本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)故障預(yù)警和保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種斷路器燃弧故障檢測和預(yù)警方法。

背景技術(shù)：

交流濾波器是換流站的重要設(shè)備，不同類型的交流濾波器并聯(lián)在交流母線側(cè)用以濾除各次諧波，同時為直流輸電系統(tǒng)提供無功補償，其穩(wěn)定運行對對整個高壓直流輸電系統(tǒng)意義重大。正常運行時，按照日調(diào)度計劃輸出有功功率，這個輸出功率一般在70％～100％范圍內(nèi)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(tài)的好壞直接影響直流輸電的電能質(zhì)量和直流系統(tǒng)的穩(wěn)定?，F(xiàn)有的統(tǒng)計結(jié)果表明，在已經(jīng)投運的高壓直流換流站里，已經(jīng)出現(xiàn)了多起交流斷路器開斷高壓容性電路后的燃弧和擊穿現(xiàn)象，最終導(dǎo)致斷路器爆炸，威脅整個直流輸電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定。

若能夠?qū)崟r檢測電弧故障，當(dāng)電弧故障發(fā)生時，系統(tǒng)能夠快速識別電弧，并命令繼電保護(hù)快速動作，切除發(fā)生燃弧的濾波器支路，則會大大的減少電弧對系統(tǒng)的損害，有力的保障直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行。

針對高壓直流輸電換流站交流濾波器支路發(fā)生燃弧故障檢測問題，目前還有沒文獻(xiàn)涉及，現(xiàn)有的電弧檢測方法大多是針對配電網(wǎng)燃弧故障，配電網(wǎng)電弧故障的檢測大多是基于工頻進(jìn)行的，需要采樣至少一個周期的電弧數(shù)據(jù)，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(fù)載特性法等。當(dāng)高壓直流輸電系統(tǒng)換流站交流濾波器用斷路器發(fā)生電弧故障時，電弧時間很短，呈現(xiàn)高頻震蕩衰減特性，電弧電壓和電弧電流畸變嚴(yán)重，無明顯零休特性，因此，現(xiàn)有的電弧檢測方法不能夠適用于高壓直流輸電系統(tǒng)換流站交流濾波器用斷路器燃弧故障檢測。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了實現(xiàn)換流站濾波器支路斷路器燃弧故障檢測和預(yù)警，保障直流輸電系統(tǒng)安全穩(wěn)定的運行，本發(fā)明的目的是提出了一種斷路器燃弧故障檢測和預(yù)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(shè)定的相關(guān)閾值，當(dāng)比值滿足所設(shè)定的閾值條件時，可判斷電路發(fā)生燃弧故障。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

一種斷路器燃弧故障檢測和預(yù)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(shù)；否則，返回，繼續(xù)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(shù)，累加公式如下：

步驟(3)、計算矩陣z(k)相鄰數(shù)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(shù)，取值1.2，若成立，則進(jìn)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(jìn)入步驟(6)，否則，則返回步驟(1)；

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

步驟(7)、若s(r)至s(n)中不存在連續(xù)兩個值同時大于h，則判斷該斷路器內(nèi)部發(fā)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(xù)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(fā)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(fā)生燃弧故障檢測問題，本發(fā)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(xiàn)在線實時檢測，原理簡單，便于實現(xiàn)，檢測準(zhǔn)確率高。

附圖說明

圖1為應(yīng)用本發(fā)明的電弧仿真模型示意圖。

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

圖3為應(yīng)用本發(fā)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(yīng)用本發(fā)明的電弧電流累加之后的序列。

圖5為應(yīng)用本發(fā)明的累加后相鄰數(shù)值之比的序列。

具體實施方式

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

本發(fā)明的實施例是基于pscad中國際大電網(wǎng)會議提出的高壓直流輸電標(biāo)準(zhǔn)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(tài)電弧模型中，故障濾波器支路的三相被分開且支路的無關(guān)設(shè)備被簡化處理，著重突出燃弧的濾波器支路。假設(shè)該支路的斷路器c相發(fā)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(fā)生于0.2484s，燃弧時長3ms(預(yù)燃弧階段為0.5ms，穩(wěn)態(tài)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(jìn)行實時監(jiān)測。雖然燃弧故障發(fā)生于0.2484s，但由于此時的電流值很小，按照本發(fā)明提出的檢測方法流程，系統(tǒng)無法記錄此時的電流值，當(dāng)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(tǒng)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(jìn)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(shù)值之比，得到s(k)的圖形如下圖5所示。

(4)根據(jù)圖5可知，求得的s(1)＝14.02>2h，s(2)＝1.3>h。根據(jù)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(fā)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(fā)生的電弧故障。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種斷路器燃弧故障檢測和預(yù)警方法，屬于電力系統(tǒng)故障預(yù)警和保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，當(dāng)斷路器發(fā)生燃弧故障時，由于燃弧過程可近似為一個動態(tài)電阻，本發(fā)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(shè)定的相關(guān)的閾值，當(dāng)比值滿足所設(shè)定閾值條件時，可判斷電路發(fā)生燃弧故障。本發(fā)明方法充分利用電弧在燃弧過程中的動態(tài)變化特性，尤其是能夠凸顯電弧初始階段的特性，能夠?qū)崿F(xiàn)在線實時檢測，原理簡單。

技術(shù)研發(fā)人員：王賓
受保護(hù)的技術(shù)使用者：清華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.12
技術(shù)公布日：2017.09.15