[发明专利]利用单个传感器定向检测接地故障

说明书

技术领域

本发明涉及在不用测量线电压的情况下定向检测接地故障。具体地，本发明涉及一种在电力系统中检测接地故障的方法，进一步使得能够确定故障是位于检测点的线路侧还是负载侧。根据本发明的方法基于表示零序电流(具体地基于它的干扰)的单个信号的分析，来实现定向定位。

根据另一个特征，本发明涉及一种被设计为实施上述方法的检测设备。具体地，用于定向接地故障检测的设备包括用于在不使用表示电压的值的情况下解译零序电流信号的干扰以便给出故障的相对位置的装置。

本发明最后涉及一种故障信令设备和解扣继电器，包括电力系统零序电流传感器并且例如通过指示灯来向上述检测设备提供使能故障信令的信号或使电力系统的开关设备解扣。

背景技术

三相电力系统中的故障检测设备使得能够触发负载保护和/或帮助定位所述故障。例如，图1表示中压电力分配系统1的图，该系统包括三相变压器2，其次级连接到主配电线3。该次级还包括一般通过阻抗接地的共用中线导体。干线3为馈电线4、4’、4”供电，馈电线中的一些可以包括保护它们的输入电路断路器或其它开关装置5。安装在馈电线4’或线路4上的多个部分上的短路故障检测设备6可以充当故障流指示器，点亮例如指示灯7。设备61还可以与保护继电器8有关或集成到保护继电器8中，该保护继电器8被设计为命令电路断路器5的触点的断开。

在线路导体4和地之间，具体地如果馈电线4是地下电缆，则高电容值9可能出现，这在接地故障10的情况下将引起强的零序电流I₀流动。零序电流I₀的意思是，在可能的因子3之内，不同的相电流的矢量总和，或与相电流的瞬时合成对应的电流，有时称为残余电流，其可以对应于接地故障电流或漏电流。为了避免由电容性的链路9的相邻馈电器的故障引起的接地故障检测设备6的错误检测，已经开发了区分接地故障10是位于检测设备6_i的负载侧还是设备6_i+1的线路侧的设备和方法。

具体地，文献EP 1475874、EP 1890165、FR 2936319、FR 2936378或WO 2006/136520尤其提出使用由合适的传感器12测量电流的解决方案。故障10的存在的识别基于在电力系统1的至少一相中在最小故障时间内的过电流的检测。为了指定故障的性质和/或它的相对位置，还不得不执行每一相的电压或其它参数的测量。但是变压器既笨重又昂贵，而且未必总是一定适合于安装在已经现有的线路4上，不管线路是高架的还是地下的。

因而显然现有故障检测设备由于它们的复杂性，具体地由于当需要定向定位时要安装的传感器的数目，而对于大范围实施不是最佳的。

发明内容

连同其它优点，本发明的目的是缓解现有定向接地故障检测设备和方法的缺点。具体地，实施的定向原理基于在不使用相电流或电力系统电压的情况下对由于电力系统中的杂散元件引起的高频效应的分析，其使得能够利用单个传感器并且在不具有软件级和/或硬件级的大容量存储器的设备中实施该分析。

根据它的优选特征之一，本发明涉及一种在多相电力系统中定向接地故障检测的方法，包括第一阶段，通过比较表示流入监视的线路段的零序电流的信号与检测阈值来检测故障。该电力系统优选地是三相系统。它可以包括多极电缆或几个相线，或者高架的或者地下的。

如果第一阶段检测到在所述线路段中接地故障的存在，则触发根据本发明的方法的第二阶段。第二阶段基于处理在足够的预定义的时间段内获得的表示所述线路段的零序电流的信号，该足够的预定义的时间段优选地至少为该电力系统的频率的半周期，例如电力系统周期的整数倍。有利地，利用相对较高的采样频率对该信号进行采样，该采样频率具体地大于该电力系统的频率的400倍，例如对于50Hz的电力系统，采样频率是大约20kHz。

在获得表示零序电流的信号之后，该方法的第二阶段继续，处理所述信号以能够解译在第一阶段检测的故障是否位于电流测量点的线路侧。处理包括：确定在预定义的时间期间零序电流的过零点的数目并且将此数目与第一预定义的阈值(例如，10)相比较。如果过零点的数目低于该阈值，则故障位于该检测点的负载侧。

所述处理优选地还包括：确定在该预定义的时间期间表示零序电流的信号的微分、对所述微分的过零点的数目进行计数、以及与第二阈值(例如，50)相比较。因而可以将故障定位在电流测量点的线路侧或负载侧。如果超过第一阈值和第二阈值，则该故障位于检测点的线路侧。