三相电力系统中的故障识别和定向检测技术方案

按照本发明专利技术，多相电力系统中的故障定向检测方法和设备基于与电力系统的每相电流的相同极性的半波之和相对应的电流的谐波分析，以及每相电流(4A，4B，4C)的振幅或任何其它范数值的变化的比较。尤其，分别将以前电流的第2谐波和第1谐波与第0谐波相比较，取决于比率，可以将故障分类成两相的或单相的。每相的范数(||IA||，||IB||，||IC||)的平均值(μ)与每个所述范数的比较能够进一步相对于相电流传感器(12)地定位故障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无需测量线电压地识别和定向检测三相电力系统的两相之间的故障。 尤其，本专利技术涉及检测电力系统中的两相故障并且进一步能够确定该故障处在检测点的线路侧还是负载侧的方法。按照本专利技术的方法是基于代表电力系统每相电流的独有信号，对该信号的处理得出能够定向定位的参数。两相故障的两相检测方法可以与识别和定位单相或三相故障的其它步骤耦合。按照另一个特征，本专利技术涉及设计成实现上述方法的检测设备。尤其，该定向故障检测设备包含从每相的电流信号中计算参数的装置，所述参数的解释无需使用代表相与相之间的电压的值或代表线-中性线电压的值地给出故障的性质和/或相对地点。本专利技术最后涉及故障指示设备和跳闸继电器，包含与电力系统的每相相联系的电流传感器和向上述检测设备提供能够通过例如指示灯指示的信号或执行电力系统的开关设备的跳闸。
技术介绍
三相电力系统中的故障检测设备能够触发负载保护和/或帮助定位所述故障。例如，图1代表中压配电系统1的连线图，它包含次级绕组与主配电线3连接的三相变压器2。 该次级绕组进一步包含一般经由阻抗接地的公共中性导线。主线3对馈线4、4'、4供电， 一些馈线4、4'、4可以包含保护它们的输入断路器或其它开关单元5。装配在馈线4'或馈线4的若干分段上的短路故障检测设备6可以为例如点亮指示灯7的故障流指示器的用途服务。设备61可以进一步与命令打开断路器5的触点的保护继电器8相联系或集成在其中。在接地故障10的情况下，可以在线路导线4与地之间产生大电容值9，引起大零序电流。为了防止电容链路9对相邻馈线的误动作引起的接地故障检测设备的错误检测，已经开发出了区分接地故障10是处在相对于检测设备6i的负载侧还是相对于设备6i+1 的线路侧的设备和方法。尤其，文献EPl 475 874,EP 1 890 165,FR 2，936 319,FR 2 936 378或WO 2006/136520提出了除了别的以外，通过适当传感器12测量电流的解决方案。在三相线3、4中几相可能同时出现故障，其是三相故障、两相接地故障还是绝缘两相故障。故障存在的识别基于电力系统1的至少一相中持续最小故障间隔期的过电流的检测。为了指定故障的性质和/或它的相对位置，还必须进行每相电压或甚至其它参数的测量。因此，显而易见，考虑到它们的复杂性，尤其需要两相地点时装配的传感器的数量，现有故障检测设备不适合广泛实现。而且，对于只包含电流传感器12的较不复杂检测设备，在某些应用中，尤其取决于中性系统，保证不了两相接地故障与单相接地故障之间的区分
技术实现思路
除了其它优点之外，本专利技术的目的是部分改正现有定向故障检测设备和方法，尤其针对两相故障的现有定向故障检测设备和方法的缺点。尤其，本专利技术实现的原理是基于对代表三相线电流的信号的频率分析，以便识别故障的性质，以及基于不使用电力系统电压，和不必广泛取样代表所述电流的信号(通常，小于IkHz的取样频率就足够了，例如，大约600Hz)地对相电流的振幅或其它范数值的分析，以便确定故障的相对地点。更一般地说，按照本专利技术，对故障的两相性质的识别基于对每相的相同极性的半波的和电流的频率分析。值得注意的是，在存在故障的情况下，当伪零序电流的DC (直流) 分量与二次谐波分量之间的比值超过一比五时，该故障被认为是两相的，所述伪零序电流起因于整流半波相电流的矢量和。在该比值小于20%的情况下，按照一个优选实施例，通过更深入地研究上述频率分析，病通过将电力系统的DC分量和固有频率分量与相同一比五比值相比较，可以确定该故障是单相的还是三相的。有利的是，上述频率分析通过分析相电流的振幅或其它范数值来完成，以便确定故障相对于测量相电流的点的相对位置。按照其特征之一，本专利技术涉及三相电力系统中的故障识别和定向检测方法，其包含例如检验代表电流的信号，尤其流入每相中的电流的振幅的变化的第一故障检测阶段。如果第一阶段检测到在所述分段中存在故障，触发按照本专利技术的方法的第二故障识别阶段。第二阶段基于代表与相电流的相同极性的半波之和相对应的电流的参数的分析。一旦获得这个参数，频率分析就能够将电力系统的倍频分量与DC分量相比较，以便识别故障的两相性质。有利的是，与DC分量的比较也对电力系统的固有频率分量进行，以便识别单相或三个故障。可以实现所检测故障的相对地点的第三阶段。这基于代表所述分段的每相电流的范数的信号的处理，这些信号是在足够长预定义间隔期，例如，整数个电力系统半周期上获得的。任何交流电范数都适用于按照本专利技术的相对地点确定，但在优选方式中，使用电流的均方根值或它的振幅。在获得代表相电流的范数的信号之后，所述方法的第三阶段继续处理所述信号，以便能够解释在第一阶段中检测的故障相对于相电流测量点处在线路侧还是负载侧。按照本专利技术，信号的处理包含计算代表相电流的范数的信号的平均值，以及将该平均值与每个信号相比较。如果发生单相(或两相)故障之后的单相电流范数大于针对三相计算的范数的平均值，那么该故障位于检测点的负载侧(分别地线路侧)。为了指定两相故障的性质，可以在第三阶段之后继续执行第四阶段，其中考虑相电流的全局变化，尤其将代表每相电流的范数与故障发生前它呈现的值相比。取决于其所观察范数增大的相位的数量，以及取决于以前限定的相对地点，可以将接地两相故障与绝缘两相故障区分开。与之平行，可以通过评估零序电流或与第一参数相对应的电流的DC分量进行三相故障的定位。有利的是，过滤尤其模拟地过滤和/或取样代表相电流的信号。按照本专利技术，可以使用相对低的取样频率，尤其，小于1kHz，例如，大约500Hz或600Hz。按照本专利技术方法的一个优选实施例，将所述定向检测方法与开关设备的致动相联系，以便将分段与在其负载侧检测到故障的点隔开。按照另一个特征，本专利技术涉及适用于上述方法、可能与定向检测耦合、三相电力系统中的线路上的故障的识别设备。按照本专利技术的设备可以与像检测环形线圈那样提供代表所述电流的信号的传感器相联系。识别和/或定向检测设备可以进一步形成故障流指示器的一部分，例如，如果检测到来自传感器的负载侧故障，激活指示灯型的报警装置。另一种信号，例如，具有不同颜色的信号可以进一步指示线路侧故障。在一个特定优选实施例中， 按照本专利技术的定向检测设备与线路保护继电器相联系，所述报警装置使线路中断设备被致动，从而能够将检测到故障的分段隔开。尤其，按照本专利技术的识别设备包含第一装置，用于供应代表受监视线路的每相电流，即，相同极性半波电流之和，或“伪零序列”电流的第一参数。对于定向检测，所述第一装置被设计成也供应代表受监视线路的每相电流的范数的第二参数。有利的是，所述第一装置与所述信号的滤波装置，例如，模拟滤波器相联系。所述第一装置最好包含取样装置以便例如在500Hz或600Hz的频率上 一定数量的离散值。按照本专利技术的设备包含与所述处理装置的激活装置相联系的所获代表性信号的第二处理装置，所述激活装置通过故障存在检测来触发。致动激活装置的故障存在检测最好由包含适当装置(尤其用于将代表线路的相电流的信号与一个或多个基准值相比较的装置)的按照本专利技术的设备来执行。按照本专利技术的设备的信号的第二处理装置包含用于确定源自第一参数的伪零序列电流，并尤其通过将第二和第一谐波分量与DC分量相比较对其进本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种在具有固有频率（Ｆ）的三相电力系统（１）中识别故障（１０）的设备（１５），包含：－提供代表每个相位的电流（ＩＸ）的参数的第一装置（２０），其包含接收代表每个相位的电流的信号的装置（２２）、和提供第一参数（ＩＸｐ）的所述信号的半波整流装置（２８）；－代表性参数的第二处理装置（３０），其包含计算从第一参数（ＩＸｐ）之和（Ｉ０ｐ）中得出的电流的装置（４４）、和包含电力系统（１）的其第０谐波分量（Ｉ０ｐ　ＤＣ）和第２谐波分量（Ｉ０ｐ　２Ｆ）的比较的所述结果（Ｉ０ｐ）的频率分析装置（４６，４８），所述谐波是相对于固有频率（Ｆ）的；－按照电力系统（１）中的故障（１０）的发生的检测信号（Ｄ）的所述第二处理装置（３０）的激活装置（３２）；以及－所述第二装置（３０）对第一参数（ＩＸｐ）的处理结果的解释装置（４０），以确定故障（１０）是否是两相。

【技术特征摘要】
2010.04.30 FR 10/018471.一种在具有固有频率(F)的三相电力系统⑴中识别故障(10)的设备(15)，包含-提供代表每个相位的电流(Ix)的参数的第一装置(20)，其包含接收代表每个相位的电流的信号的装置(22)、和提供第一参数(Ixp)的所述信号的半波整流装置08)；-代表性参数的第二处理装置(30)，其包含计算从第一参数(Ixp)之和(Itlp)中得出的电流的装置G4)、和包含电力系统(1)的其第0谐波分量(Itlp DC)和第2谐波分量(Itlp 2F) 的比较的所述结果(Itlp)的频率分析装置G6，48)，所述谐波是相对于固有频率(F)的；-按照电力系统⑴中的故障(10)的发生的检测信号⑶的所述第二处理装置(30) 的激活装置(32)；以及-所述第二装置(30)对第一参数(Ixp)的处理结果的解释装置(40)，以确定故障(10) 是否是两相。2.按照权利要求1所述的识别设备(15)，其中，第二装置(30)的分析装置(46，48)进一步包含通过求和第一参数(Ixp)提供的结果(Itlp)的第0谐波分量(Itlp DC)和第1谐波分量(Itlp F)的比较，所述谐波是相对于电力系统⑴的固有频率(F)的，以及其中第一参数 (Ixp)的处理结果的解释装置GO)能够确定故障(10)是否是单相的。3.一种在具有固有频率(F)的三相电力系统(1)中识别和定向检测故障(10)的设备 (15)，包含按照权利要求1或2所述的识别设备，其中-所述第一装置00)进一步包含计算代表每相电流(Ix)的信号的范数以便提供第二参数(I IixI I)的装置06)；-所述第二装置(30)进一步包含在预定义时间上计算第二参数(ι ιιχ| I)的平均值(μ)的装置(36)、和将每个范数(I IixI )与所述计算平均值(y)相比较的装置(38)； 以及所述解释装置GO)被设计成处理所述第二装置(30)对第二参数(I IIxI I)的处理结果，以确定故障位于设备(15)的线路侧还是负载侧。4.按照权利要求3所述的识别和定向检测设备(15)，其中，所述第二装置(30)的频率分析装置(46，48)进一步包含通过求和第一参数(Ixp)提供的结果(Itlp)的第0谐波(Iqpdc) 与阈值的比较，以及其中所述第二装置(30)对第一参数(Ixp)的处理结果的解释装置GO) 能够识别三相故障，并将后者定位在设备(1 的线路侧或负载侧上。5.按照权利要求3或4所述的识别和定向检测设备(15)，其中，所述第一装置00)包含计算故障之前的范数的装置06)提供的基准值(I IlxI |0)的取样装置04)和存储装置 034)。6.按照权利要求5所述的识别和定向检测设备(15)，其中，所述第二装置(30)包含将第二参数(I IIxI I)与存储装置(34)的基准范数(I |ix| I0)相比较的装置(42)，和第二参数 (I IixI I)的处理结果的解释装置Go)能...

【专利技术属性】
技术研发人员：帕斯卡尔库姆内尔，纪尧姆沃尼奥，
申请(专利权)人：施耐德电器工业公司，
类型：发明
国别省市：FR