專利名稱：小電流接地系統(tǒng)故障選線方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域，特別涉及電力系統(tǒng)中小電流接地系統(tǒng)的單相接地故障線路選擇技術(shù)和裝置。
小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，由于中性點(diǎn)不直接接地，所以，不能形成短路回路，因此沒有短路電流，只有數(shù)值不大的電容電流流向故障點(diǎn)。這是一個(gè)客觀現(xiàn)象。
盡管沒有形成短路回路，故障接地電流也不大，但是，這種情況不能長(zhǎng)期存在。一方面非故障相電壓會(huì)升高，對(duì)線路絕緣造成威脅；另一方面接地點(diǎn)的電弧電流會(huì)燒壞線路，造成線路永久損壞。所以，中國(guó)電力運(yùn)行規(guī)程規(guī)定單相接地持續(xù)時(shí)間不得超過2小時(shí)，故障線路必須從電網(wǎng)退出。因此，就提出了那一條線路是接地線路這個(gè)問題——故障線選擇問題。
圍繞這個(gè)問題，各國(guó)進(jìn)行了無數(shù)的研究，也研制出了許多方法與裝置。例如使用零序工頻電流的故障選線方法。由于工頻零序電流數(shù)值很小，難以和正常運(yùn)行時(shí)的不平衡零序電流相區(qū)別，所以無法正確選擇出故障線。其根本問題在于使用了工頻電氣量。導(dǎo)致迄今為止沒有一種方法或者裝置從根本上解決小電流接地故障線路選擇問題。
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出一種小電流接地系統(tǒng)故障選線方法及其裝置，采用故障后所產(chǎn)生的暫態(tài)行波電流來選擇故障線。可從根本上解決小電流接地系統(tǒng)故障線選擇問題。
本發(fā)明提出的一種小電流接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于，探測(cè)并記錄接于相同母線上的各回線路的電流行波，其中電流行波數(shù)值最大、極性和其它線路電流行波極性相反者，就是故障線路。
若所說的線路為三相線路時(shí)，則將各線路的相電流行波和對(duì)應(yīng)線路的相電流行波進(jìn)行比較，或者采用模量電流行波進(jìn)行比較，其中電流行波數(shù)值最大、極性和其它線路對(duì)應(yīng)相或模電流行波極性相反者，就是故障線路。
上述的探測(cè)方法為使用電流互感器將線路中的大電流變換成1或者5安培的小電流，再通過電流電壓變換器把這個(gè)小電流信號(hào)變換成小電壓信號(hào)，進(jìn)行記錄。
本發(fā)明的方法依據(jù)的原理本發(fā)明人通過仿真實(shí)驗(yàn)和實(shí)際試驗(yàn)首次證實(shí)小電流接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，在故障點(diǎn)附加電源的作用下，將產(chǎn)生向變電站母線運(yùn)動(dòng)的電壓和電流行波。這個(gè)初始的行波與中性點(diǎn)是否接地?zé)o關(guān)，它是客觀存在。
來自于故障點(diǎn)的電流行波經(jīng)過故障線路運(yùn)動(dòng)到變電站母線，在母線處將發(fā)生折反射。由于配電網(wǎng)母線上一般接有許多進(jìn)出線路，所以，行波反射非常強(qiáng)烈。其中，故障線路上的行波最強(qiáng)它是來自于故障點(diǎn)的初始反向行波和反射后改變了方向的前行波的和。而其它線路上的行波是來自于故障點(diǎn)和故障線路上的行波折射分量而且僅有這一個(gè)分量。所以，數(shù)值很小，極性和故障線路相反。
本發(fā)明提出實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置，其特征在于，依次插接在一電路基板上的變換器、數(shù)據(jù)采集電路、中央處理器、結(jié)果輸出的接口電路、顯示電路和電源；所說的變換器將來自于待測(cè)回路上的1安培或5安培電流變換成小電壓信號(hào)，所說的數(shù)據(jù)采集電路把這個(gè)小的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，并存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)采集電路的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；所說的中央處理器將采集到的暫態(tài)電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，并計(jì)算結(jié)果，該接口電路將處理后的結(jié)果輸出，并通過顯示電路顯示出來。
本發(fā)明的裝置主要性能指標(biāo)如下1、能夠同時(shí)監(jiān)測(cè)十回配電線路(可記錄30個(gè)模擬量電流行波)；2、能夠?qū)崟r(shí)選擇出故障線路，從接地故障發(fā)生開始，到故障線路被選擇出來，時(shí)間不超過100毫秒；本發(fā)明能夠準(zhǔn)確選擇出故障線，它可以應(yīng)用于1.中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)單相接地故障線；2.中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)單相接地故障選線；3.中性點(diǎn)經(jīng)高電阻接地系統(tǒng)單相接地故障選線；4.中性點(diǎn)經(jīng)中電阻接地故障單相接地選線；5.中性點(diǎn)經(jīng)低電阻接地系統(tǒng)故障選線；6.中性點(diǎn)直接接地(大電流接地系統(tǒng))系統(tǒng)故障選線。
附圖簡(jiǎn)要說明

圖1為本發(fā)明利用電流行波的小電流接地故障選線原理說明圖。
圖2為本發(fā)明的小電流接地故障選線裝置實(shí)施例總體結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本實(shí)施例的數(shù)據(jù)采集板電路結(jié)構(gòu)圖。
圖4為本實(shí)施例的中央處理器板電路結(jié)構(gòu)圖。
本發(fā)明提出一種小電流接地故障選線方法及其裝置實(shí)施例結(jié)合各附圖詳細(xì)說明如下該方法的要點(diǎn)是利用接地故障發(fā)生時(shí)所產(chǎn)生的暫態(tài)電流行波選擇故障線。其中，在接于同一個(gè)變電站、配電站母線上的配電線路中，如果發(fā)生接地故障。那么(1)故障線路上所出現(xiàn)的初始暫態(tài)電流行波數(shù)值最大，其它非接地線路的暫態(tài)行波電流數(shù)值很??；
(2)故障線路電流行波的極性和非故障線路相反；(3)非故障線路的電流行波極性相同。
本方法結(jié)合圖1說明如下來自于故障點(diǎn)的電流行波(i1反行)經(jīng)過故障線路運(yùn)動(dòng)到變電站母線，在母線處將發(fā)生折反射(i1前行)。由于配電網(wǎng)母線上一般接有許多進(jìn)出線路，所以，行波反射非常強(qiáng)烈。
其中，故障線路上的行波最強(qiáng)它是來自于故障點(diǎn)的初始反向行波(i1反行)和反射后改變了方向的前行波(i1前行)的和。
i1＝i1反行+i1前行而其它線路上的行波是來自于故障點(diǎn)和故障線路上的行波折射分量(i2，i3，i1)，而且僅有這一個(gè)分量。所以，數(shù)值很小，極性和故障線路相反。
i1和i2，i3，i4極性相反i1大于i2，i3，i4根據(jù)這個(gè)特征，故障選線的方法為記錄每回線路的電流行波，其中數(shù)值最大、極性和其它線路電流行波極性相反者，就是故障線路。
在實(shí)際三相線路中，各線路的相電流應(yīng)當(dāng)和對(duì)應(yīng)線路的相電流進(jìn)行比較。
因此本方法可以簡(jiǎn)單概括為(1)故障線路上所出現(xiàn)的初始暫態(tài)電流行波數(shù)值最大，其它非接地線路的暫態(tài)行波電流數(shù)值很?。?2)故障線路電流行波的極性和非故障線路相反；(3)非故障線路的電流行波極性相同。
根據(jù)上述方法設(shè)計(jì)的一種小電流接地系統(tǒng)故障選線裝置的實(shí)施例如圖2所示。包括一機(jī)箱，該機(jī)箱內(nèi)設(shè)置一電路基板依次插接有變換器板21、數(shù)據(jù)采集板22、中央處理器板23、結(jié)果輸出的接口板24和電源板25，在機(jī)箱的正面裝有蜂鳴器26和液晶屏幕27，在機(jī)箱的側(cè)面和背面分別安裝有電源插坐28和輸入線29。
上述各個(gè)電路板的組成與功能詳細(xì)說明如下1.變換器板它把來自于連接在待測(cè)回路上的電流互感器的1安培或5安培電流變換成5伏的電壓信號(hào)，供數(shù)據(jù)采集使用，共有十個(gè)回路，變換三十路，每個(gè)回路有三相電流，本實(shí)施例采用普通的電流電壓變換器。
2.數(shù)據(jù)采集板它把這個(gè)5伏的模擬電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，并存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；該板子由接地故障硬件啟動(dòng)單元口和數(shù)據(jù)采集單元口兩部分組成，如圖3所示。其中硬件啟動(dòng)單元I比較輸入電流和一個(gè)門檻值(定值)，如果輸入電流中的高頻暫態(tài)分量達(dá)到門檻值時(shí)，比較器輸出低電平。判斷接地發(fā)生了。
硬件啟動(dòng)單元I由一個(gè)帶通濾波電路(帶通濾波器頻率為3-10千赫茲)和比較器芯片(LM293)組成。
數(shù)據(jù)采集單元II由8個(gè)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、8個(gè)高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和相應(yīng)的控制電路組成。高速模數(shù)轉(zhuǎn)換器循環(huán)不停地采集(模數(shù)轉(zhuǎn)換)30路電流數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。
本實(shí)施例的8個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片采用AD公司生產(chǎn)的AD803，8個(gè)多路開關(guān)(每個(gè)多路開關(guān)把四路模擬信號(hào)分時(shí)接通給8個(gè)AD)采用該公司生產(chǎn)的AD9300。循環(huán)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器采用雙口RAM。
3.中央處理器板它把數(shù)據(jù)采集板采集到的暫態(tài)電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，進(jìn)而根據(jù)前述的選線方法選擇故障線。
該板子的組成如圖4所示，由數(shù)字信號(hào)處理器和相應(yīng)的外圍電路組成。它主要執(zhí)行數(shù)字濾波-小波變換、相模變換以及10條線路(20個(gè)模量電流)的幅值和極性比較。
本實(shí)施例的數(shù)字信號(hào)處理器采用TI公司的TMS320C32數(shù)字信號(hào)處理器芯片。圖中，RAM為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，F(xiàn)lash為程序存儲(chǔ)器。16D、32D等表示是16位的、或者32位的數(shù)據(jù)總線或程序總線4.結(jié)果輸出接口板該板子把中央處理器計(jì)算結(jié)果(數(shù)字量)的結(jié)果輸出，通過液晶屏幕顯示出來，并通過蜂鳴器通知值班人員。
5.電源提供整套裝置的工作電源。
本實(shí)施例的工作過程如果一條線路發(fā)生了單相接地，本裝置將啟動(dòng)工作，其工作過程如下1、通過安裝于每條線路上(共十回)的電流互感器，每條線路的三相電流(共計(jì)30個(gè))被引入變換器板；2、每個(gè)變換器把來自于電流互感器的5安培(或1安培)左右的電流變換成5伏特的電壓信號(hào)；3、高速數(shù)據(jù)采集板前面的啟動(dòng)單元將檢測(cè)到擾動(dòng)發(fā)生，硬件啟動(dòng)單元啟動(dòng)，輸出觸發(fā)電平；4、高速數(shù)據(jù)采集單元中的數(shù)據(jù)采集是不斷循環(huán)的，如果硬件啟動(dòng)元件啟動(dòng)，則從循環(huán)存儲(chǔ)器中讀取每條線路三相電流數(shù)據(jù)200個(gè)采樣點(diǎn)；
5、對(duì)這30個(gè)獨(dú)立的200點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波處理；6、對(duì)它們進(jìn)行相模變換，把上述三相電流值(A相、B相、C相)變換成三個(gè)模量電流(α模量、β模量、0模量)；7、根據(jù)每條線路對(duì)應(yīng)的的兩個(gè)線模(α模量和β模量)，不要零序模量，比較選擇出故障線路。
8、把選擇結(jié)果(數(shù)字量，0代表不是故障線，1代表故障線)輸出到結(jié)果輸出結(jié)果板。
9、結(jié)果輸出板將給出蜂鳴器叫聲，通知值班人員，選擇結(jié)果將顯示在液晶屏幕上。
權(quán)利要求
1.一種小電流接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于，探測(cè)并記錄接于相同母線上的各回線路的電流行波，其中電流行波數(shù)值最大、極性和其它線路電流行波極性相反者，就是故障線路。
2.如權(quán)利要求1所述的小電流接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于，所說的線路為三相線路，將各線路的相電流行波和對(duì)應(yīng)線路的相電流行波或者模量電流行波進(jìn)行比較，其中電流行波數(shù)值最大、極性和其它線路對(duì)應(yīng)相或模電流行波極性相反者，就是故障線路。
3.如權(quán)利要求1所述的小電流接地系統(tǒng)故障選線方法，其特征在于，所說的探測(cè)方法為使用電流互感器將線路中的大電流變換成1或者5安培的小電流，再通過電流電壓變換器把這個(gè)小電流信號(hào)變換成小電壓信號(hào)，進(jìn)行記錄。
4.一種實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1述方法的裝置，其特征在于，包括依次插接在一電路基板上的變換器、數(shù)據(jù)采集電路、中央處理器、結(jié)果輸出的接口電路、顯示電路和電源；所說的變換器將來自于待測(cè)回路上的1安培或5安培電流變換成小電壓信號(hào)，所說的數(shù)據(jù)采集電路把這個(gè)小的模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成為數(shù)字信號(hào)，并存儲(chǔ)在該數(shù)據(jù)采集電路的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；所說的中央處理器將采集到的暫態(tài)電流行波數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，并計(jì)算結(jié)果，該接口電路將處理后的結(jié)果輸出，并通過顯示電路顯示出來。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)領(lǐng)域。本發(fā)明的方法是:探測(cè)并記錄接于相同母線上的各回線路的電流行波,其中電流行波數(shù)值最大、極性和其它線路電流行波極性相反者,就是故障線路。本發(fā)明的裝置是:依次插接在一電路基板上的變換器、數(shù)據(jù)采集電路、中央處理器、結(jié)果輸出的接口電路、顯示電路和電源;本發(fā)明能夠準(zhǔn)確選擇出故障線,它可以應(yīng)用于小電流接地系統(tǒng)或大電流接地系統(tǒng)單相接地故障選擇。
文檔編號(hào)G01R31/08GK1335510SQ0111847
公開日2002年2月13日 申請(qǐng)日期2001年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月1日
發(fā)明者董新洲 申請(qǐng)人:清華大學(xué)