海上风电场集电线路海缆电气故障定位方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及海上风电场技术领域，公开了一种海上风电场集电线路海缆电气故障定位方法，包括如下步骤：记母线及各风力发电机组与海缆的连接点为节点，取得各节点正序电流、负序电流、零序电流及正序电压、负序电压、零序电压，进而通过正序电流、负序电流、零序电流的存在状态判断故障类型，然后通过节点的零序功率方向或负序功率方向判断故障电缆的编号。本发明专利技术还公开了一种海上风电场集电线路海缆电气故障定位装置。本发明专利技术海上风电场集电线路海缆电气故障定位方法及其装置，新增设备少、技术可实行性强，能实时快速准确定位故障海缆，原理简单、定位速度快、可靠性高，同时增加投入少。

Electrical Fault Location Method and Device for Offshore Wind Farm Collector Line

【技术实现步骤摘要】
海上风电场集电线路海缆电气故障定位方法及其装置
本专利技术涉及海上风电场
，具体涉及一种海上风电场集电线路海缆电气故障定位方法及其装置。
技术介绍
目前，对陆上输电线路及地埋电缆的故障区域定位主要有以下几种方法：1)阻抗法，可以分为单端法和双端法。阻抗法的优点是精确度较高并且原理比较简单，但是适用范围小，在测试故障电缆中接地电阻很大的高阻故障和闪络故障时，无法达到满意的效果。其中，单端法只用线路一侧的电压、电流测量值，无法克服接地过渡电阻的影响，测距算法需进行一定的假设。双端法则利用线路两侧的电压、电流测量值，可消除过渡电阻对定位精度的影响，但是得到的电压和电流量需要具有统一的时间参考基准。2)行波法，目前应用比较多的行波测距法有：低压脉冲反射法和高压弧反射法。低压脉冲反射法主要是针对电缆发生断线故障、短路故障和低阻接地故障的时候进行应用。优点是原理简单，容易使用，对于故障电缆的要求不高，并且可以根据反射脉冲的波形进一步判断电缆故障类型，有助于更迅速的找出故障点。缺点是应用范围有局限性，不能用于高阻接地和闪络故障。高压弧反射法的优点是不会对故障点造成永久性击穿，测试速度快。缺点是由于高压弧发生器和脉冲测试仪都在同一点工作，互相会造成影响，脉冲测试仪有可能会被高压损坏，高压放电时也会被脉冲信号影响而使得故障点不容易击穿。3)行波固有频率法，该算法需要事先已知故障方式，用到了故障过度电阻和接地电阻，由于实际的短路情况复杂，故障阻抗矩阵难于确定。此外该算法存在一个难点，就是模态定阶，对于复杂的暂态故障行波来说，定阶仍然有可能比较麻烦。此外，还有沿电缆敷设感温电缆以及逐个负荷开关拉合的方法，这两种方法经济型较差，且需要大量的人力及时间，并不适用海上风电场这种特殊的应用场景。上述几种目前主流的电缆故障定位方法在陆上均有广泛的应用，技术也较为成熟。但是由于国内海上风电发展较晚，处于刚刚起步的阶段，在实际工程中并未采取上述任何一种方法，来对故障海缆进行定位，市场上也暂时没有任何用于海上风电场集电线路故障海缆定位的成熟装置。而且上述几种方法，对故障线路的测试、判断、定位均需要投入较大量的设备，且要耗费一定的时间，若盲目将陆上输电线路故障定位的方法应用到海上风电领域，由于已有的陆上输电线路故障定位方法，在海上应用时，存在技术方案较为复杂、技术可行性不强，设备投入成本高以及人力资源耗费大等问题。而海上风电故障海缆的定位，不需要对故障进行精准的测距定位，而是只需要判断哪一段海缆发生故障，能够在原有设备基础上，通过增加尽可能少的装置，快速、准确、成本低的实现故障海缆的定位是目前海缆电气故障定位的迫切需求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术的不足，提供一种海上风电场集电线路海缆电气故障定位方法及其装置，新增设备少、技术可实行性强，能实时快速准确定位故障海缆，原理简单、定位速度快、可靠性高，同时增加投入少。为实现上述目的，本专利技术所设计的海上风电场集电线路海缆电气故障定位方法，包括如下步骤：A)记母线与海缆的连接点为节点J0，各风力发电机组与海缆的连接点为节点J1、节点J2、…节点Jn…节点Ji，节点J0至节点Ji将所述海缆分为海缆单元H1～海缆单元Hi，取得各节点Jn的正序电流负序电流零序电流及正序电压负序电压零序电压B)当存在零序电流且存在正序电流和负序电流时，进入步骤C)，当不存在零序电流但存在正序电流和负序电流时，进入步骤D)；C)通过所述步骤A)取得的各节点Jn的零序电流及零序电压计算得出各节点Jn的零序功率方向角θn0，记θn0∈(-90°，90°)时，节点Jn的零序功率方向为正，记数字信号为In0＝1，记θn0∈(90°，270°)时，节点Jn的零序功率方向为负，记数字信号为In0＝0，当In0＝1，且I(n+1)0＝0时，则海缆单元n+1为故障电缆；D)通过所述步骤A)取得的各节点Jn的负序电流及负序电压计算得出各节点Jn的负序功率方向角θn2，记θn2∈(-90°，90°)时，节点Jn的负序功率方向为正，记数字信号为In2＝1，记θn2∈(90°，270°)时，节点Jn的负序功率方向为负，记数字信号为In2＝0，当In2＝1，且I(n+1)2＝0时，则海缆单元n+1为故障电缆。一种海上风电场集电线路海缆电气故障定位装置，包括通过风机环网柜与若干个风力发电机组连接的海缆，所述海缆的起始端通过集电线路开关柜与母线连接，所述海缆位于所述风机环网柜内部部分设有负荷开关，所述负荷开关位于所述海缆与所述风力发电机组连接的节点的下游，所述集电线路开关柜设有与所述母线连接的母线电压互感器及位于所述海缆起始端位置的集电线路电流互感器，其特征在于：每个所述风机环网柜内均设有测量电压互感器和测量电流互感器，所述测量电压互感器连接在所述节点上，所述测量电流互感器位于所述节点与所述负荷开关之间，所述集电线路开关柜内设有采集所述母线电压互感器和集电线路电流互感器测量信号的综合保护测控装置，每个所述风机环网柜内均设有采集所述测量电压互感器和测量电流互感器测量信号的综合保护测控装置，所述综合保护测控装置之间通过光纤环网依次首尾连接。优选地，风力发电机组内的发电机连有低压侧隔离开关，低压侧隔离开关连有升压变，风机环网柜内设有与升压变连接的高压侧隔离开关，高压侧隔离开关连有断路器，断路器连在节点上，升压变与高压侧隔离开关之间布置有风机环网柜电流互感器，高压侧隔离开关连有接地开关。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1、无需通过故障时的电流、电压、电阻值等电气特征参量来定量判断故障点，而是通过各节点的故障功率方向，来定性的判断故障点，原理简单、定位速度快、可靠性高；2、无需增加额外的综合保护测控装置，仅需在已有的各综合保护测控装置中增加功率方向判断及故障定位判定逻辑算法即可，由已有的综合保护测控装置来同时实现风力发电机组、风机升压变及海缆的测控保护；3、本方案新增设备少，成本增加少，便可实时、迅速、准确的定位故障海缆，有效的提高风电场的发电量及单台风机的年发电小时数，经济效益明显。附图说明图1为本专利技术海上风电场集电线路海缆电气故障定位装置的链形拓扑布局图；图2为本专利技术海上风电场集电线路海缆电气故障定位装置的信号采集及传输示意图；图3为本专利技术海上风电场集电线路海缆电气故障定位装置的实施例示意图。图中各部件标号如下：风力发电机组1、风机环网柜2、海缆3、集电线路开关柜4、母线5、负荷开关6、节点7、母线电压互感器8、集电线路电流互感器9、测量电压互感器10、测量电流互感器11、综合保护测控装置12、光纤环网13、隔离开关14、升压变15、高压侧隔离开关16、断路器17、接地开关18、发电机19、风机环网柜电流互感器20。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。一种海上风电场集电线路海缆电气故障定位方法，包括如下步骤：A)记母线与海缆的连接点为节点J0，各风力发电机组与海缆的连接点为节点J1、节点J2、…节点Jn…节点Ji，节点J0至节点Ji将所述海缆分为海缆单元H1～海缆单元Hi，取得各节点Jn的正序电流负序电流零序电流及正序电压负序电压零序电压B)当存在零序电流且存在正序电流和负序电流时，进入步骤C)，当不本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海上风电场集电线路海缆电气故障定位方法，其特征在于：包括如下步骤：A)记母线与海缆的连接点为节点J0，各风力发电机组与海缆的连接点为节点J1、节点J2、…节点Jn…节点Ji，节点J0至节点Ji将所述海缆分为海缆单元H1～海缆单元Hi，取得各节点的正序电流

【技术特征摘要】
1.一种海上风电场集电线路海缆电气故障定位方法，其特征在于：包括如下步骤：A)记母线与海缆的连接点为节点J0，各风力发电机组与海缆的连接点为节点J1、节点J2、…节点Jn…节点Ji，节点J0至节点Ji将所述海缆分为海缆单元H1～海缆单元Hi，取得各节点的正序电流负序电流零序电流及正序电压负序电压零序电压B)当存在零序电流且存在正序电流和负序电流时，进入步骤C)，当不存在零序电流但存在正序电流和负序电流时，进入步骤D)；C)通过所述步骤A)取得的各节点Jn的零序电流及零序电压计算得出各节点Jn的零序功率方向角θn0，记θn0∈(-90°，90°)时，节点Jn的零序功率方向为正，记数字信号为In0＝1，记θn0∈(90°，270°)时，节点Jn的零序功率方向为负，记数字信号为In0＝0，当In0＝1，且I(n+1)0＝0时，则海缆单元n+1为故障电缆；D)通过所述步骤A)取得的各节点Jn的负序电流及负序电压计算得出各节点Jn的负序功率方向角θn2，记θn2∈(-90°，90°)时，节点Jn的负序功率方向为正，记数字信号为In2＝1，记θn2∈(90°，270°)时，节点Jn的负序功率方向为负，记数字信号为In2＝0，当In2＝1，且I(n+1)2＝0时，则海缆单元n+1为故障电缆。2.一种如权利要求1所述海上风电场集电线路海缆电气故障定位装置，包括通过风机环网柜(2)与四个风力发电机组(1)连接的海缆(3)，所述海缆(3)的起始端通过集电线路开关柜(4)与母线(5)连...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑沛，张彦昌，张丽华，黄生睿，袁晨，佘超，王晓东，
申请(专利权)人：中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42