CN112383030A - 一种新型开关柜弧光保护方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种新型开关柜弧光保护方法及装置。所述方法包括：对各个开关柜对应线路的高频脉冲电压信号和零序电流信号进行持续监控，并将零序电流信号分解为工频零序电流信号和高频脉冲电流信号，当发生故障时，对高频脉冲电压信号、工频零序电流信号和高频脉冲电流信号的信号特征进行分析，按照预设的故障判别流程进行判别，最终确定出发生故障的开关柜是否为弧光放电故障，如果为弧光放电故障，则及时进行告警和跳闸。如此，整个弧光保护过程根据弧光放电故障产生的高频脉冲电压和电流特征，在二至三个工频周期内就可以判断出弧光放电故障，速度较快且灵敏度较高，可以及时采取跳闸等应对措施，避免了弧光危害的进一步扩大。

Description

一种新型开关柜弧光保护方法及装置

技术领域

本申请涉及电力系统继电保护及故障预警技术领域，特别涉及一种新型开关柜弧光保护方法及装置。

背景技术

配电网接地故障占总故障的80％以上，多以孤光故障形式出现，弧光将产生强烈的光和热，进而在有限的空间内产生巨大压力，并且爆发速度较快，容易引发铜铝连接熔毁、电缆起火、爆炸等一系列严重后果，而且只要电力系统不断电，弧光将一直存在并持续产生破坏，因此严重危害了电力系统的设备安全和人身安全，需要及时进行弧光保护。

目前常用的弧光保护方法主要是利用光特征来检测电弧的弧光，比如检测弧光中的紫外光和红外光等，进而及时跳闸，以避免弧光危害的进一步扩大。此种弧光保护方法依靠光特征来进行检测，检测过程中涉及对弧光的分解，不仅检测速度较慢，而且灵敏度较低，不利于快速地进行弧光保护。

基于此，目前亟需一种新型开关柜弧光保护方法，用来解决现有技术弧光检测速度慢、而且灵敏度较低的问题。

发明内容

本申请提供了一种新型开关柜弧光保护方法及装置，可用于解决现有技术弧光检测速度慢、而且灵敏度较低的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供一种新型开关柜弧光保护方法，所述新型开关柜弧光保护方法包括：

获取目标线路的零序电流信号和高频脉冲电压信号，以及系统零序电压信号；所述目标线路为目标开关柜对应的线路，所述目标开关柜为多个待监测开关柜中的任一待监测开关柜，所述系统零序电压信号为所述多个待监测开关柜共用母线的零序电压信号；

采用滤波的方式将所述零序电流信号分解为工频零序电流信号和高频脉冲电流信号；

当所述高频脉冲电压信号的幅值超过预设启动阈值时，判断在第一时间段内是否存在多个超过所述启动阈值的第一目标幅值；所述第一时间段为一个工频周期，且以第一幅值对应的时刻为起点；所述第一幅值为所述高频脉冲电压信号中第一次超过所述启动阈值的幅值；

如果存在多个所述第一目标幅值，则判断所述工频零序电流信号是否具有零休特征；

如果所述工频零序电流信号不具有零休特征，则判断所述高频脉冲电流信号在所述第一时间段内是否满足第一相位特征；所述第一相位特征为电流峰值对应时刻与所述工频零序电流信号的电流峰值对应时刻的偏差在预设第一范围内；

如果所述高频脉冲电流信号不满足所述第一相位特征，则当所述高频脉冲电压信号的幅值超过预设接地故障整定阈值时，判断在第二时间段内是否存在多个超过所述接地故障整定阈值的第二目标幅值；所述第二时间段为一个工频周期，且以第二幅值对应的时刻为起点；所述第二幅值为所述高频脉冲电压信号中第一次超过所述接地故障整定阈值的幅值；

如果存在多个所述第二目标幅值，则判断所述高频脉冲电压信号在所述第二时间段内是否满足第二相位特征；所述第二相位特征为电压峰值对应时刻与所述系统零序电压信号的电压峰值对应时刻的偏差在预设第二范围内；

如果所述高频脉冲电压信号不满足所述第二相位特征，则确定所述目标开关柜的故障类型为放电故障；

获取幅值最大值和辅助幅值最大值；所述幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的高频脉冲电压信号中的最大幅值，所述辅助幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的辅助高频脉冲电压信号中的最大幅值；所述辅助高频脉冲电压信号的采集设备与所述高频脉冲电压信号的采集设备不同；

如果所述幅值最大值对应的待监测开关柜与所述辅助幅值最大值对应的待监测开关柜均为所述目标开关柜，则确定所述目标开关柜的放电故障类型为弧光放电，且进行告警和跳闸操作。

在第一方面的一种可实现方式中，在获取目标线路的零序电流信号和高频脉冲电压信号，以及系统零序电压信号之前，所述新型开关柜弧光保护方法还包括：

按照预设的校准间隔对目标线路的高频脉冲电压信号进行校准。

在第一方面的一种可实现方式中，所述按照预设的校准间隔对目标线路的高频脉冲电压信号进行校准，包括：

按照预设的校准间隔向目标线路注入校准信号；

获取所述目标线路的校准测量信号；

根据所述校准信号的幅值，以及所述校准测量信号的幅值，确定校正系数；

获取所述目标线路校准前的高频脉冲电压信号；所述校准前的高频脉冲电压信号的采集设备与所述校准测量信号的采集设备相同；

根据所述校准前的高频脉冲电压信号的幅值，以及所述校正系数，确定校准后的高频脉冲电压信号的幅值。

在第一方面的一种可实现方式中，所述启动阈值和所述接地故障整定阈值通过以下方式确定：

在对所述目标线路的高频脉冲电压信号进行校准后，获取所述目标线路无故障状态下预设时长的校准后高频脉冲电压信号；

根据所述校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第一比例，确定所述启动阈值；

根据所述校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第二比例，确定所述接地故障整定阈值。

在第一方面的一种可实现方式中，所述新型开关柜弧光保护方法还包括：

如果所述工频零序电流信号具有零休特征，则确定所述目标开关柜的故障类型为接地故障。

第二方面，本申请实施例提供一种新型开关柜弧光保护装置，所述新型开关柜弧光保护装置包括宽频电流获取模块、脉冲电压获取模块、辅助脉冲电压检测模块、电压监测模块和集中控制器；

所述宽频电流获取模块安装在目标开关柜中，分别与所述集中控制器和目标线路电连接，用于采集所述目标线路的零序电流信号；所述目标线路为所述目标开关柜对应的线路，所述目标开关柜为多个待监测开关柜中的任一待监测开关柜；

所述脉冲电压获取模块安装在所述目标开关柜中，分别与所述集中控制器和所述目标线路电连接，用于采集所述目标线路的高频脉冲电压信号；

所述辅助脉冲电压检测模块安装在所述目标开关柜中，分别与所述集中控制器和所述目标线路电连接，用于采集所述目标线路的辅助高频脉冲电压信号；

所述电压监测模块分别与所述集中控制器和系统母线电连接，用于采集系统零序电压信号；所述系统母线为所述多个待监测开关柜构成的系统的共用通路；所述系统零序电压信号为所述多个待监测开关柜共用母线的零序电压信号；

所述集中控制器被配置为执行以下步骤：

获取所述零序电流信号、所述高频脉冲电压信号，以及所述系统零序电压信号；

采用滤波的方式将所述零序电流信号分解为工频零序电流信号和高频脉冲电流信号；

当所述高频脉冲电压信号的幅值超过预设启动阈值时，判断在第一时间段内是否存在多个超过所述启动阈值的第一目标幅值；所述第一时间段为一个工频周期，且以第一幅值对应的时刻为起点；所述第一幅值为所述高频脉冲电压信号中第一次超过所述启动阈值的幅值；

如果存在多个所述第一目标幅值，则判断所述工频零序电流信号是否具有零休特征；

如果所述工频零序电流信号不具有零休特征，则判断所述高频脉冲电流信号在所述第一时间段内是否满足第一相位特征；所述第一相位特征为电流峰值对应时刻与所述工频零序电流信号的电流峰值对应时刻的偏差在预设第一范围内；

如果所述高频脉冲电流信号不满足所述第一相位特征，则当所述高频脉冲电压信号的幅值超过预设接地故障整定阈值时，判断在第二时间段内是否存在多个超过所述接地故障整定阈值的第二目标幅值；所述第二时间段为一个工频周期，且以第二幅值对应的时刻为起点；所述第二幅值为所述高频脉冲电压信号中第一次超过所述接地故障整定阈值的幅值；

如果存在多个所述第二目标幅值，则判断所述高频脉冲电压信号在所述第二时间段内是否满足第二相位特征；所述第二相位特征为电压峰值对应时刻与所述系统零序电压信号的电压峰值对应时刻的偏差在预设第二范围内；

如果所述高频脉冲电压信号不满足所述第二相位特征，则确定所述目标开关柜的故障类型为放电故障；

获取幅值最大值和辅助幅值最大值；所述幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的高频脉冲电压信号中的最大幅值，所述辅助幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的辅助高频脉冲电压信号中的最大幅值；所述辅助高频脉冲电压信号的采集设备与所述高频脉冲电压信号的采集设备不同；

如果所述幅值最大值对应的待监测开关柜与所述辅助幅值最大值对应的待监测开关柜均为所述目标开关柜，则确定所述目标开关柜的放电故障类型为弧光放电，且进行告警和跳闸操作。

在第二方面的一种可实现方式中，所述新型开关柜弧光保护装置还包括校准发生器模块；

所述校准发生器模块分别与所述集中控制器和所述系统母线电连接，用于接收所述集中控制器按照预设的校准间隔发送的校准指令，并根据所述校准指令产生校准信号，分别对所述目标线路的所述高频脉冲电压信号和所述辅助高频脉冲电压信号进行校准；所述校准指令包括所述校准信号的幅值和频率。

在第二方面的一种可实现方式中，所述集中控制器还被配置为执行以下步骤：

按照预设的校准间隔向所述校准发生器模块发送所述校准指令；

获取所述脉冲电压获取模块发送的所述目标线路的校准测量信号；

根据所述校准信号的幅值，以及所述校准测量信号的幅值，确定校正系数；

获取所述脉冲电压获取模块发送的所述目标线路校准前的高频脉冲电压信号；

根据所述校准前的高频脉冲电压信号的幅值，以及所述校正系数，确定校准后的高频脉冲电压信号的幅值。

在第二方面的一种可实现方式中，所述集中控制器还被配置为执行以下步骤：

在对所述目标线路的高频脉冲电压信号进行校准后，获取所述脉冲电压获取模块发送的所述目标线路无故障状态下预设时长的校准后高频脉冲电压信号；

根据所述校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第一比例，确定所述启动阈值；

根据所述校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第二比例，确定所述接地故障整定阈值。

在第二方面的一种可实现方式中，所述集中控制器还被配置为执行以下步骤：

如果所述工频零序电流信号具有零休特征，则确定所述目标开关柜的故障类型为接地故障。

如此，本申请实施例通过对各个开关柜对应线路的高频脉冲电压信号和零序电流信号进行持续监控，当发生故障时，对高频脉冲电压信号和零序电流信号的信号特征进行分析，按照预设的故障判别流程进行判别，最终确定出发生故障的开关柜是否为弧光放电故障，并及时进行告警和跳闸。整个过程根据弧光放电故障产生的高频脉冲电压和电流特征，在二至三个工频周期内就可以判断出弧光放电故障，速度较快且灵敏度较高，因而可以及时采取跳闸等应对措施，避免了弧光危害的进一步扩大；同时，多个开关柜仅采用一套弧光保护装置，较传统每个开关柜都需要安装，节约了设备成本、管理成本。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种新型开关柜弧光保护方法对应的流程示意图；

图2为本申请实施例提供的高频脉冲电压信号在第一时间段内的示意图；

图3为本申请实施例提供的工频零序电流信号的波形示意图；

图4为本申请实施例提供的高频脉冲电流信号的波形示意图；

图5为本申请实施例提供的高频脉冲电压信号在第二时间段内的示意图；

图6为本申请实施例提供的高频脉冲电压信号的波形示意图；

图7为本申请实施例提供的一种新型开关柜弧光保护装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

为了解决现有技术的问题，本申请实施例提供一种新型开关柜弧光保护方法，具体用于解决现有技术中弧光检测速度慢、而且灵敏度较低的问题。图1示例性示出了本申请实施例提供的一种新型开关柜弧光保护方法对应的流程示意图。如图1所示，本申请实施例提供的新型开关柜弧光保护方法包括：

步骤101，获取目标线路的零序电流信号和高频脉冲电压信号，以及系统零序电压信号。

步骤102，采用滤波的方式将零序电流信号分解为工频零序电流信号和高频脉冲电流信号。

步骤103，当高频脉冲电压信号的幅值超过预设启动阈值时，判断在第一时间段内是否存在多个超过启动阈值的第一目标幅值。如果存在多个第一目标幅值，则执行步骤104；否则，执行步骤105。

步骤104，判断工频零序电流信号是否具有零休特征。如果工频零序电流信号具有零休特征，则执行步骤105；如果工频零序电流信号不具有零休特征，执行步骤106。

步骤105，确定目标开关柜的故障类型为接地故障。

步骤106，判断高频脉冲电流信号在第一时间段内是否满足第一相位特征。如果高频脉冲电流信号满足第一相位特征，则返回步骤105；如果高频脉冲电流信号不满足第一相位特征，则执行步骤107。

步骤107，当高频脉冲电压信号的幅值超过预设接地故障整定阈值时，判断在第二时间段内是否存在多个超过接地故障整定阈值的第二目标幅值。如果存在多个第二目标幅值，则执行步骤108；如果不存在多个第二目标幅值，则返回步骤105。

步骤108，判断高频脉冲电压信号在第二时间段内是否满足第二相位特征。如果高频脉冲电流信号满足第二相位特征，则返回步骤105；如果高频脉冲电压信号不满足第二相位特征，则执行步骤109。

步骤109，确定目标开关柜的故障类型为放电故障。

步骤110，获取幅值最大值和辅助幅值最大值。

步骤111，判断幅值最大值对应的待监测开关柜与辅助幅值最大值对应的待监测开关柜是否均为目标开关柜。如果幅值最大值对应的待监测开关柜与辅助幅值最大值对应的待监测开关柜均为目标开关柜，则执行步骤112；否则，返回步骤105。

步骤112，确定目标开关柜的放电故障类型为弧光放电，且进行告警和跳闸操作。

具体来说，步骤101中，目标线路为目标开关柜对应的线路，目标开关柜为多个待监测开关柜中的任一待监测开关柜，系统零序电压信号为多个待监测开关柜共用母线的零序电压信号。需要说明的是，对目标开关柜进行监测指的就是对每一待监测开关柜进行监测。

零序电流信号、高频脉冲电压信号以及系统零序电压信号均为时域连续的信号，在后续分析时可以根据需要任意截取其中某段时间的信号进行分析。

在执行步骤101之前，可以按照预设的校准间隔对目标线路的高频脉冲电压信号进行校准。具体可以采用以下方式进行校准：

按照预设的校准间隔向目标线路注入校准信号。

获取目标线路的校准测量信号。

根据校准信号的幅值，以及校准测量信号的幅值，确定校正系数。

获取目标线路校准前的高频脉冲电压信号。校准前的高频脉冲电压信号的采集设备与校准测量信号的采集设备相同。

根据校准前的高频脉冲电压信号的幅值，以及校正系数，确定校准后的高频脉冲电压信号的幅值。

具体地，校准间隔可以为1月～1年，也可以为人为启动设置，具体不作限定。校准信号为方波信号，幅值为1～10V，记为V_chk，频率为10kHz～20MHz。

校准测量信号为目标线路接收到校准信号后产生的信号，幅值记为V_org，目标线路的校正系数通过公式(1)确定：

k＝V_chk/V_org 公式(1)

公式(1)中，k为目标线路的校正系数，V_chk为校准信号的幅值，V_org为目标线路产生的校准测量信号的幅值。

通过公式(1)，即可得到每个待监测开关柜对应线路的校正系数，将校准前的高频脉冲电压信号的幅值与对应的校正系数相乘，即可得到校准后的高频脉冲电压信号。需要说明的是，步骤101中获取的高频脉冲电压信号指的均是校准后的高频脉冲电压信号。

步骤102中，工频零序电流信号的频率范围为10Hz～500Hz；高频脉冲电流信号的频率范围为10kHz～20MHz。

滤波方式可以为任意的滤波方式，比如将零序电流信号通过截止频率500Hz的低通滤波器得到工频零序电流信号；将零序电流信号通过截止频率为10kHz的高通滤波器或频带为10kHz～20MHz的带通滤波器得到高频脉冲电流信号，具体不作限定。

步骤103中，第一时间段为一个工频周期，且以第一幅值对应的时刻为起点。第一幅值为高频脉冲电压信号中第一次超过启动阈值的幅值。

判断在第一时间段内是否存在多个超过启动阈值的第一目标幅值，是指在第一时间段内是否存在两个或两个以上超过启动阈值的第一目标幅值，包括起点的第一幅值，也就是说作为起点的第一幅值也是一个第一目标幅值。主要看在后面一个工频周期内是否还存在一个或一个以上的第一目标幅值。

启动阈值可以通过以下方式确定：

在对目标线路的高频脉冲电压信号进行校准后，获取目标线路无故障状态下预设时长的校准后高频脉冲电压信号。具体地，预设时长具体不作限定。

根据校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第一比例，确定启动阈值。具体地，将校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值与第一比例相乘，即可得到启动阈值。第一比例可以设为1.5倍。

步骤104至步骤105中，图2示例性示出了本申请实施例提供的高频脉冲电压信号在第一时间段内的示意图；图3示例性示出了本申请实施例提供的工频零序电流信号的波形示意图。

如图2所示，在一个工频周期内存在5.5ms和15.5ms这两个高频脉冲电压信号的幅值超过预设启动阈值(0.5V)；如图3所示，工频零序电流信号具有零休特征，零休时间约为1ms，因此可以确定目标开关柜的故障类型为接地故障。确定为接地故障后，会进行告警操作。

步骤106中，第一相位特征为电流峰值对应时刻与工频零序电流信号的电流峰值对应时刻的偏差在预设第一范围内。也就是需要高频脉冲电流信号与工频零序电流信号各自峰值对应时刻的重合度应满足固定第一范围。

具体地，高频脉冲电流信号的电流峰值对应的时刻，假设为t₁和t₂，应该位于该线路工频零序电流信号的电流峰值对应时刻的C和D位置处，其中C＝±π/18，D＝π±π/18。

图4示例性示出了本申请实施例提供的高频脉冲电流信号的波形示意图。如图4所示，高频脉冲电流信号的电流峰值发生在工频零序电流信号的过零处，相位分布在±π/18和π±π/18的范围内，因此可以确定目标开关柜的故障类型为接地故障。

步骤107中，第二时间段为一个工频周期，且以第二幅值对应的时刻为起点。第二幅值为高频脉冲电压信号中第一次超过接地故障整定阈值的幅值。第二时间段可能与第一时间段相同，也可能不相同，具体根据故障判定结果确定。

判断在第二时间段内是否存在多个超过接地故障整定阈值的第二目标幅值，是指在第二时间段内是否存在两个或两个以上超过接地故障整定阈值的第二目标幅值，包括起点的第二幅值，也就是说作为起点的第二幅值也是一个第二目标幅值。主要看在后面一个工频周期内是否还存在一个或一个以上的第二目标幅值。

接地故障整定阈值可以通过以下方式确定：

在对目标线路的高频脉冲电压信号进行校准后，获取目标线路无故障状态下预设时长的校准后高频脉冲电压信号。具体地，预设时长具体不作限定。

根据校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第二比例，确定接地故障整定阈值。具体地，将校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值与第二比例相乘，即可得到接地故障整定阈值。第二比例可以设为2倍。

步骤108至步骤109中，第二相位特征为电压峰值对应时刻与系统零序电压信号的电压峰值对应时刻的偏差在预设第二范围内。也就是需要高频脉冲电压信号与系统零序电压信号各自峰值对应时刻的重合度应满足固定第二范围。

具体地，高频脉冲电压信号的电压峰值对应的时刻，假设为t₃和t₄，应该位于该线路系统零序电压信号的电压峰值对应时刻的A和B位置处，其中A＝(π/2)±(π/18)，D＝(3π/2)±(π/18)。

图5示例性示出了本申请实施例提供的高频脉冲电压信号在第二时间段内的示意图；图6示例性示出了本申请实施例提供的高频脉冲电压信号的波形示意图。如图5所示，在一个工频周期内存在5.5ms和15.5ms这两个高频脉冲电压信号的幅值超过接地故障整定阈值(1V)；如图6所示，X轴表示时间(ms)，Y轴表示电压(V)。高频脉冲电压信号的电压峰值发生在系统零序电压信号的A和B位置处，相对的工频电压相位为99°和279°，满足A＝90°±10°，B＝270°±10°的特征，因此可以确定目标开关柜的故障类型为接地故障。

放电故障包括尖端放电和沿面放电。

上述步骤103至步骤109即为本申请实施例提供的故障判别流程。

步骤110中，幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的高频脉冲电压信号中的最大幅值，辅助幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的辅助高频脉冲电压信号中的最大幅值。辅助高频脉冲电压信号的采集设备与高频脉冲电压信号的采集设备不同。但是测得都是高频脉冲电压信号。

在获取辅助高频脉冲电压信号之前，也可以按照预设的校准间隔对目标线路的辅助高频脉冲电压信号进行校准。具体可以采用以下方式进行校准：

按照预设的校准间隔向目标线路注入校准信号。

获取目标线路的辅助校准测量信号。

根据校准信号的幅值，以及辅助校准测量信号的幅值，确定第二校正系数。

获取目标线路校准前的辅助高频脉冲电压信号；校准前的辅助高频脉冲电压信号的采集设备与辅助校准测量信号的采集设备相同。

根据校准前的辅助高频脉冲电压信号的幅值，以及第二校正系数，确定校准后的辅助高频脉冲电压信号的幅值。

具体地，校准间隔、校准信号信息、校正系数的确定以及校准后的辅助高频脉冲电压信号的确定都参照前述高频脉冲电压信号的校准过程，此处不再赘述。需要说明的是，步骤110中获取的辅助高频脉冲电压信号指的均是校准后的辅助高频脉冲电压信号。

步骤111至步骤112中，利用辅助高频脉冲电压信号进行再验证，如果幅值最大值对应的待监测开关柜与辅助幅值最大值对应的待监测开关柜为同一开关柜，则可以确定目标开关柜的放电故障类型为弧光放电，且进行告警和跳闸操作。

如此，本申请实施例通过对各个开关柜对应线路的高频脉冲电压信号和零序电流信号进行持续监控，当发生故障时，对高频脉冲电压信号和零序电流信号的信号特征进行分析，按照预设的故障判别流程进行判别，最终确定出发生故障的开关柜是否为弧光放电故障，并及时进行告警和跳闸。整个过程根据弧光放电故障产生的高频脉冲电压和电流特征，在二至三个工频周期内就可以判断出弧光放电故障，速度较快且灵敏度较高，因而可以及时采取跳闸等应对措施，避免了弧光危害的进一步扩大。

下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。对于本申请装置实施例中未披露的细节，请参照本申请方法实施例。

图7示例性示出了本申请实施例提供的一种新型开关柜弧光保护装置的结构示意图。如图7所示，该装置具有实现上述新型开关柜弧光保护方法的功能，所述功能可以由硬件实现，也可以由硬件执行相应的软件实现。该新型开关柜弧光保护装置包括宽频电流获取模块701、脉冲电压获取模块702、辅助脉冲电压检测模块703、电压监测模块704和集中控制器705。

宽频电流获取模块701安装在目标开关柜中，分别与集中控制器705和目标线路电连接，用于采集目标线路的零序电流信号。目标线路为目标开关柜对应的线路，目标开关柜为多个待监测开关柜中的任一待监测开关柜。具体地，宽频电流获取模块701可采用任意技术方案实现线路零序电流信号的采集，例如零序电流互感器、罗氏线圈等；其工作频段为：10Hz～20MHz。

脉冲电压获取模块702安装在目标开关柜中，分别与集中控制器705和目标线路电连接，用于采集目标线路的高频脉冲电压信号。具体地，脉冲电压获取模块702包括耦合电容和检测阻抗，其中耦合电容的容量在10pF～1000pF范围内，检测阻抗可采用电阻、电感、电容或电阻、电容、电感的任意组合，其工作频段为：10kHz～20MHz。

辅助脉冲电压检测模块703安装在目标开关柜中，分别与集中控制器705和目标线路电连接，用于采集目标线路的辅助高频脉冲电压信号。具体地，辅助脉冲电压检测模块703可采用无接触测量技术，例如超声波检测技术、特高频检测技术、射频检测技术等。

电压监测模块704分别与集中控制器705和系统母线电连接，用于采集系统零序电压信号。系统母线为多个待监测开关柜构成的系统的共用通路。系统零序电压信号为多个待监测开关柜共用母线的零序电压信号。

集中控制器705被配置为执行以下步骤：

获取零序电流信号、高频脉冲电压信号，以及系统零序电压信号。

采用滤波的方式将零序电流信号分解为工频零序电流信号和高频脉冲电流信号。

当高频脉冲电压信号的幅值超过预设启动阈值时，判断在第一时间段内是否存在多个超过启动阈值的第一目标幅值。第一时间段为一个工频周期，且以第一幅值对应的时刻为起点。第一幅值为高频脉冲电压信号中第一次超过启动阈值的幅值。

如果存在多个第一目标幅值，则判断工频零序电流信号是否具有零休特征。

如果工频零序电流信号不具有零休特征，则判断高频脉冲电流信号在第一时间段内是否满足第一相位特征。第一相位特征为电流峰值对应时刻与工频零序电流信号的电流峰值对应时刻的偏差在预设第一范围内。

如果高频脉冲电流信号不满足第一相位特征，则当高频脉冲电压信号的幅值超过预设接地故障整定阈值时，判断在第二时间段内是否存在多个超过接地故障整定阈值的第二目标幅值。第二时间段为一个工频周期，且以第二幅值对应的时刻为起点。第二幅值为高频脉冲电压信号中第一次超过接地故障整定阈值的幅值。

如果存在多个第二目标幅值，则判断高频脉冲电压信号在第二时间段内是否满足第二相位特征。第二相位特征为电压峰值对应时刻与系统零序电压信号的电压峰值对应时刻的偏差在预设第二范围内。

如果高频脉冲电压信号不满足第二相位特征，则确定目标开关柜的故障类型为放电故障。

获取幅值最大值和辅助幅值最大值。幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的高频脉冲电压信号中的最大幅值，辅助幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的辅助高频脉冲电压信号中的最大幅值。辅助高频脉冲电压信号的采集设备与高频脉冲电压信号的采集设备不同。

如果幅值最大值对应的待监测开关柜与辅助幅值最大值对应的待监测开关柜均为目标开关柜，则确定目标开关柜的放电故障类型为弧光放电，且进行告警和跳闸操作。

在一种可实现方式中，新型开关柜弧光保护装置还包括校准发生器模块706。

校准发生器模块706分别与集中控制器705和系统母线电连接，用于接收集中控制器705按照预设的校准间隔发送的校准指令，并根据校准指令产生校准信号，分别对目标线路的高频脉冲电压信号和辅助高频脉冲电压信号进行校准。校准指令包括校准信号的幅值和频率。具体地，也就是对脉冲电压获取模块702和辅助脉冲电压检测模块703进行校准。

在一种可实现方式中，集中控制器705还被配置为执行以下步骤：

按照预设的校准间隔向校准发生器模块706发送校准指令。

获取脉冲电压获取模块702发送的目标线路的校准测量信号。

根据校准信号的幅值，以及校准测量信号的幅值，确定校正系数。

获取脉冲电压获取模块702发送的目标线路校准前的高频脉冲电压信号。

根据校准前的高频脉冲电压信号的幅值，以及校正系数，确定校准后的高频脉冲电压信号的幅值。

在一种可实现方式中，集中控制器705还被配置为执行以下步骤：

在对目标线路的高频脉冲电压信号进行校准后，获取脉冲电压获取模块702发送的目标线路无故障状态下预设时长的校准后高频脉冲电压信号。

根据校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第一比例，确定启动阈值。

根据校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第二比例，确定接地故障整定阈值。

在一种可实现方式中，集中控制器705还被配置为执行以下步骤：

如果工频零序电流信号具有零休特征，则确定目标开关柜的故障类型为接地故障。

如此，本申请实施例通过对各个开关柜对应线路的高频脉冲电压信号和零序电流信号进行持续监控，当发生故障时，对高频脉冲电压信号和零序电流信号的信号特征进行分析，按照预设的故障判别流程进行判别，最终确定出发生故障的开关柜是否为弧光放电故障，并及时进行告警和跳闸。整个过程根据弧光放电故障产生的高频脉冲电压和电流特征，在二至三个工频周期内就可以判断出弧光放电故障，速度较快且灵敏度较高，因而可以及时采取跳闸等应对措施，避免了弧光危害的进一步扩大；同时，多个开关柜仅采用一套弧光保护装置，较传统每个开关柜都需要安装，节约了设备成本、管理成本。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种新型开关柜弧光保护方法，其特征在于，所述新型开关柜弧光保护方法包括：

获取目标线路的零序电流信号和高频脉冲电压信号，以及系统零序电压信号；所述目标线路为目标开关柜对应的线路，所述目标开关柜为多个待监测开关柜中的任一待监测开关柜，所述系统零序电压信号为所述多个待监测开关柜共用母线的零序电压信号；

采用滤波的方式将所述零序电流信号分解为工频零序电流信号和高频脉冲电流信号；

当所述高频脉冲电压信号的幅值超过预设启动阈值时，判断在第一时间段内是否存在多个超过所述启动阈值的第一目标幅值；所述第一时间段为一个工频周期，且以第一幅值对应的时刻为起点；所述第一幅值为所述高频脉冲电压信号中第一次超过所述启动阈值的幅值；

如果存在多个所述第一目标幅值，则判断所述工频零序电流信号是否具有零休特征；

如果所述工频零序电流信号不具有零休特征，则判断所述高频脉冲电流信号在所述第一时间段内是否满足第一相位特征；所述第一相位特征为电流峰值对应时刻与所述工频零序电流信号的电流峰值对应时刻的偏差在预设第一范围内；

如果所述高频脉冲电流信号不满足所述第一相位特征，则当所述高频脉冲电压信号的幅值超过预设接地故障整定阈值时，判断在第二时间段内是否存在多个超过所述接地故障整定阈值的第二目标幅值；所述第二时间段为一个工频周期，且以第二幅值对应的时刻为起点；所述第二幅值为所述高频脉冲电压信号中第一次超过所述接地故障整定阈值的幅值；

如果存在多个所述第二目标幅值，则判断所述高频脉冲电压信号在所述第二时间段内是否满足第二相位特征；所述第二相位特征为电压峰值对应时刻与所述系统零序电压信号的电压峰值对应时刻的偏差在预设第二范围内；

如果所述高频脉冲电压信号不满足所述第二相位特征，则确定所述目标开关柜的故障类型为放电故障；

获取幅值最大值和辅助幅值最大值；所述幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的高频脉冲电压信号中的最大幅值，所述辅助幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的辅助高频脉冲电压信号中的最大幅值；所述辅助高频脉冲电压信号的采集设备与所述高频脉冲电压信号的采集设备不同；

如果所述幅值最大值对应的待监测开关柜与所述辅助幅值最大值对应的待监测开关柜均为所述目标开关柜，则确定所述目标开关柜的放电故障类型为弧光放电，且进行告警和跳闸操作。

2.根据权利要求1所述的新型开关柜弧光保护方法，其特征在于，在获取目标线路的零序电流信号和高频脉冲电压信号，以及系统零序电压信号之前，所述新型开关柜弧光保护方法还包括：

按照预设的校准间隔对目标线路的高频脉冲电压信号进行校准。

3.根据权利要求2所述的新型开关柜弧光保护方法，其特征在于，所述按照预设的校准间隔对目标线路的高频脉冲电压信号进行校准，包括：

按照预设的校准间隔向目标线路注入校准信号；

获取所述目标线路的校准测量信号；

根据所述校准信号的幅值，以及所述校准测量信号的幅值，确定校正系数；

获取所述目标线路校准前的高频脉冲电压信号；所述校准前的高频脉冲电压信号的采集设备与所述校准测量信号的采集设备相同；

根据所述校准前的高频脉冲电压信号的幅值，以及所述校正系数，确定校准后的高频脉冲电压信号的幅值。

4.根据权利要求3所述的新型开关柜弧光保护方法，其特征在于，所述启动阈值和所述接地故障整定阈值通过以下方式确定：

在对所述目标线路的高频脉冲电压信号进行校准后，获取所述目标线路无故障状态下预设时长的校准后高频脉冲电压信号；

根据所述校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第一比例，确定所述启动阈值；

根据所述校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第二比例，确定所述接地故障整定阈值。

5.根据权利要求1所述的新型开关柜弧光保护方法，其特征在于，所述新型开关柜弧光保护方法还包括：

如果所述工频零序电流信号具有零休特征，则确定所述目标开关柜的故障类型为接地故障。

6.一种新型开关柜弧光保护装置，其特征在于，所述新型开关柜弧光保护装置包括宽频电流获取模块、脉冲电压获取模块、辅助脉冲电压检测模块、电压监测模块和集中控制器；

所述宽频电流获取模块安装在目标开关柜中，分别与所述集中控制器和目标线路电连接，用于采集所述目标线路的零序电流信号；所述目标线路为所述目标开关柜对应的线路，所述目标开关柜为多个待监测开关柜中的任一待监测开关柜；

所述脉冲电压获取模块安装在所述目标开关柜中，分别与所述集中控制器和所述目标线路电连接，用于采集所述目标线路的高频脉冲电压信号；

所述辅助脉冲电压检测模块安装在所述目标开关柜中，分别与所述集中控制器和所述目标线路电连接，用于采集所述目标线路的辅助高频脉冲电压信号；

所述电压监测模块分别与所述集中控制器和系统母线电连接，用于采集系统零序电压信号；所述系统母线为所述多个待监测开关柜构成的系统的共用通路；所述系统零序电压信号为所述多个待监测开关柜共用母线的零序电压信号；

所述集中控制器被配置为执行以下步骤：

获取所述零序电流信号、所述高频脉冲电压信号，以及所述系统零序电压信号；

采用滤波的方式将所述零序电流信号分解为工频零序电流信号和高频脉冲电流信号；

当所述高频脉冲电压信号的幅值超过预设启动阈值时，判断在第一时间段内是否存在多个超过所述启动阈值的第一目标幅值；所述第一时间段为一个工频周期，且以第一幅值对应的时刻为起点；所述第一幅值为所述高频脉冲电压信号中第一次超过所述启动阈值的幅值；

如果存在多个所述第一目标幅值，则判断所述工频零序电流信号是否具有零休特征；

如果所述工频零序电流信号不具有零休特征，则判断所述高频脉冲电流信号在所述第一时间段内是否满足第一相位特征；所述第一相位特征为电流峰值对应时刻与所述工频零序电流信号的电流峰值对应时刻的偏差在预设第一范围内；

如果所述高频脉冲电流信号不满足所述第一相位特征，则当所述高频脉冲电压信号的幅值超过预设接地故障整定阈值时，判断在第二时间段内是否存在多个超过所述接地故障整定阈值的第二目标幅值；所述第二时间段为一个工频周期，且以第二幅值对应的时刻为起点；所述第二幅值为所述高频脉冲电压信号中第一次超过所述接地故障整定阈值的幅值；

如果存在多个所述第二目标幅值，则判断所述高频脉冲电压信号在所述第二时间段内是否满足第二相位特征；所述第二相位特征为电压峰值对应时刻与所述系统零序电压信号的电压峰值对应时刻的偏差在预设第二范围内；

如果所述高频脉冲电压信号不满足所述第二相位特征，则确定所述目标开关柜的故障类型为放电故障；

获取幅值最大值和辅助幅值最大值；所述幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的高频脉冲电压信号中的最大幅值，所述辅助幅值最大值为预设时段内所有待监测开关柜对应线路的辅助高频脉冲电压信号中的最大幅值；所述辅助高频脉冲电压信号的采集设备与所述高频脉冲电压信号的采集设备不同；

如果所述幅值最大值对应的待监测开关柜与所述辅助幅值最大值对应的待监测开关柜均为所述目标开关柜，则确定所述目标开关柜的放电故障类型为弧光放电，且进行告警和跳闸操作。

7.根据权利要求6所述的新型开关柜弧光保护装置，其特征在于，所述新型开关柜弧光保护装置还包括校准发生器模块；

所述校准发生器模块分别与所述集中控制器和所述系统母线电连接，用于接收所述集中控制器按照预设的校准间隔发送的校准指令，并根据所述校准指令产生校准信号，分别对所述目标线路的所述高频脉冲电压信号和所述辅助高频脉冲电压信号进行校准；所述校准指令包括所述校准信号的幅值和频率。

8.根据权利要求7所述的新型开关柜弧光保护装置，其特征在于，所述集中控制器还被配置为执行以下步骤：

按照预设的校准间隔向所述校准发生器模块发送所述校准指令；

获取所述脉冲电压获取模块发送的所述目标线路的校准测量信号；

根据所述校准信号的幅值，以及所述校准测量信号的幅值，确定校正系数；

获取所述脉冲电压获取模块发送的所述目标线路校准前的高频脉冲电压信号；

根据所述校准前的高频脉冲电压信号的幅值，以及所述校正系数，确定校准后的高频脉冲电压信号的幅值。

9.根据权利要求8所述的新型开关柜弧光保护装置，其特征在于，所述集中控制器还被配置为执行以下步骤：

在对所述目标线路的高频脉冲电压信号进行校准后，获取所述脉冲电压获取模块发送的所述目标线路无故障状态下预设时长的校准后高频脉冲电压信号；

根据所述校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第一比例，确定所述启动阈值；

根据所述校准后高频脉冲电压信号所有幅值的平均值，以及预设第二比例，确定所述接地故障整定阈值。

10.根据权利要求6所述的新型开关柜弧光保护装置，其特征在于，所述集中控制器还被配置为执行以下步骤：

如果所述工频零序电流信号具有零休特征，则确定所述目标开关柜的故障类型为接地故障。

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