CN104237739A - 一种二次电流回路多点接地故障检测方法、装置及*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种二次电流回路多点接地故障检测方法、装置及***。该方法包括：采用电流互感器实时采集三相电流回路N相线的N相电流和接地线的接地线电流；分别计算N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位；其中；判断N相电流的1-k次谐波的幅值中，是否存在任一谐波的幅值大于故障阈值；若存在，则进一步判断该谐波的幅值是否与接地线电流的对应谐波的幅值相等，以及该谐波的相位是否与接地线电流的对应谐波的相位相差180度；若该谐波的幅值与接地线电流的对应谐波的幅值相等，且该谐波的相位与接地线电流的对应谐波的相位相差180度，则判定二次电流回路中存在多点接地故障。
Description
技术领域
本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种二次电流回路多点接地故障检测方法、装置及***。
背景技术
变电站接地网并非实际的等电位面，不同的两个接地点之间会存在电位差。当变电站电流互感器的二次回路发生多点接地时，故障接地点与保护性接地点之间的电位差将会在互感器的二次回路中产生窜入电流。
当发生一次设备接地故障时，两个接地点的电位差发生显著变化，将影响电流互感器正确传变。同时，故障接地点与保护性接地点通过地网会对电流互感器产生分流电流，一部分电流从大地流回电流互感器。
因此，在分流电流与接地点电位差的双重作用下，电流互感器检测到的电流的幅值和相位都可能发生变化，影响正确判断，从而影响故障检测的操作结果。但是在没有发生故障的时候，二次电流回路多点接地很难被发现，属于隐藏故障，目前没有较好的办法在二次电流回路发生多点接地故障时快速地检测出故障，无法保证电流二次回路接地的准确性。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供一种二次电流回路多点接地故障检测方法、装置及***，该方法、装置及***流程和结构简单、使用方便且反应速度快，可以及时有效地检测出多个二次电流回路中出现多点接地故障的二次电流回路，从而可提高二次电流回路检测结果的准确性。
本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测方法，包括：
采用电流互感器实时采集三相电流回路N相线的N相电流和接地线的接地线电流；
分别计算所述N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位；其中，k为自然数；
判断所述N相电流的1-k次谐波的幅值中，是否存在任一谐波的幅值大于故障阈值；
若所述N相电流的1-k次谐波中存在其幅值大于故障阈值的谐波，则进一步判断该谐波的幅值是否与接地线电流的对应谐波的幅值相等，以及该谐波的相位是否与接地线电流的对应谐波的相位相差180度；
若该谐波的幅值与接地线电流的对应谐波的幅值相等，且该谐波的相位与接地线电流的对应谐波的相位相差180度，则判定二次电流回路中存在多点接地故障。
其中，所述分别计算所述N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位，包括：
分别将所述N相电流和接地线电流转化为电压信号，进而将电压信号转化为离散的数字信号；
对所述数字信号进行傅里叶变换，进而分别计算出N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位。
其中，所述采用电流互感器实时采集三相电流回路N相线的N相电流和接地线的接地线电流之前，还包括：
预置所述故障阈值。
其中，所述判定二次电流回路中存在多点接地故障之后，还包括：
将多点接地故障信息发送到控制终端；由所述控制终端接收多点接地故障信息后发出故障告警。
其中，所述k的取值为5；所述故障阈值的取值为8～12mA。
对应的，本发明还提供一种二次电流回路多点接地故障检测装置，包括
电流采集模块，用于分别安装在三相电流回路的N相线和接地线上，采集N相电流和接地线电流；
电流处理模块，用于分别计算所述电流采集模块所采集的N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位；其中，k为自然数；
第一判断模块，用于判断所述电流处理模块计算得出的N相电流的1-k次谐波的幅值中，是否存在任一谐波的幅值大于故障阈值；
第二判断模块，用于在所述第一判断模块判定所述电流处理模块计算得出的N相电流的1-k次谐波的幅值中存在幅值大于故障阈值的谐波时，进一步判断该谐波的幅值是否与接地线电流的对应谐波的幅值相等，以及该谐波的相位是否与接地线电流的对应谐波的相位相差180度；若该谐波的幅值与接地线电流的对应谐波的幅值相等，且该谐波的相位与接地线电流的对应谐波的相位相差180度，则判定二次电流回路中存在多点接地故障。
其中，所述电流处理模块包括：
转换电路，用于分别将所述N相电流和接地线电流转化为电压信号，进而将电压信号转化为离散的数字信号；
谐波计算单元，用于对所述数字信号进行傅里叶变换，进而分别计算出N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位。
其中，所述装置还包括：阈值预置模块，用于预置所述故障阈值。
其中，所述装置还包括：信息交互模块，用于在所述第二判断模块判定二次电流回路中存在多点接地故障时，向外发送多点接地故障信息。
相应的，本发明还提供一种二次电流回路多点接地故障检测***，包括：用于接收由二次电流回路多点接地故障检测装置发送的多点接地故障信息后发出故障告警的控制终端，所述控制终端与至少一台如前所述的二次电流回路多点接地故障检测装置连接，并接受其发送的所述多点接地故障信息。
本发明提供的方法流程简单、装置的反应速度快、***的使用方便，该方法、装置和***可及时地检测出二次电流回路的多点接地故障，从而解决了因隐藏的接地故障带来的二次电流回路检测不准确的隐患，提高二次电流回路检测结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测方法第一实施例流程示意图；
图2是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测方法第二实施例流程示意图；
图3是二次电流回路没有发生多点接地故障时的等效电路示意图；
图4是二次电流回路的三相线中的任一相线发生多点接地故障时的等效电路示意图；
图5是二次电流回路的N相线发生多点接地故障时的等效电路示意图。
图6是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测装置第一实施例结构示意图；
图7是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测装置第二实施例结构示意图；
图8是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测装置电路模块示意图；
图9是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测装置中电流处理模块结构示意图；
图10是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测***实施例结构示意图。
具体实施方式
本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测方法流程简单、装置的反应速度快、***的使用方便，该方法、装置和***可及时地检测出二次电流回路的多点接地故障，从而解决了因隐藏的接地故障带来的二次电流回路检测不准确的隐患，提高二次电流回路检测结果的准确性。
参见图1，是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测方法第一实施例流程示意图。如图1所示，该二次电流回路多点接地故障检测方法包括：
步骤S101，采用电流互感器实时采集三相电流回路N相线的N相电流和接地线的接地线电流。
步骤S102，分别计算所述N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位；其中，k为自然数，优选k=5。
步骤S103，判断所述N相电流的1-k次谐波的幅值中，是否存在任一谐波的幅值大于故障阈值；若判断为是，则执行步骤S104，若判断为否，则返回步骤S101。
步骤S104，进一步判断该谐波的幅值是否与接地线电流的对应谐波的幅值相等，以及该谐波的相位是否与接地线电流的对应谐波的相位相差180度；若该谐波的幅值与接地线电流的对应谐波的幅值相等，且该谐波的相位与接地线电流的对应谐波的相位相差180度，则执行步骤S105；否则，判定二次电流回路中不存在多点接地故障。
步骤S105，判定二次电流回路中存在多点接地故障。
本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测方法流程简单，可及时地检测出二次电流回路的多点接地故障，从而解决了因隐藏的接地故障带来的二次电流回路检测不准确的隐患，提高二次电流回路检测结果的准确性。
参见图2，是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测方法第二实施例流程示意图。在本实施例中，将更为详细的描述该二次电流回路多点接地故障检测方法的步骤和流程。该二次电流回路多点接地故障检测方法如图2所示，包括：
步骤S201，预置所述故障阈值。进一步的，所述故障阈值的取值为8～12mA，优选为10mA。本领域技术人员可以理解的是，本步骤为预置步骤，第一次实施本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测方法时需要执行，后续的实施过程中可以不执行本步骤。
步骤S202，采用电流互感器实时采集三相电流回路N相线的N相电流和接地线的接地线电流。进一步的，所述电流互感器优选采用开口式电流互感器。
步骤S203，分别将所述N相电流和接地线电流转化为电压信号，进而将电压信号转化为离散的数字信号。
步骤S204，对所述数字信号进行傅里叶变换，进而分别计算出N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位；其中，k为自然数，优选k=5。
步骤S205，判断所述N相电流的1-k次谐波的幅值中，是否存在任一谐波的幅值大于故障阈值；若判断为是，则执行步骤S206，若判断为否，则返回步骤S202。
步骤S206，进一步判断该谐波的幅值是否与接地线电流的对应谐波的幅值相等，以及该谐波的相位是否与接地线电流的对应谐波的相位相差180度；若该谐波的幅值与接地线电流的对应谐波的幅值相等，且该谐波的相位与接地线电流的对应谐波的相位相差180度，则执行步骤S207；否则，判定二次电流回路中不存在多点接地故障。
步骤S207，判定二次电流回路中存在多点接地故障。
优选的，本实施例提供的二次电流回路多点接地故障检测方法步骤还可以包括：步骤S208，将多点接地故障信息发送到控制终端；由所述控制终端接收多点接地故障信息后发出故障告警。
下面将结合附图3～5详述本发明的原理，参照图3所示，图3是二次电流回路没有发生多点接地故障时的等效电路示意图，当图3中的二次电流回路不存在多点接地时，经过节点②的电流有I1、I2、I3。将负载视为一个节点，根据节点电流矢量和为0可得到：
I1=Ia+Ib+Ic；
同理可得到I3=Ia+Ib+Ic；
对于节点②，满足以下条件：
I1+I2=I3；
因此，根据以上公式可以推出I2 =0。
在忽略分布电容影响的情况下，由于三相电流大小相等，且相位差为120度，因此可得到I1=Ia+Ib+Ic ≈0。
因此如果用互感器1和互感器2在如图3的位置分别测量I1和I2则有：在不存在二次电流回路多点接地时，互感器1所测电流I1为0，互感器2所测电流I2为0。
二次电流回路的A、B、C相线中任一相线发生多点接地故障时的等效电路示意图如图4所示，假设在图4中的①处发生接地故障，Ib将会被分流为Ib1及Ib2，Ib1流经负载从相线回到②点，而Ib1经过故障接地点后流经地网经保护性接地线回到②点，根据节点电流矢量和为0可得到：
I1+I2=I3；
I1=Ia+Ib1+Ic =- Ib + Ib1=- Ib2；
I3=0；
根据以上公式可以得到I2= Ib2；
至于地网电势差的影响：由于①点与②点的地电位，需要经过互感器本地或者负载才能形成回路，回路电阻较大，所以这部分电流在相线接地分析时忽略。
互感器1和互感器2在如图4的位置分别测量I1和I2则有：在二次电流回路相线发生多点接地时，互感器1所测电流为- Ib2，互感器2所测电流为Ib2，即当相线发生多点接地时，互感器1和互感器2将测得大小相等、方向相反的一组电流。
N相线发生多点接地故障时的等效电路示意图如图5所示，假设在图5中的③处发生接地故障，由于保护性接地点②与故障接地点③之间是导线直接相连，在地网电势差Vs作用下将形成电流Is，根据节点电流矢量和为0可得到：
I1+I2=I3；
I1=-Is+Ia+Ib1+Ic =-Is；
I3=0；
根据以上公式可知，I2= Is ；
互感器1和互感器2在如图5的位置分别测量I1和I2则有：在二次电流回路N相线发生多点接地时，互感器1所测电流为-Is，互感器2所测电流为Is，即当N相线发生多点接地时，互感器1和互感器2将测得大小相等、方向相反的一组电流。
因此，当二次电流回路不存在多点接地故障时，I1和I2为0，当二次电流回路发生多点接地故障时，I1和I2幅值均不为0，且大小相等，方向相反。因此，只有检测到二次电流回路中N相电流的某谐波与接地线电流的对应谐波的幅值相等，方向相反即相位相差180度时，才能判定二次电流回路中存在多点接地故障。
本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测方法流程简单，可及时地检测出二次电流回路的多点接地故障，从而解决了因隐藏的接地故障带来的二次电流回路检测不准确的隐患，提高二次电流回路检测结果的准确性。
参见图6，是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测装置第一实施例结构示意图；如图6所示，该二次电流回路多点接地故障检测装置包括：
电流采集模块1，用于分别安装在三相电流回路的N相线和接地线上，采集N相电流和接地线电流；
电流处理模块2，用于分别计算所述电流采集模块所采集的N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位；其中，k为自然数；
第一判断模块3，用于判断所述电流处理模块计算得出的N相电流的1-k次谐波的幅值中，是否存在任一谐波的幅值大于故障阈值；
第二判断模块4，用于在所述第一判断模块判定所述电流处理模块计算得出的N相电流的1-k次谐波的幅值中存在幅值大于故障阈值的谐波时，进一步判断该谐波的幅值是否与接地线电流的对应谐波的幅值相等，以及该谐波的相位是否与接地线电流的对应谐波的相位相差180度；若该谐波的幅值与接地线电流的对应谐波的幅值相等，且该谐波的相位与接地线电流的对应谐波的相位相差180度，则判定二次电流回路中存在多点接地故障。
本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测装置反应速度快、使用方便，该装置可及时地检测出二次电流回路的多点接地故障，从而解决了因隐藏的接地故障带来的二次电流回路检测不准确的隐患，提高二次电流回路检测结果的准确性。
图7及图8，图7是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测装置第二实施例结构示意图；图8是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测装置电路模块示意图。在本实施例中，将更为详细的描述该二次电流回路多点接地故障检测装置的结构和实现电路。如图所示，该装置包括：
电流采集模块1，用于分别安装在三相电流回路的N相线和接地线上，采集N相电流和接地线电流；优选的，所述电流采集模块1可以是两个开口式电流互感器。
电流处理模块2，用于分别计算所述电流采集模块所采集的N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位；其中，k为自然数。更为具体的，如图9所示，所述电流处理模块2包括：
转换电路21，用于分别将所述N相电流和接地线电流转化为电压信号，进而将电压信号转化为离散的数字信号。更为具体的，如图5所示，该转换电路21可以有电流\电压转换电路和A/D转换器组成，电流\电压转换电路与两个开口式电流互感器均连接，用于将电流转化为电压信号； A/D转换器与电流\电压转换电路连接，用于将电压信号转化为离散的数字信号。
谐波计算单元22，用于对所述数字信号进行傅里叶变换，进而分别计算出N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位。在如图5所示的电路原理图中，谐波计算单元22集成在中央处理器中。
第一判断模块3，用于判断所述电流处理模块计算得出的N相电流的1-k次谐波的幅值中，是否存在任一谐波的幅值大于故障阈值。优选的，本实施例提供的二次电流回路多点接地故障检测装置还包括：阈值预置模块5，用于预置所述故障阈值。
第二判断模块4，用于在所述第一判断模块3判定所述电流处理模块计算得出的N相电流的1-k次谐波的幅值中存在幅值大于故障阈值的谐波时，进一步判断该谐波的幅值是否与接地线电流的对应谐波的幅值相等，以及该谐波的相位是否与接地线电流的对应谐波的相位相差180度；若该谐波的幅值与接地线电流的对应谐波的幅值相等，且该谐波的相位与接地线电流的对应谐波的相位相差180度，则判定二次电流回路中存在多点接地故障。
本领域技术人员可以理解的是，上述谐波计算单元22、第一判断模块3、第二判断模块4可以集成在如图5所示电路的中央处理器中。优选的，本发明实施例提供的二次电流回路多点接地故障检测装置还包括信息交互模块6，信息交互模块6用于在所述第二判断模块4判定二次电流回路中存在多点接地故障时，向外发送多点接地故障信息。
本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测装置反应速度快、使用方便，该装置可及时地检测出二次电流回路的多点接地故障，从而解决了因隐藏的接地故障带来的二次电流回路检测不准确的隐患，提高二次电流回路检测结果的准确性。
参见图10，是本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测***实施例结构示意图。如图所示控制终端8和与该控制终端相连的至少一台二次电流回路多点接地故障检测装置9。控制终端8用于接收由二次电流回路多点接地故障检测装置发送的多点接地故障信息后发出故障告警的控制终端。本领域技术人员可以理解的是，该控制终端8可以与告警模块81、显示模块82、以及存储模块83配合使用。需要说明的是，本实施例中的二次电流回路多点接地故障检测装置与本发明提供的两个二次电流回路多点接地故障检测装置实施例中的二次电流回路多点接地故障检测装置相同。
本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测***使用方便，可及时地检测出二次电流回路的多点接地故障，从而解决了因隐藏的接地故障带来的二次电流回路检测不准确的隐患，提高二次电流回路检测结果的准确性。
本发明提供的二次电流回路多点接地故障检测装置及***的具体工作原理与之前方法实施例中描述的工作原理一致，此处不再赘述。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种二次电流回路多点接地故障检测方法，其特征在于，包括：
采用电流互感器实时采集三相电流回路N相线的N相电流和接地线的接地线电流；
分别计算所述N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位；其中，k为自然数；
判断所述N相电流的1-k次谐波的幅值中，是否存在任一谐波的幅值大于故障阈值；
若所述N相电流的1-k次谐波中存在其幅值大于故障阈值的谐波，则进一步判断该谐波的幅值是否与接地线电流的对应谐波的幅值相等，以及该谐波的相位是否与接地线电流的对应谐波的相位相差180度；
若该谐波的幅值与接地线电流的对应谐波的幅值相等，且该谐波的相位与接地线电流的对应谐波的相位相差180度，则判定二次电流回路中存在多点接地故障。
2.如权利要求1所述的二次电流回路多点接地故障检测方法，其特征在于，所述分别计算所述N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位，包括：
分别将所述N相电流和接地线电流转化为电压信号，进而将电压信号转化为离散的数字信号；
对所述数字信号进行傅里叶变换，进而分别计算出N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位。
3.如权利要求1所述的二次电流回路多点接地故障检测方法，其特征在于，所述采用电流互感器实时采集三相电流回路N相线的N相电流和接地线的接地线电流之前，还包括：
预置所述故障阈值。
4.如权利要求1所述的二次电流回路多点接地故障检测方法，其特征在于，所述判定二次电流回路中存在多点接地故障之后，还包括：
将多点接地故障信息发送到控制终端；由所述控制终端接收多点接地故障信息后发出故障告警。
5.如权利要求1至4中任一项所述的二次电流回路多点接地故障检测方法，其特征在于，所述k的取值为5；所述故障阈值的取值为8～12mA。
6.一种二次电流回路多点接地故障检测装置，其特征在于，包括
电流采集模块，用于分别安装在三相电流回路的N相线和接地线上，采集N相电流和接地线电流；
电流处理模块，用于分别计算所述电流采集模块所采集的N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位；其中，k为自然数；
第一判断模块，用于判断所述电流处理模块计算得出的N相电流的1-k次谐波的幅值中，是否存在任一谐波的幅值大于故障阈值；
第二判断模块，用于在所述第一判断模块判定所述电流处理模块计算得出的N相电流的1-k次谐波的幅值中存在幅值大于故障阈值的谐波时，进一步判断该谐波的幅值是否与接地线电流的对应谐波的幅值相等，以及该谐波的相位是否与接地线电流的对应谐波的相位相差180度；若该谐波的幅值与接地线电流的对应谐波的幅值相等，且该谐波的相位与接地线电流的对应谐波的相位相差180度，则判定二次电流回路中存在多点接地故障。
7.如权利要求6所述的二次电流回路多点接地故障检测装置，其特征在于，所述电流处理模块包括：
转换电路，用于分别将所述N相电流和接地线电流转化为电压信号，进而将电压信号转化为离散的数字信号；
谐波计算单元，用于对所述数字信号进行傅里叶变换，进而分别计算出N相电流和接地线电流的1-k次谐波的幅值和相位。
8.如权利要求6所述的二次电流回路多点接地故障检测装置，其特征在于，所述装置还包括：阈值预置模块，用于预置所述故障阈值。
9.如权利要求6所述的二次电流回路多点接地故障检测装置，其特征在于，所述装置还包括：该***包括
一种二次电流回路多点接地故障检测***，其特征在于，包括：用于接收由二次电流回路多点接地故障检测装置发送的多点接地故障信息后发出故障告警的控制终端，所述控制终端与至少一台如权利要求6至9中任一项所述的二次电流回路多点接地故障检测装置连接，并接受其发送的所述多点接地故障信息。
10.一种二次电流回路多点接地故障检测***，其特征在于，包括：用于接收由二次电流回路多点接地故障检测装置发送的多点接地故障信息后发出故障告警的控制终端，所述控制终端与至少一台如权利要求6至9中任一项所述的二次电流回路多点接地故障检测装置连接，并接受其发送的所述多点接地故障信息。
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