CN105676059A - 接地故障检测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种接地故障检测方法及装置，该方法包括：主站系统计算发生单相接地故障时线路瞬间对地放电暂态电流定值，将各分支线路的单相接地故障暂态电流定值发送给对应的智能终端；每个智能终端实时监测所在分支线路相线单相接地故障时暂态电流值，判断暂态电流值是否大于单相接地故障暂态电流定值，若大于，同时检测并判断所在分支线路上的电压下降比例或下降幅度是否大于对应的定值，若大于对应的定值时，确定发生单相接地故障。该方法实现了配电线路单相接地故障时的故障线路对地瞬间放电暂态电流的预知能力，确保对输配电线路发生单相接地故障时对暂态电流可靠的高速采集和计算，从根本上解决单相接地故障检测的可靠性、准确性。

Description

接地故障检测方法及装置

技术领域

本发明涉及电力技术领域，特别是涉及一种中性点非接地输配电系统单相接地故障检测方法及装置。

背景技术

国10KV配电网系统主要以中性点非接地系统(俗称小电流系统，Y/Δ结构)为主，当线路发生单相接地故障时，线路对称性能保持不变，负荷电流基本不变，线路可继续运行不超过两个小时。但故障相电压下降，正常相电压升高√3倍，严重威胁配电设备的绝缘性能，并易于造成设备绝缘击穿导致相间短路故障的发生，因此配电网管理单位一般都采取一旦发生单相接地故障即停电的措施以避免事故放大，这又严重影响了供电质量，越来越不适应国民经济发展的需要。

单相接地故障占配电线路尤其架空线路故障的比例超过80％，快速、可靠、准确地检测并排除单相接地故障对提高供电效率和质量有极为重要的意义。传统上国内外均没有有效的手段及时、准确地检测单相接地故障，20世纪90年代以后国内出现单相接地故障选线装置(找到故障线路，但不能定位)因为设计原理、方法存在重大缺陷，目前已全部停止运行；近年来出现的故障指示器或故障寻址器产品基本上没有单相接地故障检测功能，或者即使有，但经最近10年运行的现状来看，没有任何准确、可靠性可言，因此单相接地故障的检测一直是一个世界性难题，怎样快速找到单相接地故障点是当今迫切需要的问题。

传统的首半波法、五次谐波法经证明是无效的。

近年来，国内外将小波法应用在了单相接地故障检测上，小波法的实质就是就是单相接地故障发生时产生的暂态信号进行分析，但因为配电网线路的极其复杂性，不同的线路、同一线路运行的不同阶段、不同的地理环境、不同的运行管理方式、甚至不同的气候都会对暂态信号的分析带来不利影响，小波法虽然取得了一定成果，方向也基本正确，但误告警或漏告警的现象非常严重，仍然没有从根本上解决问题。

近年来另一个方法即信号注入法也得到了局部应用，信号注入法就是利用高压设备为线路注入一个特定信号，这个信号只流经故障线路，通过检测这一信号来判断单相接地故障。这个方法也取得了一定的效果，但因为需要特定的信号源，这个信号源不仅安装、维护非常困难，价格昂贵，更致命的是会给配电网带来严重的安全隐患，因此无法得到推广和普及。

发明内容

本发明实施例中提供了一种接地故障检测方法及装置，以对接地故障进行准确检测。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一种接地故障检测方法，应用于电力系统，所述电力系统包括：设置在输配电网主干线路、各分支线路线缆上的智能终端、无线通信装置以及通过所述无线通信装置与所述智能终端进行通信的主站系统，该方法包括：

所述主站系统建立输配电线路模型并计算输配电网各分支线路的单相接地故障暂态电流定值，并将所述单相接地故障暂态电流定值和接地相电压下降比例和下降幅度定值通过所述无线通信装置将各分支线路的单相接地故障暂态电流定值发送给所监测分支线路对应的智能终端；

每个智能终端监测所在分支线路的暂态电流值，并判断所述暂态电流值是否大于所述单相接地故障暂态电流定值，若大于，检测所在分支线路上的电压的下降比例或下降幅度，并判断所述下降比例或下降幅度是否大于定值，当所述下降比例或下降幅度大于定值时，确定发生单相接地故障。

可选地，所述方法还包括：

所述智能终端在确定单相接地故障后，生成故障报警信号并将所述故障报警信号并通过无线通信装置发送给所述主站系统。

可选地，所述主站系统建立输配电线路模型并计算输配电网各分支线路的单相接地故障暂态电流定值，包括：

所述主站系统获取预先设置输配电网各线路的线路参数，所述线路参数包括：线路结构、负载分布和导线规格；

所述主站系统生成采集信号并通过所述无线通信装置发送给所有所述智能终端，接收所有所述智能终端通过对应的无线通信装置接收发送的环境参数；

所述主站系统根据所述线路参数以及所述环境参数建立单相接地故障数学与物理定值模型，并利用所述单相接地故障数学与物理定值模型，计算输配电网各线路的单相接地故障暂态电流定值。

可选地，，所述单相接地故障数学与物理定值模型为：

$i_{p\max }=I_{\mathrm{cm}}\frac{1}{100\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{1}{L_{0}C}}{e}^{-\frac{R_0}{8}\sqrt{\frac{C}{L_0}}}$

其中：i_pmax单相接地故障暂态电流定值，I_cm是电容稳态电流的幅值，L₀为线路电感，C为线路对地分布电容，R₀为导线电阻。

可选地，所述智能终端监测所在分支线路出现电暂态电流突变时的接地相对地瞬间放电暂态电流信号，包括：

所述智能终端将接收到的单相接地故障暂态电流定值转换后且分压得到基准电压；

所述智能终端检测所在线路上感应到的暂态信号的电流信号，并判断所述暂态电流信号形成的暂态电压是否大于所述基准电压，当所述暂态信号的电压大于所述基准电压时，开始对所在线路线路进行高速采样，并获得接地相实时暂态电流值。

一种接地故障检测系统，用于电力系统，包括：主站系统、多个无线通信装置和多个智能终端，其中，

多个所述智能终端分别设置在输配电网各分支线路上；

所述无线通信装置安装在输配电网线路支架上，并且所述无线通信装置对应多个所述智能终端相对应，用于通过无线方式与多个所述智能终端进行数据交互；

所述主站系统通过无线方式相连接与所有无线通信装置进行数据交互，所述主站系统，用于计算输配电网各分支线路的单相接地故障暂态电流定值，并将所述单相接地故障暂态电流定值通过所述无线通信装置将各分支线路的单相接地故障暂态电流定值发送给对应的智能终端；

每个智能终端，用于监测所在分支线路出现电流突变时的最大突变增量，并判断所述最大突变增量是否大于所述单相接地故障暂态电流定值，若大于，检测所在分支线路上的电压的下降比例，并判断所述下降比例是否大于千伏，当所述下降比例大于千伏时，确定发生单相接地故障。

可选地，所述智能终端包括：接地故障报警模块，所述接地故障报警模块用于在确定单相接地故障后，生成故障报警信号并将所述故障报警信号通过无线通信装置发送给所述主站系统。

可选地，所述主站系统包括：

线路参数获取模块，用于获取预先设置输配电网各线路的线路参数，所述线路参数包括：线路结构、负载分布和导线规格；

采集信号生成模块，用于生成采集信号并通过所述无线通信装置发送给所有所述智能终端；

所述智能终端包括：

采集模块，用于根据所述采集信号获取所在分支线路上的环境参数，并将所述环境参数通过所述无线通信模块发送给所述主站系统，所述所述环境参数包括：地理信息、气候信息、温度信息、湿度信息和光照信息；

所述主站系统还包括：

模型建立模块，用于根据所述线路参数以及所述环境参数建立单相接地故障数学与物理定值模型；

定值计算模块，用于利用所述单相接地故障数学与物理定值模型，计算输配电网各线路的单相接地故障暂态电流定值；

定值发送模块，用于将将所述单相接地故障暂态电流定值通过所述无线通信装置将各分支线路的单相接地故障暂态电流定值发送给对应的智能终端。

可选地，所述智能终端还包括：

定值转换电路，用于将所述单相接地故障暂态电流定值转换成电压信号；

分压电路，用于对所述电压信号进行分压得到基准电压；

暂态信号感应电路，用于检测所在线路上感应到的暂态信号的电压；

比较器，用于将所述暂态信号的电压与所述基准电压进行比较，并且当所述暂态信号的电压大于所述基准电压时，生成暂态电流信号越限信号；

高速A/D采样电路，用于对所述暂态信号感应电路感应的暂态信号的电压进行A/D转换，得到数字信号；

微处理器，用于根据所述暂态电流信号越限信号控制所述A/D采样电路进行A/D转换，并判断所述数字信号中暂态信号的峰值是否大于所述单相接地故障暂态电流定值，并且当大于所述单相接地故障暂态电流定值，确定出现发生接地故障。

由以上技术方案可见，本发明实施例提供的该方法，基于全网分析的输配电网单相接地故障检测方法由于建立了输配电网各线路所有物理参数的模型以及数学模型(算法)，获得了各线路的暂态电流信号峰值(定值)，并且基于无线通信技术将这些定值下发给了安装在各配电线路上的智能终端，相比于同类产品，智能终端实现了配电线路暂态电流峰值的预知能力，确保了暂态电流峰值的高速、准备采集和计算，从根本上解决了单相接地故障检测的可靠性、准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种场景示意图。

图2为本申请实施例提供的一种模拟示意图。

图3为本申请实施例提供的一种接地故障检测方法的流程示意图。

图4为本申请实施例提供的输配电网发生单相接地故障时等效回路的示意图。

图5为图3中步骤S101的详细流程示意图。

图6为图3中步骤S103的详细流程示意图。

图7为本申请实施例提供的智能终端的电路示意图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1为本申请实施例提供的一种场景示意图。

图中1为智能终端，2为无线通信装置，3为系统主站，其中，智能终端1安装在输配电网各线路(包括主干线路、分支线路等)上，用于检测线路状态，以及环境参数，其中：线路状态包括电压变化和电流变化，环境参数包括：地理信息、气候信息、温度信息、湿度信息和光照信息。

无线通信装置2设置在线路的线杆上，智能终端1可以通过无线通信方式与无线通信装置2之间相连接，并且无线通信装置2通过无线通信方式与主站系统相连接，无线通信方式可以包括：GPRS等，使得智能终端1可以通过无线通信装置2与系统主站3之间传输数据。例如：智能终端1可以将采集到的数据通过无线通信装置2上传给系统主站3，系统主站3可以将下发的指令通过无线通信装置2发送给智能终端1。

在具体应用中，多个智能终端1可以共用一个无线通信装置2，例如图1所示，图中有三个线杆，并且设置有9个智能终端1，但仅在其中一个线杆上设置有一个无线通信装置2。

图2为本申请实施例提供的一种模拟示意图。如图2所示，图中以四个分支线路为例，分别为：I、II、III和IV四个分支线路，在每个分支线路的每一相线路上都设置有智能终端1，并且每相线路与地之间形成一个对地分布电容，例如：图中的C_a1、C_b1和C_c1。

图3为本申请实施例提供的一种中性点非接地输配电系统单相接地故障检测方法的流程示意图。

如图3所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤S101：主站系统建立输配电线路模型并计算输配电网各分支线路的单相接地故障暂态电流定值。

暂态信号就是输配电网发生单相接地故障瞬间发生的配电线路分布电容对单相接地点的放电信号，这一信号具有周期性的衰减震荡特性，峰值非常尖锐，衰减非常快，而且单相接地故障是随机的，因此无法以通用的数字采样或数字信号处理技术(比如傅立叶变化)来捕获这一暂态(瞬变)过程。

在本申请实施例中，要想建立判断输配电网单相接地故障的暂态信号分析用数学和物理模型，则必须结合输配电网的特点建立算法。由于暂态信号是配电线路分布电容对接地故障点放电产生的，因此必须建立输配电网的电容放电电流振荡模型。

图4为本申请实施例提供的输配电网发生单相接地故障时等效回路的示意图。

如图4所示，图中，L、R_L为消弧线圈等效电感和绕组电阻。R₀、L₀为为配电线路以及感性负载的参数，对已经线路来说，R₀、L₀是常数；C为配电线路对地分布电容。

发生单相接地故障时，回路处于自由震荡衰减过程，频率一般比较高，衰减过程结束后，趋于稳定。考虑到消弧线圈的电感L﹥﹥L₀，所以图中的L、R_L在分析暂态信号时不予考虑，利用R₀、L₀、C组成的串联回路和作用其上的零序正弦电源U₀(配电变压器输出电源)，可确定暂态电流信号为：

其中，时，回路电流的暂态过程才具有周期性的震荡及衰减特性；当时，回路电流具有非周期性的震荡衰减特性，并逐渐趋于稳定状态。

因为通常线路的波阻抗为250～500Ω，同时故障点的接地过渡电阻比较小，一般满足条件，所以电容电流具有周期性的衰减特性，架空线路自由震荡频率一般为250～2000Hz；电缆线路因为分布电感远小于架空线路，但分布电容(对地电容)远大于架空线路，故障暂态电容电流的震荡频率更高，衰减过程更短，其自由震荡频率一般为1000～4000Hz。

因为暂态电容电流i_C由自由震荡分量i_p和稳态工频分量i_s两部分组成的，利用t＝0时，i_p+i_s＝0这一初始条件和幅值Icm＝UpwC的关系，经过拉式变换获得：

$\mathrm{\δ}=\frac{1}{{\mathrm{\τ}}_C}=\frac{R_0}{2{:L}_0}$

公式中，I_cm是电容稳态电流的幅值，ω_f暂态电流自由震荡分量的角频率，δ为震荡频率的衰减系数，τ_c为回路的时间常数，ω为工频角频率，为单相接地发生时的相位角度。

根据公式(1-1)，当单相接地故障发生在故障相电压峰值时，即时，电容电流自由振荡分量的振幅出现最大值i_pmax：

$i_{p\max }=I_{\mathrm{cm}}\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{\mathrm{\ω}}{e}^{-\frac{{\mathrm{\τ}}_f}{4{\mathrm{\τ}}_c}}---(1-2).$

由于比较大，因此单相接地故障暂态电流峰值i_pmax比较大。

自由震荡角频率ω_f与回路的固有振荡频率的关系可表达为：

${\mathrm{\ω}}_f=\sqrt{{\mathrm{\ω}}^2-{\mathrm{\δ}}^2}=\sqrt{\frac{1}{L_{0}C}-{\left(\frac{R_0}{2L_0}\right)}^2},$ 由于 $\frac{1}{L_{0}C}>>\frac{R_0}{2L_0},$ 因此 ${\mathrm{\ω}}_f\≈\sqrt{\frac{1}{L_{0}C}},$ $T_f=\sqrt{L_{0}C}.$

由公式(1-2)可以看出：

$i_{p\max }=I_{\mathrm{cm}}\frac{{\mathrm{\ω}}_f}{\mathrm{\ω}}{e}^{-\frac{T_f}{4T_c}}=\frac{1}{100\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{1}{L_{0}C}}{e}^{-\frac{R_0}{8}\sqrt{\frac{C}{L_0}}},---(1-3)$

很显然，根据公式(1-3)，可以看到只要知道电容稳态电流的幅值I_cm，线路电感L₀，线路对地分布电容C，就可以准确计算出单相接地故障暂态电流峰值i_pmax的值，从而可以全网分析输配电网各线路的暂态电流信号i_pmax1、i_pmax2、i_pmax3、i_pmax4……，从而建立了基于全网暂态电流变化规律的物理模型，即单相接地故障数学与物理定值模型。

而这些参数中可以依据以下方式得到：

(1)、线路电感L₀：

根据配线线路的各用户变压器、感性负载的标称电感值很容易得到；

(2)、导线电阻：

根据导线的规格(如直径、长度、材料)利用电阻率计算公式获得：

ρ是导线导体部分的电阻率，L为导线长度，S为导线截面积；

(3)、线路对地分布电容：

①、架空线路：

C＝K1L，单位为F(法拉)

K1是架空线路分布电容计算系数，L为架空线路长度，单位为km。K1根据架空线路的高度、地理环境、天气变化等因数计算获得。在本申请实施例中，采用的是经验公式：

$K_1=a*\frac{2.7}{\mathrm{\π}}*{10}^{-6}---(1-4),$

其中，a由导线直径、导线材料、接地环境、天气决定；

②、电缆线路

C＝K₂L，单位为F

其中，K2是电缆线路分布电容计算系数，L为电缆线路长度，单位km。电缆线路由于走布线不外露，因此受环境、天气的影响比较小，因此K2主要由电缆线路的截面积、长度，通用的K2系数计算经验公式如下：

$K_2=\frac{95+1.44S}{23S+220000}*\frac{L}{\mathrm{\π}}---(1-5),$

其中，S为电缆线路导体部分截面积，单位为mm²。

因此，如图5所示，上述步骤S101可以包括以下步骤：

步骤S1011：主站系统获取预先设置输配电网各线路的线路参数。

所述线路参数包括：线路结构、负载分布和导线规格，线路参数的具体内容可见上述线路的各个参数，例如：导线直径、导线材料、导线电阻等。

步骤S1012：主站系统生成采集信号并通过所述无线通信装置发送给所有所述智能终端；

步骤S1013：主站系统接收所有所述智能终端通过对应的无线通信装置接收发送的环境参数；

环境参数包括：地理信息、气候信息、温度信息、湿度信息和光照信息。环境参数用于上述经验公式。

步骤S1014：主站系统根据所述线路参数以及所述环境参数建立单相接地故障数学与物理定值模型；

步骤S1015：主站系统利用所述单相接地故障数学与物理定值模型，计算输配电网各线路的单相接地故障暂态电流定值。

该步骤中的单相接地故障数学与物理定值模型就是上述公式(1-3)。

步骤S102：将所述单相接地故障暂态电流定值和接地相电压下降比例和下降幅度定值通过所述无线通信装置将各分支线路的单相接地故障暂态电流定值发送给所监测分支线路对应的智能终端。

步骤S103：智能终端监测所在分支线路接地相暂态电流出现突变,并实时高速采集暂态电流值。

智能终端由于安装在配电线路上，其工作电源主要为电池。

由于线路发生单相接地故障时产生的暂态电流是一个震荡衰减信号，并且衰减非常快，衰减速率按微秒计算，智能终端由于无法预知单相接地故障发生的时刻，考虑寿命，也不可能实时采用高速AD采样技术实现对这一衰减信号的采集，因此正常的AD采样技术已无法可靠检测这一信号，尤其是无法检测信号的峰值。

本申请实施例中，由于采用了全网分析技术，主站系统将各配电线路的各线路暂态电流定值下发给安装在线路上的智能终端，智能终端由于已经知道了所监测线路的这一定值，就可以采样以下技术可靠实现暂态电流峰值的AD采集。

在本申请实施例中，如图6所示，该步骤可以包括以下步骤：

步骤S1031：智能终端将接收到的单相接地故障暂态电流定值转换后且分压得到基准电压；

步骤S1032：智能终端检测所在线路上感应到的暂态信号的电流信号；

步骤S1033：智能终端判断所述暂态信号的电流信号形成的暂态电压是否大于所述基准电压；

当所述暂态信号的电压大于所述基准电压时，步骤S1034：开始对所在线路线路进行高速采样，并将获取接地实时暂态电流值。

步骤S104：智能终端判断所述暂态电流值是否大于所述单相接地故障暂态电流定值。

若大于，进行步骤S105，否则，结束。

步骤S105：智能终端检测所在分支线路上的电压的下降比例或下降幅度。

步骤S106：智能终端判断所述下降比例或下降幅度是否大于定值。

当所述下降比例或下降幅度大于定值时，进行步骤S107，否则，结束流程。

步骤S107：确定发生单相接地故障。

本申请实施例提供的该方法还可以包括以下步骤：

智能终端在确定单相接地故障后，生成故障报警信号并将所述故障报警信号并通过无线通信装置发送给所述主站系统。

本申请实施例提供的该方法，基于全网分析的输配电网单相接地故障检测方法由于建立了输配电网各线路所有物理参数的模型以及数学模型(算法)，获得了各线路的暂态电流信号峰值(定值)，并且基于无线通信技术将这些定值下发给了安装在各配电线路上的智能终端，相比于同类产品，智能终端实现了配电线路暂态电流峰值的预知能力，确保了暂态电流峰值的高速、准备采集和计算，从根本上解决了单相接地故障检测的可靠性、准确性。

本申请实施例还提供了一种接地故障检测系统，如图1所示，该接地故障检测系统包括：主站系统3、多个无线通信装置2和多个智能终端1，其中，

多个所述智能终端1分别设置在输配电网各分支线路上；

所述无线通信装置2安装在输配电网线路支架上，并且所述无线通信装置2对应多个所述智能终端1相对应，用于通过无线方式与多个所述智能终端进行数据交互；

所述主站系统3通过无线方式相连接与所有无线通信装置进行数据交互，所述主站系统3，用于计算输配电网各分支线路的单相接地故障暂态电流定值，并将所述单相接地故障暂态电流定值通过所述无线通信装置将各分支线路的单相接地故障暂态电流定值发送给对应的智能终端；

每个智能终端，用于监测所在分支线路出现电流突变时的最大突变增量，并判断所述最大突变增量是否大于所述单相接地故障暂态电流定值，若大于，检测所在分支线路上的电压的下降比例，并判断所述下降比例是否大于千伏，当所述下降比例大于千伏时，确定发生单相接地故障。

在本申请一个实施例中，智能终端1包括：接地故障报警模块，所述接地故障报警模块用于在确定单相接地故障后，生成故障报警信号并将所述故障报警信号通过无线通信装置发送给所述主站系统。

在本申请另一实施例中，主站系统3包括：线路参数获取模块和采集信号生成模块，其中，

线路参数获取模块，用于获取预先设置输配电网各线路的线路参数，所述线路参数包括：线路结构、负载分布和导线规格；

采集信号生成模块，用于生成采集信号并通过所述无线通信装置发送给所有所述智能终端；

并且智能终端1包括：采集模块，

采集模块，用于根据所述采集信号获取所在分支线路上的环境参数，并将所述环境参数通过所述无线通信模块发送给所述主站系统，所述所述环境参数包括：地理信息、气候信息、温度信息、湿度信息和光照信息

另外，主站系统3还可以包括：模型建立模块、定值计算模块和定值发送模块，其中，

模型建立模块，用于根据所述线路参数以及所述环境参数建立单相接地故障数学与物理定值模型；

定值计算模块，用于利用所述单相接地故障数学与物理定值模型，计算输配电网各线路的单相接地故障暂态电流定值；

定值发送模块，用于将将所述单相接地故障暂态电流定值通过所述无线通信装置将各分支线路的单相接地故障暂态电流定值发送给对应的智能终端。

在本申请另一实施例中，如图7所示，智能终端1还包括：定值转换电路11、分压电路12、暂态信号感应电路13、比较器14、高速A/D采样电路15和微处理器16，其中，

定值转换电路11，用于将所述单相接地故障暂态电流定值转换成电压信号；

分压电路12，用于对所述电压信号进行分压得到基准电压；

暂态信号感应电路13，用于检测所在线路上感应到的暂态信号的电压；

比较器14，用于将所述暂态信号的电压与所述基准电压进行比较，并且当所述暂态信号的电压大于所述基准电压时，生成一暂态电流信号越限信号；

高速A/D采样电路15，用于对所述暂态信号感应电路感应的暂态信号的电压进行A/D转换，得到数字信号；

微处理器16，用于根据所述暂态电流信号越限信号控制所述高速A/D采样电路进行A/D转换，并判断所述数字信号中暂态信号的峰值是否大于所述单相接地故障暂态电流定值，并且当大于所述单相接地故障暂态电流定值，确定出现发生接地故障。

在具体应用中，智能终端获得主站系统下发的暂态电流定值，并将其转化成电压输出，电压输出经一分压电路分压输出作为比较电路的基准电压；分压电路的分压比由主站系统下发给智能终端；当智能终端感应的暂态信号大于比较器基准电压时，比较器输出一个暂态电流信号越限信号；MCU(微处理器)接收到负脉冲信号后，立即启动高速AD采样电路，捕获暂态信号的峰值；当暂态信号峰值大于暂态电流定值时，启动单相接地故障判断。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种接地故障检测方法，应用于电力系统，其特征在于，所述电力系统包括：设置在输配电网主干线路及各分支线路线缆上的智能终端、无线通信装置以及通过所述无线通信装置与所述智能终端进行通信的主站系统，该方法包括：

所述主站系统建立输配电线路模型并利用所述输配电线路模型计算输配电网各分支线路的单相接地故障暂态电流定值，并将所述单相接地故障暂态电流定值和接地相电压下降比例和下降幅度定值通过所述无线通信装置发送给所监测分支线路对应的智能终端；

每个智能终端监测所在分支线路的暂态电流值，并判断所述暂态电流值是否大于所述单相接地故障暂态电流定值，若大于，检测所在分支线路上的电压的下降比例或下降幅度，并判断所述下降比例或下降幅度是否大于对应的定值，当所述下降比例或下降幅度大于对应的定值时，确定发生单相接地故障。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述智能终端在确定单相接地故障后，生成故障报警信号并将所述故障报警信号并通过无线通信装置发送给所述主站系统。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述主站系统建立输配电线路模型并利用所述输配电线路模型计算输配电网各分支线路的单相接地故障暂态电流定值，包括：

所述主站系统获取预先设置输配电网各线路的线路参数，所述线路参数包括：线路结构、负载分布和导线规格；

所述主站系统生成采集信号并通过所述无线通信装置发送给所有所述智能终端，接收所有所述智能终端通过对应的无线通信装置接收发送的环境参数；

所述主站系统根据所述线路参数以及所述环境参数建立单相接地故障数学与物理定值模型，并利用所述单相接地故障数学与物理定值模型，计算输配电网各线路的单相接地故障暂态电流定值。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述单相接地故障数学与物理定值模型为：

$i_{p\max }=I_{\mathrm{cm}}\frac{1}{100\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{1}{L_{0}C}}{e}^{-\frac{R_0}{8}\sqrt{\frac{C}{L_0}}}$

其中：i_pmax单相接地故障暂态电流定值，I_cm是电容稳态电流的幅值，L₀为线路电感，C为线路对地分布电容，R₀为导线电阻。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述智能终端监测所在分支线路的暂态电流值，包括：

所述智能终端将接收到的单相接地故障暂态电流定值转换后且分压得到基准电压；

所述智能终端检测所在线路上感应到的暂态信号的电流信号，并判断所述暂态电流信号形成的暂态电压是否大于所述基准电压，当所述暂态信号的电压大于所述基准电压时，开始对所在线路线路进行高速采样，并获得接地相实时暂态电流值。

6.一种接地故障检测系统，用于电力系统，其特征在于，包括：主站系统、多个无线通信装置和多个智能终端，其中，

多个所述智能终端分别设置在输配电网各分支线路上；

所述无线通信装置安装在输配电网线路支架上，并且所述无线通信装置对应多个所述智能终端相对应，用于通过无线方式与多个所述智能终端进行数据交互；

所述主站系统通过无线方式相连接与所有无线通信装置进行数据交互，所述主站系统，用于计算输配电网各分支线路的单相接地故障暂态电流定值，并将所述单相接地故障暂态电流定值通过所述无线通信装置将各分支线路的单相接地故障暂态电流定值发送给对应的智能终端；

每个智能终端，用于监测所在分支线路出现电流突变时的最大突变增量，并判断所述最大突变增量是否大于所述单相接地故障暂态电流定值，若大于，检测所在分支线路上的电压的下降比例，并判断所述下降比例是否大于千伏，当所述下降比例大于千伏时，确定发生单相接地故障。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述智能终端包括：接地故障报警模块，所述接地故障报警模块用于在确定单相接地故障后，生成故障报警信号并将所述故障报警信号通过无线通信装置发送给所述主站系统。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述主站系统包括：

线路参数获取模块，用于获取预先设置输配电网各线路的线路参数，所述线路参数包括：线路结构、负载分布和导线规格；

采集信号生成模块，用于生成采集信号并通过所述无线通信装置发送给所有所述智能终端；

所述智能终端包括：

采集模块，用于根据所述采集信号获取所在分支线路上的环境参数，并将所述环境参数通过所述无线通信模块发送给所述主站系统，所述所述环境参数包括：地理信息、气候信息、温度信息、湿度信息和光照信息；

所述主站系统还包括：

模型建立模块，用于根据所述线路参数以及所述环境参数建立单相接地故障数学与物理定值模型；

定值计算模块，用于利用所述单相接地故障数学与物理定值模型，计算输配电网各线路的单相接地故障暂态电流定值；

定值发送模块，用于将将所述单相接地故障暂态电流定值通过所述无线通信装置将各分支线路的单相接地故障暂态电流定值发送给对应的智能终端。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述智能终端还包括：

定值转换电路，用于将所述单相接地故障暂态电流定值转换成电压信号；

分压电路，用于对所述电压信号进行分压得到基准电压；

暂态信号感应电路，用于检测所在线路上感应到的暂态信号的电压；

比较器，用于将所述暂态信号的电压与所述基准电压进行比较，并且当所述暂态信号的电压大于所述基准电压时，生成暂态电流信号越限信号；

高速A/D采样电路，用于对所述暂态信号感应电路感应的暂态信号的电压进行A/D转换，得到数字信号；

微处理器，用于根据所述暂态电流信号越限信号控制所述高速A/D采样电路进行A/D转换，并判断所述数字信号中暂态信号的峰值是否大于所述单相接地故障暂态电流定值，并且当大于所述单相接地故障暂态电流定值，确定出现发生接地故障。