CN101074978A - 电力系统直流电源接地电阻三桥臂测量方法 - Google Patents

Abstract

电力系统直流电源接地电阻三桥臂测量方法，用于测量控制母线、合闸母线和母线负极接地电阻Rx、Ry、Rz；假定合闸母线正极对地电压为U1，控制母线正极对地电压为U2，大地对母线负极电压为U3。K1是合闸母线对地测量的开关，K2是控制母线对地测量的开关，K3是大地对母线负极测量的开关。当K1闭合，K2、K3断开；K2闭合，K1、K3断开；和K3闭合，K1、K2断开，得到合闸母线正极对地电压三种情况分别为U11、U21、U31；控制母线正极对地电压，三种情况分别为U12、U22、U32；大地对母线负极电压三种情况分别为U13、U23、U33。联立方程(4)通过线性方程运算即可求得Rx、Ry、Rz。

Description

电力系统直流电源接地电阻三桥臂测量方法

一、技术领域

本发明是一种用于实现电力系统直流电源接地电阻测量的三桥臂法，适用于有控制母线和合闸母线的情况，属于电力系统故障检测的技术领域。

二、背景技术

直流接地是电力系统直流电源常见故障之一。当直流系统发生一点接地故障时，虽然不会立即产生危害性后果，但若同时发生两点接地，则可能引发严重的电力系统事故。因此，必须对直流系统母线进行在线检测，及时发出报警信息，提示维护人员及时排除故障。

目前流行的直流接地故障检测方法有以下几种：

(1)平衡电桥法。用人为设置的两个电阻和直流系统正负极对地绝缘电阻组成电桥，系统正常时，电桥平衡。当系统出现某一点接地时，电桥失去平衡，产生报警信号。

(2)两桥臂不平衡电桥法。控制母线正负对地之间开关轮流导通，使正负母线轮流经固定电阻接地，可以计算出正负母接地电阻。

(3)低频交流信号检测法。在直流母线和地之间加一低频交流电压源，从而产生一低频交流电流。根据低频交流电压和电流的数值，即可求出直流母线对地电阻的数值。

目前现有方法的不足之处：

(1)平衡电桥法在母线正负极绝缘电阻均等下降或数值接近时无法判别。

(2)两桥臂不平衡电桥法克服了平衡电桥的问题，但是忽略了降压硅链的影响，某些情况会有较大计算误差。

(3)低频交流信号检测法的灵敏度受分布电容影响较大，而且对于安全性要求很高的电力系统来说，施加的交流信号会带来不安全因素。

三、发明内容

本发明的目的是：克服现有两桥臂不平衡电桥法的缺点，考虑到降压硅链的影响，克服计算误差，同时也克服低频交流信号检测法的灵敏差受影响较多的不足，提供一种既有控制母线，又有合闸母线的直流电源系统的接地电阻的全新算法。

电力系统直流电源接地电阻三桥臂测量方法，用于测量控制母线、合闸母线和母线负极接地电阻Rx、Ry、Rz；假定合闸母线正极对地电压为U1，控制母线正极对地电压为U2，大地对母线负极电压为U3。K1是合闸母线对地测量的开关，K2是控制母线对地测量的开关，K3是大地对母线负极测量的开关。当K1闭合，K2、K3断开K2闭合，K1、K3断开；和K3闭合，K1、K2断开，得到合闸母线正极对地电压三种情况分别为U11、U21、U31；控制母线正极对地电压，三种情况分别为U12、U22、U32；大地对母线负极电压三种情况分别为U13、U23、U33。联立方程(4)通过线性方程运算即可求得Rx、Ry、Rz。

本发明方法考虑到降压硅链的影响，克服了传统两桥臂不平衡电桥算法的缺陷。同时也克服低频交流信号检测法的灵敏度差受影响较多的不足，提供一种既有控制母线，又有合闸母线的直流电源系统的母线接地电阻的全新算法。

实际使用中，取R₁＝R₂＝R₃＝30K，试验表明，相同条件下，三桥臂法较两桥臂法精确度提高10％~20％。

四、附图说明

图1是本发明三桥臂接地电阻测量法原理图。

五、具体实施方式

电力系统直流电源接地电阻三桥臂测量方法，用于测量控制母线正极、合闸母线正极和母线负极接地电阻Rx、Ry、Rz。假定合闸母线正极对地电压为U₁，下面三种情况分别为U₁₁、U₂₁、U₃₁；控制母线正极对地电压为U₂，下面三种情况分别为U₁₂、U₂₂、U₃₂；大地对母线负极电压为U₃，下面三种情况分别为U₁₃、U₂₃、U₃₃。K₁是合闸母线对地测量的开关，并串联电阻R₁；K₂是控制母线对地测量的开关，并串联电阻R₂；K₃是大地对母线负极测量的开关，并串联电阻R₃。

1.K₁闭合，K₂、K₃断开，得到：

          U₁₁＝I₁₀R₁，U₁₂＝I₁₀R₁-(U_HM-U_KM)，U₁₃＝U_HM-U₁₁    (1)

2.K₂闭合，K₁、K₃断开，得到：

          U₂₁＝I₂₀R₂+(U_HM-U_KM)，U₂₂＝I₂₀R₂，U₂₃＝U_KM-U₂₂    (2)

3.K₃闭合，K₁、K₂断开，得到：

          U₃₁＝U_HM-U₃₃，U₃₂＝U_KM-U₃₃，U₃₃＝-I₃₀R₃           (3)

4.由原理图可得到下面的方程式：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{11}/R_x+U_{12}/R_y-U_{13}/R_z=-I_{10}\\ U_{21}/R_x+U_{22}/R_y-U_{23}/R_z=-I_{20}\\ U_{31}/R_x+U_{32}/R_y-U_{33}/R_z=-I_{30}\end{array}\right.---\left(4\right)$

写成矩阵式： $\left[\begin{array}{ccc}{U}_{11}& U_{12}& {-U}_{13}\\ U_{21}& U_{22}& {-U}_{23}\\ U_{31}& U_{32}& {-U}_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{G}_x\\ G_y\\ G_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-I_{10}\\ {-I}_{20}\\ -I_{30}\end{array}\right]---\left(5\right)$

将(1)，(2)，(3)代入(5)通过线性方程求解可得Gx、Gy、Gz，即可求得Rx、Ry、Rz。其中U_KM，U_HM已测得，I₁₀、I₂₀、I₃₀为当时测得的漏电流。R₁、R₂，R₃为已知量。

5.Rx、Ry、Rz之一为0，即发生直接接地的情况，不满足方程(5)，但可通过母线对地电位判别出来。当U₁₁＝U₂₁＝U₃₁＝0，可判Rx＝0；当U₁₂＝U₂₂＝U₃₂＝0，可判Ry＝0；当U₁₃＝U₂₃＝U₃₃＝0，可判Rz＝0。

Claims (7)

1、电力系统直流电源接地电阻三桥臂测量方法，用于测量控制母线、合闸母线和母线负极接地电阻Rx、Ry、Rz；其特征是假定合闸母线正极对地电压为U1，控制母线正极对地电压为U2，大地对母线负极电压为U3。K1是合闸母线对地测量的开关，K2是控制母线对地测量的开关，K3是大地对母线负极测量的开关。当K1闭合，K2、K3断开；K2闭合，K1、K3断开；和K3闭合，K1、K2断开，得到合闸母线正极对地电压三种情况分别为U11、U21、U31；控制母线正极对地电压，三种情况分别为U12、U22、U32；大地对母线负极电压三种情况分别为U13、U23、U33。联立方程(4)通过线性方程运算即可求得Rx、Ry、Rz。

2、根据权利要求1所述的电力系统直流电源接地电阻三桥臂测量方法，其特征是所述电力系统直流电源接地电阻三桥臂测量线性运算的方法是：

1).K₁闭合，K₂、K₃断开，得到：

U₁₁＝I₁₀R₁，U₁₂＝I₁₀R₁-(U_HM-U_KM)，U₁₃＝U_HM-U₁₁    (1)

2).K₂闭合，K₁、K₃断开，得到：

U₂₁＝I₂₀R₂+(U_HM-U_KM)，U₂₂＝I₂₀R₂，U₂₃＝U_KM-U₂₂    (2)

3).K₃闭合，K₁、K₂断开，得到：

U₃₁＝U_HM-U₃₃，U₃₂＝U_KM-U₃₃，U₃₃＝-I₃₀R₃           (3)

4).得到下面的方程式：

$\left\{\begin{array}{c}{U}_{11}/R_x+U_{12}/R_y-U_{13}/R_z=-I_{10}\\ U_{21}/R_x+U_{22}/R_y-U_{23}/R_z=-I_{20}\\ U_{31}/R_x+U_{32}/R_y-U_{33}/R_z=-I_{30}\end{array}\right.---\left(4\right)$

写成矩阵式：

$\left[\begin{array}{ccc}{U}_{11}& U_{12}& -U_{13}\\ U_{21}& U_{22}& -U_{23}\\ U_{31}& U_{32}& -U_{33}\end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{G}_x\\ G_y\\ G_z\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}-I_{10}\\ -I_{20}\\ -I_{30}\end{array}\right]---\left(5\right)$

将(1)，(2)，(3)代入(5)通过线性方程求解可得Gx、Gy、Gz，即可求得Rx、Ry、Rz；其中U_KM，U_HM已测得，I₁₀、I₂₀、I₃₀为当时测得的漏电流。R₁、R₂，R₃为已知量。

3、根据权利要求1所述的电力系统直流电源接地电阻三桥臂测量方法，其特征是电力系统直流电源接地电阻三桥臂测量方法的特殊情况下，是当Rx、Ry、Rz之一为0，即发生直接接地的情况，通过母线对地电位判别出来：当U₁₁＝U₂₁＝U₃₁＝0，可判Rx＝0；当U₁₂＝U₂₂＝U₃₂＝0，可判Ry＝0；当U₁₃＝U₂₃＝U₃₃＝0，可判Rz＝0。

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