[发明专利]基于电流变化率的船舶交流系统短路电流方向判断方法

摘要

本发明涉及一种基于电流变化率的船舶交流系统短路电流方向判断方法，船舶交流电力系统中的断路器的继电保护装置检测断路器的三相电流的瞬时值以及线电压瞬时值，以计算短路初始时刻三相电流的电流变化率的绝对值，通过与短路故障判断阈值进行比较，判断是否出现短路故障，若检测到了短路故障，根据采样电压的历史数据，计算短路初始时刻断路器A、B、C三相相电压的相角，并根据该相角查表获得断路器流过正方向短路电流时，对应各相短路电流故障分量变化率的正负，与短路变化率实测值进行比较，以判断出短路电流方向。本发明方法可在短路初瞬时刻快速、准确地判断短路电流方向，无需检测残压，无比较多个电流互感器测量结果，步骤简便、易于实现，所需增加的装置较少，从而为实现多电源交流系统保护选择性实现创造了条件。

主权项

1.一种基于电流变化率的船舶交流系统短路电流方向判断方法，其特征在于，包含以下步骤：第(一)步，船舶交流电力系统中的断路器的继电保护装置通过电流传感器采集流过对应断路器的三相电流的瞬时值ia、ib、ic以及线电压瞬时值uab、ubc、uca，并存储采样数据；第(二)步，各级断路器的继电保护装置利用采集到的各断路器三相电流实时数据，计算短路初始时刻三相电流的电流变化率；第(三)步，将计算得到的三相电流变化率的绝对值分别与短路故障电流变化率阈值进行比较，并将三相电流绝对值与短路故障电流阈值进行比较，若任意一相电流绝对值在整定的阈值范围内，且任意一相电流变化率在整定的阈值范围内，则判断出现了短路故障，反之，则说明未发生短路故障；第(四)步，断路器的继电保护装置若检测到了短路故障，根据历史数据采样的电流数据，对检测的初始短路电流变化率进行修正，消除短路故障前正常电流变化率影响；第(五)步，根据采样电压的历史数据，计算短路初始时刻断路器A、B、C三相相电压的相角θa0、θb0、θc0；第(六)步，由θa0、θb0、θc0，查表获得断路器流过正方向短路电流时，对应各相短路电流故障分量变化率的正负，与短路变化率实测值的修正结果进行比较，若相同则为正方向短路，若相反则为反方向短路，从而判断出短路电流方向，判断出短路电流方向的方法是，设定发电机故障前在稳态三相对称方式下运行，则发电机三相电压表示为：式中：U为相电压有效值，γ为转子直轴顺时针方向领先A相轴线的电角度，δ为励磁电动势E领先于端电压U的相角，及发电机的功率角；由三相对称短路电流计算公式，设定短路起始时刻ωt＝0，A相短路电流不含故障前的正常负载电流的表达式为，：设定γ＝ωt+γ0，γ0为短路合闸角，根据线路参数的影响，得出：上式中：T″Q≈T″D，r为发电机定子绕组内阻，rc和xc分别为发电机出口端至短路点的线路电阻与电抗，x″d、x′d，xd分别为发电机直轴超瞬变电抗、直轴瞬变电抗和直轴同步电抗，x″q、xq为交轴超瞬变电抗和交轴同步电抗，T″d、T′d、Ta为不考虑线路阻抗时的短路电流超瞬变、瞬变和非周期分量衰减的时间常数；对上式的ia进行微分运算，求短路初始时刻的电流变化得由式(8)知，短路电流变化率初值大小与发电机暂态参数、短路合闸角γ₀、发电机的功率角δ，线路阻抗r_c、x_c等参数有关，设定θ_a0为短路初始时刻的端电压相角，以A相电压为参考，则有θ_a0＝γ₀‑δ，短路点不同导致的外部线路阻抗变化，以及负载回馈的短路电流影响因素，短路电流方向判据存在较大的不灵敏区，在不灵敏区，对应的A相初始短路电流变化率接近于0，不进行短路电流变化率的正负判断，但因A、B、C三相短路电流变化率特性在相位上互差120°，若A相短路电流变化率接近于0，则B、C相的短路电流变化率必不为0，以A相电压为参考系，B、C相短路电流变化率正负判断区域，当短路初始相角θ₀处于A相初始短路电流变化率的不灵敏区，则不会落在B、C相短路电流变化率正负判断的不灵敏区内，通过将B相或C相短路电流变化率检测值的正负与推算值进行比较，确定短路电流的方向。