專利名稱：基于電容電流時(shí)域補(bǔ)償?shù)拇半娋W(wǎng)接地漏電保護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的方法，具體是一種基于電容電流時(shí)域補(bǔ) 償?shù)拇半娋W(wǎng)接地漏電保護(hù)方法。
背景技術(shù)：
船舶電網(wǎng)由于工作環(huán)境惡劣，潮濕、振蕩與鹽腐蝕等因素易造成電力設(shè)備的絕緣 降低，從而引起漏電故障。而船舶由于空間的限制，船員經(jīng)常與各用電設(shè)備接觸，漏電故障 會(huì)危及船員安全；對(duì)于大型油船或夜化天然氣運(yùn)輸船，漏電故障更有可能引起火災(zāi)等安全 事故。所以，船舶漏電保護(hù)對(duì)船員的人身安全、船舶電力系統(tǒng)的可靠性及安全性有極其重要 作用。隨著船舶電力系統(tǒng)容量的增大，船舶漏電問題也越來越嚴(yán)重。由于船舶電力系統(tǒng) 的環(huán)境與煤礦電力系統(tǒng)相似——工作環(huán)境惡劣，采用三相三線制、中性點(diǎn)不接地的供電方 式，因此煤礦電力系統(tǒng)漏電保護(hù)方法對(duì)船舶電網(wǎng)漏電保護(hù)有很大的借鑒作用。由于非選擇 性的漏電保護(hù)無法不能滿足供電可靠性要求，目前大多采用選擇性漏電保護(hù)，一般采用零 序電流型和零序功率方向型原理。經(jīng)對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?200910171177. 7，名稱為一種中線 不接地的三相漏電保護(hù)方法，該技術(shù)比較電網(wǎng)浮地中性點(diǎn)和參考節(jié)點(diǎn)(大地)之間的電壓 差，當(dāng)兩點(diǎn)之間的電壓發(fā)生變化時(shí)，就認(rèn)為電網(wǎng)發(fā)生漏電。該技術(shù)簡單可靠，但沒有選擇性， 無法判斷故障所在支路。又經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利申請(qǐng)?zhí)枮?00920088015. 2，名稱為煤礦高壓選擇性漏 電保護(hù)裝置，該技術(shù)采用暫態(tài)分量和穩(wěn)態(tài)分量綜合方法，對(duì)于故障發(fā)生初的暫態(tài)階段采用 暫態(tài)電流方向方法，該方法是將電流相互點(diǎn)積的積分平均值來判斷電流的方向，而故障處 于穩(wěn)態(tài)階段采用導(dǎo)納互差增量方法，該方法將故障饋出線和非故障饋出線的導(dǎo)納進(jìn)行互差 求和來判斷故障線路，然后將結(jié)果進(jìn)行羅輯判斷最終確定故障所在饋出線路。由于小電流 接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，漏電流及零序電流很小(特別是對(duì)地電容較小時(shí))，該技術(shù)直接 采用暫態(tài)階段和穩(wěn)態(tài)階段的零序電流值進(jìn)行計(jì)算，可能引起保護(hù)誤動(dòng)作和失去方向性。經(jīng)檢索還發(fā)現(xiàn)，沈祥云，袁振海等在2004年《工礦自動(dòng)化》上發(fā)表的“自然直流選 擇性漏電保護(hù)的研究”的文章，該技術(shù)將電網(wǎng)通過三相半橋整流電路以及檢測(cè)電阻，與各支 路相連形成回路，通過檢測(cè)該回路中的檢測(cè)電流判斷故障情況，漏電支路檢測(cè)電流大于非 漏電分支檢測(cè)電流，具有選擇性。但該技術(shù)存在附加的人為接地點(diǎn)，對(duì)于安全性較高的大型 船舶并不適合；于群等人在2004年的《煤礦機(jī)電》上發(fā)表的題為“基于電流補(bǔ)償法的礦井高 壓電網(wǎng)漏電保護(hù)系統(tǒng)”的文章，該技術(shù)提出基于穩(wěn)態(tài)電流補(bǔ)償法的電網(wǎng)漏電保護(hù)方法，但該 方法只適用于故障后的穩(wěn)態(tài)期間，在故障初期的暫態(tài)過程中可能引起漏電保護(hù)的誤動(dòng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種基于電容電流時(shí)域補(bǔ)償?shù)拇半娋W(wǎng)接地漏電保護(hù)方法。本發(fā)明采用了一種時(shí)域電容電流補(bǔ)償方案，對(duì)零序電流進(jìn)行 補(bǔ)償，能有效提高漏電保護(hù)的靈敏度與選擇性。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括以下步驟第一步，在船舶電網(wǎng)的每個(gè)支路上安裝一個(gè)跳閘回路，且在每個(gè)跳閘回路上安裝 一個(gè)電壓互感器和電流互感器。第二步，采用電壓互感器和電流互感器，每隔T時(shí)間對(duì)支路的跳閘回路進(jìn)行一次 電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)，得到每個(gè)跳閘回路處的零序電壓瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值。第三步，根據(jù)每個(gè)跳閘回路處的零序電壓瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到每條支 路的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值。所述的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值，是
其中i。p(k)是k時(shí)刻的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值，R是該支路的π型等效電路的零 序電阻，L是該支路的π型等效電路的零序電感、C是該支路的π型等效電路的零序電 容，u(k)是k時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值，u(k-T)是k-T時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值， u(k-2T)是k-2T時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值，u(k-3T)是k-3T時(shí)刻該支路的零序電壓瞬 時(shí)值，i (k)是k時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí)值，i (k-T)是k-T時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí) 值、i (k-2T)是k-2T時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí)值。第四步，根據(jù)i。p(k) = i(k)_i。p(k)，得到每條支路的零序動(dòng)作電流瞬時(shí)值，其中 i。p(k)是k時(shí)刻支路的零序動(dòng)作電流瞬時(shí)值，i。p(k)是k時(shí)刻該支路的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí) 值，i (k)是k時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí)值。第五步，采用全周傅氏方法，得到每條支路的零序動(dòng)作電流幅值。第六步，當(dāng)支路的零序動(dòng)作電流幅值大于零序過流保護(hù)定值Isrt，則該支路發(fā)生漏 電故障，啟動(dòng)該支路跳閘回路，斷開該支路的斷路器，電網(wǎng)故障被切除，電網(wǎng)其他部分恢復(fù) 正常運(yùn)行；否則，該支路沒有發(fā)生漏電故障，不做處理。所述的零序過流保護(hù)定值Isrt，是 其中=Cstl為電網(wǎng)各條支路的對(duì)地電容之和為電網(wǎng)的相電壓，ω為電網(wǎng)的角頻 率，Km1是設(shè)定的不對(duì)稱系數(shù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是1)時(shí)域補(bǔ)償對(duì)支路分布電容的分散性并不敏感，無論支路分布電容大小，都能有 很好的補(bǔ)償效果。2)電網(wǎng)在發(fā)生漏電故障時(shí)，及時(shí)切除故障支路、恢復(fù)電網(wǎng)其他部分的正常運(yùn)行。3)通過對(duì)檢測(cè)到的零序電流進(jìn)行時(shí)域補(bǔ)償，不僅能降低反向故障時(shí)的動(dòng)作值，還 能提高正向故障時(shí)的動(dòng)作值，與穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償相比，時(shí)域補(bǔ)償能更好的抑制故障后暫態(tài)過程、提 高保護(hù)的靈敏度與可靠性。
4)所述方法除測(cè)量用零序電流互感器和零序電壓互感器固有的接地點(diǎn)之外，沒有 其他人為接地點(diǎn)，提高了電網(wǎng)的安全性和可靠性。5)該保護(hù)方法對(duì)故障發(fā)生后的暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)期間都適用，能有效提高保護(hù)的動(dòng)作時(shí) 間和可靠性。


圖1是分別采用實(shí)施例方法和現(xiàn)有技術(shù)得到的母線的零序動(dòng)作電流幅值；圖2是分別采用實(shí)施例方法和現(xiàn)有技術(shù)得到的支路的零序動(dòng)作電流幅值；圖3是分別采用實(shí)施例方法和現(xiàn)有技術(shù)得到的動(dòng)作值隨采樣點(diǎn)的變化情況示意 圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的方法進(jìn)一步描述本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提 下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述 的實(shí)施例。實(shí)施例本實(shí)施例的船舶電網(wǎng)是典型的輻射配電網(wǎng)，電源為6. 6KV/500MVA，其中有三條支 路(分別命名為Ni、N2和N3)，三條支路的π型等效電路參數(shù)分別為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。本實(shí)施例包括以下步驟第一步，在船舶電網(wǎng)的每個(gè)支路上安裝一個(gè)跳閘回路，且在每個(gè)跳閘回路上安裝 一個(gè)電壓互感器和電流互感器。第二步，采用電壓互感器和電流互感器，每隔T (本實(shí)施例中T = O. 0005s)時(shí)間對(duì) 支路的跳閘回路進(jìn)行一次電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)，得到每個(gè)跳閘回路處的零序電壓瞬時(shí)值和 零序電流瞬時(shí)值。以N3支路為例，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時(shí)刻N(yùn)3支路的零序電壓瞬時(shí)值，i (t)是t時(shí)刻N(yùn)3支路的零序電 流瞬時(shí)值。第三步，根據(jù)每個(gè)跳閘回路處的零序電壓瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到每條支 路的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值。所述的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值，是
其中i。p(k)是k時(shí)刻的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值，R是該支路的π型等效電路的零 序電阻，L是該支路的π型等效電路的零序電感、C是該支路的π型等效電路的零序電 容，u(k)是k時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值，u(k-T)是k-T時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值， u(k-2T)是k-2T時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值，u(k-3T)是k-3T時(shí)刻該支路的零序電壓瞬 時(shí)值，i (k)是k時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí)值，i (k-T)是k-T時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí) 值，i(k-2T)是k-2T時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí)值。本實(shí)施例中N3支路0. 5s時(shí)的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值是0. 029915901693969 A。第四步，根據(jù)i。p(k) = i(k)_i。p(k)，得到每條支路的零序動(dòng)作電流瞬時(shí)值，其中 i。p(k)是k時(shí)刻支路的零序動(dòng)作電流瞬時(shí)值，i。p(k)是k時(shí)刻該支路的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí) 值，i (k)是k時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí)值。本實(shí)施例中N3支路的零序電流瞬時(shí)值為-0. 608565524027302 A。第五步，采用全周傅氏方法，得到每條支路的零序動(dòng)作電流幅值。本實(shí)施例中N3支路的零序動(dòng)作電流幅值是0. 272757781769306 A。第六步，當(dāng)支路的零序動(dòng)作電流幅值大于零序過流保護(hù)定值Isrt，則該支路發(fā)生漏 電故障，啟動(dòng)該支路跳閘回路，斷開該支路的斷路器，電網(wǎng)故障被切除，電網(wǎng)其他部分恢復(fù) 正常運(yùn)行；否則，該支路沒有發(fā)生漏電故障，不做處理。本實(shí)施例中所述的零序過流保護(hù)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為電網(wǎng)各條支路的對(duì)地電容之和為電網(wǎng)的相電壓，ω為電網(wǎng)的角頻 率，Km1 (本實(shí)施例中為0. 1)是設(shè)定的不對(duì)稱系數(shù)。由于Ν3支路的零序動(dòng)作電流幅值大于零序過流保護(hù)定值Isrt,故Ν3支路發(fā)生漏電 故障，啟動(dòng)該支路跳閘回路，斷開該支路的斷路器，電網(wǎng)故障被切除，電網(wǎng)其他部分恢復(fù)正 常運(yùn)行。當(dāng)電流從支路向母線流時(shí)，分別采用本實(shí)施例方法、現(xiàn)有技術(shù)中的零序過電流保 護(hù)方法和現(xiàn)有技術(shù)中的穩(wěn)態(tài)電容電流補(bǔ)償?shù)牧阈蜻^電流保護(hù)方法，在不同的故障接地電阻 下，母線發(fā)生漏電故障時(shí)，得到的母線的零序動(dòng)作電流幅值，如圖1所示。由該圖可知當(dāng) 母線發(fā)生漏電故障時(shí)，傳統(tǒng)的零序過電流保護(hù)(不補(bǔ)償)動(dòng)作電流較大，容易引起漏電器的 誤動(dòng)作，經(jīng)穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償后，雖然能使動(dòng)作電流減小，但是減小的幅度較本發(fā)明方法(時(shí)域補(bǔ)償 法)小。所以應(yīng)用本實(shí)施例方法后，船舶漏電保護(hù)具有更好的可靠性。當(dāng)電流從母線向支路流時(shí)，分別采用本實(shí)施例方法、現(xiàn)有技術(shù)中的零序過電流保護(hù)方法和現(xiàn)有技術(shù)中的穩(wěn)態(tài)電容電流補(bǔ)償?shù)牧阈蜻^電流保護(hù)方法，在不同的故障接地電阻 下，N3支路發(fā)生漏電故障時(shí)，得到的N3支路的零序動(dòng)作電流幅值，如圖2所示。由該圖可 知N3支路正方向故障時(shí)，穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償與時(shí)域補(bǔ)償皆能大幅提高繼電器的動(dòng)作值。這對(duì)于繼 電器的動(dòng)作十分有利，有效提高繼電器的靈敏度。當(dāng)電流從支路向母線流時(shí)，分別采用本實(shí)施例方法、現(xiàn)有技術(shù)中的零序過電流保 護(hù)方法和現(xiàn)有技術(shù)中的穩(wěn)態(tài)電容電流補(bǔ)償?shù)牧阈蜻^電流保護(hù)方法，得到的動(dòng)作值隨采樣點(diǎn) 的變化情況，如圖3所示。由該圖可知由于故障后暫態(tài)過程的影響，零序電流變化劇烈。 穩(wěn)態(tài)補(bǔ)償后，由于補(bǔ)償過程中并未計(jì)及暫態(tài)過程的影響，仍然存在兩個(gè)波峰，易造成漏電繼 電器誤動(dòng)。本實(shí)施例方法(時(shí)域補(bǔ)償)可以將此暫態(tài)過程的電流波動(dòng)很好補(bǔ)償，使電流變化 趨于平緩，能有效防止繼電器的誤動(dòng)作，提高船舶電網(wǎng)漏電保護(hù)的可靠性。
權(quán)利要求
一種基于電容電流時(shí)域補(bǔ)償?shù)拇半娋W(wǎng)接地漏電保護(hù)方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，在船舶電網(wǎng)的每個(gè)支路上安裝一個(gè)跳閘回路，且在每個(gè)跳閘回路上安裝一個(gè)電壓互感器和電流互感器；第二步，采用電壓互感器和電流互感器，每隔T時(shí)間對(duì)支路的跳閘回路進(jìn)行一次電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)，得到每個(gè)跳閘回路處的零序電壓瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值；第三步，根據(jù)每個(gè)跳閘回路處的零序電壓瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值，得到每條支路的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值；第四步，根據(jù)iop(k)＝i(k) icp(k)，得到每條支路的零序動(dòng)作電流瞬時(shí)值，其中iop(k)是k時(shí)刻支路的零序動(dòng)作電流瞬時(shí)值，icp(k)是k時(shí)刻該支路的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值，i(k)是k時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí)值；第五步，采用全周傅氏方法，得到每條支路的零序動(dòng)作電流幅值；第六步，當(dāng)支路的零序動(dòng)作電流幅值大于零序過流保護(hù)定值Iset，則該支路發(fā)生漏電故障，啟動(dòng)該支路跳閘回路，斷開該支路的斷路器，電網(wǎng)故障被切除，電網(wǎng)其他部分恢復(fù)正常運(yùn)行；否則，該支路沒有發(fā)生漏電故障，不做處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容電流時(shí)域補(bǔ)償?shù)拇半娋W(wǎng)接地漏電保護(hù)方法，其特 征是，第三步中所述的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值，是 其中i。p(k)是k時(shí)刻的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值，R是該支路的π型等效電路的零序電 阻，L是該支路的π型等效電路的零序電感，C是該支路的π型等效電路的零序電容，u(k) 是k時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值，u(k-T)是k-T時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值，u(k-2T) 是k-2T時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值，u(k-3T)是k-3T時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值， i(k)是k時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí)值，i (k-T)是k-T時(shí)刻該支路的零序電流瞬時(shí)值， i (k-2T)是k-2T時(shí)刻該支路的零序電壓瞬時(shí)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電容電流時(shí)域補(bǔ)償?shù)拇半娋W(wǎng)接地漏電保護(hù)方法，其特 征是，第六步中所述的零序過流保護(hù)定值Isrt，是 其中=Cstl為電網(wǎng)各條支路的對(duì)地電容之和為電網(wǎng)的相電壓，ω為電網(wǎng)的角頻率， Krel是設(shè)定的不對(duì)稱系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于電容電流時(shí)域補(bǔ)償?shù)拇半娋W(wǎng)接地漏電保護(hù)方法，其特 征是，所述的Km1是0. 1。
全文摘要
一種電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的基于電容電流時(shí)域補(bǔ)償?shù)拇半娋W(wǎng)接地漏電保護(hù)方法，包括以下步驟在船舶電網(wǎng)的每個(gè)支路上安裝一個(gè)跳閘回路，且在每個(gè)跳閘回路上安裝一個(gè)電壓互感器和電流互感器；每隔T時(shí)間對(duì)支路的跳閘回路進(jìn)行一次電壓檢測(cè)和電流檢測(cè)，得到每個(gè)跳閘回路處的零序電壓瞬時(shí)值和零序電流瞬時(shí)值；得到每條支路的零序補(bǔ)償電流瞬時(shí)值；得到每條支路的零序動(dòng)作電流瞬時(shí)值；得到每條支路的零序動(dòng)作電流幅值；當(dāng)支路的零序動(dòng)作電流幅值大于零序過流保護(hù)定值，則啟動(dòng)該支路跳閘回路，斷開該支路的斷路器。本發(fā)明用于檢測(cè)船舶電網(wǎng)的漏電故障，能保證船舶電網(wǎng)漏電保護(hù)的選擇性，有效提高船舶漏電保護(hù)的可靠性與靈敏度。
文檔編號(hào)H02H3/26GK101895090SQ201010244560
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月6日
發(fā)明者倪明杰, 傅曉紅, 衛(wèi)衛(wèi), 張琦兵, 王江海, 王鵬, 邰能靈 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)