CN103245892B - 小电流接地选线装置的接地选线方法 - Google Patents

Abstract

本发明所述的小电流接地选线装置及其选线方法，与现有技术相比解决了无法准确判断故障出线的缺陷。本发明包括晶振、通信单元、主控制芯片和与主控制芯片相连的高精度电能计量芯片，所述的通信单元与主控制芯片相连，所述的晶振与高精度电能计量芯片相连，还包括门电路，所述的高精度电能计量芯片通过门电路连接零序电流互感器。本发明选线准确率高，大于98%，选线装置采用半波采样，确保选线时间不大于10ms，节约了选线时间。

Description

小电流接地选线装置的接地选线方法

技术领域

本发明涉及小电流接电系统领域，具体来说是一种小电流接地选线装置的接地选线方法。

背景技术

我国电力6-35kV系统采用中性点不接地的属于小电流接地系统。这种运行方式供电可靠性和安全性均较高，单相接地时可以短时间带故障运行，但过电压水平较高，对系统的绝缘威胁较大，一般用于架空线路和网络较小的系统。随着网络规模的扩大、电缆出线的增多及线路同覆电缆的使用，系统的容性电流也相应增大，单相接地后流经故障点的电流同时增大，弧光不易熄灭，由此产生的弧光过电压和谐振过电压均较高，对系统将产生严重的危害，若不及时排除故障就会使故障进一步扩大。中性点不接地系统发生单相接地时出线零序电流发生变化，故障出线的零序电流大小是所有非故障出线的零序电流之和，故障出线的零序电流的正弦波方向和非故障出线的零序电流的方向相反。现有的小电流接地选线装置无法准确的确定故障出线，同时选线时间长。特别是目前的小电流接地选线方法，如图2所示，传统的小电流选线装置采样方法为最大增量法采样，即从电流过零点开始采样，过5ms取第一个电流值I₁，再过20ms取第二个电流值I₂，再过20ms取第三个电流值I₃，连续取3个电流值，把取到的电流值输入的中央运算模块进行求平均值，这种方法采样时间就达到60ms。然后把所有的出线的零序电流值输入到中央运算模块进行比较电流值最大的出线为故障回路，同时把计算比较的结果输出到后台，起到报警作用。但是中性点不接地系统在发生单相接地故障时会发生高频振荡。弧光接地故障引发系统高倍过电压，系统的谐振激励能量也很大，弧光接地故障在初始阶段0.2--2s为高频振荡阶段，频率为300--3000HZ，这时流经故障点的电流很大，能达到数百安培，对系统的危害很大。2--10s之间一般为稳定性弧光接地，这时流经故障的电流为系统容性电流的80％，这时弧光过电压倍数最高。10s以后基本上变成金属性接地，这时系统流经故障点的电流为容性电流，基本上没有过电压。如图3所示，在这种方式下的小电流选线装置采样还采用最大增量法时，采样所取到的电流就不是实际出线的零序电流，所以无法真正选出故障出线零序电流最大值，也就无法真正选出故障出线。如何开发出一种可以准确的确定故障出线的小电流接地选线装置和选线方法已经成为急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中无法准确判断故障出线的缺陷，提供一种小电流接地选线装置的接地选线方法来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

小电流接地选线装置，包括晶振、通信单元、主控制芯片和与主控制芯片相连的高精度电能计量芯片，所述的通信单元与主控制芯片相连，所述的晶振与高精度电能计量芯片相连，还包括门电路，所述的高精度电能计量芯片通过门电路连接零序电流互感器。

还包括数据存储单元，所述的数据存储单元与主控制芯片相连。

还包括时钟芯片，所述的时钟芯片与主控制芯片相连。

还包括人机接口，所述的人机接口与主控制芯片相连。

所述的主控制芯片为STM32F，高精度电能计量芯片为ATT7022A,通信单元为RS232/485,晶振为24.576M，数据存储单元为PM24C64。

小电流接地选线方法，第一步，进行半波采样，即从任意一点电流开始采样，从正弦波每1度角取一个电流值，连续取180个电流值，同时确保选线时间不大于10ms，此时正好一个半波；

第二步，对采集到的电流值采用平方和求根算法，即

$I_{01}=\frac{\sqrt{{I_1}^2+{I_2}^2+{I_3}^2+...+{I_{180}}^2}}{180},$

I01为第一条出线的零序电流的值，第二条出线的零序电流值为I02，第二条出线的零序电流值为I03，依次算出；

第三步，对所有出线的零序电流值进行比幅，即比较零序电流值的大小，从中取出零序电流值最大的三个点；

第四步，对零序电流值最大的三个点进行比相，即把零序电流的方向进行比较，若某一个零序电流正弦波与其他的零序电流正弦波方向相反，则为故障出线。

有益效果

本发明的一种小电流接地选线装置的接地选线方法，与现有技术相比选线准确率高，大于98％，选线时间短。选线装置采用半波采样，确保选线时间不大于10ms，节约了选线时间。采样输入采用逻辑门电路技术确保采样数据进入中央运算模块的准确无时序差，不会因时序差而影响采样数据精确度。比幅采用平方和求根算法再结合比相技术确保选线准确率达98％以上，远远超出国家标准选线准确率60％。

附图说明

图1为本发明小电流接地选线装置的结构示意图

其中，1-主控制芯片、2-高精度电能计量芯片、3-晶振、4-门电路、5-零序电流互感器、6-三相电流、7-通信单元、8-数据存储单元、9-时钟芯片、10-人机接口、11-键盘、12-LCD。

图2为传统选线采样方法的出线零序电流波形图

图3为实际故障时出线零序电流波形图

图4为本发明小电流接地选线方法在故障时采样零序电流波形图

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1所示，一种小电流接地选线装置，包括晶振3、通信单元7、主控制芯片1和与主控制芯片1相连的高精度电能计量芯片2，所述的通信单元7与主控制芯片1相连，所述的晶振3与高精度电能计量芯片2相连，还包括门电路4，所述的高精度电能计量芯片2通过门电路4连接零序电流互感器5。通信单元7外接后台处理系统，用于设备报警使用。零序电流互感器5外接三相电流6，用于测试零序电流使用。根据实际需要为实际需要的多个零序电流互感器。门电路4的作用是把采样得到的180个电流值通过门电路4一次性输入到主控制芯片1进行运算处理。因电流是正弦波，大小随时间而发生变化，门电路4可以多路同时一次性比较电流大小，采用并行32路比较法，准确无时序差，这样取样十分准确，不再需要一位一位的进行输入，提高了速度。

还包括数据存储单元8、时钟芯片9、人机接口10，所述的数据存储单元8与主控制芯片1相连，用于存储系统的相关信息记录。所述的时钟芯片9与主控制芯片1相连，为装置提供时间。所述的人机接口10与主控制芯片1相连，外接键盘11和LCD12,用于人机交互式处理。所述的主控制芯片1型号为STM32F，高精度电能计量芯片2型号为ATT7022A,通信单元7型号为RS232/485,晶振3型号为24.576M，数据存储单元8型号为PM24C64。

如图4所示，一种小电流接地选线方法，第一步，进行半波采样，即从任意一点电流开始采样，从正弦波每1度角取一个电流值，连续取180个电流值，同时确保选线时间不大于10ms，此时正好一个半波，确保了选线时间不大于10ms。

第二步，对采集到的电流值采用平方和求根算法，即

$I_{01}=\frac{\sqrt{{I_1}^2+{I_2}^2+{I_3}^2+...+{I_{180}}^2}}{180},$

I01为第一条出线的零序电流的值，第二条出线的零序电流值为I02，第二条出线的零序电流值为I03，依次算出。

第三步，对所有出线的零序电流值进行比幅，即比较零序电流值的大小，从中取出零序电流值最大的三个点。根据数学建模在最高频率为3000Hz时半波采样为30个点时，就可满足每个振荡周波可以取到一个点，而智能型高准确率小电流接地选线装置在半波采样180个点，采样准确率99％以上。

第四步，对零序电流值最大的三个点进行比相，即把零序电流的方向进行比较，因故障出线的零序电流正弦波滞后90度，非故障出线的零序电流正弦波超前90度，这样故障出线的零序电流正弦波和非故障出线的零序电流正弦波相差180度，正好方向相反。若某一个零序电流正弦波与其他的零序电流正弦波方向相反，则为故障出线。通过门电路记相的电流大小和相位均一一比较出来。

本发明在实际使用时，通过各出线的零序电流互感器5采样各出线零序电流，把零序电流信号输入到门电路4。门电路4把采样到的各出线零序电流信号转换成高精度电能计量芯片2识别的信号并把信号输入到高精度电能计量芯片2，高精度电能计量芯片2对收到的信号进行运算处理，把处理的结果输入到主控制芯片1。主控制芯片1把接收到的运算结果进行对比处理得出故障出线，把得出的工作信息通过通信单元7送到后台报警。同时，时钟芯片9把装置和外设时间统一，数据存储单元8把故障信息、装置的基本数据保存，以便查询和更改设置。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (5)

1.一种小电流接地选线装置的接地选线方法，包括晶振（3）、通信单元（7）、主控制芯片（1）和与主控制芯片（1）相连的高精度电能计量芯片（2），所述的通信单元（7）与主控制芯片（1）相连，所述的晶振（3）与高精度电能计量芯片（2）相连，还包括门电路（4），所述的高精度电能计量芯片（2）通过门电路（4）连接零序电流互感器（5）；其特征在于，所述小电流接地选线装置的接地选线方法包括以下步骤：

第一步，进行半波采样，即从任意一点电流开始采样，从正弦波每1度角取一个电流值，连续取180个电流值，同时确保选线时间不大于10ms，此时正好一个半波；

第二步，对采集到的电流值采用平方和求根算法，即

I01为第一条出线的零序电流的值，第二条出线的零序电流值为I02，第二条出线的零序电流值为I03，依次算出；

第三步，对所有出线的零序电流值进行比幅，即比较零序电流值的大小，从中取出零序电流值最大的三个点；

第四步，对零序电流值最大的三个点进行比相，即把零序电流的方向进行比较，若某一个零序电流正弦波与其他的零序电流正弦波方向相反，则为故障出线。

2.根据权利要求1所述的小电流接地选线装置的接地选线方法，其特征在于：还包括数据存储单元（8），所述的数据存储单元（8）与主控制芯片（1）相连。

3.根据权利要求1所述的小电流接地选线装置的接地选线方法，其特征在于：还包括时钟芯片（9），所述的时钟芯片（9）与主控制芯片（1）相连。

4.根据权利要求1所述的小电流接地选线装置的接地选线方法，其特征在于：还包括人机接口（10），所述的人机接口（10）与主控制芯片（1）相连。

5.根据权利要求4所述的小电流接地选线装置的接地选线方法，其特征在于：所述的主控制芯片（1）为STM32F，高精度电能计量芯片（2）为ATT7022A,通信单元（7）为RS232/485,晶振（3）为24.576M，数据存储单元（8）为PM24C64。