一種斷路器燃弧故障檢測和預警方法與流程

本發明屬于電力系統故障預警和保護技術領域，特別涉及一種斷路器燃弧故障檢測和預警方法。

背景技術：

交流濾波器是換流站的重要設備，不同類型的交流濾波器并聯在交流母線側用以濾除各次諧波，同時為直流輸電系統提供無功補償，其穩定運行對對整個高壓直流輸電系統意義重大。正常運行時，按照日調度計劃輸出有功功率，這個輸出功率一般在70％～100％范圍內波動，因此交流斷路器需要頻繁的開斷和閉合高壓容性電路，其運行狀態的好壞直接影響直流輸電的電能質量和直流系統的穩定。現有的統計結果表明，在已經投運的高壓直流換流站里，已經出現了多起交流斷路器開斷高壓容性電路后的燃弧和擊穿現象，最終導致斷路器爆炸，威脅整個直流輸電系統的安全和穩定。

若能夠實時檢測電弧故障，當電弧故障發生時，系統能夠快速識別電弧，并命令繼電保護快速動作，切除發生燃弧的濾波器支路，則會大大的減少電弧對系統的損害，有力的保障直流輸電系統安全穩定的運行。

針對高壓直流輸電換流站交流濾波器支路發生燃弧故障檢測問題，目前還有沒文獻涉及，現有的電弧檢測方法大多是針對配電網燃弧故障，配電網電弧故障的檢測大多是基于工頻進行的，需要采樣至少一個周期的電弧數據，檢測方法可大致分為：三次諧波含量法、伏安特性曲線法、電弧零休時刻長短法、負載特性法等。當高壓直流輸電系統換流站交流濾波器用斷路器發生電弧故障時，電弧時間很短，呈現高頻震蕩衰減特性，電弧電壓和電弧電流畸變嚴重，無明顯零休特性，因此，現有的電弧檢測方法不能夠適用于高壓直流輸電系統換流站交流濾波器用斷路器燃弧故障檢測。

技術實現要素：

為了實現換流站濾波器支路斷路器燃弧故障檢測和預警，保障直流輸電系統安全穩定的運行，本發明的目的是提出了一種斷路器燃弧故障檢測和預警方法,基于一階累加生成理論，通過計算電流累加后相鄰值之比和設定的相關閾值，當比值滿足所設定的閾值條件時，可判斷電路發生燃弧故障。

為了達到上述目的，本發明的技術方案為：

一種斷路器燃弧故障檢測和預警方法,其特征在于包括以下步驟：

步驟(1)、判斷濾波器支路采樣得到的電流幅值絕對值是否大于啟動門檻，啟動門檻取值0.01ka，若大于啟動門檻，則記錄線路中的電流值i(n)，n為采用點的個數；否則，返回，繼續采樣電流幅值；

步驟(2)、依次累加前k個采樣電流得到z(k)，k＝1,2,…,n，n為裝置停止電流采樣時得到的最大采樣點數，累加公式如下：

步驟(3)、計算矩陣z(k)相鄰數值之比，得到s(k)，計算式如下：

步驟(4)、判斷s(1)≥2h是否成立，h為閾值常數，取值1.2，若成立，則進入步驟(5)，否則，則返回步驟(1)；

步驟5)、判斷s(2)≥h是否成立，若成立，則進入步驟(6)，否則，則返回步驟(1)；

步驟(6)、以時間序列為基準，檢測s(k)序列中出現的第一個小于閾值h的值，將其記錄并設為s(r)，1≤r≤n；

步驟(7)、若s(r)至s(n)中不存在連續兩個值同時大于h，則判斷該斷路器內部發生了電弧故障，否則，則返回步驟(1)。

停止電流采樣的條件為：連續采樣相鄰三個電流幅值絕對值均小于啟動門檻,取值0.01ka。

本發明的特點及效果：

針對高壓直流輸電換流站交流濾波器支路發生燃弧故障檢測問題，本發明所采用的一階累加算法能夠凸顯電弧初始階段的特性，同時該檢測方法還可實現在線實時檢測，原理簡單，便于實現，檢測準確率高。

附圖說明

圖1為應用本發明的電弧仿真模型示意圖。

圖2為應用本發明的高壓直流輸電換流站交流濾波器支路發生燃弧故障檢測方法流程示意圖。

圖3為應用本發明的仿真得到的濾波器支路斷路器燃弧電流示意圖。

圖4為應用本發明的電弧電流累加之后的序列。

圖5為應用本發明的累加后相鄰數值之比的序列。

具體實施方式

本發明提出的高壓直流輸電換流站交流濾波器支路發生燃弧故障檢測方法，結合附圖及實施例詳細說明如下。

本發明的實施例是基于pscad中國際大電網會議提出的高壓直流輸電標準模型，搭建交流濾波器用斷路器控制模塊模擬換流站2次燃弧故障。在建立的交流濾波器用斷路器動態電弧模型中，故障濾波器支路的三相被分開且支路的無關設備被簡化處理，著重突出燃弧的濾波器支路。假設該支路的斷路器c相發生燃弧故障，交流濾波器燃弧控制模型示意圖如圖1所示。

燃弧故障發生于0.2484s，燃弧時長3ms(預燃弧階段為0.5ms，穩態燃弧階段為2ms，全熄弧階段0.5ms)，仿真模型的采樣頻率f＝10⁴hz。

(1)按照圖2所示的檢測算法流程圖，對濾波器支路電流進行實時監測。雖然燃弧故障發生于0.2484s，但由于此時的電流值很小，按照本發明提出的檢測方法流程，系統無法記錄此時的電流值，當t＝0.2484s時，濾波器支路的電流幅值為0.4759ka>0.01ka，此時啟動采用裝置并記錄電流值，此時記為電流記為i(1)，直至檢測到30、31和32這三個相鄰的電流幅值i(30)、i(31)和i(32)均小于0.01ka時，系統停止采樣，采樣得到的電流圖形如圖3所示。

(2)將得到的電流進行依次累加，得到累加后的z(k)序列如下圖4所示。

(3)計算矩陣z(k)相鄰數值之比，得到s(k)的圖形如下圖5所示。

(4)根據圖5可知，求得的s(1)＝14.02>2h，s(2)＝1.3>h。根據圖5可知，s(3)＝0.83<h，且從s(3)至s(31)不存在相鄰兩值同時大于h的情況，按照本發明所述的電弧故障檢測方法流程，最終判斷該濾波器支路發生的電弧故障。

技術特征：

技術總結
本發明涉及一種斷路器燃弧故障檢測和預警方法，屬于電力系統故障預警和保護技術領域，當斷路器發生燃弧故障時，由于燃弧過程可近似為一個動態電阻，本發明基于一階累加生成理論，通過計算電流累加后相鄰值之比和設定的相關的閾值，當比值滿足所設定閾值條件時，可判斷電路發生燃弧故障。本發明方法充分利用電弧在燃弧過程中的動態變化特性，尤其是能夠凸顯電弧初始階段的特性，能夠實現在線實時檢測，原理簡單。

技術研發人員：王賓
受保護的技術使用者：清華大學
技術研發日：2017.05.12
技術公布日：2017.09.15