CN101013811A

CN101013811A - 双电源环网单相接地故障选线方法与装置

Info

Publication number: CN101013811A
Application number: CN 200710013438
Authority: CN
Inventors: 傅桂兴; 付英
Original assignee: Individual
Current assignee: Fu Gui Xing; Tai'an Lu Xing Electronic Technology Co ltd
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2007-08-08
Anticipated expiration: 2027-02-01
Also published as: CN101013811B

Abstract

本申请公开了一种双电源环网单相接地故障选线方法，它采用零序电流“时序鉴别法则”进行单相接地故障选线，同时公开了一种双电源环网单相接地故障选线装置，它包括的馈出线单线接地选线模块以及外围电路，其特征还包括环网单相接地选线模块和外围电路，选线模块由时序鉴别器，母线的零序电压信号电路，两路电源进线的零序电流信号电路，至少两路馈出线零序电流信号电路，两路电源进线U、W两相的负载电流信号电路和输出电路组成。本申请解决了单相接地发生在电源线或母线的故障选线问题和馈出线单相接地选线的共性问题，又使发生在双电源环网配电所电源线和母线上的单相接地故障选线的特殊性问题重点突出、易于解决。

Description

双电源环网单相接地故障选线方法与装置

技术领域

本发明属于电力系统故障检测和继电保护装置，具体涉及中压双电源环形供电网的单相接地故障的检测方法和选择性保护装置。

技术背景

申请人依据自己发明的“零序电流(基波)时序鉴别法则”于2002年6月10日申请了实用新型专利“小电流接地系统单相接地选线装置”(专利号ZL02237567.8)，和发明专利“小电流接地系统单相接地选线方法和装置”(公开号CN1453916)，2005年1月14日又申请了实用新型专利“谐振接地系统单相接地选线装置”(专利号ZL200520080013.0)。上述专利主要由以时序鉴别器为核心的单相接地选线模块以及外围电路组成。该技术方案用“时序鉴别法则”解决了中性点不接地(无补偿)电网、中性点经消弧线圈接地欠补偿和过补偿电网的单相接地漏电保护的准确选线问题。但以上专利产品和国内外其他选线原理的同类产品一样，只适用于单电源放射式电网馈出线的单相接地故障选线。电力系统中还有双电源环形配电网、多电源网格式配电网，申请人还没有发现能解决这类复杂配电网的单相接地故障的选线技术与保护装置。

发明的内容

本申请的目的，是为解决双电源供电网或环形配电网的单相接地故障选线问题，在现有单电源放射式电网单相接地故障选线的上述专利基础上，发明一种适用于双电源供电网或闭环运行环形配电网的单相接地故障选线方法及装置。该发明不论单相接地故障是发生在该电网的馈出线，还是发生在某一电源线，或者发生在母线上，都能准确检出和指明故障所在的线路。

本发明的技术方案是，采用零序电流(基波)“时序鉴别法则”进行单相接地故障选线，本选线方法的实施步骤是：

1、设定单相接地故障线路I₀的时序鉴别法则，法则规定I₀的上升沿滞后U_0J(用U_0J+或U_0J-视具体情况而定)的上升沿，同时超前U_0J的下降沿，即I₀的上升沿必须在U_0J的上升沿和下降沿之间，而I₀的下降沿必须滞后U_0J的下降沿约0～180度；I₀和U_0J的这种时序关系通过设置有时序鉴别法则的单片计算机，或者现代可编程逻辑器件来实现。

2、从三相电压母线上的电压互感器TV开口三角侧取出零序电压信号u₀，经小变压器ST降压、进入接地选线模块后分成三路，第一路经滤波、移相、鉴幅、整形、光隔，形成方波信号U_0F，作为零序电压的比幅信号；另两路经滤波、移相、整形、光隔，形成相位相反的基准电压信号U_0J+、U_0J-，用以作为时序鉴别的基准信号。U_0J+、U_0J-和U_0f分别送入时序鉴别器的对应输入端。

3、从三相母线的各电源进线和各馈出线上的零序电流互感器TA₀二次侧取出零序电流信号i₀，经I/U变换后进入接地选线模块，然后经滤波、鉴幅、整形、光隔，形成脉宽和相位不确定的方波。其脉宽随着i₀(正弦波)的幅值大小可在0～180度之间变化，I₀方波相对U_0J的相位随着三相电网是无补偿、欠补偿和过补偿的程度约在0～170度之间变化；各I₀方波信号送入时序鉴别器的对应输入端。

4、当某一馈出线路或电源线或母线发生单相接地故障时，时序鉴别器根据设定的I₀与U_0J的时序关系，依据时序鉴别法则，对接于同一母线上的各进出线路的I₀逐一进行时序鉴别，若为非故障线路，对应的时序鉴别电路无信号输出；若为故障线路，则该线路的时序鉴别电路输出警示信号，通过驱动电路发出声光报警，并由发光管指出故障线路(必要时还可以使断路器跳闸)，还可由数字显示器显示故障线路编号。

为实现上述方法，本申请发明了双电源环网单相接地故障选线装置，该装置的构造是：它包括现有的馈出线单线接地选线模块以及外围电路，其特征还包括

1、环网单相接地选线模块，该模块由时序鉴别器，母线的零序电压信号电路，两路电源进线的零序电流信号电路，两路(或两路以上)馈出线零序电流信号电路，两路电源进线U、W两相的负载电流信号电路和输出电路等组成。其中：

(1)上述时序鉴别器由设置了时序鉴别法则的逻辑电路或单片机构成，逻辑电路可以用复杂可编程逻辑器件CPLD或专用集成电路ASIC。

(2)上述的零序电压信号电路是从输入插座CZ1接出后，先经总的移相和滤波，接着分三个支路，第一支路再经移相、鉴幅、整形、光电隔离后形成U_0F信号，输入到时序鉴别器的U_0F输入端；第二支路与第三支路再经移相、整形、光电隔离后形成相位相反的U_0J信号，分别接到时序鉴别器的U_0J+、U_0J-输入端。

(3)上述所有电源进线和馈出线的零序电流信号电路，分别从输入插座CZ1接入后，经滤波、鉴幅、整形、光电隔离后，联接到时序鉴别器的对应输入端；

(4)上述电源进线U、W两相负荷电流信号电路，分别从输入插座CZ1接入后，经滤波、整形、光电隔离后，联接至时序鉴别器的对应输入端；

(5)上述时序鉴别器分三组输出，第一组输出线接发光二极管的驱动电路，第二组接控制数字显示电路，第三组接单片机接口；每组输出八路信号，八路信号中有两路指示电源线接地故障，一路指示母线及母线以下馈出线接地故障；两路指示具体馈出线的接地故障；还有两路指示两电源进线具体运行状态(通电或停电)；一路指示该环形电网是双电源供电还是单电源供电(当一个电源停电或检修)。

2、外围电路

(1)电压互感器TV二次开口三角绕组输出的零序电压u₀信号经小变压器降压后，分别接入“环网单相接地选线模块”和“馈出线通用单相接地选线模块”的输入插座CZ1；

(2)电源进线和两路馈出线上零序电流互感器TA₀二次信号I₀经负载电阻R作I/V变换后，分别接到“环网时序鉴别器”的对应输入端；其余馈出线的I₀信号接入“馈出线通用单相接地选线模块”。

(3)环网单相接地选线模块的输出插座CZ2与八只发光二极管连接；输出插座CZ3与接地故障信息的数字显示电路及语音报警电路连接；输出插座CZ4与单片机的STD总线联接，单片机还可连接汉字显示器、微型打印机及串行通讯接口。

本技术方案的积极效果是

1、采用零序基波时序鉴别原理进行单相接地故障选线，不仅解决了双电源供电电网或闭环运行环形电网中配电所馈出线的单相接地故障选线问题，而且解决了单相接地发生在电源线或母线的故障选线问题；且不论该电网是属于中性点不接地电网，还是中性点经高组接地或经消弧线圈接地电网，都能实现准确故障选线。

2、将双电源供电网或闭环运行环形电网的单相接地故障选线分为“馈出线通用单相接地选线”和“环网专用单相接地选线”两部分，既利用了现有专利ZL200520080013.0，方便地解决了馈出线单相接地选线的共性问题，又使发生在双电源环网配电所电源线和母线上的单相接地故障选线的特殊性问题重点突出、易于解决。

附图说明

图1是由一块“环网专用单相接地选线模块”为核心，加一块“馈出线通用单相接地选线模块”构成的双电源环形电网单相接地选线装置原理框图；

图2是图1中“环网专用单相接地选线模块”电路原理图；

图3是图2中环网专用单相接地选线模块中电源线单相接地的组合式时序鉴别电路；

图4是另一种环网专用单相接地选线模块中母线及母线以下各馈出线单相接地的组合式时序鉴别电路。

具体实施方式

现以图1、图2、图3说明本申请的一个实施例。

本实施例主要用来监护电源进线的单相接地故障，核心器件是环网专用时序鉴别器VC1。

图1中的“馈出线通用单相接地选线模块”及外围电路，与专利ZL200520080013.0谐振接地系统单相接地选线装置中的“单相接地选线模块”构成原理相同，接线方法相似不再详述。

图1中，还包括环网单相接地选线模块(如图2所示)，以及小变压器ST。U₀经变压器ST降压后输出线接入环网单相接地选线模块的CZ1插座，两路电源线和两路馈出线的零序电流互感器二次信号I₀经I/V变换后也接入CZ1插座，环网单相接地选线模块的CZ2插座分别接至各支路发光管LED指示，环网单相接地选线模块的CZ3插座分别接到接地故障线路的数字显示电路和语音报警电路；CZ4插座经STD BUS(总线)接到单片单板机，由单片单板机控制故障信息的打印记录、汉字显示和串行通讯。

附图2所示的环网单相接地选线模块中，由一块专用集成电路VC1(ASIC)构成时序鉴别器，时序鉴别器包括多个不同功用的时序鉴别电路(详细电路如图3、图4所示)。VC1的输入端从CZ1接入母线U₀信号线，U₀信号线经过总的移相及滤波电路(由W1、R14、R15、R16和C5、C6、IC5-2组成)，然后分成三个支路：第一支路依次经过移相电路(由W2、R7、R8、R9、C3、C4和IC5-1组成)、鉴幅及整形电路(由R10、R11和IC6组成)、光隔耦合电路(由R12、R13和IC7-1组成)，电联接后输出U_0F信号接入专用集成电路VC1的45号引脚；第二支路依次经整形电路(由R17、R18和IC5-3组成)、光隔耦合电路(由R19、R20和IC7-3组成)，电联接后输出U_0J+信号接入专用集成电路VC1的47号引脚；第三支路依次经整形电路(由R21、R22和IC5-4组成)、光隔耦合电路(由R23、R24和IC7-2组成)，电联接后输出U_0J-信号接入专用集成电路VC1的46号引脚；VC1的输入端还从插座CZ1分别接入两路电源线零序电流信号I_0I、I_0II信号线，两路馈出线零序电流I₀₁、I₀₂信号线和两路电源线负荷电流I_UI、I_WI、I_UII、I_WII信号线，经过各自的滤波、鉴幅、整形、光隔电路(其中负荷电流信号省去鉴幅环节)，电联接后分别接入专用集成电路VC1的37～40和48～51八个引脚；VC1的71～78号引脚分别接输出插座CZ3各个引脚；VC1的11～18号引脚分别接输出插座CZ4各个引脚；VC1的53～60引脚接集成电路2803驱动器(IC9)的01～08引脚，IC9的11～18引脚分别经电阻R27接到插座CZ2；VC1的35引脚经双排插针CZ5接译码器(IC10)，IC10的5号引脚经双排插针CZ6接入译码器IC11的15号引脚，IC10的引脚1、2、3、4、6引脚和IC11的1、2、3、4、5、6号引脚接到STD总线；VC1的32号引脚接到NE555(IC8)的03引脚；VC1的33引脚经插座CZ8和R28接正5V电源和经插座CZ7接到STD总线；CZ1插座R3的引脚连接到VC1的52引脚。

需要进一步说明的是，在时序鉴别器VC1电路中包括多个不同功能的时序鉴别电路，按功用不同分为馈出线、电源进线和母线三种类型。

下面根据图3说明电源进线组合式时序鉴别电路的构造原理。

图3中的输入信号I_0I、I_0II、U_0J+、U_0J-与附图2中的芯片VC1引脚51、48、47、46对应联接，电源线路dyI发生单相接地故障时(高电平有效)，时序鉴别电路输出信号，输出的信号再分三个支路，分别接图2中芯片VC1的输出引脚78脚yin-dyI、53脚LDE-dyI、11脚JSJ-dyI。

图4是用于检测母线或母线以下各路馈出线发生单相接地故障的“组合式时序鉴别电路”，它与图3中的结构原理基本相同，仅仅是将图3中的U_0J-信号换成U_0J+，它的输出端指示单相接地故障发生在母线mx上或母线下属各馈出线上(各馈出线分别有各自的故障选线的时序鉴别电路)。

Claims

1.一种双电源环网单相接地故障选线方法，它采用零序电流“时序鉴别法则”进行单相接地故障选线，具体步骤是：

(1)设定单相接地故障线路I₀的时序鉴别法则，法则规定I₀的上升沿滞后U_0.1的上升沿，同时超前U_0.1的下降沿，即I₀的上升沿必须在U_0.1的上升沿和下降沿之间，而I₀的下降沿必须滞后U₀的下降沿约0～180度；I₀和U_0.1的这种时序关系通过设置有时序鉴别法则的单片计算机，或者现代可编程逻辑器件来实现；

(2)从三相电压母线上的电压互感器TV开口三角侧取出零序电压信号u₀，经小变压器ST降压、进入接地选线模块后分成三路，第一路经滤波、移相、鉴幅、整形、光隔，形成方波信号U_or，作为零序电压的比幅信号；另两路经滤波、移相、整形、光隔，形成相位相反的基准电压信号U_0.1+、U_0.1-，用以作为时序鉴别的基准信号，U_0.1+、U_0.1-和U_0.1-分别送入时序鉴别器的对应输入端；

(3)从三相母线的各电源进线和各馈出线上的零序电流互感器TA₀二次侧取出零序电流信号i₀，经I/U变换后进入接地选线模块，然后经滤波、鉴幅、整形、光隔，形成脉宽和相位不确定的方波。其脉宽随着i₀的幅值大小可在0～180度之间变化，I₀方波相对U_0.1的相位随着三相电网是无补偿、欠补偿和过补偿的程度约在0～170度之间变化；各I₀方波信号送入时序鉴别器的对应输入端；

(4)当某一馈出线路或电源线或母线发生单相接地故障时，时序鉴别器根据设定的I₀与U_0.1的时序关系，依据时序鉴别法则，对接于同一母线上的各进出线路的I₀逐一进行时序鉴别，若为非故障线路，对应的时序鉴别电路无信号输出；若为故障线路，则该线路的时序鉴别电路输出警示信号，通过驱动电路发出声光报警，并由发光管指出故障线路，还可由数字显示器显示故障线路编号。

2.一种双电源环网单相接地故障选线装置，它包括的馈出线单线接地选线模块以及外围电路，其特征还包括：

(1)环网单相接地选线模块，该模块由时序鉴别器，母线的零序电压信号电路，两路电源进线的零序电流信号电路，至少两路馈出线零序电流信号电路，两路电源进线U、W两相的负载电流信号电路和输出电路组成；其中：

①上述时序鉴别器由设置了时序鉴别法则的逻辑电路或单片机构成，逻辑电路可以用复杂可编程逻辑器件CPLD或专用集成电路ASIC；

②上述的零序电压信号电路是从输入插座CZ1接出后，先经总的移相和滤波，接着分三个支路，第一支路再经移相、鉴幅、整形、光电隔离后形成UOF信号，输入到时序鉴别器的U_0.1输入端；第二支路与第三支路再经移相、整形、光电隔离后形成相位相反的U_0.1信号，分别接到时序鉴别器的U_0.1+、U_0.1-输入端；

③上述所有电源进线和馈出线的零序电流信号电路，分别从输入插座CZ1接入后，经滤波、鉴幅、整形、光电隔离后，联接到时序鉴别器的对应输入端；

④上述电源进线U、W两相负荷电流信号电路，分别从输入插座CZ1接入后，经滤波、整形、光电隔离后，联接至时序鉴别器的对应输入端；

⑤上述时序鉴别器分三组输出，第一组输出线接发光二极管的驱动电路，第二组接控制数字显示电路，第三组接单片机接口；每组输出八路信号，八路信号中有两路指示电源线接地故障，一路指示母线及母线以下馈出线接地故障；两路指示具体馈出线的接地故障；还有两路指示两电源进线具体运行状态；一路指示该环形电网是双电源供电还是单电源供电；

(2)外围电路

①电压互感器TV二次开口三角绕组输出的零序电压u₀信号经小变压器降压后，分别接入“环网单相接地选线模块”和“馈出线通用单相接地选线模块”的输入插座CZ1；

②电源进线和两路馈出线上零序电流互感器TA₀二次信号I₀经负载电阻R作I/V变换后，分别接到“环网时序鉴别器”的对应输入端；其余馈出线的I₀信号接入“馈出线通用单相接地选线模块”；

③环网单相接地选线模块的输出插座CZ2与八只发光二极管连接；输出插座CZ3与接地故障信息的数字显示电路及语音报警电路连接；输出插座CZ4与单片机的STD总线联接，单片机还可连接汉字显示器、微型打印机及串行通讯接口。