[发明专利]一种用于真双极直流输配电线路的单极接地故障检测系统

权利要求书

1.一种用于真双极直流输配电线路的单极接地故障检测系统，其特征在于，该系统由多个用于监测直流输电线路电流的测量系统组成，每个测量系统均包括用于直流电流测量的磁环和相关的磁测量元件、调理电路、信号采集及处理电路和通讯电路；其中，

磁测量元件用于间接获得磁环中代表直流线路电流差值的磁通量，调理电路将磁测量元件输出信号调理至信号采集及处理电路可识别范围，信号处理电路通过分析获得线路接地故障极和故障电流值，通讯电路用于数据传输及组网；使用时，每隔设定的距离，真双极直流输配电系统的直流侧线路安装一套测量系统，当直流侧正极或负极出现接地故障时，根据测量装置测得的结果，来判断真双极单极接地故障的故障电流大小、故障极及故障位置；

测量系统中的磁环安装在直流侧的正负极线路上，正负极输电线均穿过磁环一次且两输电线位于磁环的同一条直径上；所述磁环中磁通能够采用任意方式测量，磁测量元件安装在磁环预留的气隙上，气隙长度l_g在满足磁测量元件安装条件下的情况下尽可能小，保证气隙内磁感应强度垂直磁测量元件，因此磁环的截面积S，满足

l_g/Sα (1)

此式中的α选择在2％～5％之间，同时，在选取的磁环满足l/(μ₀μ_r)l_g/μ₀时，气隙长度l_g按式(2)确定

l_g＝I_Fm×μ₀/B_m (2)

式中，I_Fm表示最大允许的接地故障电流，l表示磁环的平均磁路长度，μ₀表示空气磁导率，μ_r表示磁环材料的相对磁导率，B_m表示磁环材料的最大磁通密度变化值，根据上述要求综合选取合适的磁环；

测量系统中的调理电路处理来自磁测量元件的信号，信号采集及处理电路的实际有效分辨率不低于12位，相应微处理器具有预定的处理和响应速度，满足测量装置响应时间要求且与信号采集及处理电路速度匹配；

测量系统中磁环内将感应出与接地故障电流有关的磁通φ，在真双极直流输配电系统正常工作时，其双极平衡运行，即正、负极输电线路流过的电流大小一致、方向相反，不存在接地故障电流，此时磁环上的磁通φ＝0；在直流侧发生单极接地故障时，直流侧正、负极线路中流过的电流大小不再保持一致，即故障点存在接地故障电流I_F，假设接地故障发生在正极时有φ0，则接地故障发生在负极时有φ0；

测量系统磁环内的感应磁通φ正比于接地故障电流I_F，即有φ＝k×I_F，通过测得的磁通计算故障电流I_F的大小；该系数k通过测试标准电流I_F0对应得到的感应磁通φ₀获得，即

k＝φ₀/I_F0 (3)

当真双极直流输配电系统直流侧线路上有多个所述测量系统时，得到多个测量点测得的磁通φ₁、φ₂、…、φ_n，如果距离最近的两个测量点第a和第b测得的磁通φ_a和φ_b满足其中一个绝对值最大和另一个绝对值最小，则说明单极接地故障发生区段在这两个测量点之间；若这两个测量点编号有ba+1，则同时说明两测量点之间可能有测量系统失效，在排查该区段内单极接地故障时，需对可能的失效测量系统进行排查。

2.根据权利要求1所述的一种用于真双极直流输配电线路的单极接地故障检测系统，其特征在于，真双极直流输配电系统的单极接地故障点位置按如下方式得到：

根据真双极线路单极接地故障发生时刻会有电流瞬变这一特性，由第a和第b个测量点，及这两个测量点中某个点的相邻测量点c共三个测量点的距离L_ab、L_ca及测量到瞬变的时间差来判断故障点的位置，此时假设测量点顺序依次为c、a、b；假设以故障前某一时刻为零时刻，则三个测量点测量到瞬变的时间分别为t_a、t_b和t_c，则有故障点距离第a和第b测量点的距离分别为

s₁＝(L_ab+β×L_ca)/2 (8)

s₂＝(L_ab-β×L_ca)/2 (9)

式中，β＝(t_a-t_b)/(t_c-t_a)，若测量点顺序为依次为a、b、c时，由此类推。