一种电弧光故障的检测判别方法技术

本发明专利技术公开一种电弧光故障的检测判别方法，步骤是：在开关柜小室安装无源光传感器，采用光选频带通薄膜技术持续识别获取电弧光信号，通过大芯径塑料光纤或大数值孔径的石英多模光纤传输至保护装置；保护装置进行模数转换，以固定采样频率将模拟光信号转换为数字光信号，采用IEC61850过程层技术，将数字光信号在装置板卡间及装置间进行高速传输；保护装置对所述数字光信号与预设的光信号分组逻辑进行检索匹配，并结合工频变化量电流信号判据综合判断是否发生电弧光故障。此种方法可快速、可靠地检测到电弧光故障的存在，进而隔离故障，降低故障对设备及人员的伤害。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电弧光故障的检测判别方法，适用于电网、电厂、工业企业变电站等场合的母线、变压器、电动机、断路器的快速保护。
技术介绍
目前我国电网结构中的中压系统，即10kV和35kV等级，大多使用封闭式的中置柜以电缆引出，由于出线多，操作频繁，运行电流大，故障过电压高，设备安全距离与高压设备相比有差距，制造质量近年来有下降趋势，短路事故几率较高。母线故障的后果是其产生的气体急剧膨胀造成开关柜爆炸；电弧高温导致铜排、铝排、电缆烧毁；开关设备强烈震动，导致固定件松动；高温、强光、有害气体、碎片飞溅、爆炸声等会造成人员伤害。由于目前继电保护规程中，中、低压母线没有要求配置专门的保护，针对上述情况，传统解决办法包括：1）由后备过流保护切除母线故障，考虑整定配合，保护动作时间一般为1.0s以上，切除时间长，常导致在故障发生后继续发展成为更严重的故障，这种发展的故障无论是对中低压配电装置本身还是对主变造成的冲击和损坏都是很大的，设备损伤程度大，甚至烧毁，影响生产运行；2）采用馈线过流元件反向闭锁进线的过流保护，典型保护动作时间为100ms，但接线施工复杂，且闭锁回路没有监视机制，无法实时监视闭锁回路是否正常；3）采用常规电流差动母线保护，该保护原理在110kV及以上的高压母线应用广泛，且效果较好，其典型保护动作时间为30～45ms，但由于中、低压系统的CT易饱和，会导致保护误动，且装置支路数量很难满足出线间隔要求，使得该类保护应用受限。为解决上述问题，目前国内已有工程化使用的专用中低压母线继电保护装置，为国外品牌国内代理产品，其采用的电弧光故障判定方法分析总结如下：1）部分产品采用有源光传感器采集光信号，并在开关柜内完成光电信号转换，以电缆完成信号的传输。这种方式的光传感器制造成本低，但其将弱电信号引入强电开关小室，且传输过程中的弱电压信号易受安装环境的电磁干扰，可靠性降低；2）部分产品采用无源光传感器采集光信号，但光传感器正前方180度全视场角范围内的传感器感光效果差异性大，与其产品说明书中标注的性能不符，会导致监视范围缩小，甚至会有监视死区；3）已有产品的电气量辅助判据采用进线电流幅值判据和零序电流判据，部分故障情况下的故障检测速度慢，影响该类保护装置的整体性能。当母线故障时，电源进线的三相电流发生突变，同时产生电弧强光，为了保证变压器及母线开关设备的安全运行，迫切需要寻求一种快速、可靠的电弧光故障检测判别方法。
技术实现思路
本专利技术的目的，在于提供一种电弧光故障的检测判别方法，其可快速、可靠地检测到电弧光故障的存在，进而隔离故障，降低故障对设备及人员的伤害，为了达成上述目的，本专利技术的解决方案是：一种电弧光故障的检测判别方法，包括如下步骤：（1）在需要监视的开关柜小室，安装无源被动式光传感器，监视并检测光传感器正前方180度全视场角内的电弧光，采用光选频带通薄膜技术持续识别获取电弧光信号；（2）将模拟电弧光信号通过大芯径塑料光纤或大数值孔径的石英多模光纤传输至保护装置；（3）保护装置接收各光传感器的模拟光信号，以固定采样频率将模拟光信号转换为数字光信号，数字光信号在装置板卡间及装置间进行高速传输；（4）保护装置对所述数字光信号与预设的光信号分组逻辑进行检索匹配，判断是否发生电弧光故障。上述步骤（3）中，保护装置接收各光传感器的模拟光信号，以固定采样频率将模拟光信号转换为数字光信号，采用IEC61850过程层技术，将数字光信号在装置板卡间及装置间进行高速传输。上述步骤（4）中，保护装置对所述数字光信号与预设的光信号分组逻辑进行检索匹配，同时结合工频变化量电流信号判据判断是否发生电弧光故障；工频变化量电流信号判据具体内容是：保护装置以固定的采样频率对进线电流互感器二次侧电流进行采样，得到三相电流，满足下式时判据满足：ΔIФФ>kΔIФФt+ΔIФФth其中，各符号的含义如下：ΔIФФ-三相电流各自的电流变化量；ΔIФФt-浮动门坎，k取1.2～1.3倍；ΔIФФth-固定门坎，取0.2In～0.3In。上述步骤（4）中，若保护装置判断发生电弧光故障则报警或跳闸。采用上述方案后，本专利技术的有益效果是：采用无源光传感器，避免将弱电引入开关柜的强电小室，实现强、弱电有效隔离；采用光度学余弦原理，实现光传感器正前方180度全视场角内的电弧光信号监视；采用光选频带通薄膜技术，滤除其它频率的光信号干扰；采用光纤在保护装置和光传感器间传输模拟光信号，不受现场安装环境的电磁干扰；采用IEC61850过程层技术，实现数字光信号的快速可靠传输；采用工频变化量原理的电流判据，在提高电弧光故障检测可靠性的前提下，保证检测的快速性。附图说明图1（a）、（b）分别是本专利技术中光度学余弦定律示意图；图2是根据本专利技术设计的光传感器的结构示意图；图中，a-保护罩，b-光扩散薄膜，c-光纤耦合系统，d传输光缆，e-光电探测器；图3是不同光电探测器的频率响应特性图；图4是本专利技术中光传感器的安装示意图；图中，f-光传感器的安装位置；图5是根据本专利技术设计装置在单母分段场合中的应用配置图；图中，g-光传感器，h-开关柜，i-光纤，j-应用本专利技术的继电保护装置。具体实施方式以下将结合附图，对本专利技术的技术方案进行详细说明。本专利技术提供一种电弧光故障的检测判别方法，包括如下步骤：（1）在需要监视的开关柜小室，安装基于光度学余弦原理的无源被动式光传感器，监视并检测光传感器正前方180度全视场角内的电弧光，采用光选频带通薄膜技术持续识别获取电弧光信号，实现电弧光信号的带通滤波；（2）步骤（1）中获取的模拟电弧光信号通过大芯径塑料光纤或大数值孔径的石英多模光纤，传输至保护装置，提高信号传输过程中的抗干扰能力；（3）保护装置接收各光传感器的模拟光信号，以固定采样频率将模拟光信号转换为数字光信号，采用IEC61850过程层技术，将数字光信号在装置板卡间及装置间进行高速传输，确保数字光信号的快速可靠传输；（4）保护装置对所述数字光信号与预设的光信号分组逻辑进行检索，若二者匹配，确认光信号有效，并结合采集到的与该分组逻辑对应的电气量信号（包括三相电流），采用工频变化量电流信号判据综合判断是否发生电弧光故障，若发生故障则保护装置报警或跳闸。以下介绍所述光传感器相关技术的实现过程。由现有知识易知，当发光体在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电弧光故障的检测判别方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在需要监视的开关柜小室，安装无源被动式光传感器，监视并检测光
传感器正前方180度全视场角内的电弧光，采用光选频带通薄膜技术持续识别获
取电弧光信号；
（2）将模拟电弧光信号通过大芯径塑料光纤或大数值孔径的石英多模光纤
传输至保护装置；
（3）保护装置接收各光传感器的模拟光信号，以固定采样频率将模拟光信
号转换为数字光信号，数字光信号在装置板卡间及装置间进行高速传输；
（4）保护装置对所述数字光信号与预设的光信号分组逻辑进行检索匹配，
判断是否发生电弧光故障。
2.如权利要求1所述的一种电弧光故障的检测判别方法，其特征在于：所
述步骤（3）中，保护装置接收各光传感器的模拟光信号，以固定采样频率将模
拟光信号转换为数字光信号，采用IEC61850过程层技...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛洪海，许立国，严伟，石铁洪，袁发强，颜霞，刘强，吴忠，元翔，任勇，
申请(专利权)人：南京南瑞继保电气有限公司，贵州电网公司，
类型：发明
国别省市：