CN104749486B - 一种基于剩余电流保护器的it系统单相故障定位方法 - Google Patents

一种基于剩余电流保护器的it系统单相故障定位方法 Download PDF

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Abstract

一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法，步骤S1，在IT系统的电源各相导体与大地之间分别搭接一个与投切开关串联的高功率电阻，并在IT系统与大地之间装设一个用于监测IT系统绝缘状况的绝缘监测装置；步骤S2，当所述绝缘监测装置检测到IT系统的绝缘电阻下降时，依次闭合然后断开电源各相导体与所述高功率电阻之间的投切开关，记录各用电回路上装设的剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；步骤S3，对各用电回路的剩余电流信号进行分析，当第n用电回路测量得到的剩余电流信号明显增大，则第n用电回路为故障回路,该方法能够快速定位故障，同时充分利用了现有系统中装设的剩余电流保护器。

Description

一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法
技术领域
本发明涉及电力系统单相故障定位领域，尤其涉及一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法。
背景技术
按不同的接地形式，可将低压配电系统分为TT、TN和IT系统，在我国，设计人员在规划低压配电系统时偏向于采用TN系统，但TN系统在运行过程中暴露出各种缺陷，例如供电连续性不高，杂散电流腐蚀严重，特别是当设备绝缘老化，发生电击时流过人体的电流易致人死亡。IT系统属于中性点不接地或经高阻抗接地的配电制式，当系统发生单相接地故障或人体触碰带电导体时，故障点或人体仅有微弱的电容电流流过，在保证可靠绝缘监测的情况下，系统可继续运行，所以IT系统在供电连续性上远胜于TN系统。随着低压配电技术的发展，传统三线制IT系统能够配出中性导体，形成配出中性导体的IT系统，这种系统在保留传统IT系统供电可靠性和安全性高的优点的同时，能够在不装设降压变压器的情况下引出单相220V电源供照明、控制等回路用电，使系统的运行更加经济。虽然绝缘监测装置(Insulation Monitoring Device，IMD)能够在IT系统发生单相接地故障时发出声、光报警，但仍需要对故障进行排查，目前的做法是人工排查，即维护人员对可能发生故障的设备或线路进行逐个排查。该做法存在以下缺陷：一是故障排查速度较慢；二是容易造成电击事故，因为故障未排除时，维护人员可能因为操作不当而触碰到带电导体进而形成相间短路回路，导致流过人体的电流超过安全阈值，轻则保护开关迅速跳闸，人体遭受一次点击痛苦，重则保护开关灵敏度不够而拒动，人体触电死亡。
发明内容
本发明鉴于上述情况而作出，其目的是提供一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法，能够快速定位故障，提高了系统的自动化维护、管理水平与运行安全性，同时充分利用了现有系统中装设的剩余电流保护器(Residual CurrentprotectiveDevice，RCD)，节约了建设成本。
本发明提供一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法，包括步骤：
步骤S1，在IT系统的电源各相导体与大地之间分别搭接一个与投切开关串联的高功率电阻，并在IT系统与大地之间装设一个用于监测IT系统绝缘状况的绝缘监测装置。
步骤S2，当所述绝缘监测装置检测到IT系统的绝缘电阻下降时，IT系统进入故障定位状态，依次闭合然后断开电源各相导体与所述高功率电阻之间的投切开关，使装设在故障回路上的剩余电流保护器能够检测到剩余电流信号，并记录各用电回路上装设的剩余电流保护器检测到的剩余电流信号。
步骤S3，对各用电回路的剩余电流信号进行分析，当第n用电回路测量得到的剩余电流信号明显增大，则第n用电回路为故障回路,若故障回路的剩余电流信号在投切开关Ki闭合时消失，则第i相为故障相。
其中，所述电源各相导体包括：L1、L2、L3相和N线导体。与L1、L2、L3相和N线导体对应的投切开关分别为K1、K2、K3和K4，分别与所述投切开关K1、K2、K3和K4串联的所述高功率电阻为R1、R2、R3和R4。
进一步地，步骤S2中，所述依次闭合然后断开电源各相导体与所述高功率电阻之间的投切开关，使装设在故障回路上的剩余电流保护器能够检测到剩余电流信号，并记录各用电回路上装设的剩余电流保护器检测到的剩余电流信号包括：
闭合K1，保持K2、K3、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K1，闭合K2，保持K3、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K2，闭合K3，保持K1、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K3，闭合K4，保持K1、K2断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号。
进一步地，步骤S3之后，还包括：对所述故障回路剩余电流的时域信号进行提取并分析，若Ki闭合期间，所述故障回路的剩余电流信号消失，则所述故障回路的第i相发生故障。
其中，所述i的取值为1,2,3或4，分别与L1、L2、L3相和N线导体对应。
进一步地，通过上位机对每个用电回路的剩余电流信号进行实时采集和分析。
进一步地，步骤S2中，当所述绝缘监测装置检测到IT系统的绝缘电阻下降时，IT系统进入故障定位状态，所述上位机发出指示信号，控制K1至K4依次闭合、断开，并实时采集各个用电回路的剩余电流信号。
进一步地，步骤S3中，通过所述上位机对各用电回路的剩余电流信号进行分析，当第n用电回路测量得到的剩余电流信号明显增大，则所述上位机判断第n用电回路为故障回路。
根据本发明，提供了一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法，能够快速定位故障，提高了系统的自动化维护、管理水平与运行安全性，同时充分利用了现有系统中装设的剩余电流保护器，节约了建设成本。
附图说明
图1是本发明的一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法的流程示意图；
图2是本发明的一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法的原理图；
图3是本发明的实施例中第一组故障回路的仿真波形；
图4是本发明的实施例中第二组故障回路的仿真波形；
图5是本发明的实施例中第三组故障回路的仿真波形。
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了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明提供一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法，能够快速定位故障，提高了系统的自动化维护、管理水平与运行安全性，同时充分利用了现有系统中装设的剩余电流保护器，节约了建设成本。
图1是本发明的一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法的流程示意图。
如图1所示，一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法，包括以下步骤：
步骤S1，在IT系统的电源各相导体与大地之间分别搭接一个与投切开关串联的高功率电阻，并在IT系统与大地之间装设一个用于监测IT系统绝缘状况的绝缘监测装置。
所述电源各相导体包括：L1、L2、L3相和N线导体。与L1、L2、L3相和N线导体对应的投切开关分别为K1、K2、K3和K4，分别与所述投切开关K1、K2、K3和K4串联的所述高功率电阻为R1、R2、R3和R4。
步骤S2，当所述绝缘监测装置检测到IT系统的绝缘电阻下降时，IT系统进入故障定位状态，依次闭合然后断开电源各相导体与所述高功率电阻之间的投切开关，使装设在故障回路上的剩余电流保护器能够检测到剩余电流信号，并记录各用电回路上装设的剩余电流保护器检测到的剩余电流信号。
当所述绝缘监测装置检测到IT系统的绝缘电阻下降时绝缘监测装置通知上位机对每个用电回路的剩余电流信号进行实时采集和分析，上位机发出指示信号，控制K1至K4依次闭合、断开，并实时采集各个用电回路的剩余电流信号，具体包括：
闭合K1，保持K2、K3、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K1，闭合K2，保持K3、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K2，闭合K3，保持K1、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K3，闭合K4，保持K1、K2断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号。
步骤S3，对各用电回路的剩余电流信号进行分析，当第n用电回路测量得到的剩余电流信号明显增大，则第n用电回路为故障回路。
通过上位机对各用电回路的剩余电流信号进行分析，当第n用电回路测量得到的剩余电流信号明显增大，则上位机判断第n用电回路为故障回路。
进一步地，步骤S3之后，还包括：对所述故障回路剩余电流的时域信号进行提取并分析，若Ki闭合期间，所述故障回路的剩余电流消失，则所述故障回路的第i相发生故障。
其中，所述i的取值为1,2,3或4，分别与L1、L2、L3相和N线导体对应。
图2是本发明的一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法的原理图。
如图2所示，负载从母线上引出多个用电回路，每个用电回路上装设一个用于防范电击事故的RCD，其中用电回路#1对应RCD1，用电回路#2对应RCD2，用电回路#3对应RCD3。电源各相导体与大地之间分别搭接开关Ki(i＝1，2，3，4)以及与开关串联的电阻Ri(i＝1，2，3，4)。
当用电回路#2发生L2相碰壳故障时，IMD发出绝缘报警，上位机收到该报警后发出指示信号，控制K1至K4的依次闭合、断开，并实时监测各个回路RCD的剩余电流信号，具体包括：
闭合K1，保持K2、K3、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K1，闭合K2，保持K3、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K2，闭合K3，保持K1、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K3，闭合K4，保持K1、K2断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号。
因为是用电回路#2发生L2相碰壳故障，所以当断开K1，闭合K2，保持K3、K4断开时，剩余电流保护器检测到的剩余电流信号明显变大。剩余电流信号的大小随Ri的变化而变化，当R1＝R2＝R3＝R4＝85kΩ时，形成的剩余电流信号Id＝380/85000＝20mA<30mA，此时，RCD2能检测到Id而且不会对系统的用电安全造成影响，同时，其他回路的RCD无法检测到剩余电流信号，说明是用电回路#2发生故障。因为当K2闭合时剩余电流信号消失，所以是与K2对应的L2相发生故障。所以最终判断是用电回路#2的L2相发生了故障。
实施例
使用MATLAB对定位方法进行仿真计算。设置R1＝R2＝R3＝R4＝25kΩ，0s时投入故障接地电阻，仿真总时长设置为0.2s，0至0.05s内K1保持闭合；0.05s时刻K1断开，K2闭合；0.1s时刻K2断开，K3闭合；0.15s时刻K3断开，K4闭合；0.2s时刻K4断开。设置三组故障，第一组：#1用电回路L1相接地；第二组：#2用电回路N线接地；第三组：#3用电回路L2相接地。每组仿真波形从上到下的三个波形分别为#1、#2和#3用电回路的剩余电流信号波形。当开始投切开关时，剩余电流信号明显增大的回路为故障回路，在Ki(i＝1，2，3，4)闭合期间，故障回路的剩余电流信号消失，则对应第i相导体故障，其中i的取值为1,2,3或4，分别与L1、L2、L3相和N线导体对应。
图3是本发明的实施例中第一组故障回路的仿真波形。
图4是本发明的实施例中第二组故障回路的仿真波形。
图5是本发明的实施例中第三组故障回路的仿真波形。
如图3，图4和图5所示，分别记录各个回路的剩余电流信号，图中横坐标为时间(单位：s)，纵坐标为剩余电流信号(单位：A)。
图3中，#1用电回路的剩余电流信号明显增大，并且0至0.05s内剩余电流信号消失，说明是#1用电回路的L1相发生故障。
图4中，#2用电回路的剩余电流信号明显增大，并且0.15至0.2s内剩余电流信号消失，说明是#2用电回路的N线导体发生故障。
图5中，#3用电回路的剩余电流信号明显增大，并且0.05至0.1s内剩余电流信号消失，说明是#3用电回路的L2相发生故障。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (3)

1.一种基于剩余电流保护器的IT系统单相故障定位方法，其特征在于，包括步骤：
步骤S1，在IT系统的电源各相导体与大地之间分别搭接一个与投切开关串联的高功率电阻，并在IT系统与大地之间装设一个用于监测IT系统绝缘状况的绝缘监测装置；
步骤S2，当所述绝缘监测装置检测到IT系统的绝缘电阻下降时，IT系统进入故障定位状态，依次闭合然后断开电源各相导体与所述高功率电阻之间的投切开关，使装设在故障回路上的剩余电流保护器能够检测到剩余电流信号，并记录各用电回路上装设的剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
步骤S3，对各用电回路的剩余电流信号进行分析，当第n用电回路测量得到的剩余电流信号明显增大，则第n用电回路为故障回路,若故障回路的剩余电流信号在投切开关Ki闭合时消失，则第i相为故障相；
所述电源各相导体包括：L1、L2、L3相和N线导体；与L1、L2、L3相和N线导体对应的投切开关分别为K1、K2、K3和K4；分别与所述投切开关K1、K2、K3和K4串联的所述高功率电阻为R1、R2、R3和R4；
步骤S2中，所述依次闭合然后断开电源各相导体与所述高功率电阻之间的投切开关，使装设在故障回路上的剩余电流保护器能够检测到剩余电流信号，并记录各用电回路上装设的剩余电流保护器检测到的剩余电流信号包括：
闭合K1，保持K2、K3、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K1，闭合K2，保持K3、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K2，闭合K3，保持K1、K4断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
断开K3，闭合K4，保持K1、K2断开，记录剩余电流保护器检测到的剩余电流信号；
步骤S3之后，还包括：对所述故障回路剩余电流信号进行提取并分析，若Ki闭合期间，所述故障回路的剩余电流信号消失，则所述故障回路的第i相发生故障；
所述i的取值为1,2,3或4，分别与L1、L2、L3相和N线导体对应。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过上位机对每个用电回路的剩余电流信号进行实时采集和分析；步骤S2中，当所述绝缘监测装置检测到IT系统的绝缘电阻下降时，IT系统进入故障定位状态，所述上位机发出指示信号，控制K1至K4依次闭合、断开，并实时采集各个用电回路的剩余电流信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S3中，通过所述上位机对各用电回路的剩余电流信号进行分析，当第n用电回路测量得到的剩余电流信号明显增大，则所述上位机判断第n用电回路为故障回路。
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