CN110286297A - 一种小电流接地***单相接地故障选线装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小电流接地***单相接地故障选线方法，包括：在智能控制器根据电压互感器采集的母线的三相电压信号判断确定小电流接地***发生单相接地故障后，投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，分别投入中性点接地支路上预设时长；多个电流互感器分别采集多条待测线路在所述预设时长内的电流信号，并将所述电流信号通过所述数据采集装置传输给所述智能控制器；智能控制器根据所述电流信号，分别分析多条待测线路的零序电流的相位变化量幅值变化量；智能控制器比较多条待测线路的零序电流的相位变化量幅值变化量，筛选出相位变化量和幅值变化量均为最大的线路，则为故障线路。
Description
技术领域
本发明涉及继电保护、配电网技术领域，特别是指一种小电流接地***单相接地故障选线装置及方法。
背景技术
在中压配电***中，为了提高供电可靠性采用中性点非有效接地方式，通常采用经消弧线圈接地方式以补偿线路对地电容的电流，但是带来了单相接地故障选线困难的问题。如果不能及时选出故障线路并予以切除，很容易导致故障扩散以及停电事故。
目前针对故障选线提出了众多方法，包括功分量法、注入法、扰动法、谐波法等。但是由于实际现场情况复杂、控制困难、故障特征不明显这些种种原因导致现在选线的效率仍然不高，由单相接地故障引起的停电事故时有发生。
因此，故障选线依旧是配网***中的难题，亟需一种高效率的故障选线装置及方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种能够提高选线效率的故障线路的小电流接地***单相接地故障选线装置和方法。
基于上述目的本发明提供的小电流接地***单相接地故障选线装置，包括：
智能控制器，电容器，电阻器，投切开关，数据采集装置，电压互感器以及多个电流互感器；
所述电压互感器用于采集母线的三相电压信号，所述数据采集装置与所述电压互感器连接，将电压互感器的信息采集到数据采集装置中；所述多个电流互感器分别用于采集多条待测线路的电流信号；所述数据采集装置与所述多个电流互感器分别连接，将多个电流互感器的信息采集到数据采集装置中；所述电容器和所述电阻器并联；所述智能控制器能够控制所述投切装置，将所述电容器和所述电阻器分别投入中性点接地支路中；所述智能控制器与所述数据采集装置之间通过数据通信线路连接。
在其中一个实施例中，所述投切开关包括两个并联且反向连接的可控硅，所述可控硅与所述电容器和所述电阻器形成的并联支路串联构成支路，并联于所述中性点接地支路上。
在其中一个实施例中，所述智能控制器包括：
信号接收单元，用于接收所述数据采集装置采集的三相电压信号和电流信号；
信号处理单元，用于处理所述信号接收单元接收到的三相电压信号、多个电流信号，分析所述多条待测线路的零序电流的相位变化量和幅值变化量，筛选相位变化量和幅值变化量均为最大的线路；
控制单元，用于接收信号处理单元的处理结果，选择投切时刻，调节投切的预设时长，并输出导通信号至所述投切装置。
本发明还提供一种小电流接地***单相接地故障选线方法，包括：
在智能控制器根据电压互感器采集的母线的三相电压信号判断确定小电流接地***发生单相接地故障后，投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，分别投入中性点接地支路上预设时长；
多个电流互感器分别采集多条待测线路在所述预设时长内的电流信号，并将所述电流信号通过所述数据采集装置传输给所述智能控制器；
智能控制器根据所述电流信号，分别分析多条待测线路的零序电流的相位变化量幅值变化量；
智能控制器比较多条待测线路的零序电流的相位变化量幅值变化量，筛选出相位变化量和幅值变化量均为最大的线路，则为故障线路。
在其中一个实施例中，所述投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，分别投入中性点接地支路上预设时长，包括：
所述投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，多次分别投入中性点接地支路上预设时长，每次所述预设时长的值均不相同。
在其中一个实施例中，所述预设时长为20毫秒至100毫秒。
在其中一个实施例中，所述分别分析多条待测线路的零序电流的相位变化量和幅值变化量，包括：
分别计算多条待测线路的零序电流，再根据预设时长内的零序电流的变化，分析多条待测线路的零序电流的相位变化和幅值变化。
在其中一个实施例中，所述智能控制器根据电压互感器采集的母线的三相电压信号判断确定小电流接地***发生单相接地故障包括：
信号接收单元接收电压互感器采集的母线的三相电压值；
信号处理单元对三相电压值进行处理，比较三相电压值之和与预设的电压阈值之间的大小关系，并将比较结果经过信号反馈单元传输至控制单元；若三相电压值之和大于预设的电压阈值，则判断小电流接地***发生单相接地故障；
经过预设时间后，若控制单元仍然判断出***发生单相接地故障，则确定小电流接地***发生单相接地故障。
在其中一个实施例中，所述预设的电压阈值大于一倍的正常电压值，小于三倍的正常电压值。
从上面所述可以看出，本发明提供的小电流接地***单相接地故障选线装置和方法，当智能控制器确定发生单相接地故障时，通过投切开关，发出控制信号，快速控制电容器和电阻器接入中性点接地支路中，短时改变中性点接地回路使故障线路的零序电流发生相位跃变和幅值突变，控制信号和多个电流互感器的采样脉冲对时同步，通过采集投入时刻的多个待测线路的电流信号并分析零序电流变化相位与幅值均发生最大变化的线路。投切开关的控制信号重复编码控制，可多次投切。具有如下优点:(1)不需要改变一次主设备的技术要求、接地安全性要求。暂态过程中，每次可调电容器和可调电阻器接地控制回路投入时间控制在20毫秒到100毫秒之间，既能产生较大的零序电流的相位和幅值的突变量并获得完整采样波形，又能保证不长时间改变接地方式以免扩大故障；(2)通过采集可调电容器和可调电阻器投入预设时长内的第一电流信号和第二电流信号，简单计算零序电流，快速比较相位变化和幅值变化，运行时间短；(3)可调电容器和可调电阻器的值和投切的预设时长，可重复进行编码控制，可多次投入至中性点接地支路上，可多次进行选线分析，保证选线正确率。
附图说明
图1为本发明实施例的小电流接地***单相接地故障选线装置的电路图；
图2为本发明实施例的小电流接地***单相接地故障选线装置的信号流程示意图；
图3为本发明实施例小电流接地***单相接地故障选线方法的流程图；
图4为本发明实施例的智能控制器调整预设电容值、预设电阻值和预设时长的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
请参阅图1，本发明提供一种小电流接地***单相接地故障选线装置，包括：
智能控制器DO，电容器L0，电阻器R0，投切装置，数据采集装置，电压互感器PT0以及多个电流互感器CT1,CT2,…….CTn；
所述电压互感器用于采集母线的三相电压信号，所述数据采集装置与所述电压互感器连接，将电压互感器的信息采集到数据采集装置中；所述多个电流互感器分别用于采集多条待测线路的电流信号；所述数据采集装置与所述多个电流互感器分别连接，将多个电流互感器的信息采集到数据采集装置中；所述电容器和所述电阻器并联；所述智能控制器能够控制所述投切装置，将所述电容器和所电阻器分别投入中性点接地支路中；所述智能控制器与所述数据采集装置之间通过数据通信线路连接。
应当说明的是，小电流接地***中接地变压器经消弧线圈接地，多条待测线路从母线引出。中性点接地支路与接地变压器连接。
中性点接地支路具体可以以消弧线圈L的方式接地。当发生单相故障接地时，多个待测线路非故障相的对地电容电流会通过接地点构成回路流回母线，造成接地点故障电流过高，所述的消弧线圈采用过补偿方式补偿各线路非故障相的对地电容电流，这是普遍采用的补偿方式，此申请不再赘述具体原理。
智能控制器用于检测母线的三相电压信号以及多个待测线路的电流信号，对检测的电压、电流信号进行处理与分析，以确定电网是否发生单相接地故障，根据分析结果，适时控制投切装置进行投入、切除具有预设电容值的可调电容器或者具有预设电阻值的可调电阻器，并再根据检测的各待测线路的电流信号的处理分析判断出故障线路。具体地，所述智能控制器包括信号接收单元、信号处理单元以及控制单元。
其中，信号接收单元，用于接收所述数据采集装置通信的信号，信号具体为三相电压信号和电流信号；
信号处理单元，用于处理所述信号接收单元接收到的三相电压信号、多个电流信号，分析所述多条待测线路的零序电流的相位变化量幅值变化量，筛选相位变化量和幅值变化量均为最大的线路；
控制单元，用于接收信号处理单元的处理结果，选择投切时刻，调节预设时长，并输出导通信号至所述投切装置。
投切装置可以为机械式快速开关。也可以为电力电子开关，例如两个并联且反向连接的可控硅。
具体地，投切装置为两个并联且反向连接的可控硅，所述机械式快速开关与所述电容器和所述电阻器形成的并联支路串联构成支路，并联于所述中性点接地支路。
所述控制单元能够控制调节触发所述可控硅导通。
可选地，所述数据采集装置可以包括电流信号传感器和电压信号传感器。
请参阅图2，本发明实施例的小电流接地***单相接地故障选线装置在使用时，信号流通过程包括电压互感器采集的电压信号和多个电流互感器采集的电流信号，流入智能控制器，依次经过信号接收单元、信号处理单元和控制单元处理后，智能控制器输出导通信号，导通信号流入电力电子开关，至此完成控制信号流通。
请查阅图3，本发明还提供一种小电流接地***单相接地故障选线方法，包括：
S100，在智能控制器根据电压互感器采集的母线的三相电压信号判断确定小电流接地***发生单相接地故障后，投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，分别投入中性点接地支路上预设时长；
S200，多个电流互感器分别采集多条待测线路在所述预设时长内电流信号，并将所述电流信号通过所述数据采集装置传输给所述智能控制器；
S300，智能控制器根据所述电流信号，分别计算多条待测线路的零序电流，再根据所述预设时长内的零序电流的变化，分别分析多条待测线路的第一零序电流的相位变化量幅值变化量；
S400，智能控制器比较多条待测线路的第一零序电流的相位变化量和第二零序电流的幅值变化量，筛选出相位变化量和幅值变化量均为最大的线路，则为故障线路。
步骤S100中，智能控制器根据电压互感器采集的母线的三相电压信号判断确定小电流接地***发生单相接地故障具体可以包括：
信号接收单元接收电压互感器采集的母线的三相电压值；
信号处理单元对三相电压值进行处理，比较三相电压值之和与预设的电压阈值之间的大小关系，并将比较结果经过信号反馈单元传输至控制单元；若三相电压值之和大于预设的电压阈值，则判断小电流接地***发生单相接地故障；
经过预设时间后，若控制单元仍然判断出***发生单相接地故障，则确定小电流接地***发生单相接地故障。
需要说明的是，正常情况下三相电压值之和为零，故障时三相电压值之和上升到三倍的正常电压值，故设定电压阈值介于一倍和三倍正常电压值之间。
优选地，步骤S100中，所述投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，分别投入中性点接地支路上预设时长，可以包括：所述投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，多次分别投入中性点接地支路上预设时长，可以更好地制造故障线路的零序电流的相位和幅值的突变，并综合多次结果分析选线，进一步提高选线正确率。
具体地，所述预设电容值大于消弧线圈过补偿的电容值。所述可调电容C0的预设电容值的调整，需考虑到抵消掉消弧线圈过补偿的部分同时还要抵消掉故障线路的非故障相的接地电容电流，使得故障线路的零序电流方向为从母线流向线路，突变到从线路流向母线，造成故障线路与非故障线的零序电流的相位明显的不同。在未知故障线路的情况下，需在抵消掉消弧线圈过补偿部分的基础上对C0的预设电容值向大调整。
具体地，所述电阻值的取值可以根据所需要控制的故障点接地电流大小来决定。投入所述具有预设电阻值的可调电阻R0期间，故障点接地电流流过有功分量，使故障线路的零序电流的幅值发生突变，非故障线路的零序电流的幅值不受影响。以此作为判断故障线路的依据之一。同时，故障点接地电流中的有功分量也会对零序电流的相位产生一定的改变。可调电阻器R0的预设电阻值需大于最小电阻值Rmin，其中Upk为中性点电压峰值，Ipk为故障点接地电流峰值。
优选地，步骤S100中，所述投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，分别投入中性点接地支路上预设时长，包括：
所述投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的＝电阻器，多次分别投入中性点接地支路上预设时长，每次所述预设时长的值均不相同。多次调节预设时长，每次预设时长的值不相同，可以更好地制造故障线路的零序电流的相位和幅值的突变，并综合多次结果分析选线，进一步提高选线正确率。请参阅图4，为智能控制器调整预设电容值、预设电阻值和预设时长的流程图。具体地，投入可调电容器和可调电阻器后，根据中性点电压调整合闸(切出)时刻，以使得合闸涌流突变量增大。优选地，选择在中性点电压波形中，电压值峰值的阶段来合闸，预设时长为20毫秒至100毫秒。既能产生较大突变量并获得完整采样波形，又能保证不长时间改变接地方式以免扩大故障。
步骤S200中，所述智能控制器考虑到采集信号和转换信号的延迟时间，在电容器和电阻器投入时刻后产生的电压和电流信号突变量进行集中处理分析。
当步骤S100中，多次调节投切时刻和/或预设时长时，步骤S200～步骤S400，也相应地多次依次进行，根据多次的分析结果，进行综合比较，对线路中零序电流突变最大的线路判定为故障线路。
本发明的一种小电流接地***单相接地故障选线装置在使用时，电压互感器采集母线的三相电压值，并将电压信号传输至数据采集装置，经数据通信送至信号接收单元，再通过信号处理单元比较三相电压值之和与电压阈值之间的大小关系，并将比较结果传输至控制单元。当控制单元在预设时间内持续接判断出发生单相接地故障，则开始进行故障选线。选线时，多次改变投入预设时长的值，并输出导通信号至投切开关，控制电容器和电阻器预设时长。多个电流互感器分别采集多个待测线路的，每次可调电容器和可调电阻器自投入时刻至切出时刻内的电流信号。采集所得信号通过信号接收单元传输至信号处理单元，在信号处理单元中，对应计算多个待测线路的每次的零序电流的相位变化量和幅值变化量，并综合比较多次的结果，筛选出相位变化量和幅值变化量均为最大的线路，作为故障线路。
本发明的小电流接地***单相接地故障选线装置和方法，当智能控制器确定发生单相接地故障时，发出控制信号，通过投切开关，快速控制电容器和电阻器接入中性点接地支路中，短时改变中性点接地回路使故障线路的零序电流发生相位跃变和幅值突变，控制信号和多个电流互感器的采样脉冲对时同步，通过采集投入时刻的多个待测线路的电流信号并分析零序电流变化相位与幅值均发生最大变化的线路。投切开关的控制信号重复编码控制，可多次投切。具有如下优点:(1)不需要改变一次主设备的技术要求、接地安全性要求。暂态过程中，每次可调电容器和可调电阻器接地控制回路投入时间控制在20毫秒到100毫秒之间，既能产生较大的零序电流的相位和幅值的突变量并获得完整采样波形，又能保证不长时间改变接地方式以免扩大故障；(2)通过采集电容器和电阻器投入预设时长内的电流信号，简单计算零序电流，快速比较相位变化和幅值变化，运行时间短；(3)电容器和电阻器的值和投切的预设时长，可重复进行编码控制，可多次投入至中性点接地支路上，可多次进行选线分析，保证选线正确率。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (9)
1.一种小电流接地***单相接地故障选线装置，其特征在于，包括：
智能控制器，电容器，电阻器，投切开关，数据采集装置，电压互感器以及多个电流互感器；
所述电压互感器用于采集母线的三相电压信号，所述数据采集装置与所述电压互感器连接，将电压互感器的信息采集到数据采集装置中；所述多个电流互感器分别用于采集多条待测线路的电流信号；所述数据采集装置与所述多个电流互感器分别连接，将多个电流互感器的信息采集到数据采集装置中；所述电容器和所述电阻器并联；所述智能控制器能够控制所述投切装置，将所述电容器和所述电阻器分别投入中性点接地支路中；所述智能控制器与所述数据采集装置之间通过数据通信线路连接。
2.根据权利要求1所述的小电流接地***单相接地故障选线装置，其特征在于，所述投切开关包括两个并联且反向连接的可控硅，所述可控硅与所述电容器和所述电阻器形成的并联支路串联构成支路，并联于所述中性点接地支路上。
3.根据权利要求1所述的小电流接地***单相接地故障选线装置，其特征在于，所述智能控制器包括：
信号接收单元，用于接收所述数据采集装置采集的三相电压信号和电流信号；
信号处理单元，用于处理所述信号接收单元接收到的三相电压信号、多个电流信号，分析所述多条待测线路的零序电流的相位变化量和幅值变化量，筛选相位变化量和幅值变化量均为最大的线路；
控制单元，用于接收信号处理单元的处理结果，选择投切时刻，调节投切的预设时长，并输出导通信号至所述投切装置。
4.一种小电流接地***单相接地故障选线方法，其特征在于，包括：
在智能控制器根据电压互感器采集的母线的三相电压信号判断确定小电流接地***发生单相接地故障后，投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，分别投入中性点接地支路上预设时长；
多个电流互感器分别采集多条待测线路在所述预设时长内的电流信号，并将所述电流信号通过数据采集装置传输给所述智能控制器；
智能控制器根据所述电流信号，分别分析多条待测线路的零序电流的相位变化量幅值变化量；
智能控制器比较多条待测线路的零序电流的相位变化量幅值变化量，筛选出相位变化量和幅值变化量均为最大的线路，则为故障线路。
5.根据权利要求4所述的小电流接地***单相接地故障选线方法，其特征在于，所述投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，分别投入中性点接地支路上预设时长，包括：
所述投切开关将具有固定电容值的电容器和具有固定电阻值的电阻器，多次分别投入中性点接地支路上预设时长，每次所述预设时长的值均不相同。
6.根据权利要求4所述的小电流接地***单相接地故障选线方法，其特征在于，所述预设时长为20毫秒至100毫秒。
7.根据权利要求4所述的小电流接地***单相接地故障选线方法，其特征在于，所述分别分析多条待测线路的零序电流的相位变化量和幅值变化量，包括：
分别计算多条待测线路的零序电流，再根据预设时长内的零序电流的变化，分析多条待测线路的零序电流的相位变化和幅值变化。
8.根据权利要求4所述的小电流接地***单相接地故障选线方法，其特征在于，所述智能控制器根据电压互感器采集的母线的三相电压信号判断确定小电流接地***发生单相接地故障包括：
信号接收单元接收电压互感器采集的母线的三相电压值；
信号处理单元对三相电压值进行处理，比较三相电压值之和与预设的电压阈值之间的大小关系，并将比较结果经过信号反馈单元传输至控制单元；若三相电压值之和大于预设的电压阈值，则判断小电流接地***发生单相接地故障；
经过预设时间后，若控制单元仍然判断出***发生单相接地故障，则确定小电流接地***发生单相接地故障。
9.根据权利要求4所述的小电流接地***单相接地故障选线方法，其特征在于，所述预设的电压阈值大于一倍的正常电压值，小于三倍的正常电压值。
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