專利名稱：一種電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電カ系統(tǒng)配電網(wǎng)的電氣設(shè)備制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是ー種電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置。
背景技術(shù)：
我國(guó)低壓配電網(wǎng)大都采用中性點(diǎn)非有效接地方式，這類電網(wǎng)在發(fā)生単相接地故障時(shí)，接地故障處僅流過線路的電容電流，其數(shù)值只是幾安到ニ、三十安，因此這類電網(wǎng)屬于小接地電流電網(wǎng)。由于不產(chǎn)生短路電流，且線電壓仍是対稱的，不影響對(duì)用戶的正常供電， 按規(guī)程要求允許繼續(xù)運(yùn)行I 2小吋。小電流系統(tǒng)發(fā)生単相故障后，故障特征不明顯，特別是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的系統(tǒng)，由于消弧線圈補(bǔ)償了部分電容電流，在穩(wěn)態(tài)下的故障線路的電流信號(hào)與非故障線路的電流信號(hào)很難區(qū)分，因此要快速選出故障線路有了一定的難度。自80年代小電流接地選線裝置問世以來，已經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代，檢測(cè)水平和算法不斷提高，但均存在著誤判率較高的問題。誤判率較高既有選線原理方面的原因，也有其它因素的影響。目前常用的選線原理主要有三種信號(hào)注入法、増量法、暫態(tài)信號(hào)法。注入法的提出，為解決選線問題提出了一個(gè)很好思路和方向，人為地向系統(tǒng)中注入ー個(gè)特定的信號(hào)，通過檢測(cè)此信號(hào)的流向來查找故障線路。基于此原理的選線產(chǎn)品有較高選線正確率，但此類產(chǎn)品一直得不到大面積應(yīng)用，主要是存在工程安裝不方便、受PT容量影響以及不能正確反應(yīng)弧光和高阻接地故障等。相信隨著上述問題的解決，注入法將會(huì)是解決選線問題的最佳方法。増量法，需要與特殊消弧線圈配合，通過調(diào)整消弧線圈補(bǔ)償度或改變中值電阻阻值來改變故障零序電流大小，然后通過檢測(cè)各線路信號(hào)變化量的大小來查找故障線路，變化量最大的為故障線路。此方法在弧光和高阻接地故障下選線不可靠，并且在選線過程中對(duì)線圈或電阻的調(diào)整，會(huì)對(duì)一次系統(tǒng)造成一定沖擊，另外投資成本高，安裝麻煩，只適用在新建電站中。暫態(tài)法，與傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)選線法一祥，都是利用系統(tǒng)固有的零序電壓和零序電流，但它是對(duì)傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)選線方法的改進(jìn)，不僅突破了穩(wěn)態(tài)選線法受消弧線圈補(bǔ)償影響的屏頸，而且暫態(tài)信號(hào)強(qiáng)，非常利于選線。近年來暫態(tài)法選線理論隨著電子技術(shù)的發(fā)展得到快速發(fā)展和應(yīng)用，成為解決小電流接地選線問題主要研究方向。其它因素主要是小電流采樣部分的因素，比如零序互感器的精度達(dá)不到要求，一次側(cè)零序電流很小的時(shí)候，變比誤差達(dá)20%以上，角度誤差達(dá)20度以上，這樣的誤差根本就無法保證選線的準(zhǔn)確性，另外對(duì)零序互感器在帶電條件下很難完成極性較驗(yàn)，難以確保接入選線裝置信號(hào)的極性是正確的?；谝陨弦蛩兀剐‰娏鬟x線裝置的準(zhǔn)確率很難達(dá)到令人滿意的水平。
另外，電力系統(tǒng)中存在著許多電感和電容元件，如變壓器、互感器、消弧線圈、發(fā)電機(jī)、輸電線路等的電感，線路對(duì)地和相間電容，補(bǔ)償用的并聯(lián)和串聯(lián)電容器，高壓設(shè)備的電容等。它們的組合可以構(gòu)成一系列不同自振頻率的振蕩回路，當(dāng)操作或發(fā)生故障時(shí)，在加電源的作用下，產(chǎn)生諧振現(xiàn)象，引起諧振過電壓。電力系統(tǒng)中發(fā)生鐵磁諧振的機(jī)會(huì)相當(dāng)多，如斷路器非全相動(dòng)作或不同期操作，電壓互感器的飽和等都會(huì)引起鐵磁諧振過電壓。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，系統(tǒng)在發(fā)生諧振過電壓、PT斷相、三相電壓不平衡等干擾因素都會(huì)引起小電流接地選線裝置的誤啟動(dòng)，給值班運(yùn)行人員造成誤解和不便，影響了裝置的選線準(zhǔn)確率。目前，應(yīng)用于輸配電現(xiàn)場(chǎng)的小電流接地選線裝置都沒能很好地解決這一問題。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置，它能夠有效地區(qū)分電力系統(tǒng)中發(fā)生的電壓擾動(dòng)和接地故障，在系統(tǒng)擾動(dòng)時(shí)不誤動(dòng)、在接地故障發(fā)生時(shí)不拒動(dòng)，提高選線裝置的動(dòng)作可靠性和選線準(zhǔn)確率。本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)技術(shù)方案如下一種電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置，由交流采樣模塊、信號(hào)輸出模塊、人機(jī)交互模塊、中央處理模塊以及電源模塊組成，所述系統(tǒng)零序電壓和零序電流通過交流采樣模塊轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)中央處理模塊運(yùn)算處理，選出故障線路或判斷擾動(dòng)類別，再由中央處理模塊輸出控制信號(hào)，并由人機(jī)模塊和信號(hào)輸出模塊完成控制信號(hào)的輸出。而所述電源模塊則用于對(duì)上述模塊的正常供電。所述交流采樣模塊用于采集零序電流和零序電壓信號(hào)，零序電壓電流通過轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)通過信號(hào)總線傳輸至中央處理模塊，所述信號(hào)輸出模塊主要完成裝置控制信號(hào)的輸出，通過現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA 和密碼鎖電路控制繼電器的動(dòng)作，所述人機(jī)交互模塊由鍵盤和液晶組成，完成裝置定值的輸入和信息顯示，所述中央處理模塊完成零序電壓、電流的分析處理，對(duì)各個(gè)模塊發(fā)出控制信號(hào)，所述電源模塊由開關(guān)電源組成，主要完成對(duì)上述模塊的供電。一種電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置的控制方法，包括如下步驟通過采集小電流接地系統(tǒng)的零序電壓、電流，以零序電壓和零序電流作為擾動(dòng)和選線判據(jù)，在電壓滿足啟動(dòng)條件后，它引入系統(tǒng)中的零序電流的數(shù)值作為另一個(gè)參數(shù)，若測(cè)得的零序電流比整定值大，則判斷為接地故障，若測(cè)得的零序電流比整定值小，則判斷為電壓擾動(dòng)；若測(cè)得零序電壓的波形為正弦波，頻率等于工頻，電流比整定值小，則判斷為基波諧振；若測(cè)得零序電壓的波形在參考線以上，頻率比工頻高，電流比整定值小，則判為高頻諧振。若測(cè)得零序電壓的波形與方波類似，頻率比工頻低，電流比整定值小，則判為分頻諧振。軟件實(shí)現(xiàn)方式本發(fā)明的軟件部分主要分成兩個(gè)任務(wù)流程，一個(gè)是接地故障處理流程，另一個(gè)是電壓擾動(dòng)判別流程。所述接地故障處理流程是本發(fā)明的基本功能，主要完成単相接地選線，采用単相接地故障發(fā)生時(shí)，故障線路的零序電流幅值最大，并且相位與正常線路相反的原理進(jìn)行選線。所述電壓擾動(dòng)判別主要檢測(cè)電壓擾動(dòng)，判斷擾動(dòng)的類型。電カ系統(tǒng)中常見的電壓擾動(dòng)主要為諧振過電壓，本發(fā)明主要通過識(shí)別幾種諧振過電壓的特征，以本發(fā)明特有的錄波分析模塊作分析和記錄，選出相應(yīng)的電壓擾動(dòng)類型。每種諧振的表現(xiàn)形式不同，具體敘述如下(I)、基波諧振系統(tǒng)兩相對(duì)地電壓升高，一相對(duì)地降低，中性點(diǎn)對(duì)地電壓略高于相電壓，與単相接地類似；或者是兩相對(duì)地電壓降低，一相對(duì)地電壓升高，中性點(diǎn)對(duì)地有電壓。 此時(shí)共振頻率為基波，在零序電壓的表現(xiàn)上與接地非常接近，零序電壓波形仍為正弦波，通過檢測(cè)零序電流可區(qū)別出來。(2)、高頻諧振三相對(duì)地電高同時(shí)升高，中性點(diǎn)對(duì)地有較高電壓，中性點(diǎn)電壓頻率主要是三次エ頻。在零序電壓上表現(xiàn)為共振頻率為高頻，電壓信號(hào)基本上在中性點(diǎn)電壓之上，與接地故障時(shí)的電壓的較明顯區(qū)別。(3)、分頻諧振三相對(duì)地電壓同時(shí)升高，中性點(diǎn)對(duì)地有電壓，中性點(diǎn)電壓頻率大多低于1/2エ頻。在零序電壓表現(xiàn)為波形的頻率比エ頻低，零序電壓交替變化。本發(fā)明在小電流系統(tǒng)中應(yīng)用效果顯著，具有很高的動(dòng)作可靠性和靈敏性，能準(zhǔn)確區(qū)分系統(tǒng)諧振擾動(dòng)和接地故障，有效地提高了小電流選線裝置的動(dòng)作準(zhǔn)確度。


圖I是本發(fā)明所述電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的軟件流程圖；圖3是本發(fā)明的應(yīng)用案例-基波諧振；圖4是本發(fā)明的應(yīng)用案例-高頻諧振；圖5是本發(fā)明的應(yīng)用案例-分頻諧振。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)ー步說明。如圖I所示，本發(fā)明的述電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置，該裝置由交流米樣模塊I、信號(hào)輸出模塊2、人機(jī)交互模塊3、中央處理模塊4以及電源模塊5組成,所述系統(tǒng)零序電壓和零序電流通過交流采樣模塊I轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)中央處理模塊4運(yùn)算處理，選出故障線路或判斷擾動(dòng)類別，再由中央處理模塊輸出控制信號(hào)，并由人機(jī)模塊3和信號(hào)輸出模塊2完成控制信號(hào)的輸出。而所述電源模塊5則用于對(duì)上述模塊的正常供電。所述交流采樣模塊I設(shè)有多路零序電壓、電流互感器，用于采集系統(tǒng)的選線信號(hào)， 通過AD轉(zhuǎn)換電路和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA處理轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)供中央處理模塊4分析處理。本模塊自成系統(tǒng)，可存儲(chǔ)采樣通道的増益校驗(yàn)參數(shù)，極大地方便了系統(tǒng)的維護(hù)和檢修。所述信號(hào)輸出模塊2通過現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA和密碼鎖電路控制繼電器的輸出；通過接收中央處理模塊4的控制信號(hào)控制相應(yīng)的出口，完成信號(hào)輸出功能。
所述人機(jī)交互模塊3由液晶顯示器IXD和鍵盤組成；通過鍵盤輸入裝置的定值，顯示裝置的主要信息和實(shí)時(shí)故障事件。所述中央處理模塊4由選線分析單元、故障錄波單元、時(shí)鐘單元和通信單元組成； 完成裝置的選線功能、故障錄波功能以及對(duì)外通信的功能。所述電源模塊5由5V和24V開關(guān)電源組成，完成對(duì)裝置各單元的正常供電。如圖2所示，本發(fā)明所述的電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置的控制方法，包括如下步驟I)裝置檢測(cè)到零序電壓變化的條件達(dá)到保護(hù)設(shè)定的門檻值，轉(zhuǎn)入下一步處理。2)裝置繼續(xù)計(jì)算實(shí)時(shí)電壓，提供數(shù)據(jù)給下一個(gè)步驟作判斷。3)判斷電壓變化量Λ U是否達(dá)到設(shè)定值，如果達(dá)到則執(zhí)行步驟5，如果沒達(dá)到則轉(zhuǎn)入步驟4做進(jìn)一步判斷。4)判斷零序電壓的幅值U是否達(dá)到設(shè)定值，如果達(dá)到則執(zhí)行步驟5，如果沒達(dá)到則繼續(xù)執(zhí)行步驟2實(shí)時(shí)計(jì)算電壓。5)置啟動(dòng)標(biāo)志和故障錄波后轉(zhuǎn)入下一步的判斷。6)判斷零序電流是否達(dá)到設(shè)定值，如果達(dá)到則轉(zhuǎn)入接地故障處理，如果沒有則轉(zhuǎn)入電壓擾動(dòng)處理。7)判斷為電壓擾動(dòng)后將轉(zhuǎn)入擾動(dòng)判別處理。8)判斷是否為基波諧振，如果是則執(zhí)行步驟11后結(jié)束，如果不是轉(zhuǎn)入下一步判斷。具體表現(xiàn)的故障錄波波形如圖3。9)判斷是否為高頻諧振，如果是則執(zhí)行步驟13后結(jié)束，如果不是轉(zhuǎn)入下一步判斷。具體表現(xiàn)的故障錄波波形如圖4。10)判斷是否為分頻諧振，如果是則執(zhí)行步驟15后結(jié)束，如果不是則判斷為其它擾動(dòng)，執(zhí)行步驟17后結(jié)束。具體表現(xiàn)的故障錄波波形如圖5。11)判斷為接地故障后將轉(zhuǎn)入選線處理，并發(fā)出接地告警報(bào)文。12)判斷跳閘是否投入，如果未投入則發(fā)接地告警輸出信號(hào)后結(jié)束，如果投入則進(jìn)入跳閘邏輯。13)判斷跳閘延時(shí)是否到，如果延時(shí)到執(zhí)行跳閘出口，并報(bào)相應(yīng)的跳閘報(bào)文件后結(jié)束，如果延時(shí)沒到則進(jìn)一步判斷故障是否消失；如果故障仍存在則繼續(xù)等待延時(shí)，如果故障消失則直接結(jié)束流程。圖3 圖5為本發(fā)明的各種實(shí)施案例，各圖中第一路為電壓波形，其余為電流波形。圖3為本發(fā)明的應(yīng)用案例-基波諧振，該故障類型下，電壓的波形仍為正弦波，與單相接地類似，但該故障類型的零序電流很小，本發(fā)明的電流門檻值可以有效地區(qū)分接地與電壓擾動(dòng)。圖4為本發(fā)明的應(yīng)用案例-高頻諧振，該故障類型下，三相對(duì)地電壓同時(shí)升高，零序電壓的波形有很大一部分在參與線以上，所述零序電壓的頻率比工頻高。圖5為本發(fā)明的應(yīng)用案例-分頻諧振，該故障類型下，零序電壓交替升高，零序電壓波形與方波類似，所述零序電壓比工頻低。
權(quán)利要求
1.一種電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置，其特征在于，該裝置由交流采樣模塊、信號(hào)輸出模塊、人機(jī)交互模塊、中央處理模塊以及電源模塊組成，所述系統(tǒng)零序電壓和零序電流通過交流采樣模塊轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)后，經(jīng)中央處理模塊運(yùn)算處理，選出故障線路或判斷擾動(dòng)類別，再由中央處理模塊輸出控制信號(hào)，并由人機(jī)模塊和信號(hào)輸出模塊完成控制信號(hào)的輸出。而所述電源模塊則用于對(duì)上述模塊的正常供電。所述交流采樣模塊用于采集零序電流和零序電壓信號(hào)，零序電壓電流通過轉(zhuǎn)換電路將信號(hào)通過信號(hào)總線傳輸至中央處理模塊，所述信號(hào)輸出模塊主要完成裝置控制信號(hào)的輸出，通過現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列FPGA和密碼鎖電路控制繼電器的動(dòng)作，所述人機(jī)交互模塊由鍵盤和液晶組成，完成裝置定值的輸入和信息顯示，所述中央處理模塊完成零序電壓、電流的分析處理，對(duì)各個(gè)模塊發(fā)出控制信號(hào)，所述電源模塊由開關(guān)電源組成，主要完成對(duì)上述模塊的供電。
2.權(quán)利要求I所述電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟通過采集小電流接地系統(tǒng)的零序電壓、電流，以零序電壓和零序電流作為擾動(dòng)和選線判據(jù)，在電壓滿足啟動(dòng)條件后，它引入系統(tǒng)中的零序電流的數(shù)值作為另一個(gè)參數(shù)，若測(cè)得的零序電流比整定值大，則判斷為接地故障，若測(cè)得的零序電流比整定值小，則判斷為電壓擾動(dòng)；若測(cè)得零序電壓的波形為正弦波，頻率等于工頻，電流比整定值小，則判斷為基波諧振；若測(cè)得零序電壓的波形在參考線以上，頻率比工頻高，電流比整定值小，則判為高頻諧振。若測(cè)得零序電壓的波形與方波類似，頻率比工頻低，電流比整定值小，則判為分頻諧振。
全文摘要
一種電壓擾動(dòng)閉鎖選線的小電流接地選線裝置，硬件由交流采樣模塊、信號(hào)輸出模塊、人機(jī)交互模塊、中央處理模塊以及電源模塊組成；軟件功能模塊為電壓擾動(dòng)檢測(cè)和選線處理兩部分，電壓擾動(dòng)檢測(cè)用于在系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)判斷出擾動(dòng)類別，選線處理用于在系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障后進(jìn)行故障選線相關(guān)處理。本發(fā)明能有效區(qū)分單相接地與電壓擾動(dòng)，在發(fā)生電壓擾動(dòng)時(shí)不誤動(dòng)，發(fā)生單相接地時(shí)不拒動(dòng)。
文檔編號(hào)G01R31/02GK102590698SQ20121009630
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月3日
發(fā)明者何光樹, 何永東, 屈俊宏, 張凌, 張靜, 李興美, 楊士俊, 楊文波, 楊瑾, 殷咸生, 熊西林, 胡澤, 胡燕玲, 胡祖?zhèn)? 芮平, 蘇沛軒, 黃滇生 申請(qǐng)人:云南電網(wǎng)公司大理供電局