CN109742727A - 一种低压400v漏电电流的判断方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种低压400V漏电电流的判断方法，通过零序电流互感器对三相火线以及零线中的电流进行集中采样，测量得到的四线零序电流的矢量和即为低压400V线路的漏电电流，采样得到的所述漏电电流经信号调理和模数转换后传输至控制器中，所述控制器采用矢量突变算法和/或幅值突变算法对漏电电流的电流变化量进行计算，并根据计算结果对漏电事故进行判断，若判断为触电或接地故障，则断开电源。该方法能够快速的判断低压400V***的漏电情况，且计算简单且高效，可以有效防止漏电保护装置拒动作与误动作现象发生，保护人身安全，并且不需要添加任何的硬件成本。

Description

一种低压400V漏电电流的判断方法

技术领域

本发明属于电气工程技术领域，具体涉及一种低压400V漏电电流的判断方法。

背景技术

随着配电***自动化程度和可靠性要求的提高，剩余电流保护装置作为低压配电***中一种关键保护设备，可以防止漏电与触电事故的发生，提高400V低压***的安全性与可靠性。

然而，目前广泛应用的剩余电流保护装置只能监测到总泄漏电流信号大小，根据总泄露电流大小的幅值判断是否存在故障。随着配电***自动化程度的提升，越来越多的非线性负载在400V低压***中得到了应用，非线性负载中存在杂散电容，流经杂散电容的零序电流存在高次谐波。在非线性负载开启以及工作过程中，有可能导致传统剩余电流保护装置误动作。与此同时，由于传统剩余电流保护装置仅能检测幅值，在暂态漏电电流与稳态漏电电流相位不一致时，零序电流的矢量和可能小于剩余电流保护装置的动作阈值，进而发生保护失效的事故。综上所述，有必要研究一种针对低压情况下的高可靠性的漏电电流判断方法，从而解决传统漏电保护装置拒动作与误动作问题，提高供电可靠性与稳定性。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是，针对目前低压400V情况下的漏电电流容易出现拒动作与误动作的现象，本文提出了一种基于矢量突变算法与幅值突变算法的低压400V漏电电流保护的判断方法，从而实现400V低压***漏电与触电精准动作。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

本发明提供了一种低压400V漏电电流的判断方法，通过零序电流互感器对三相火线以及零线中的电流进行集中采样，测量得到的四线零序电流的矢量和即为低压400V线路的漏电电流，采样得到的所述漏电电流经信号调理和模数转换后传输至控制器中，所述控制器采用矢量突变算法对漏电电流的电流变化量进行计算，并根据计算结果对漏电事故进行判断，若判断为触电或接地故障，则断开电源；

所述矢量突变算法包括：采样得到所述漏电电流的各次谐波的幅值和相位分量，首先对测量得到的两个周波内的电流信号进行傅里叶变换，得到各次谐波的幅值与相位，求取两个周期前后的零序电流中各次谐波矢量差，并将各次谐波矢量差求和，得到前后两个周期内的零序电流变化量，若前后两个周期内的零序电流变化量的有效值超过30mA，则认为发生触电或接地故障。

进一步的，在断开电源后，还进一步进行如下的操作：在三秒后重新恢复电源，若漏电电流有效值恢复30mA以内，则认为故障消失，线路恢复正常运行；若漏电电流有效值大于30mA，则认为存在永久性故障，通过信号灯与蜂鸣器发出故障指示信号。

进一步的，所述矢量突变算法具体使用如下的式(2)-式(4)对零序电流的电流变化量ΔI进行简化计算：

I＝I₀+I₁sin(wt+Φ₁)+I₂sin(2wt+Φ₂)+...+I_n sin(nwt+Φ_n) (2)

I'＝I₀'+I₁'sin(wt+Φ₁')+I₂'sin(2wt+Φ₂')+...+I_n'sin(nwt+Φ_n') (3)

ΔI＝ΔI₀+ΔI₁sin(wt+ΔΦ₁)+ΔI₂sin(2wt+ΔΦ₂)+...+ΔI_n sin(nwt+ΔΦ_n) (4)

式(2)-式(4)中，I表示前两个周波采样得到的零序电流信号，I'表示当前采样得到的零序电流信号，ΔI表示零序电流的电流变化量；n表示谐波次数；I_n、I_n'、ΔI_n分别表示两个周波前、当前以及电流变化量的n次谐波幅值，且ΔI_n＝I_n'-I_n；Φ_n、Φ_n'、ΔΦ_n分别表示两个周波前、当前以及电流变化量的n次谐波相位，ΔΦ_n＝Φ_n'-Φ_n，w表示频率，t表示时间，其中I以及I'通过采样得到；

式(4)中计算得到的零序电流的电流变化量ΔI再经过积分计算可得到电流变化量ΔI的有效值，若两个周波内电流变化量ΔI的有效值超过30mA，则认为发生触电或接地故障，进而采取相应的响应措施。

进一步的，若漏电电流在稳态下基波和谐波的有效值超过30mA，则认为存在漏电现象，装置对外发出报警信号；通过实时监测计算所述漏电电流的零序电流的暂态变化量，若零序电流的暂态变化量发生突变，且变化量超过30mA，则判断为发生触电或接地故障。

此外，本发明还提供了一种低压400V漏电电流的判断方法，通过零序电流互感器对三相火线以及零线中的电流进行集中采样，测量得到的四线零序电流的矢量和即为低压400V线路的漏电电流，采样得到的所述漏电电流经信号调理和模数转换后传输至控制器中，所述控制器采用幅值突变算法对漏电电流的电流变化量进行计算，并根据计算结果对漏电事故进行判断，若判断为触电或接地故障，则断开电源；

所述幅值突变算法包括：对所述的漏电电流进行周期采样，求取相隔两个周波的电流差值的幅值，并通过相互求差得出幅值差，随后对两个周波内的幅值差求取平方和，定义为平方幅值差，若前后两个周波内的平方幅值差大于30mA*S，则认为发生触电事故或接地故障。

进一步的，在断开电源后，还进一步进行如下的操作：在三秒后重新恢复电源，若漏电电流有效值恢复30mA以内，则认为故障消失，线路恢复正常运行；若漏电电流有效值大于30mA，则认为存在永久性故障，通过信号灯与蜂鸣器发出故障指示信号。

进一步的，所述幅值突变算法具体使用如下的式(5)对零序电流的平方幅值差Δi进行计算，此时平方幅值差Δi即为所述的漏电电流的电流变化量：

式(5)中，N为2个周期内的采样点点数，第M个采样点的电流记为i_M，两个周波后电流的幅值为i_M+N，则前后相隔2个周波的电流波形幅值之差为Δi_M＝i_M+N-i_M，若Δi超过30mA*S，则认为发生漏电或者触电故障，进而采取相应的响应措施。

进一步的，若漏电电流在稳态下基波和谐波的有效值超过30mA，则认为存在漏电现象，装置对外发出报警信号；通过实时监测计算所述漏电电流的零序电流的暂态变化量，若零序电流的暂态变化量发生突变，且变化量超过30mA，则判断为发生触电或接地故障。

需要说明的是，上述两种基于矢量突变算法和幅值突变算法的低压400V漏电电流的判断方法既可以分开使用，也可以合并一起使用，从而综合安全的对漏电电流进行事故判断，以进一步提高可靠性和准确性。

(三)有益效果

由上述技术方案可知，相对于现有技术，本发明具备如下有益效果：

1)本发明的判断方法简单高效，且检测精确度高。

2)可以有效防止漏电保护装置拒动作与误动作现象发生，保护人身安全。

3)本发明的矢量突变算法和幅值突变算法既可以分开单一使用，也可以综合一起使用对事故类型进行判断，从而提高判断的可靠性和准确度。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为漏电电流保护装置框图；

图2为漏电电流保护装置零序电流采样原理图；

图3为漏电电流保护装置零序电流矢量变化量计算图；

图4为漏电电流保护装置零序电流幅值变化量计算图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，其图1为本发明实施例的漏电电流保护装置框图，其中A,B,C线路分别表示低压400V线路中的三相火线，N表示中性线路零线，T表示零序电流互感器，K表示断路器。零序电流互感器T检测得到的零序电流信号经调理电路与模数转换电路后传输至控制器中，控制器根据零序电流互感器T检测的零序电流信号判断是否发生漏电或触电事故，若判断为触电或接地故障，则首先断开电源。三秒后重新恢复电源，若漏电电流有效值恢复30mA以内，则认为故障消失，线路恢复正常运行；若漏电电流有效值大于30mA，则认为存在永久性故障，通过信号灯与蜂鸣器发出故障指示信号。

图2为本发明实施例的零序电流采样原理图，其中横坐标t表示时间，纵坐标I表示零序电流，坐标系中的曲线表示不同时刻采样得到的零序电流波形幅值，其中，Δt为采样时间间隔，假设单个电流周波(如20ms)中的采样次数为n次，则计算得到两个电流周波内的零序电流有效值I_eq表示如式(1)所述：

当计算得到的零序电流有效值I_eq超过30mA，则认为线路中存在故障现象，需要对线路故障进行判断并采取相应的措施。此外，图2所示的零序电流采样原理可以防止传统漏电保护装置在非正弦漏电电流作用下发生的误动作和拒动作现象。

由于非线性负载的存在，低压线路中的固有漏电电流可能存在多种谐波分量，导致漏电电流峰值过高，引起漏电保护装置误动作。为消除以上误动作现象，故可通过对漏电保护装置测量得到的信号进行积分，得到漏电电流的有效值。

图3所示为漏电电流保护装置零序电流变化量计算矢量图，使用其来说明矢量突变算法，。采样得到各次谐波的幅值和相位分量，首先对测量得到的两个周波内的电流信号进行傅里叶变换，得到各次谐波的幅值与相位，求取两个周期前后的零序电流中各次谐波矢量差，并将各次谐波矢量差求和，得到前后两个周期内的零序电流变化量，如式(2)-式(4)所示，其中I表示前两个周波采样得到的零序电流信号，I'表示当前采样得到的零序电流信号，ΔI表示电流变化量；n表示谐波次数；I_n、I_n'、ΔI_n分别表示两个周波前、当前以及电流变化量的n次谐波幅值，且ΔI_n＝I_n-I_n'；Φ_n、Φ_n'、ΔΦ_n分别表示两个周波前、当前以及电流变化量的n次谐波相位，且ΔΦ_n＝Φ_n-Φ_n'；w表示频率，t表示时间。I以及I'通过采样得到，零序电流变化量ΔI通过式(2)减去式(3)计算得到，式(4)中为了简化运算，将式I'-I约等于的简化为式(4)右边的连续表达式，从而加快计算速度，并同时基本不会影响计算结果，其中，式(2)-(4)具体为：

I＝I₀+I₁sin(wt+Φ₁)+I₂sin(2wt+Φ₂)+...+I_n sin(nwt+Φ_n) (2)

I'＝I₀'+I₁'sin(wt+Φ₁')+I₂'sin(2wt+Φ₂')+...+I_n'sin(nwt+Φ_n') (3)

ΔI＝I'-I≈ΔI₀+ΔI₁sin(wt+ΔΦ₁)+ΔI₂sin(2wt+ΔΦ₂)+...+ΔI_n sin(nwt+ΔΦ_n) (4)

式(4)计算得到的零序电流变化量ΔI经式(1)计算得到零序电流变化量的有效值。若两个周波内零序电流变化量ΔI的有效值超过30mA，则认为发生触电或接地故障，进而采取相应的响应措施。

图4所示为相邻的4个周波内的零序电流信号波形，使用其来说明幅值突变算法，假设2个周期内的采样点点数为N，上图表示前两个周波的采样电流，下图表示两个周波后的采样电流的幅值。第M个采样点的电流记为i_M，两个周波后电流的幅值为i_M+N。则前后相隔2个周波的电流波形幅值之差为Δi_M＝i_M+N-i_M。定义平方幅值差计算方法为：

若式(5)计算得到的Δi超过30mA＊S，则认为发生漏电或者触电故障，进而采取相应的响应措施。

除了图3-4的中的电流变化量的判断方法，本实施例中还进一步包括了如下的稳态和暂态电流的监控判断，若漏电电流在稳态下基波和谐波的有效值超过30mA，则认为存在漏电现象，装置对外发出报警信号；通过实时监测计算所述漏电电流的零序电流的变化矢量，若零序电流暂态变化量发生突变，且变化量超过30mA，则判断为发生触电或接地故障。

需要提出的是，上述图3-4中记载的本发明的矢量突变算法和幅值突变算法既可以分开单一使用，也可以综合一起使用对事故类型进行判断，两者综合使用能进一步提高400V的漏电电流判断的可靠性和准确度。

根据现场试验可知，通过基于矢量突变算法与幅值突变算法检测的漏电电流保护的判断方法，能够快速的地判断低压400V***的漏电情况，且该方法计算简单且高效，准确率高于一般的现有技术，此外，该判断方法能够针对低压400V的漏电情况进行定性定量的准确分析，还给出了相应的判断标准，并且不需要添加任何的硬件成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低压400V漏电电流的判断方法，其特征在于，通过零序电流互感器对三相火线以及零线中的电流进行集中采样，测量得到的四线零序电流的矢量和即为低压400V线路的漏电电流，采样得到的所述漏电电流经信号调理和模数转换后传输至控制器中，所述控制器采用矢量突变算法对漏电电流的电流变化量进行计算，并根据计算结果对漏电事故进行判断，若判断为触电或接地故障，则断开电源；

所述矢量突变算法包括：采样得到所述漏电电流的各次谐波的幅值和相位分量，首先对测量得到的两个周波内的电流信号进行傅里叶变换，得到各次谐波的幅值与相位，求取两个周期前后的零序电流中各次谐波矢量差，并将各次谐波矢量差求和，得到前后两个周期内的零序电流变化量，若前后两个周期内的零序电流变化量的有效值超过30mA，则认为发生触电或接地故障。

2.根据权利要求1所述的判断方法，其特征在于，在断开电源后，还进一步进行如下的操作：在三秒后重新恢复电源，若漏电电流有效值恢复30mA以内，则认为故障消失，线路恢复正常运行；若漏电电流有效值大于30mA，则认为存在永久性故障，通过信号灯与蜂鸣器发出故障指示信号。

3.根据权利要求1所述的判断方法，其特征在于，所述矢量突变算法具体使用如下的式(2)-式(4)对零序电流的电流变化量ΔI进行简化计算：

I＝I₀+I₁sin(wt+Φ₁)+I₂sin(2wt+Φ₂)+...+I_nsin(nwt+Φ_n) (2)

I'＝I₀'+I₁'sin(wt+Φ₁')+I₂'sin(2wt+Φ₂')+...+I_n'sin(nwt+Φ_n') (3)

ΔI＝ΔI₀+ΔI₁sin(wt+ΔΦ₁)+ΔI₂sin(2wt+ΔΦ₂)+...+ΔI_nsin(nwt+ΔΦ_n) (4)

式(2)-式(4)中，I表示前两个周波采样得到的零序电流信号，I'表示当前采样得到的零序电流信号，ΔI表示零序电流的电流变化量；n表示谐波次数；I_n、I_n'、ΔI_n分别表示两个周波前、当前以及电流变化量的n次谐波幅值，且ΔI_n＝I_n'-I_n；Φ_n、Φ_n'、ΔΦ_n分别表示两个周波前、当前以及电流变化量的n次谐波相位，ΔΦ_n＝Φ_n'-Φ_n，w表示频率，t表示时间，其中I以及I'通过采样得到；

式(4)中计算得到的零序电流的电流变化量ΔI再经过积分计算可得到电流变化量ΔI的有效值，若两个周波内电流变化量ΔI的有效值超过30mA，则认为发生触电或接地故障，进而采取相应的响应措施。

4.根据权利要求1所述的判断方法，其特征在于，若漏电电流在稳态下基波和谐波的有效值超过30mA，则认为存在漏电现象，装置对外发出报警信号；通过实时监测计算所述漏电电流的零序电流的暂态变化量，若零序电流的暂态变化量发生突变，且变化量超过30mA，则判断为发生触电或接地故障。

5.一种低压400V漏电电流的判断方法，其特征在于，通过零序电流互感器对三相火线以及零线中的电流进行集中采样，测量得到的四线零序电流的矢量和即为低压400V线路的漏电电流，采样得到的所述漏电电流经信号调理和模数转换后传输至控制器中，所述控制器采用幅值突变算法对漏电电流的电流变化量进行计算，并根据计算结果对漏电事故进行判断，若判断为触电或接地故障，则断开电源；

所述幅值突变算法包括：对所述的漏电电流进行周期采样，求取相隔两个周波的电流差值的幅值，并通过相互求差得出幅值差，随后对两个周波内的幅值差求取平方和，定义为平方幅值差，若前后两个周波内的平方幅值差大于30mA*S，则认为发生触电事故或接地故障。

6.根据权利要求5所述的判断方法，其特征在于，在断开电源后，还进一步进行如下的操作：在三秒后重新恢复电源，若漏电电流有效值恢复30mA以内，则认为故障消失，线路恢复正常运行；若漏电电流有效值大于30mA，则认为存在永久性故障，通过信号灯与蜂鸣器发出故障指示信号。

7.根据权利要求5所述的判断方法，其特征在于，所述幅值突变算法具体使用如下的式(5)对零序电流的平方幅值差Δi进行计算，此时平方幅值差Δi即为所述的漏电电流的电流变化量：

式(5)中，N为2个周期内的采样点点数，第M个采样点的电流记为i_M，两个周波后电流的幅值为i_M+N，则前后相隔2个周波的电流波形幅值之差为Δi_M＝i_M+N-i_M，若Δi超过30mA*S，则认为发生漏电或者触电故障，进而采取相应的响应措施。

8.根据权利要求5所述的判断方法，其特征在于，若漏电电流在稳态下基波和谐波的有效值超过30mA，则认为存在漏电现象，装置对外发出报警信号；通过实时监测计算所述漏电电流的零序电流的暂态变化量，若零序电流的暂态变化量发生突变，且变化量超过30mA，则判断为发生触电或接地故障。