一種35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的判斷單元，所述判斷單元包括與所述35kV配網(wǎng)的電壓互感器連接的信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集模塊與整流模塊連接，所述整流模塊輸出端與電壓比較器同相端連接，所述電壓比較器輸出端接入計(jì)數(shù)器；所述三個(gè)判斷單元的三個(gè)計(jì)數(shù)器最高位輸出端分別接入一個(gè)三輸入與門(mén)的三個(gè)輸入端，所述三輸入與門(mén)的輸出端與電流放大器件的第一極連接，所述電流放大器件的第二極接直流電源，所述電流放大器件的第三極與繼電器的線包串聯(lián)后接地，所述繼電器的觸點(diǎn)與所述35kV配網(wǎng)的消弧線圈連接。本實(shí)用新型的裝置可以快速有效地判斷出35kV配網(wǎng)單相接地故障是永久性接地故障，還是間歇性電弧接地故障。
【專利說(shuō)明】—種35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種配電網(wǎng)故障類型診斷裝置，具體是一種35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]目前我國(guó)35kV配網(wǎng)中性點(diǎn)接地方式主要有:中性點(diǎn)不接地、中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地、中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地以及中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地。每種中性點(diǎn)接地方式都有其自身的優(yōu)缺點(diǎn)。且運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，每種單一的中性點(diǎn)運(yùn)行方式都未能滿足系統(tǒng)對(duì)供電可靠性及設(shè)備安全運(yùn)行的要求。于是，研究人員提出兼具以上幾種中性點(diǎn)接地方式的優(yōu)點(diǎn)，并摒棄其局限性的中性點(diǎn)復(fù)合運(yùn)行方式，即消弧線圈根據(jù)單相接地的故障類型決定投入或不投入。而如何準(zhǔn)確判斷出單相接地故障為何種類型，既而做出消弧線圈的動(dòng)作決策，是中性點(diǎn)復(fù)合接地方式的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
[0003]有研究人員通過(guò)對(duì)比鐵磁諧振與單相接地故障情況下三相電壓及零序電壓之間的差異，并在此基礎(chǔ)上提出了基于零序電壓和三相電壓綜合對(duì)比的辨識(shí)方法。該方法設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，適用性強(qiáng)。但沒(méi)有詳細(xì)討論如何在多種單相接地故障類型中判斷出永久性接地故障和瞬時(shí)性接地故障。
[0004]有研究人員根據(jù)輸電線路發(fā)生單相接地故障斷開(kāi)時(shí)，斷開(kāi)相兩端的電壓相角差判斷接地故障的類型。在永久性故障情況下，斷開(kāi)相兩端的電壓相角大于瞬時(shí)性故障時(shí)斷開(kāi)相兩端的電角相位差，通過(guò)計(jì)算整定一個(gè)角度，故障發(fā)生時(shí)，斷開(kāi)相兩端的電壓相角差大于此值判定為永久性故障，斷開(kāi)相兩端的電壓相角差小于此值判定為瞬時(shí)性故障。但該方法的判斷依據(jù)主要在超高壓電網(wǎng)中存在，在35kV配網(wǎng)中并不一定成立，即相角差的區(qū)別并沒(méi)有那么明顯。而且該方法的前提是故障線路已經(jīng)斷開(kāi)，但中性點(diǎn)復(fù)合運(yùn)行方式對(duì)故障類型判斷的要求是故障發(fā)生時(shí)，故障線路斷開(kāi)前，已判斷出接地故障類型。
[0005]還有研究人員提出利用小波變換和多重分析對(duì)過(guò)電壓信號(hào)進(jìn)行特征提取，并將得出的特征值輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)過(guò)電壓分類系統(tǒng)進(jìn)行分類。經(jīng)實(shí)測(cè)和仿真過(guò)電壓信號(hào)的驗(yàn)證，該方法具有較高的準(zhǔn)確率。該方法由于識(shí)別種類較多，識(shí)別過(guò)程較為復(fù)雜，更重要的是沒(méi)有針對(duì)弧光接地過(guò)電壓進(jìn)行優(yōu)化，計(jì)算速度相對(duì)較慢，無(wú)法滿足快速準(zhǔn)確識(shí)別弧光接地過(guò)電壓的實(shí)際需求。
[0006]目前還沒(méi)有35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷的硬件裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)不足，提供一種35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，快速準(zhǔn)確地判斷35kV配網(wǎng)單相接地故障類型。
[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:一種35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的判斷單元，所述判斷單元包括與所述35kV配網(wǎng)的電壓互感器連接的信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集模塊與整流模塊連接，所述整流模塊輸出端與電壓比較器同相端連接，所述電壓比較器輸出端接入計(jì)數(shù)器；所述三個(gè)判斷單元的三個(gè)計(jì)數(shù)器最高位輸出端均與一個(gè)三輸入與門(mén)的輸入端連接，所述三輸入與門(mén)的輸出端與電流放大器件的第一極連接，所述電流放大器件的第二極接直流電源，所述電流放大器件的第三極與繼電器的線包串聯(lián)后接地，所述繼電器的觸點(diǎn)與所述35kV配網(wǎng)的消弧線圈連接。
[0009]所述信號(hào)采集模塊包括變壓器，所述變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)各并聯(lián)有一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器；所述變壓器一次側(cè)與所述35kV配網(wǎng)的電壓互感器二次側(cè)連接。瞬態(tài)電壓抑制器可以抑制接地時(shí)刻的暫態(tài)沖擊過(guò)電壓。
[0010]所述變壓器的變比為20:1，保證本發(fā)明裝置中的運(yùn)算放大器輸入電壓不超過(guò)其最大允許值。
[0011]所述信號(hào)采集模塊與所述整流模塊之間接有濾波模塊，用來(lái)濾掉電網(wǎng)中正常運(yùn)行時(shí)的高次諧波以及發(fā)生高頻鐵磁諧振產(chǎn)生的高頻電壓信號(hào)。本發(fā)明中，濾波模塊為帶通濾波器，所述帶通濾波器包括二階低通濾波器和與所述二階低通濾波器連接的高通濾波器，既可以消除高頻信號(hào)的影響，又可消除分頻諧振過(guò)電壓影響。
[0012]所述整流模塊包括兩個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)由兩個(gè)二極管串聯(lián)組成的二極管支路，第一運(yùn)算放大器負(fù)輸入端通過(guò)第一電阻與所述帶通濾波器輸出端連接，所述第一運(yùn)算放大器正輸入端接地；所述第一運(yùn)算放大器輸出端接入所述二極管支路的兩個(gè)二極管之間；所述二極管支路的一端接入第六電阻和第五電阻之間，所述二極管支路的另一端接入第七電阻和第十四電阻之間；所述第六電阻與所述第七電阻連接；所述第五電阻、第十四電阻分別接入第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端和正輸入端；所述第二運(yùn)算放大器輸出端通過(guò)第十六電阻與所述第二運(yùn)算放大器負(fù)輸入端連接。整流模塊可以使輸出全為正值，配合電壓比較器使用，使電壓比較器輸出為低電平。
[0013]所述電壓比較器正輸入端與所述第二運(yùn)算放大器輸出端連接，所述電壓比較器負(fù)輸入端與一個(gè)可調(diào)電阻連接，所述可調(diào)電阻一端接電源，所述可調(diào)電阻另一端接地；所述電壓比較器輸出端通過(guò)一個(gè)上拉電阻與所述電壓比較器的電源正輸入端連接。上拉電阻可以改善輸出波形。
[0014]所述計(jì)數(shù)器最高位輸出端和次高位輸出端分別接入與非門(mén)的兩個(gè)輸入端，所述與非門(mén)的輸出端與三極管的基極連接，所述三極管的集電極接電源，所述三極管的發(fā)射極通過(guò)一個(gè)電阻接地；所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)控制端接入所述三極管的發(fā)射極與所述電阻之間。如此設(shè)計(jì)可以使消弧線圈的退出操作更加合理。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所具有的有益效果為:本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，將電壓比較器輸出作為計(jì)數(shù)器的輸入，當(dāng)計(jì)數(shù)器收到一定脈沖個(gè)數(shù)時(shí)，即可判斷單相接地故障為間歇性電弧接地；當(dāng)計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù)時(shí)，即可判斷單相接地故障為永久性接地故障；由此可見(jiàn)，本發(fā)明的裝置可以快速有效地判斷出35kV配網(wǎng)單相接地故障為永久性接地故障，還是間歇性電弧接地故障。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例一個(gè)判斷單元電路原理圖；
[0017]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例信號(hào)采集模塊電路原理圖；
[0018]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例濾波模塊電路原理圖；[0019]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例整流模塊電路原理圖；
[0020]圖5為本發(fā)明一實(shí)施例電壓比較器電路原理圖；
[0021]圖6為本發(fā)明一實(shí)施例計(jì)數(shù)器模塊電路原理圖；
[0022]圖7為本發(fā)明一實(shí)施例計(jì)數(shù)器邏輯分析儀結(jié)果圖；
[0023]圖8為本發(fā)明一實(shí)施例仿真結(jié)果圖；
[0024]圖9為本發(fā)明一實(shí)施例仿真時(shí)僅考慮故障相的結(jié)果圖；
[0025]圖10為本發(fā)明一實(shí)施例將高頻諧振信號(hào)加在裝置變壓器一次側(cè)仿真結(jié)果圖；
[0026]圖11為本發(fā)明一實(shí)施例將低頻諧振信號(hào)作為裝置電源輸入仿真結(jié)果圖；
[0027]圖12為本發(fā)明一實(shí)施例將幅值為正常運(yùn)行相電壓1.4倍，頻率為50HZ的正弦電壓作為裝置的電源輸入來(lái)定性模擬系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地時(shí)，裝置所采集的電壓信號(hào)仿真結(jié)果圖；
[0028]圖13為本發(fā)明一實(shí)施例用頻率為50HZ，幅值為87V的正弦波來(lái)模擬C相過(guò)電壓經(jīng)PT降壓后的波形仿真結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】 [0029]本發(fā)明一實(shí)施例包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的判斷單元，如圖1所述，所述判斷單元包括與所述35kV配網(wǎng)的電壓互感器連接的信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集模塊與整流模塊連接，所述整流模塊輸出端與電壓比較器同相端連接，所述電壓比較器輸出端接入計(jì)數(shù)器；所述三個(gè)判斷單元的三個(gè)計(jì)數(shù)器最高位輸出端分別接入一個(gè)三輸入與門(mén)的三個(gè)輸入端，所述三輸入與門(mén)的輸出端與三極管Q2的基極連接，所述三極管Q2的集電極接直流電源，所述三極管Q2的發(fā)射極與繼電器Kl的線包連接后接地，所述繼電器Kl的觸點(diǎn)與所述35kV配網(wǎng)的消弧線圈(本實(shí)施例中簡(jiǎn)化為R11、Rl2表示)連接。
[0030]本實(shí)施例信號(hào)采集模塊如圖2所示，系統(tǒng)(35KV配網(wǎng))正常運(yùn)行時(shí)，電網(wǎng)PT (電壓互感器)二次側(cè)電壓為100V，是線電壓，故正常運(yùn)行時(shí)PT 二次側(cè)的相電壓為
100/-,? =57.74V。發(fā)生間歇性電弧接地時(shí)，可能產(chǎn)生3p.u.的弧光接地過(guò)電壓，此時(shí)PT 二
次側(cè)相電壓將達(dá)到300/.ν§=173.2V，為了保證本發(fā)明裝置中的運(yùn)算放大器輸入電壓不超過(guò)其最大允許值(±15V)，故設(shè)變壓器Tl的變比為20:1，并在變壓器一次側(cè)和二次側(cè)分別并聯(lián)一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器U10、Ull (TVS), TVSl的鉗位電壓為±200V，TVS2的鉗位電壓為±7V，用來(lái)抑制接地時(shí)刻的暫態(tài)沖擊過(guò)電壓。
[0031]由于電網(wǎng)中可能存在各種頻率的高次諧波，所以在變壓器后面接一個(gè)二階低通濾波器，截止頻率/f2 = 64 HZ，用來(lái)濾掉電網(wǎng)中正常運(yùn)行時(shí)的高次諧波以及發(fā)生高頻鐵磁諧振產(chǎn)生的高頻電壓信號(hào)。考慮到系統(tǒng)發(fā)生分頻鐵磁諧振時(shí)，諧振過(guò)電壓會(huì)導(dǎo)致裝置誤判斷為系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地，且分頻諧振電壓波形可視為基頻信號(hào)和一低頻信號(hào)的疊加，故在二階低通濾波器后再接一個(gè)高通濾波器，截止頻率為二 45 HZ，用來(lái)濾掉分頻諧振過(guò)電壓中的低頻信號(hào)。這樣便組成了一個(gè)帶通濾波器(見(jiàn)圖3)，通帶頻率范圍為45飛4HZ，使裝置即可消除高頻信號(hào)的影響，又可消除分頻諧振過(guò)電壓影響。
[0032]由于本發(fā)明的目的是根據(jù)不同單相接地故障產(chǎn)生的不同電壓信號(hào)判斷系統(tǒng)是否發(fā)生瞬時(shí)性接地，而仿真分析可知，系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地時(shí)，產(chǎn)生弧光接地過(guò)電壓的大小、正負(fù)與電弧重燃時(shí)刻有關(guān)，即可能為正值，也可能為負(fù)值。而本發(fā)明須實(shí)現(xiàn)，當(dāng)輸入電壓為正值，且大于電壓比較器所設(shè)定的參考電位時(shí)，輸出高電平，當(dāng)輸入電壓為負(fù)值，且小于比較器負(fù)值參考電位時(shí)，也輸出高電平，當(dāng)輸入電壓在兩個(gè)參考電位之間，比較器輸出低電平。但一個(gè)電壓比較器沒(méi)法實(shí)現(xiàn)此功能，故將信號(hào)在輸入比較器前進(jìn)行整流處理，即輸出全為正值，如此，便可滿足要求。本發(fā)明的整流電路見(jiàn)圖4，包括兩個(gè)運(yùn)算放大器U2A、U5A、一個(gè)由兩個(gè)二極管D2、Dl串聯(lián)組成的二極管支路，第一運(yùn)算放大器U2A負(fù)輸入端通過(guò)第一電阻Rl與所述帶通濾波器輸出端連接，所述第一運(yùn)算放大器U2A正輸入端接地；所述第一運(yùn)算放大器U2A輸出端接入所述二極管支路的兩個(gè)二極管之間；所述二極管支路的一端接入第六電阻R6和第五電阻R5之間，所述二極管支路的另一端接入第七電阻R7和第十四電阻R14之間；所述第六電阻R6與所述第七電阻R7連接；所述第五電阻R5、第十四電阻R14分別接入第二運(yùn)算放大器U5A的負(fù)輸入端和正輸入端；所述第二運(yùn)算放大器U5A輸出端通過(guò)第十六電阻R16與所述第二運(yùn)算放大器U5A負(fù)輸入端連接。
[0033]為了使計(jì)數(shù)器獲得一串脈沖信號(hào)，將整流器的輸出信號(hào)送至電壓比較器的同相端，電壓比較器核心為L(zhǎng)M339集成塊。為了改善輸出波形，在輸出端與+15V的高電平之間加一個(gè)IOkQ的上拉電阻。電壓比較器模型如圖4所示。端接一個(gè)參考電壓，考慮系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，PT 二次側(cè)的相電壓為57.7V，經(jīng)過(guò)變壓器降壓及濾波器的放大，最終從整流器輸出的電壓幅值為5.77V。假設(shè)系統(tǒng)發(fā)生單相瞬時(shí)性接地時(shí)，故障相產(chǎn)生的弧光接地過(guò)電壓至少為1.2 p.u.，即降壓后為7V，故設(shè)電壓比較器的參考電位為7V可以滿足要求。電壓比較器如圖5所示，電壓比較器U6A正輸入端與所述第二運(yùn)算放大器U5A輸出端連接，所述電壓比較器U6A負(fù)輸入端與一個(gè)可調(diào)電阻連接(本實(shí)施例中，電壓比較器U6A負(fù)輸入端接到可調(diào)電阻中間)，所述可調(diào)電阻一端接電源VCC，所述可調(diào)電阻另一端接地；所述電壓比較器U6A輸出端通過(guò)一個(gè)上拉電阻R9與所述電壓比較器的+15V的高電平輸入端連接。
[0034]本發(fā)明判斷的原則是當(dāng)計(jì)數(shù)器接收到8個(gè)脈沖后，便將計(jì)數(shù)器高位的高電平送至三極管基極，三極管 導(dǎo)通，串聯(lián)在發(fā)射極的繼電器動(dòng)作。而74LS161是四位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)接收到15個(gè)脈沖后會(huì)自動(dòng)清零，使繼電器Kl斷開(kāi)，消弧線圈退出，但這時(shí)瞬時(shí)性接地故障可能還未消除。為了使消弧線圈的退出操作更加合理，將計(jì)數(shù)器高位和次高位輸出作為與非門(mén)UlA的輸入,與非門(mén)的輸出送至三極管Ql的基極，該三極管發(fā)射極經(jīng)IOkQ電阻接地，計(jì)數(shù)器的ENP端(計(jì)數(shù)控制端)接至三極管發(fā)射極。如此，當(dāng)計(jì)數(shù)器接收到12個(gè)脈沖后，即輸出為1100時(shí)，三極管Ql截止，ENP輸入為低電平，計(jì)數(shù)器狀態(tài)保持。計(jì)數(shù)器及其外圍部分如圖6所示，邏輯分析儀結(jié)果如圖7所示。
[0035]下面對(duì)本發(fā)明用于各種單相接地故障類型的判斷進(jìn)行仿真驗(yàn)證。在圖1的三極管Q2基極和計(jì)數(shù)器最高位輸出端之間連接一個(gè)三輸入與門(mén)，與門(mén)的輸出連接三極管Q2基極，與門(mén)的輸入為采集A、B、C三相電壓信號(hào)，分別經(jīng)過(guò)本發(fā)明的判斷單元處理后的計(jì)數(shù)器的最高位輸出。為了更加形象地表示消弧線圈的投入與退出，在繼電器Kl開(kāi)關(guān)兩端各自通過(guò)一個(gè)IOkQ電阻R11、R12分別接至交流電壓源的兩端。用示波器測(cè)量R12的電壓波形。若繼電器閉合，為一正弦電壓，表示消弧線圈投入運(yùn)行；若繼電器斷開(kāi)，^2=0，表示消弧線圈處于離線狀態(tài)。
[0036]1.系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，消弧線圈不投入。
[0037]系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，零序電壓開(kāi)關(guān)J3處于斷開(kāi)狀態(tài)，即裝置沒(méi)有電壓輸入，消弧線圈不動(dòng)作。即使因誤操作使J3閉合，由于正常運(yùn)行時(shí)PT 二次側(cè)相電壓經(jīng)裝置處理后小于電壓比較器的參考電位，消弧線圈依然不動(dòng)作，仿真過(guò)程如下。
[0038]在變壓器一次側(cè)加一個(gè)幅值為57.7V的基頻正弦電壓信號(hào)時(shí)，用來(lái)模擬系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)PT 二次側(cè)的相電壓。由于此時(shí)三相電壓幅值、頻率相同，故可以不作三相與運(yùn)算，直接將其中一相計(jì)數(shù)器輸出送至三極管Q2基極即可。仿真結(jié)果如圖8所示。
[0039]由圖8可知，電壓比較器輸出一直是低電平，Rl2上的電壓—直為O,消弧線圈一直處于離線狀態(tài)，與所要求的一致。
[0040]2.系統(tǒng)發(fā)生單相金屬性永久接地時(shí)，消弧線圈不投入。
[0041]系統(tǒng)發(fā)生金屬性接地時(shí)，故障相電壓降至很小，幅值僅為125V左右，經(jīng)PT降壓后僅為0.36V，再經(jīng)本發(fā)明裝置的變壓器降壓后便幾乎為0，計(jì)數(shù)器高位輸出必然為0，經(jīng)三輸入與門(mén)后輸出也必然為0，即不管B、C兩相計(jì)數(shù)器輸出如何，繼電器都處于開(kāi)斷狀態(tài)，消弧線圈不投入。因此，仿真時(shí)僅考慮故障相即可，結(jié)果如圖9所示。[0042]由圖9可知，各電壓波形都是一條直線，幅值幾乎等于0，電壓比較器輸出也一直是低電平消弧線圈處于離線狀態(tài)，符合要求。
[0043]3.系統(tǒng)發(fā)生高阻接地時(shí)，消弧線圈不投入。
[0044]系統(tǒng)發(fā)生高阻接地時(shí)，故障相A相電壓略小于lp.u.，非故障相B相電壓略高于lp.u.，C相電壓略小于lp.u.。這種情況下，由于A相電壓經(jīng)處理后一直小于電壓比較器的參考電壓，故計(jì)數(shù)器高位輸出一直為0，繼電器處于開(kāi)斷狀態(tài)，消弧線圈不投入。此情況與系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)相似，此處不再作仿真。
[0045]4.系統(tǒng)發(fā)生高頻諧振時(shí)，裝置將高頻信號(hào)過(guò)濾，消弧線圈不動(dòng)作。
[0046]在變壓器一次側(cè)加一個(gè)由一頻率為500HZ和一頻率為5kHZ，幅值均為57.7V的電壓信號(hào)疊加而成的高頻振蕩信號(hào)，用來(lái)模擬系統(tǒng)發(fā)生高頻鐵磁諧振時(shí)單相電壓。
[0047]由于鐵磁諧振時(shí)，三相電壓基本相似，故僅研究一相即可。將該高頻諧振信號(hào)加在裝置變壓器一次側(cè)，仿真結(jié)果如圖10所示。
[0048]由圖10可知，系統(tǒng)發(fā)生高頻鐵磁諧振時(shí)，裝置可以有效將高頻信號(hào)過(guò)濾，使濾波器輸出基本為0，電壓比較器輸出低電平，^2=0，即消弧線圈不投入，滿足要求。
[0049]5.系統(tǒng)發(fā)生低頻諧振時(shí)，裝置將低頻信號(hào)過(guò)濾，濾波器輸出僅有基頻信號(hào)，消弧線圈不動(dòng)作。
[0050]通過(guò)一頻率為5HZ，幅值為57.7V的低頻電壓信號(hào)與幅值為57.7V的基頻電壓信號(hào)疊加，產(chǎn)生一低頻諧振信號(hào)，用來(lái)定性模擬分頻諧振單相電壓波形。將該低頻諧振信號(hào)作為裝置電源輸入，仿真結(jié)果如圖11所示。
[0051]由圖11可知，系統(tǒng)發(fā)生低頻鐵磁諧振時(shí)，裝置可以有效過(guò)濾低頻信號(hào)，使濾波器輸出基本僅為基頻電壓信號(hào)，該基頻電壓幅值小于電壓比較器參考電位(7V),使比較器輸出低電平，Vja2 =0，消弧線圈仍處于離線狀態(tài)，達(dá)到預(yù)設(shè)目的。
[0052]6.系統(tǒng)發(fā)生單相間歇性電弧接地時(shí)，消弧線圈投入運(yùn)行，單相接地故障消失后，消弧線圈退出運(yùn)行。
[0053]系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地時(shí)，除了電弧重燃時(shí)刻是在故障相電壓為O時(shí)，故障相電壓幅值約為lp.u.之外，其他燃弧時(shí)刻，故障相上的過(guò)電壓倍數(shù)皆大于1.2P.U.，即經(jīng)一系列降壓放大后，大于電壓比較器的參考電位(7V)。實(shí)際上，電弧在故障相電壓為O時(shí)發(fā)生重燃的概率極小，故這種情況可忽略不計(jì)。且不管電弧在何時(shí)重燃，非故障相上的過(guò)電壓均為1.5p.u.以上。因此，只要故障相的計(jì)數(shù)器高位輸出高電平，三相計(jì)數(shù)器高位輸出進(jìn)行與運(yùn)算后仍為高電平，三極管導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)繼電器閉合，消弧線圈投入運(yùn)行。當(dāng)接地故障消失后，零序動(dòng)作開(kāi)關(guān)J3斷開(kāi)，同時(shí)，Jl斷開(kāi)，J5閉合，計(jì)數(shù)器CLR端接低電平清零，輸出為0000，繼電器斷開(kāi)，消弧線圈退出運(yùn)行。
[0054]由弧光接地過(guò)電壓產(chǎn)生原理，以及故障相上的過(guò)電壓可知，在電弧熄滅期間，故障相弧光接地過(guò)電壓與正常運(yùn)行相電壓成比例放大關(guān)系，即也是正弦波，且頻率為50HZ，在電弧燃燒時(shí)刻，故障相電壓幾乎為O。因此，可以用幅值為正常運(yùn)行相電壓1.4倍，頻率為50HZ的正弦電壓，作為裝置的電源輸入來(lái)定性模擬系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地時(shí)，裝置所采集的電壓信號(hào)。仿真結(jié)果如圖12所示。
[0055]由圖12可知，系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地時(shí)，故障相電壓經(jīng)一系列降壓、放大、整流后，其幅值大于電壓比較器的參考電位，比較器輸出一串電壓脈沖，當(dāng)計(jì)數(shù)器接收到8個(gè)上升沿脈沖后，高位輸出高電平，三極管導(dǎo)通，繼電器閉合，.^為一正弦波，即表示消弧線圈已投入運(yùn)行。假設(shè)4個(gè)工頻周期后，接地故障消失，同時(shí)跳開(kāi)零序電壓開(kāi)關(guān)J3和計(jì)數(shù)器清零端控制開(kāi)關(guān)J1，閉合J5，繼電器清零，.^ =0，即消弧線圈退出運(yùn)行。
[0056]系統(tǒng)發(fā)生間歇性電弧接地時(shí)，不管電弧在何時(shí)重燃，非故障相上的過(guò)電壓均大于1.5p.U.。仿真結(jié)果表明，非故障相過(guò)電壓近似于正弦波，且B相幅值電壓比C相大，故只要仿真確定C相電壓能否使電壓比較器輸出脈沖電壓波形即可。用頻率為50HZ，幅值為87V的正弦波來(lái)模擬C相過(guò)電壓經(jīng)PT降壓后的波形。仿真結(jié)果如圖13所示。
[0057]由圖13可知，發(fā)生單相間歇性電弧接地時(shí)，非故障相電壓也會(huì)使裝置做出消弧線圈投入決策，當(dāng)故障消失后，消弧線圈退出運(yùn)行。
[0058]因此，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生弧光接地時(shí)，三相電壓均可使電壓比較器輸出一串脈沖波形，既而使計(jì)數(shù)器高位輸出高電平，通過(guò)三輸入與門(mén)進(jìn)行與運(yùn)算后輸出仍為高電平，將該高電平送至三極管基極，控制繼電器閉合，消弧線圈投入運(yùn)行。故障消失后，消弧線圈退出運(yùn)行。
【權(quán)利要求】
1.一種35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，其特征在于，包括三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的判斷單元，所述判斷單元包括與所述35kV配網(wǎng)的電壓互感器連接的信號(hào)采集模塊，所述信號(hào)采集模塊與整流模塊連接，所述整流模塊輸出端與電壓比較器同相端連接，所述電壓比較器輸出端接入計(jì)數(shù)器；所述三個(gè)判斷單元的三個(gè)計(jì)數(shù)器最高位輸出端均與一個(gè)三輸入與門(mén)的輸入端連接，所述三輸入與門(mén)的輸出端與電流放大器件的第一極連接，所述電流放大器件的第二極接直流電源，所述電流放大器件的第三極與繼電器的線包串聯(lián)后接地，所述繼電器的觸點(diǎn)與所述35kV配網(wǎng)的消弧線圈連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，其特征在于，所述信號(hào)采集模塊包括變壓器，所述變壓器的一次側(cè)和二次側(cè)各并聯(lián)有一個(gè)瞬態(tài)電壓抑制器；所述變壓器一次側(cè)與所述35kV配網(wǎng)的電壓互感器二次側(cè)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，其特征在于，所述變壓器的變比為20:1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3之一所述的35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，其特征在于，所述信號(hào)采集模塊與所述整流模塊之間接有濾波模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，其特征在于，所述濾波模塊為帶通濾波器，所述帶通濾波器包括二階低通濾波器和與所述二階低通濾波器連接的高通濾波器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，其特征在于，所述二階低通濾波器的截止頻率為/t2 = ?4HZ ;所述高通濾波器的截止頻率為尤i = 45HZ。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，其特征在于，所述整流模塊包括兩個(gè)運(yùn)算放大器、一個(gè)由兩個(gè)二極管串聯(lián)組成的二極管支路，第一運(yùn)算放大器負(fù)輸入端通過(guò)第一電阻與所述帶通濾波器輸出端連接，所述第一運(yùn)算放大器正輸入端接地；所述第一運(yùn)算放大器輸出端接入所述二極管支路的兩個(gè)二極管之間；所述二極管支路的一端接入第六電阻和第五電阻之間，所述二極管支路的另一端接入第七電阻和第十四電阻之間；所述第六電阻與所述第七電阻連接；所述第五電阻、第十四電阻分別接入第二運(yùn)算放大器的負(fù)輸入端和正輸入端；所述第二運(yùn)算放大器輸出端通過(guò)第十六電阻與所述第二運(yùn)算放大器負(fù)輸入端連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，其特征在于，所述電壓比較器正輸入端與所述第二運(yùn)算放大器輸出端連接，所述電壓比較器負(fù)輸入端與一個(gè)可調(diào)電阻連接，所述可調(diào)電阻一端接電源，所述可調(diào)電阻另一端接地；所述電壓比較器輸出端通過(guò)一個(gè)上拉電阻與所述電壓比較器的電源正輸入端連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的35kV配網(wǎng)單相接地故障類型判斷裝置，其特征在于，所述計(jì)數(shù)器最高位輸出端和次高位輸出端分別接入與非門(mén)的兩個(gè)輸入端，所述與非門(mén)的輸出端與三極管的基極連接，所述三極管的集電極接電源，所述三極管的發(fā)射極通過(guò)一個(gè)電阻接地；所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)控制端接入所述三極管的發(fā)射極與所述電阻之間。
【文檔編號(hào)】G01R31/02GK203732666SQ201420111145
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】李圖強(qiáng), 劉渝根, 彭國(guó)榮, 陳敏, 陳先祿 申請(qǐng)人:中國(guó)水電顧問(wèn)集團(tuán)中南勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司, 重慶大學(xué)