一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测方法与流程

本发明涉及漏电监测领域，更具体地，涉及一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测方法。

背景技术：

目前，同步调相机是高压电网中的重要设备。随着500kv以上电网中无人值守的变电站逐渐成为发展趋势，对于变电站的日常运维则提出了更高的要求。通常来说，变电站的电气火灾事故是变电站运维工作所关注的重点。变电站的电气火灾事故一般由电缆或负载短路、绝缘装置损坏所引起。当火灾事故由电缆或负载断路引发时，短路电流通常较大，此时可以通过空气开关、熔丝和保护装置等的动作切断故障电流。当火灾事故由绝缘装置损坏引起时，通常损坏没有短路严重，因此其短路电流相对较小，往往不容易被发现，因此更易引发触电事故或是火灾。这对调相机的交流回路而言，存在着巨大的消防压力。

现有技术中，通常使用空气开关作为故障切除元件。然而，在漏电电流过小时，难以切除故障。另外，近年来出于绝缘损坏引起火灾问题的重视，部分重点变电站配备了剩余电流监测装置，例如rct(剩余电流互感器)装置对交流馈线支路的绝缘水平进行监测。然而，采用这种技术也难以克服剩余电流的保护死区问题。当剩余电流的告警定值小于固有剩余电流值时，就无法对异常的剩余电流进行监测了。

因此，亟需一种新型的交流二次回路漏电监测方法。

技术实现要素：

为解决现有技术中存在的不足，本发明的目的在于，提供一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测方法，通过同步调相机的动作判据更改同步调相机的工作状态，并根据不同时刻的首端剩余电流和剩余电流动态补偿量对支路的异常情况进行判定。

本发明采用如下的技术方案。本发明第一方面涉及一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测方法，包括以下步骤：步骤1，预先测量同步调相机交流二次支路首端a、b、c、n四线上的固有剩余电流；步骤2，基于同步调相机相关负荷状态判据将首端剩余电流、固有剩余电流与不同负荷投入状态下的告警定值进行比较，以判断支路中的稳态剩余电流是否超出限值；步骤3，基于剩余电流增量检测判据将支路在t时刻和t+δt时刻的剩余电流动态补偿量、首端剩余电流与剩余电流增量定值进行比较，以判断支路中的剩余电流增量是否超出限值；步骤4，分别基于对稳态剩余电流和剩余电流增量的判定，对支路是否发生漏电故障进行判定。

优选地，步骤1中，预先测量支路首端a、b、c、n四线上的固有剩余电流包括：在同步调相机投运初期，依次向支路中投入单相负荷、三相负荷、单相与三相负荷，以及设置支路处于空载状态，并分别测量四种状态下的固有剩余电流i′m，1、i′m，2、i′m，3和i′m，4。

优选地，同步调相机相关负荷状态判据为：

其中，im为支路的首端剩余电流，i′m，1，i′m，2，i′m，3和i′m，4分别为单相负荷投入、三相负荷投入、单相与三相负荷同时投入以及空载四种状态下的首端固有剩余电流；iw1，iw2，iw3和iw4分别为四种状态下的稳态剩余电流过流的告警定值。

优选地，若首端剩余电流与固有剩余电流的差值绝对值大于稳态剩余电流过流的告警定值，则判定支路中的稳态剩余电流超出限值；若首端剩余电流与固有剩余电流的差值绝对值小于或等于稳态剩余电流过流的告警定值，则判定支路中的稳态剩余电流未超出限值。

优选地，剩余电流告警定值为固有剩余电流的1至2倍。

优选地，步骤2中还包括：基于调相机支路首端电压、单相负荷空开位置、三相负荷空开位置判定调相机相关负荷所处的负荷投入状态；基于同步调相机负荷状态判据对处于不同负荷投入状态下的支路中的稳态剩余电流是否超出限值进行判定。

优选地，若调相机支路首端有压、单相负荷空开合位、三相负荷空开分位，则判定调相机的相关负荷工作于单相负荷投入状态；若调相机支路首端有压、单相负荷空开分位、三相负荷空开合位，则判定调相机的相关负荷工作于三相负荷投入状态；若调相机支路首端有压、单相负荷空开合位、三相负荷空开合位，则判定调相机的相关负荷工作于单相与三相负荷投入状态；若调相机支路首端有压、单相负荷空开分位、三相负荷空开分位，则判定调相机的相关负荷工作于空载状态。

优选地，剩余电流增量检测判据为：|im(t)-im(t+δt)-δi′m|＞δiz；其中，im(t)为t时刻的首端剩余电流，im(t+δt)为t+δt时刻的首端剩余电流，δi′m为剩余电流动态补偿量，δiz表示剩余电流增量的定值。

优选地，剩余电流动态补偿量δiz为基于负荷投入情况获得的剩余电流的差值。

优选地，若在t时刻至t+δt时刻之间，没有发生负荷投入或负荷退出事件，则有δi′m＝0。

优选地，若在t时刻至t+δt时刻之间，发生了负荷投入或负荷退出事件，则有δi′m≠0，并且，δi′m等于前后两种负荷状态剩余电流的差值。

优选地，若t时刻的首端剩余电流与t+δt时刻的首端剩余电流、剩余电流动态补偿量之差的绝对值大于剩余电流增量的定值，则判定剩余电流增量超出限值；若t时刻的首端剩余电流与t+δt时刻的首端剩余电流、剩余电流动态补偿量之差的绝对值小于或等于剩余电流增量的定值，则判定剩余电流增量未超出限值。

优选地，若判定支路中稳态剩余电流与剩余电流增量之一超出限值，则判定支路发生漏电故障，并基于判定发出告警信号。

本发明第二方面涉及一种根据本发明第一方面中的一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测系统，其中，同步调相机，与所用变压器连接，并位于交流二次支路首端，包括a、b、c、n四线；剩余电流互感器，分别与同步调相机交流二次支路中a、b、c、n四线连接，用于获取支路的首端剩余电流并分别预先测量支路首端a、b、c、n四线上的固有剩余电流；漏电判别单元，与同步调相机交流二次支路中a、b、c、n四线、剩余电流互感器以及同步调相机交流二次支路中各相空气开关分别连接，用于判定同步调相机相关负荷的工作状态，以及对支路是否发生漏电故障进行判定。

优选地，同步调相机交流二次支路中各相空气开关分别包括：单相负荷空气开关、三相负荷空气开关。

优选地，支路中的三相负荷为油泵电机电源，支路中的单相负荷为用于在线监测的智能电子设备的电源。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测方法，通过同步调相机的动作判据更改同步调相机的工作状态，并根据不同时刻的首端剩余电流和剩余电流动态补偿量对支路的异常情况进行判定，能够准确地对较小的异常电流进行判定，同时有效地防止火灾、触电等电气事故的发生，保障电网二次回路的安全可靠状态。

附图说明

图1为本发明现有技术中一种空气开关保护方式的示意图；

图2为本发明现有技术中一种剩余电流法的漏电监测的示意图；

图3为本发明现有技术中一种剩余电流矢量合成原理的示意图；

图4为本发明现有技术中一种剩余电流法的死区示意图；

图5为本发明一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测方法中的方法流程示意图；

图6为本发明中负荷状态辨识判别的逻辑示意图；

图7为本发明中变电站交流系统二次交流馈线支路漏电判别逻辑原理图；

图8为本发明增加固有剩余电流补偿后的判据灵敏度示意图；

图9为本发明中调相机相关交流支路二次回路监测系统的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

现有技术中，可以使用空气开关作为对交流支路的保护方式。图1为本发明现有技术中一种空气开关保护方式的示意图。如图1所示，调相机相关交流支路没有专门的监测手段，仅仅配有空气开关，当发生相间短路等故障，空气开关可以切除故障。

其次，图2为本发明现有技术中一种剩余电流法的漏电监测的示意图。如图2所示，近年来出于绝缘损坏引起火灾问题的重视，部分重点变电站配备了调相机相关交流支路剩余电流监测装置，借助剩余电流互感器rct可以对交流馈线支路的绝缘水平进行监测。

通常来说，绝缘损坏所引起的漏电通常发生于a、b、c、n(零线)、pe(保护线)之间。因此，可以通过监测与计算分析交流系统馈线电缆和负载的对比漏电流来评价变电站调相机二次回路绝缘状况，并及时发现故障隐患。

因此，可以对支路首端的a、b、c、n四线上的固有剩余电流进行测定。现有技术中，对于电流测量一般可以使用剩余电流互感器(rct)，可以取ia、ib、ic、in的和电流作为支路的首端剩余电流。然而，使用电流互感器进行剩余电流的测量时，容易出现死区保护的问题。

图3为本发明现有技术中一种剩余电流矢量合成原理的示意图。如图3所示，剩余电流(residualcurrent)，即电气装置中的电气回路给定点处的所有带电体电流值的矢量和，是以固有剩余电流与附加剩余电流的矢量合成的。图3中，第一带电体的电流值为i1，第二带电体的电流值为i2，由第一带电体和第二带电体合成的电流为剩余电流i合。当电路中发生接地故障时，剩余电流则是固有剩余电流与附加剩余电流的矢量合成。固有剩余电流，由于其分布的离散性，难以形成火灾危险。附加剩余电流则包括了由于接地故障而引起的剩余电流分量。由于附加剩余电流的数值较大，可能引发局部电弧，从而造成危险。

可以理解的是，固有剩余电流与电缆的制造、负荷性质等因素相关，电流值可以达到数十至数百毫安。由于该电流的离散性，即使其达到300ma，仍然不具备过多的安全风险。

图4为本发明现有技术中一种剩余电流法的死区示意图。如图4所示，通常在对电流进行监测时，是利用剩余电流检测装置在总体上对剩余电流进行检测的，无法对两种性质不同的电流加以区分。因此，剩余电流的告警定值应当等于或高于固有剩余电流，此时，检测装置才能够感知到附加剩余电流的存在，图4中以剩余电流的告警定值等于固有剩余电流为例进行说明。以原点为起点，以剩余电流为半径的保护死区出现了。在保护死区内，附加剩余电流值无法被有效精确地检测出来。

若交流二次回路中发生了单相漏电时，许多环境因素会影响实际系统中附加剩余电流和固有剩余电流的相位关系。例如，在单相漏电时，当附加剩余电流较小，但附加剩余电流和固有剩余电流方向一致时，如图4左侧，剩余电流较容易达到剩余电流的告警定值。然而，尽管已经达到了告警定值，实际上电路的漏电情况并不严重。

再如，在单相漏电时，附加剩余电流较大，但该附加剩余电流与固有剩余电流的方向完全相反，如图4右侧，此时剩余电流测量值可能较小。若该测量值小于电流告警定值时，尽管附加剩余电流已经足够引起安全隐患，但是漏电现象不能够因为对剩余电流的检测而表征出来。综上所述，随着剩余电流数值的增大，死区的面积增加，死区问题也会变得愈发严重。

现有技术中，由于调相机相关交流回路所携带的负荷可能各种各样，因此，还可能存在着交流负荷状态复杂性的问题。通常来说，可以将负荷的类型分为单相负荷、三相负荷、单相与三相负荷几种类型。同时，当交流回路上没有负荷时，也可以为空载状态。由于不同的负荷状态对应的固有剩余电流存在着差异，一种简单的处理方法是获取线路中的最大固有剩余电流，并将其作为剩余电流告警值得整定依据。使用这种方法来获取告警信息，很大程度上降低了剩余电流告警得灵敏度。

因此，通过自动辨识线路中不同得负荷状态，并针对不同的负荷状态进行有差异化的固有剩余电流补偿，能够显著提高剩余电流告警的灵敏度。

图5为本发明一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测方法中的方法流程示意图。如图5所示，一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测方法，包括以下步骤：步骤1，预先测量同步调相机交流二次支路首端a、b、c、n四线上的固有剩余电流；步骤2，基于同步调相机相关负荷状态判据将首端剩余电流、固有剩余电流与不同负荷投入状态下的告警定值进行比较，以判断支路中的稳态剩余电流是否超出限值；步骤3，基于剩余电流增量检测判据将支路在t时刻和t+δt时刻的剩余电流动态补偿量、首端剩余电流与剩余电流增量定值进行比较，以判断支路中的剩余电流增量是否超出限值；步骤4，分别基于对稳态剩余电流和剩余电流增量的判定，对支路是否发生漏电故障进行判定。

可以理解的是，通过步骤2和步骤3中的两个判据对稳态剩余电流和剩余电流增量是否超出限值分别进行判断。例如，若首端剩余电流与固有剩余电流之差的绝对值大于了当前负荷投入状态下的告警定值，则判定稳态剩余电流已经超出了应有的电流大小的限制，此时，可以认为支路上已经发生了漏电故障。

优选地，步骤1中，预先测量支路首端a、b、c、n四线上的固有剩余电流包括：在同步调相机投运初期，依次向支路中投入单相负荷、三相负荷、单相与三相负荷，以及设置支路处于空载状态，并分别测量四种状态下的固有剩余电流i′m，1、i′m，2、i′m，3和i′m，4。

可以理解的是，可以假定同步调相机投运初期的剩余电流为固有剩余电流。此时分别投入单相负荷、三相负荷、单相与三相负荷，并分别测量三种情况的剩余电流，以此推出所有负荷测量空载状态下的剩余电流，共可得到四组固有剩余电流。

考虑到投运初期，交流馈线支路的状态良好，尚未经受过不利的现场环境的影响，因此此时针对一个支路上不同典型负荷情况，分别利用rct剩余电流互感器对电缆始端的剩余电流进行计算，并将其记录为固有剩余电流的估计值是合理且具有准确性的。

优选地，可以设置同步调相机相关负荷状态判据为：

其中，im为支路的首端剩余电流，i′m，1，i′m，2，i′m，3和i′m，4分别为单相负荷投入、三相负荷投入、单相与三相负荷同时投入以及空载四种状态下的首端固有剩余电流；iw1，iw2，iw3和iw4分别为四种状态下的稳态剩余电流过流的告警定值。

优选地，若首端剩余电流与固有剩余电流的差值绝对值大于稳态剩余电流过流的告警定值，则判定支路中的稳态剩余电流超出限值；若首端剩余电流与固有剩余电流的差值绝对值小于或等于稳态剩余电流过流的告警定值，则判定支路中的稳态剩余电流未超出限值。

通常来说，剩余电流告警定值应当等于或大于固有剩余电流。优选地，剩余电流告警定值为固有剩余电流的1-2倍。在实际应用中，可以选取1.5倍或2倍等的一个常数值作为告警定值相对于固有剩余电流的倍数。

在电网正常运行的过程中，交流馈线支路首端a、b、c、n四线整体安装一个rct。在该支路中，终端负荷即为同步调相机的相关负荷。于此同时，可以在具有单相负荷的相别上安装一个独立ct电流互感器。当在同一侧的两个ct电流互感器上采集数据时，可以进行交流馈线支路的不对称漏电，即单相漏电或两相漏电时的判别，或者是进行三相漏电的有效判别。同时，可以根据两侧rct所采集的数据实现对电缆绝缘状况的监测。

优选地，步骤2中基于调相机支路首端电压、单相负荷空开位置、三相负荷空开位置判定调相机相关负荷所处的负荷投入状态；基于同步调相机负荷状态判据对处于不同负荷投入状态下的支路中的稳态剩余电流是否超出限值进行判定。

优选地，图6为本发明中负荷状态辨识判别的逻辑示意图。如图6所示，若调相机支路首端有压、单相负荷空开合位、三相负荷空开分位，则判定调相机的相关负荷工作于单相负荷投入状态；若调相机支路首端有压、单相负荷空开分位、三相负荷空开合位，则判定调相机的相关负荷工作于三相负荷投入状态；若调相机支路首端有压、单相负荷空开合位、三相负荷空开合位，则判定调相机的相关负荷工作于单相&三相负荷投入状态；若调相机支路首端有压、单相负荷空开分位、三相负荷空开分位，则判定调相机的相关负荷工作于空载状态。

优选地，剩余电流增量检测判据为：|im(t)-im(t+δt)-δi′m|＞δiz；其中，im(t)为t时刻的首端剩余电流，im(t+δt)为t+δt时刻的首端剩余电流，δi′m为剩余电流动态补偿量，δiz表示剩余电流增量的定值。

优选地，剩余电流动态补偿量δiz为基于负荷投入情况获得的剩余电流的差值。

优选地，若在t时刻至t+δt时刻之间，没有发生负荷投入或负荷退出事件，则有δi′m＝0。若在t时刻至t+δt时刻之间，发生了负荷投入或负荷退出事件，则有δi′m≠0，并且，δi′m等于前后两种负荷状态剩余电流的差值。

优选地，若t时刻的首端剩余电流与t+δt时刻的首端剩余电流、剩余电流动态补偿量之差的绝对值大于剩余电流增量的定值，则判定剩余电流增量超出限值；若t时刻的首端剩余电流与t+δt时刻的首端剩余电流、剩余电流动态补偿量之差的绝对值小于或等于剩余电流增量的定值，则判定剩余电流增量未超出限值。

图7为本发明中变电站交流系统二次交流馈线支路漏电判别逻辑原理图。如图7所示，基于同步调相机相关负荷状态判据和剩余电流增量检测判据这两个判据，分别判断支路中的稳态剩余电流和剩余电流增量是否超出限值。若判定支路中稳态剩余电流与剩余电流增量之一超出限值，则判定支路发生漏电故障，并基于判定发出告警信号。并且，由于本发明的方法中在判据中增加了固有剩余电流和剩余电流动态补偿量，从而使得在首端剩余电流与告警定值或增量定值进行比较的过程中，克服了现有技术中的保护死区过大的问题。

图8为本发明中增加固有剩余电流补偿后的判据灵敏度示意图。其中图8(a)为剩余电流告警定值的理论极限示意图；图8(b)为判据灵敏度提高后的示意图。

根据同步调相机相关交流负荷投入情况的差异情况，可以分别测量出各种情况下的固有剩余电流。为保证正常状态下不误报警，理论上剩余电流告警极限值应等于或大于各种情况下的最大固有剩余电流。如图8(a)所示，以剩余电流告警极限值等于最大固有剩余电流为例，固有剩余电流值1-4分别为同步调相机交流二次支路首端a、b、c、n四线上的固有剩余电流。固有剩余电流值3即油泵电机电源、调相机在线监测装置ied同时投入时的最大固有剩余电流很大，因此限制了告警的灵敏性。在这种情况下，传统方法只有附加剩余电流达到近似于固有剩余电流值3的两倍时，才能够克服保护死区的问题，并提供告警信号。

本发明中，经过固有剩余电流补偿后，如图8(b)所示，可以在固有剩余电流值上叠加补偿量。叠加补偿量后，理论剩余电流告警极限值大幅降低，此时理论极限值即死区的范围大幅减小，从而提升了告警的灵敏性。本发明第二方面涉及一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测系统，其特征在于：同步调相机，与所用变压器连接，并位于交流二次支路首端，包括a、b、c、n四线；剩余电流互感器，分别与同步调相机交流二次支路中a、b、c、n四线连接，用于获取支路的首端剩余电流并分别预先测量支路首端a、b、c、n四线上的固有剩余电流；漏电判别单元，与同步调相机交流二次支路中a、b、c、n四线、剩余电流互感器以及同步调相机交流二次支路中各相空气开关分别连接，用于判定同步调相机相关负荷的工作状态，以及对支路是否发生漏电故障进行判定。

本发明一实施例中，可以应用某一500kv变电站交流系统的同步调相机交流支路，以组建剩余电流监测系统。图9为本发明中调相机相关交流支路二次回路监测系统的示意图。漏电判别单元与支路四线的连接方式如图9所示。

优选地，同步调相机交流二次支路中各相空气开关分别包括：单相负荷空气开关、三相负荷空气开关。

优选地，支路中的三相负荷为油泵电机电源，支路中的单相负荷为用于在线监测的智能电子设备的电源。此时，油泵电机电源作为调相机的相关交流支路中的三相负荷，在线监测智能电子设备电源作为单相负荷。在投运时期测试固有剩余电流，在运行时，在支路m侧安装一个rct，单相负荷端a相再安装一个独立的ct。

具体来说，基于上述判别，可以对交流馈线支路的绝缘情况进行在线监测，从而判断交流系统是否存在隐患，并发出告警信号，以便于及时发现因绝缘异常而引起的消防隐患，从而有效地避免火灾事故的发生。

本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明中一种同步调相机相关交流二次回路漏电监测方法，通过同步调相机的动作判据更改同步调相机的工作状态，并根据不同时刻的首端剩余电流和剩余电流动态补偿量对支路的异常情况进行判定，能够准确地对较小的异常电流进行判定，同时有效地防止火灾、触电等电气事故的发生，保障电网二次回路的安全可靠状态。

本发明申请人结合说明书附图对本发明的实施示例做了详细的说明与描述，但是本领域技术人员应该理解，以上实施示例仅为本发明的优选实施方案，详尽的说明只是为了帮助读者更好地理解本发明精神，而并非对本发明保护范围的限制，相反，任何基于本发明的发明精神所作的任何改进或修饰都应当落在本发明的保护范围之内。