分无故长时间无法供电的问题，提出了一种新能源电场场内电缆故障在线定位与隔离方法，能够实现电缆故障定位和故障隔离，整个动作结果使得故障电缆段两侧的隔离刀闸断开，因此，运行人员可以从系统监控图中，直接定位故障电缆。而风机之间或太阳能电池板之间的电缆线路，通常距离都较短，在Ikm以内。这对海底电缆的故障定位尤其适用和准确。本发明的技术方案为一种新能源电场场内电缆故障在线定位与隔离方法，包括如下步骤1)新能源电场内的每一路新能源电场的电源模块都通过断路器和两个隔离刀闸后与电缆段两侧连接，在两个隔离刀闸内部各增设一个电流互感器，在电源模块出口变压器高压侧并联电压互感器，用于测量电缆段两侧母线电压瞬时值，同时在场内升压变电站低压侧线路出口处也增加出口断路器和出口隔离刀闸，出口隔离刀闸内部设一个出口电流互感器；
2)判断电流保护判别低启动值的过电流保护是否启动，即低压侧线路出口处隔离刀闸内部设一个出口电流互感器检测电流是否过流；
3)判断每段电缆段纵联保护是否启动，即电缆段两端的电流互感器检测电流是否过
流；
4)若2)中低启动值的过电流保护和3)中纵联保护两者都启动，则加速新能源电场中所有断路器跳闸；
5)判断新能源电场中各断路器是否都断开，即无电流，若都无流，则跳开纵联保护启动的电缆段两侧隔离刀闸，记录故障点位置；
6)若场内升压变电站低压侧线路出口处出口隔离刀闸为断开状态，则全线路停止供电，；若场内升压变电站低压侧线路出口处出口隔离刀闸闭合状态，则场内升压变电站低压侧线路出口处出口断路器重合闸；
7 )每个电源模块出口母线电压互感器PT进行电压检测，无压的电源模块无需操作；有电压的电源模块则进行对应电缆段的断路器重合闸操作，重新并网发电。本发明的有益效果在于本发明新能源电场场内电缆故障在线定位与隔离方法，能够快速切除故障，结合纵联保护或变化量保护、以及重合闸加速动作来看，每次故障能够最快在ms级时间范围内切除故障；还能够快速实现非故障部分的迅速供电，减少对断路器的损害，提高电场运行可靠性。
图I为本发明新能源电场场内电缆故障在线定位与隔离方法装置安装 图2为本发明新能源电场场内电缆故障在线定位与隔离方法控制示意图。
具体实施例方式如图I所示新能源电场场内电缆故障在线定位与隔离方法装置安装图，现有的每个“串”能源型结构，即图中电源模块WT都经过断路器QF和隔离刀闸G后与电缆段两侧连接，每个以隔离刀闸为分界点的电缆段两侧，即两个隔离刀闸内部各增设一个电流互感器CT，在场内升压变电站低压侧线路出口 QFl处的电流保护基础上增设自动重合闸ARD功能。(ARD即在QFl跳闸后在一定延迟下对QFl进行合闸控制的设备)
当电缆发生故障时，新增的电缆段两侧电流互感器构成的保护能够快速启动，在满足原有线路过电流III段保护启动的基础上(电流III段保护是指整定值较低的电流保护，延时较长)；加速升压站低压侧线路断路器跳闸，从而快速切除整个“串”。而新增的电缆段两侧电流互感器构成的保护能够准确识别故障的一段电缆，在确认该“串”上相应断路器(包含升压变低压侧线路出口断路器、每台风机出口断路器)都断开的基础上，控制相应故障电缆段两侧的隔离刀闸做断开操作，从而进行电缆故障隔离。重合闸延时过后，启动线路断路器重合闸、不包含故障电缆部分的风机重新启动，并重新并网。首先，根据断路器安装处的电流互感器CT测得流经电缆的电流，若电缆故障，则低启动值的过电流保护启动。每条电缆段两侧电流互感器CT测量得到流经该电缆段的电流瞬时值，电源模块出口变压器高压侧电压互感器P T测量得到电缆段两侧母线电压瞬时值。若新能源电场的电源模块具有故障穿越功能，则两侧的电流测量量构成纵差保护，若不具备故障穿越功能，则一侧取无流判据，另一侧取方向判据构成纵联保护。根据附图2显示的逻辑，步骤如下
1)电流保护判别低启动值的过电流保护是否启动，即CTl处过电流保护是否启
动；
2)“串”中每段电缆段的纵联保护是否启动；如CTl到CT21中间电缆发生故障，则由CTl到CT21构成的纵联保护启动；CT22和CT31以及CT32和CT4同样构成相应电缆线路的纵联保护；
3)若I)中低启动值的过电流保护和2)中纵联保护两者都启动，则加速所有断路器(包括QFl QF4)跳闸；
4)判断“串”中各断路器是否都断开(无电流)，若都无流，则跳开纵联保护启动的电缆段两侧隔离刀闸，记录故障点位置；即在所有CT都检测无流的情况下，纵联保护启动的相应电缆两侧隔离刀闸进行断开操作，如CTl到CT21中间电缆发生故障时，根据步骤2)由CTl到CT21构成的纵联保护启动，因此跳开隔离刀闸Gl和G21，记录故障点位于CTl到CT21之间；
5)若Gl为断开状态，则全线路停止供电，；若61闭合状态，则电缆出口断路器QFl
重合闸；
风机出口母线电压互感器PT进行电压检测，无压则无需操作；有电压时则进行断路器重合闸操作；如CT32到CT4中间电缆发生故障，根据步骤4)G32和G4启动开断，根据步骤
5)QFl重合闸，之后PT2和PT3检测有压，PT4检测无压，则QF2和QF3重合闸，风机WTl和WT2重新并网发电。
权利要求
1.一种新能源电场场内电缆故障在线定位与隔离方法，其特征在于，包括如下步骤 1)新能源电场内的每一路新能源电场的电源模块都通过断路器和两个隔离刀闸后与电缆段两侧连接，在两个隔离刀闸内部各增设一个电流互感器，在电源模块出口变压器高压侧并联电压互感器，用于测量电缆段两侧母线电压瞬时值，同时在场内升压变电站低压侧线路出口处也增加出口断路器和出口隔离刀闸，出口隔离刀闸内部设一个出口电流互感器； 2)判断电流保护判别低启动值的过电流保护是否启动，即低压侧线路出口处隔离刀闸内部设一个出口电流互感器检测电流是否过流； 3)判断每段电缆段纵联保护是否启动，即电缆段两端的电流互感器检测电流是否过流； 4)若2)中低启动值的过电流保护和3)中纵联保护两者都启动，则加速新能源电场中所有断路器跳闸； 5)判断新能源电场中各断路器是否都断开，即无电流，若都无流，则跳开纵联保护启动的电缆段两侧隔离刀闸，记录故障点位置； 6)若场内升压变电站低压侧线路出口处出口隔离刀闸为断开状态，则全线路停止供电，；若场内升压变电站低压侧线路出口处出口隔离刀闸闭合状态，则场内升压变电站低压侧线路出口处出口断路器重合闸； 7)每个电源模块出口母线电压互感器进行电压检测，无压的电源模块无需操作；有电压的电源模块则进行对应电缆段的断路器重合闸操作，重新并网发电。
全文摘要
本发明涉及一种新能源电场场内电缆故障在线定位与隔离方法，当电缆发生故障时，新增的电缆段两侧电流互感器构成的保护能够快速启动，加速升压站低压侧线路断路器跳闸，从而快速切除整个新能源电场。而新增的电缆段两侧电流互感器构成的保护能够准确识别故障的一段电缆，在确认新能源电场上相应断路器都断开的基础上，控制相应故障电缆段两侧的隔离刀闸做断开操作，重合闸延时过后，启动线路非故障电缆段的断路器重合闸，并重新并网。能够快速切除故障，结合纵联保护或变化量保护、以及重合闸加速动作来看，每次故障能够最快在ms级时间范围内切除故障；还能够快速实现非故障部分的迅速供电，减少对断路器的损害，提高电场运行可靠性。
文档编号G01R31/08GK102623973SQ20121009080
公开日2012年8月1日 申请日期2012年3月31日 优先权日2012年3月31日
发明者符杨, 魏书荣, 黄玲玲 申请人:上海电力学院