专利名称：基于电容电流时域补偿的船舶电网接地漏电保护方法
技术领域：
本发明涉及的是一种电力系统技术领域的方法，具体是一种基于电容电流时域补 偿的船舶电网接地漏电保护方法。
背景技术：
船舶电网由于工作环境恶劣，潮湿、振荡与盐腐蚀等因素易造成电力设备的绝缘 降低，从而引起漏电故障。而船舶由于空间的限制，船员经常与各用电设备接触，漏电故障 会危及船员安全；对于大型油船或夜化天然气运输船，漏电故障更有可能引起火灾等安全 事故。所以，船舶漏电保护对船员的人身安全、船舶电力系统的可靠性及安全性有极其重要 作用。随着船舶电力系统容量的增大，船舶漏电问题也越来越严重。由于船舶电力系统 的环境与煤矿电力系统相似——工作环境恶劣，采用三相三线制、中性点不接地的供电方 式，因此煤矿电力系统漏电保护方法对船舶电网漏电保护有很大的借鉴作用。由于非选择 性的漏电保护无法不能满足供电可靠性要求，目前大多采用选择性漏电保护，一般采用零 序电流型和零序功率方向型原理。经对现有文献检索发现，中国专利申请号为=200910171177. 7，名称为一种中线 不接地的三相漏电保护方法，该技术比较电网浮地中性点和参考节点(大地)之间的电压 差，当两点之间的电压发生变化时，就认为电网发生漏电。该技术简单可靠，但没有选择性， 无法判断故障所在支路。又经检索发现，中国专利申请号为200920088015. 2，名称为煤矿高压选择性漏 电保护装置，该技术采用暂态分量和稳态分量综合方法，对于故障发生初的暂态阶段采用 暂态电流方向方法，该方法是将电流相互点积的积分平均值来判断电流的方向，而故障处 于稳态阶段采用导纳互差增量方法，该方法将故障馈出线和非故障馈出线的导纳进行互差 求和来判断故障线路，然后将结果进行罗辑判断最终确定故障所在馈出线路。由于小电流 接地系统发生单相接地时，漏电流及零序电流很小(特别是对地电容较小时)，该技术直接 采用暂态阶段和稳态阶段的零序电流值进行计算，可能引起保护误动作和失去方向性。经检索还发现，沈祥云，袁振海等在2004年《工矿自动化》上发表的“自然直流选 择性漏电保护的研究”的文章，该技术将电网通过三相半桥整流电路以及检测电阻，与各支 路相连形成回路，通过检测该回路中的检测电流判断故障情况，漏电支路检测电流大于非 漏电分支检测电流，具有选择性。但该技术存在附加的人为接地点，对于安全性较高的大型 船舶并不适合；于群等人在2004年的《煤矿机电》上发表的题为“基于电流补偿法的矿井高 压电网漏电保护系统”的文章，该技术提出基于稳态电流补偿法的电网漏电保护方法，但该 方法只适用于故障后的稳态期间，在故障初期的暂态过程中可能引起漏电保护的误动。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种基于电容电流时域补偿的船舶电网接地漏电保护方法。本发明采用了一种时域电容电流补偿方案，对零序电流进行 补偿，能有效提高漏电保护的灵敏度与选择性。本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤第一步，在船舶电网的每个支路上安装一个跳闸回路，且在每个跳闸回路上安装 一个电压互感器和电流互感器。第二步，采用电压互感器和电流互感器，每隔T时间对支路的跳闸回路进行一次 电压检测和电流检测，得到每个跳闸回路处的零序电压瞬时值和零序电流瞬时值。第三步，根据每个跳闸回路处的零序电压瞬时值和零序电流瞬时值，得到每条支 路的零序补偿电流瞬时值。所述的零序补偿电流瞬时值，是
其中i。p(k)是k时刻的零序补偿电流瞬时值，R是该支路的π型等效电路的零 序电阻，L是该支路的π型等效电路的零序电感、C是该支路的π型等效电路的零序电 容，u(k)是k时刻该支路的零序电压瞬时值，u(k-T)是k-T时刻该支路的零序电压瞬时值， u(k-2T)是k-2T时刻该支路的零序电压瞬时值，u(k-3T)是k-3T时刻该支路的零序电压瞬 时值，i (k)是k时刻该支路的零序电流瞬时值，i (k-T)是k-T时刻该支路的零序电流瞬时 值、i (k-2T)是k-2T时刻该支路的零序电流瞬时值。第四步，根据i。p(k) = i(k)_i。p(k)，得到每条支路的零序动作电流瞬时值，其中 i。p(k)是k时刻支路的零序动作电流瞬时值，i。p(k)是k时刻该支路的零序补偿电流瞬时 值，i (k)是k时刻该支路的零序电流瞬时值。第五步，采用全周傅氏方法，得到每条支路的零序动作电流幅值。第六步，当支路的零序动作电流幅值大于零序过流保护定值Isrt，则该支路发生漏 电故障，启动该支路跳闸回路，断开该支路的断路器，电网故障被切除，电网其他部分恢复 正常运行；否则，该支路没有发生漏电故障，不做处理。所述的零序过流保护定值Isrt，是 其中=Cstl为电网各条支路的对地电容之和为电网的相电压，ω为电网的角频 率，Km1是设定的不对称系数。与现有技术相比，本发明的有益效果是1)时域补偿对支路分布电容的分散性并不敏感，无论支路分布电容大小，都能有 很好的补偿效果。2)电网在发生漏电故障时，及时切除故障支路、恢复电网其他部分的正常运行。3)通过对检测到的零序电流进行时域补偿，不仅能降低反向故障时的动作值，还 能提高正向故障时的动作值，与稳态补偿相比，时域补偿能更好的抑制故障后暂态过程、提 高保护的灵敏度与可靠性。
4)所述方法除测量用零序电流互感器和零序电压互感器固有的接地点之外，没有 其他人为接地点，提高了电网的安全性和可靠性。5)该保护方法对故障发生后的暂态和稳态期间都适用，能有效提高保护的动作时 间和可靠性。
图1是分别采用实施例方法和现有技术得到的母线的零序动作电流幅值；图2是分别采用实施例方法和现有技术得到的支路的零序动作电流幅值；图3是分别采用实施例方法和现有技术得到的动作值随采样点的变化情况示意 图。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的方法进一步描述本实施例在以本发明技术方案为前提 下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述 的实施例。实施例本实施例的船舶电网是典型的辐射配电网，电源为6. 6KV/500MVA，其中有三条支 路(分别命名为Ni、N2和N3)，三条支路的π型等效电路参数分别为Nl 支路=Cl = 0. 13834073 μ F ;R1 = 10. 6279236 Ω ；Ll = 0. 1191635Η ；Ν2 支路C2 = 0. 069170367 μ F ;R2 = 5. 3139618 Ω ；L2 = 0. 05958177Η ；Ν3 支路:C3 = 0. 011528395 μ F ;R3 = 0. 8856603 Ω ；L3 = 0. 00993029Η。本实施例包括以下步骤第一步，在船舶电网的每个支路上安装一个跳闸回路，且在每个跳闸回路上安装 一个电压互感器和电流互感器。第二步，采用电压互感器和电流互感器，每隔T (本实施例中T = O. 0005s)时间对 支路的跳闸回路进行一次电压检测和电流检测，得到每个跳闸回路处的零序电压瞬时值和 零序电流瞬时值。以N3支路为例，得到的u(0. 5s) = -1908. 07289V,u (0. 0495s) = -2589. 65594V,u(0. 0490s) = -3205. 76793V,u(0. 0485s) = -3745. 65988V,i(0. 5s) = -0. 578649622333333A,i(0. 4995s) = -0. 528732216333333A,i(0. 4990s) = -0. 466048210333333A,其中U(t)是t时刻N3支路的零序电压瞬时值，i (t)是t时刻N3支路的零序电 流瞬时值。第三步，根据每个跳闸回路处的零序电压瞬时值和零序电流瞬时值，得到每条支 路的零序补偿电流瞬时值。所述的零序补偿电流瞬时值，是
其中i。p(k)是k时刻的零序补偿电流瞬时值，R是该支路的π型等效电路的零 序电阻，L是该支路的π型等效电路的零序电感、C是该支路的π型等效电路的零序电 容，u(k)是k时刻该支路的零序电压瞬时值，u(k-T)是k-T时刻该支路的零序电压瞬时值， u(k-2T)是k-2T时刻该支路的零序电压瞬时值，u(k-3T)是k-3T时刻该支路的零序电压瞬 时值，i (k)是k时刻该支路的零序电流瞬时值，i (k-T)是k-T时刻该支路的零序电流瞬时 值，i(k-2T)是k-2T时刻该支路的零序电流瞬时值。本实施例中N3支路0. 5s时的零序补偿电流瞬时值是0. 029915901693969 A。第四步，根据i。p(k) = i(k)_i。p(k)，得到每条支路的零序动作电流瞬时值，其中 i。p(k)是k时刻支路的零序动作电流瞬时值，i。p(k)是k时刻该支路的零序补偿电流瞬时 值，i (k)是k时刻该支路的零序电流瞬时值。本实施例中N3支路的零序电流瞬时值为-0. 608565524027302 A。第五步，采用全周傅氏方法，得到每条支路的零序动作电流幅值。本实施例中N3支路的零序动作电流幅值是0. 272757781769306 A。第六步，当支路的零序动作电流幅值大于零序过流保护定值Isrt，则该支路发生漏 电故障，启动该支路跳闸回路，断开该支路的断路器，电网故障被切除，电网其他部分恢复 正常运行；否则，该支路没有发生漏电故障，不做处理。本实施例中所述的零序过流保护定值Isrt,是
I如=Krcl^wUipCui
=0.1x3x100^x6.6x103/v3x(0.13834073 + 0.069170367 + 0.011528395)x2x10"6
=157.32mA,其中=Cstl为电网各条支路的对地电容之和为电网的相电压，ω为电网的角频 率，Km1 (本实施例中为0. 1)是设定的不对称系数。由于Ν3支路的零序动作电流幅值大于零序过流保护定值Isrt,故Ν3支路发生漏电 故障，启动该支路跳闸回路，断开该支路的断路器，电网故障被切除，电网其他部分恢复正 常运行。当电流从支路向母线流时，分别采用本实施例方法、现有技术中的零序过电流保 护方法和现有技术中的稳态电容电流补偿的零序过电流保护方法，在不同的故障接地电阻 下，母线发生漏电故障时，得到的母线的零序动作电流幅值，如图1所示。由该图可知当 母线发生漏电故障时，传统的零序过电流保护(不补偿)动作电流较大，容易引起漏电器的 误动作，经稳态补偿后，虽然能使动作电流减小，但是减小的幅度较本发明方法(时域补偿 法)小。所以应用本实施例方法后，船舶漏电保护具有更好的可靠性。当电流从母线向支路流时，分别采用本实施例方法、现有技术中的零序过电流保护方法和现有技术中的稳态电容电流补偿的零序过电流保护方法，在不同的故障接地电阻 下，N3支路发生漏电故障时，得到的N3支路的零序动作电流幅值，如图2所示。由该图可 知N3支路正方向故障时，稳态补偿与时域补偿皆能大幅提高继电器的动作值。这对于继 电器的动作十分有利，有效提高继电器的灵敏度。当电流从支路向母线流时，分别采用本实施例方法、现有技术中的零序过电流保 护方法和现有技术中的稳态电容电流补偿的零序过电流保护方法，得到的动作值随采样点 的变化情况，如图3所示。由该图可知由于故障后暂态过程的影响，零序电流变化剧烈。 稳态补偿后，由于补偿过程中并未计及暂态过程的影响，仍然存在两个波峰，易造成漏电继 电器误动。本实施例方法(时域补偿)可以将此暂态过程的电流波动很好补偿，使电流变化 趋于平缓，能有效防止继电器的误动作，提高船舶电网漏电保护的可靠性。
权利要求
一种基于电容电流时域补偿的船舶电网接地漏电保护方法，其特征在于，包括以下步骤第一步，在船舶电网的每个支路上安装一个跳闸回路，且在每个跳闸回路上安装一个电压互感器和电流互感器；第二步，采用电压互感器和电流互感器，每隔T时间对支路的跳闸回路进行一次电压检测和电流检测，得到每个跳闸回路处的零序电压瞬时值和零序电流瞬时值；第三步，根据每个跳闸回路处的零序电压瞬时值和零序电流瞬时值，得到每条支路的零序补偿电流瞬时值；第四步，根据iop(k)＝i(k) icp(k)，得到每条支路的零序动作电流瞬时值，其中iop(k)是k时刻支路的零序动作电流瞬时值，icp(k)是k时刻该支路的零序补偿电流瞬时值，i(k)是k时刻该支路的零序电流瞬时值；第五步，采用全周傅氏方法，得到每条支路的零序动作电流幅值；第六步，当支路的零序动作电流幅值大于零序过流保护定值Iset，则该支路发生漏电故障，启动该支路跳闸回路，断开该支路的断路器，电网故障被切除，电网其他部分恢复正常运行；否则，该支路没有发生漏电故障，不做处理。
2.根据权利要求1所述的基于电容电流时域补偿的船舶电网接地漏电保护方法，其特 征是，第三步中所述的零序补偿电流瞬时值，是 其中i。p(k)是k时刻的零序补偿电流瞬时值，R是该支路的π型等效电路的零序电 阻，L是该支路的π型等效电路的零序电感，C是该支路的π型等效电路的零序电容，u(k) 是k时刻该支路的零序电压瞬时值，u(k-T)是k-T时刻该支路的零序电压瞬时值，u(k-2T) 是k-2T时刻该支路的零序电压瞬时值，u(k-3T)是k-3T时刻该支路的零序电压瞬时值， i(k)是k时刻该支路的零序电流瞬时值，i (k-T)是k-T时刻该支路的零序电流瞬时值， i (k-2T)是k-2T时刻该支路的零序电压瞬时值。
3.根据权利要求1所述的基于电容电流时域补偿的船舶电网接地漏电保护方法，其特 征是，第六步中所述的零序过流保护定值Isrt，是 其中=Cstl为电网各条支路的对地电容之和为电网的相电压，ω为电网的角频率， Krel是设定的不对称系数。
4.根据权利要求3所述的基于电容电流时域补偿的船舶电网接地漏电保护方法，其特 征是，所述的Km1是0. 1。
全文摘要
一种电力系统技术领域的基于电容电流时域补偿的船舶电网接地漏电保护方法，包括以下步骤在船舶电网的每个支路上安装一个跳闸回路，且在每个跳闸回路上安装一个电压互感器和电流互感器；每隔T时间对支路的跳闸回路进行一次电压检测和电流检测，得到每个跳闸回路处的零序电压瞬时值和零序电流瞬时值；得到每条支路的零序补偿电流瞬时值；得到每条支路的零序动作电流瞬时值；得到每条支路的零序动作电流幅值；当支路的零序动作电流幅值大于零序过流保护定值，则启动该支路跳闸回路，断开该支路的断路器。本发明用于检测船舶电网的漏电故障，能保证船舶电网漏电保护的选择性，有效提高船舶漏电保护的可靠性与灵敏度。
文档编号H02H3/26GK101895090SQ201010244560
公开日2010年11月24日 申请日期2010年8月6日 优先权日2010年8月6日
发明者倪明杰, 傅晓红, 卫卫, 张琦兵, 王江海, 王鹏, 邰能灵 申请人:上海交通大学