專利名稱：基于電容電流時域補償的船舶電網接地漏電保護方法
技術領域：
本發明涉及的是一種電力系統技術領域的方法，具體是一種基于電容電流時域補 償的船舶電網接地漏電保護方法。
背景技術：
船舶電網由于工作環境惡劣，潮濕、振蕩與鹽腐蝕等因素易造成電力設備的絕緣 降低，從而引起漏電故障。而船舶由于空間的限制，船員經常與各用電設備接觸，漏電故障 會危及船員安全；對于大型油船或夜化天然氣運輸船，漏電故障更有可能引起火災等安全 事故。所以，船舶漏電保護對船員的人身安全、船舶電力系統的可靠性及安全性有極其重要 作用。隨著船舶電力系統容量的增大，船舶漏電問題也越來越嚴重。由于船舶電力系統 的環境與煤礦電力系統相似——工作環境惡劣，采用三相三線制、中性點不接地的供電方 式，因此煤礦電力系統漏電保護方法對船舶電網漏電保護有很大的借鑒作用。由于非選擇 性的漏電保護無法不能滿足供電可靠性要求，目前大多采用選擇性漏電保護，一般采用零 序電流型和零序功率方向型原理。經對現有文獻檢索發現，中國專利申請號為=200910171177. 7，名稱為一種中線 不接地的三相漏電保護方法，該技術比較電網浮地中性點和參考節點(大地)之間的電壓 差，當兩點之間的電壓發生變化時，就認為電網發生漏電。該技術簡單可靠，但沒有選擇性， 無法判斷故障所在支路。又經檢索發現，中國專利申請號為200920088015. 2，名稱為煤礦高壓選擇性漏 電保護裝置，該技術采用暫態分量和穩態分量綜合方法，對于故障發生初的暫態階段采用 暫態電流方向方法，該方法是將電流相互點積的積分平均值來判斷電流的方向，而故障處 于穩態階段采用導納互差增量方法，該方法將故障饋出線和非故障饋出線的導納進行互差 求和來判斷故障線路，然后將結果進行羅輯判斷最終確定故障所在饋出線路。由于小電流 接地系統發生單相接地時，漏電流及零序電流很小(特別是對地電容較小時)，該技術直接 采用暫態階段和穩態階段的零序電流值進行計算，可能引起保護誤動作和失去方向性。經檢索還發現，沈祥云，袁振海等在2004年《工礦自動化》上發表的“自然直流選 擇性漏電保護的研究”的文章，該技術將電網通過三相半橋整流電路以及檢測電阻，與各支 路相連形成回路，通過檢測該回路中的檢測電流判斷故障情況，漏電支路檢測電流大于非 漏電分支檢測電流，具有選擇性。但該技術存在附加的人為接地點，對于安全性較高的大型 船舶并不適合；于群等人在2004年的《煤礦機電》上發表的題為“基于電流補償法的礦井高 壓電網漏電保護系統”的文章，該技術提出基于穩態電流補償法的電網漏電保護方法，但該 方法只適用于故障后的穩態期間，在故障初期的暫態過程中可能引起漏電保護的誤動。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術的上述不足，提供一種基于電容電流時域補償的船舶電網接地漏電保護方法。本發明采用了一種時域電容電流補償方案，對零序電流進行 補償，能有效提高漏電保護的靈敏度與選擇性。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括以下步驟第一步，在船舶電網的每個支路上安裝一個跳閘回路，且在每個跳閘回路上安裝 一個電壓互感器和電流互感器。第二步，采用電壓互感器和電流互感器，每隔T時間對支路的跳閘回路進行一次 電壓檢測和電流檢測，得到每個跳閘回路處的零序電壓瞬時值和零序電流瞬時值。第三步，根據每個跳閘回路處的零序電壓瞬時值和零序電流瞬時值，得到每條支 路的零序補償電流瞬時值。所述的零序補償電流瞬時值，是
其中i。p(k)是k時刻的零序補償電流瞬時值，R是該支路的π型等效電路的零 序電阻，L是該支路的π型等效電路的零序電感、C是該支路的π型等效電路的零序電 容，u(k)是k時刻該支路的零序電壓瞬時值，u(k-T)是k-T時刻該支路的零序電壓瞬時值， u(k-2T)是k-2T時刻該支路的零序電壓瞬時值，u(k-3T)是k-3T時刻該支路的零序電壓瞬 時值，i (k)是k時刻該支路的零序電流瞬時值，i (k-T)是k-T時刻該支路的零序電流瞬時 值、i (k-2T)是k-2T時刻該支路的零序電流瞬時值。第四步，根據i。p(k) = i(k)_i。p(k)，得到每條支路的零序動作電流瞬時值，其中 i。p(k)是k時刻支路的零序動作電流瞬時值，i。p(k)是k時刻該支路的零序補償電流瞬時 值，i (k)是k時刻該支路的零序電流瞬時值。第五步，采用全周傅氏方法，得到每條支路的零序動作電流幅值。第六步，當支路的零序動作電流幅值大于零序過流保護定值Isrt，則該支路發生漏 電故障，啟動該支路跳閘回路，斷開該支路的斷路器，電網故障被切除，電網其他部分恢復 正常運行；否則，該支路沒有發生漏電故障，不做處理。所述的零序過流保護定值Isrt，是 其中=Cstl為電網各條支路的對地電容之和為電網的相電壓，ω為電網的角頻 率，Km1是設定的不對稱系數。與現有技術相比，本發明的有益效果是1)時域補償對支路分布電容的分散性并不敏感，無論支路分布電容大小，都能有 很好的補償效果。2)電網在發生漏電故障時，及時切除故障支路、恢復電網其他部分的正常運行。3)通過對檢測到的零序電流進行時域補償，不僅能降低反向故障時的動作值，還 能提高正向故障時的動作值，與穩態補償相比，時域補償能更好的抑制故障后暫態過程、提 高保護的靈敏度與可靠性。
4)所述方法除測量用零序電流互感器和零序電壓互感器固有的接地點之外，沒有 其他人為接地點，提高了電網的安全性和可靠性。5)該保護方法對故障發生后的暫態和穩態期間都適用，能有效提高保護的動作時 間和可靠性。
圖1是分別采用實施例方法和現有技術得到的母線的零序動作電流幅值；圖2是分別采用實施例方法和現有技術得到的支路的零序動作電流幅值；圖3是分別采用實施例方法和現有技術得到的動作值隨采樣點的變化情況示意 圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的方法進一步描述本實施例在以本發明技術方案為前提 下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述 的實施例。實施例本實施例的船舶電網是典型的輻射配電網，電源為6. 6KV/500MVA，其中有三條支 路(分別命名為Ni、N2和N3)，三條支路的π型等效電路參數分別為Nl 支路=Cl = 0. 13834073 μ F ;R1 = 10. 6279236 Ω ；Ll = 0. 1191635Η ；Ν2 支路C2 = 0. 069170367 μ F ;R2 = 5. 3139618 Ω ；L2 = 0. 05958177Η ；Ν3 支路:C3 = 0. 011528395 μ F ;R3 = 0. 8856603 Ω ；L3 = 0. 00993029Η。本實施例包括以下步驟第一步，在船舶電網的每個支路上安裝一個跳閘回路，且在每個跳閘回路上安裝 一個電壓互感器和電流互感器。第二步，采用電壓互感器和電流互感器，每隔T (本實施例中T = O. 0005s)時間對 支路的跳閘回路進行一次電壓檢測和電流檢測，得到每個跳閘回路處的零序電壓瞬時值和 零序電流瞬時值。以N3支路為例，得到的u(0. 5s) = -1908. 07289V,u (0. 0495s) = -2589. 65594V,u(0. 0490s) = -3205. 76793V,u(0. 0485s) = -3745. 65988V,i(0. 5s) = -0. 578649622333333A,i(0. 4995s) = -0. 528732216333333A,i(0. 4990s) = -0. 466048210333333A,其中U(t)是t時刻N3支路的零序電壓瞬時值，i (t)是t時刻N3支路的零序電 流瞬時值。第三步，根據每個跳閘回路處的零序電壓瞬時值和零序電流瞬時值，得到每條支 路的零序補償電流瞬時值。所述的零序補償電流瞬時值，是
其中i。p(k)是k時刻的零序補償電流瞬時值，R是該支路的π型等效電路的零 序電阻，L是該支路的π型等效電路的零序電感、C是該支路的π型等效電路的零序電 容，u(k)是k時刻該支路的零序電壓瞬時值，u(k-T)是k-T時刻該支路的零序電壓瞬時值， u(k-2T)是k-2T時刻該支路的零序電壓瞬時值，u(k-3T)是k-3T時刻該支路的零序電壓瞬 時值，i (k)是k時刻該支路的零序電流瞬時值，i (k-T)是k-T時刻該支路的零序電流瞬時 值，i(k-2T)是k-2T時刻該支路的零序電流瞬時值。本實施例中N3支路0. 5s時的零序補償電流瞬時值是0. 029915901693969 A。第四步，根據i。p(k) = i(k)_i。p(k)，得到每條支路的零序動作電流瞬時值，其中 i。p(k)是k時刻支路的零序動作電流瞬時值，i。p(k)是k時刻該支路的零序補償電流瞬時 值，i (k)是k時刻該支路的零序電流瞬時值。本實施例中N3支路的零序電流瞬時值為-0. 608565524027302 A。第五步，采用全周傅氏方法，得到每條支路的零序動作電流幅值。本實施例中N3支路的零序動作電流幅值是0. 272757781769306 A。第六步，當支路的零序動作電流幅值大于零序過流保護定值Isrt，則該支路發生漏 電故障，啟動該支路跳閘回路，斷開該支路的斷路器，電網故障被切除，電網其他部分恢復 正常運行；否則，該支路沒有發生漏電故障，不做處理。本實施例中所述的零序過流保護定值Isrt,是
I如=Krcl^wUipCui
=0.1x3x100^x6.6x103/v3x(0.13834073 + 0.069170367 + 0.011528395)x2x10"6
=157.32mA,其中=Cstl為電網各條支路的對地電容之和為電網的相電壓，ω為電網的角頻 率，Km1 (本實施例中為0. 1)是設定的不對稱系數。由于Ν3支路的零序動作電流幅值大于零序過流保護定值Isrt,故Ν3支路發生漏電 故障，啟動該支路跳閘回路，斷開該支路的斷路器，電網故障被切除，電網其他部分恢復正 常運行。當電流從支路向母線流時，分別采用本實施例方法、現有技術中的零序過電流保 護方法和現有技術中的穩態電容電流補償的零序過電流保護方法，在不同的故障接地電阻 下，母線發生漏電故障時，得到的母線的零序動作電流幅值，如圖1所示。由該圖可知當 母線發生漏電故障時，傳統的零序過電流保護(不補償)動作電流較大，容易引起漏電器的 誤動作，經穩態補償后，雖然能使動作電流減小，但是減小的幅度較本發明方法(時域補償 法)小。所以應用本實施例方法后，船舶漏電保護具有更好的可靠性。當電流從母線向支路流時，分別采用本實施例方法、現有技術中的零序過電流保護方法和現有技術中的穩態電容電流補償的零序過電流保護方法，在不同的故障接地電阻 下，N3支路發生漏電故障時，得到的N3支路的零序動作電流幅值，如圖2所示。由該圖可 知N3支路正方向故障時，穩態補償與時域補償皆能大幅提高繼電器的動作值。這對于繼 電器的動作十分有利，有效提高繼電器的靈敏度。當電流從支路向母線流時，分別采用本實施例方法、現有技術中的零序過電流保 護方法和現有技術中的穩態電容電流補償的零序過電流保護方法，得到的動作值隨采樣點 的變化情況，如圖3所示。由該圖可知由于故障后暫態過程的影響，零序電流變化劇烈。 穩態補償后，由于補償過程中并未計及暫態過程的影響，仍然存在兩個波峰，易造成漏電繼 電器誤動。本實施例方法(時域補償)可以將此暫態過程的電流波動很好補償，使電流變化 趨于平緩，能有效防止繼電器的誤動作，提高船舶電網漏電保護的可靠性。
權利要求
一種基于電容電流時域補償的船舶電網接地漏電保護方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，在船舶電網的每個支路上安裝一個跳閘回路，且在每個跳閘回路上安裝一個電壓互感器和電流互感器；第二步，采用電壓互感器和電流互感器，每隔T時間對支路的跳閘回路進行一次電壓檢測和電流檢測，得到每個跳閘回路處的零序電壓瞬時值和零序電流瞬時值；第三步，根據每個跳閘回路處的零序電壓瞬時值和零序電流瞬時值，得到每條支路的零序補償電流瞬時值；第四步，根據iop(k)＝i(k) icp(k)，得到每條支路的零序動作電流瞬時值，其中iop(k)是k時刻支路的零序動作電流瞬時值，icp(k)是k時刻該支路的零序補償電流瞬時值，i(k)是k時刻該支路的零序電流瞬時值；第五步，采用全周傅氏方法，得到每條支路的零序動作電流幅值；第六步，當支路的零序動作電流幅值大于零序過流保護定值Iset，則該支路發生漏電故障，啟動該支路跳閘回路，斷開該支路的斷路器，電網故障被切除，電網其他部分恢復正常運行；否則，該支路沒有發生漏電故障，不做處理。
2.根據權利要求1所述的基于電容電流時域補償的船舶電網接地漏電保護方法，其特 征是，第三步中所述的零序補償電流瞬時值，是 其中i。p(k)是k時刻的零序補償電流瞬時值，R是該支路的π型等效電路的零序電 阻，L是該支路的π型等效電路的零序電感，C是該支路的π型等效電路的零序電容，u(k) 是k時刻該支路的零序電壓瞬時值，u(k-T)是k-T時刻該支路的零序電壓瞬時值，u(k-2T) 是k-2T時刻該支路的零序電壓瞬時值，u(k-3T)是k-3T時刻該支路的零序電壓瞬時值， i(k)是k時刻該支路的零序電流瞬時值，i (k-T)是k-T時刻該支路的零序電流瞬時值， i (k-2T)是k-2T時刻該支路的零序電壓瞬時值。
3.根據權利要求1所述的基于電容電流時域補償的船舶電網接地漏電保護方法，其特 征是，第六步中所述的零序過流保護定值Isrt，是 其中=Cstl為電網各條支路的對地電容之和為電網的相電壓，ω為電網的角頻率， Krel是設定的不對稱系數。
4.根據權利要求3所述的基于電容電流時域補償的船舶電網接地漏電保護方法，其特 征是，所述的Km1是0. 1。
全文摘要
一種電力系統技術領域的基于電容電流時域補償的船舶電網接地漏電保護方法，包括以下步驟在船舶電網的每個支路上安裝一個跳閘回路，且在每個跳閘回路上安裝一個電壓互感器和電流互感器；每隔T時間對支路的跳閘回路進行一次電壓檢測和電流檢測，得到每個跳閘回路處的零序電壓瞬時值和零序電流瞬時值；得到每條支路的零序補償電流瞬時值；得到每條支路的零序動作電流瞬時值；得到每條支路的零序動作電流幅值；當支路的零序動作電流幅值大于零序過流保護定值，則啟動該支路跳閘回路，斷開該支路的斷路器。本發明用于檢測船舶電網的漏電故障，能保證船舶電網漏電保護的選擇性，有效提高船舶漏電保護的可靠性與靈敏度。
文檔編號H02H3/26GK101895090SQ201010244560
公開日2010年11月24日 申請日期2010年8月6日 優先權日2010年8月6日
發明者倪明杰, 傅曉紅, 衛衛, 張琦兵, 王江海, 王鵬, 邰能靈 申請人:上海交通大學