CN106405309A - 快速判断单相接地故障的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种本发明快速判断单相接地故障的系统及方法，该系统的结构包括：与电信号相连接的电压互感器、隔离放大器、滤波整流器、滞回比较器、可重复触发单稳态电路以及微控制器，微控制器又分别与滞回比较器和可重复触发单稳态电路相连接。本发明既结合了硬件快速响应判断的特点，又保留了软件灵活设置阈值的优势，在判断单相故障时，结合滤波整流电路和滞回比较器将交流电压信号变为连续脉冲串，特别采用可重复触发单稳态电路，将脉冲串整形为具有上升沿特性的单脉冲供微控制器判断，该方法可以有效消除传统硬件方法存在的阈值抖动问题，并可以使用微控制器对阈值进行灵活设置，通用性强，可移植性高。

Description

快速判断单相接地故障的系统及方法

技术领域

本发明涉及小电流接地系统，具体地指快速判断单相接地故障的系统及方法。

背景技术

在小电流接地系统中，一般按照系统侧金属接地时的中性点电压15％来判断系统是否发生单相接地故障，所以，当系统侧电压大于15％时，就认定系统发生了单相接地故障，此时，控制器需要迅速进行故障判断，并且同时做出故障发生后的消弧动作，可见，迅速准确判断单相接地故障具有非常重要的意义。

单相接地故障的判断方法普遍分为两类，一类方法是软件实现，完全使用软件对采样电压进行采集计算，与电压阈值进行比较判断，计算的精度在于工频单周期的采样个数，该方法占用一部分软件资源，增加软件开支，并且单次判断时间不定；另一类是硬件实现，通常需要交转直再进行判断，转换过程中需要使用电容滤波，会导致判断波形在临界电压附近发生抖动，对于控制器检测存在一定盲区，并且根据实际现场情况，电压判断的阈值(启动电压)一般设置为20～35％，对于一般硬件方法是无法对已成模块再进行更改，通用性不强。

发明内容

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种快速判断单相接地故障的系统及方法。

实现本发明目的采用的技术方案是一种快速判断单相接地故障的系统，该系统包括：

电压互感器，用于检测系统侧的电压信号；

隔离放大器，用于隔离所述电压信号得到正弦信号；

滤波整流器，用于将所述正弦信号整流成全波脉冲直流波；

滞回比较器，用于根据基准电压值，对所述全波脉冲直流波进行比较，产生脉冲信号；

可重复触发单稳态电路，用于对从滞回比较器进入的脉冲信号进行处理，迅速识别故障下降沿；

微控制器，用于向滞回比较器发出基准电压值，以及接收可重复触发单稳态电路发出的信号。

此外，本发明还提供一种通过上述系统实现快速判断单相接地故障的方法，该方法包括以下步骤：

(1)由隔离放大处理后的电压波形进入滤波整流器，将交流信号整流为100Hz的全波脉动直流信号，形成单极性波；

(2)直流信号通过滞回比较器作用形成一连串脉冲信号，该串脉冲信号的占空比由微控制器外部设置的电压判断阈值控制。

(3)脉冲信号进入可重复触发单稳态电路，单稳态电路的单次触发时间为10ms，在脉冲信号第一个下降沿进入到第二个下降沿的时间内，单稳态电路的触发还未失效，第二个下降沿将引起单稳态电路的第二次触发，如此重复触发过程，直至脉冲信号不再出现下降沿；

(4)当电压大于检测电压的阈值电压，则出现故障判断脉冲，由单稳态电路输出的故障判断脉冲进入微控制器，该输出脉冲是具有很好的上升沿特性，便于检测。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明由电子硬件和软件共同实现，能够实现对单相接地故障的快速判断，从而节省通过软件判断所占用的内部资源，减少软件编制的负担，既结合了硬件快速响应的特征，又保留了软件灵活设置阈值的优势。

(2)判断响应时间快速，故障出现时，判断时间≤5ms，给予控制器充分的控制响应时间；故障解除时，最快在5ms完成判断，能够配合控制器快速转换工作状态。

(3)能够避免掉阀值区间的抖动问题，直接产生单相故障判断信号。

(4)配合控制器，可选择对任意电压阀值的故障进行判断，可移植性强，灵活度高。

(5)可移植性强，通用性强，经过必要的电平转换，该方法的集成模块可适用于任何类型的控制器。

附图说明

图1为本发明快速判断单相接地故障的系统的结构示意图。

图2为经过滤波整流器、滞回比较器、可重复触发单稳态电路的电压波形图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，本发明快速判断单相接地故障的系统的结构包括：与电信号相连接的电压互感器、隔离放大器、滤波整流器、滞回比较器、可重复触发单稳态电路以及微控制器，微控制器又分别与滞回比较器和可重复触发单稳态电路相连接。

基于以上结构，本发明方法是主要对滤波整流器之后的电压信号进行处理，其实现具体步骤如下：

(1)由隔离放大处理后的电压波形进入滤波整流器，将交流信号整流为100Hz的全波脉动直流信号，形成单极性波利于滞回比较器的转换。

(2)直流信号通过滞回比较器作用形成一连串脉冲信号，滞回比较器的环宽和基准由微控制器提供，该串脉冲信号的占空比由微控制器外部设置的电压判断阈值控制。

(3)脉冲信号进入可重复触发单稳态电路，单稳态电路的单次触发时间为10ms，在脉冲信号第一个下降沿进入到第二个下降沿的时间内，单稳态电路的触发还未失效，第二个下降沿将引起单稳态电路的第二次触发，如此重复触发过程，直至脉冲信号不再出现下降沿，该方法的核心就是使用重复触发的特点来消除电压抖动问题，防止误触发，并且可以加快对电压的判断速度，比用软件方法判断还要快。

(4)当电压大于检测电压的阈值电压，则出现故障判断脉冲，由单稳态电路输出的故障判断脉冲进入微控制器，该输出脉冲是具有很好的上升沿特性，便于检测。

(5)在以上步骤(2)中，滞回比较器的工作基准电压由微控制器的软件指令实现，软件设置特定阈值，再通过微控制器内部集成的DA转换器，输出直流电压作为滞回比较器的基准电压。

以上实现判断的步骤具体实现波形示意如图2所示。U_ref为检测电压的阀值电压，当电压大于U_ref时，即代表有故障发生，反之则无故障发生；t_w表示单稳态触发器的触发周期，在电压大于阀值电压，比较器每个输出波形的下降沿之间的时间为10ms。单稳态波形上升沿时间响应时间小于5ms，若检测电压刚好在阀值大小，此时的临界响应时间为5ms，因此，这种方法的响应时间最多为5ms，并且可以很好的避免在阀值某微小区间内发生抖动；当故障消失时，在低于阀值电压的电压未形成半波峰值之前就已出现下降沿，给控制器故障消失的信号。

本发明既结合了硬件快速响应判断的特点，又保留了软件灵活设置阈值的优势，在判断单相故障时，结合滤波整流电路和滞回比较器将交流电压信号变为连续脉冲串，特别采用可重复触发单稳态电路，将脉冲串整形为具有上升沿特性的单脉冲供微控制器判断，该方法可以有效消除传统硬件方法存在的阈值抖动问题，并可以使用微控制器对阈值进行灵活设置，通用性强，可移植性高。

Claims (3)

1.一种快速判断单相接地故障的系统，其特征在于，包括：

电压互感器，用于检测系统侧的正弦电压信号；

隔离放大器，用于隔离所述电压信号得到正弦信号；

滤波整流器，用于将所述正弦信号整流成全波脉冲直流波；

滞回比较器，用于根据基准电压值，对所述全波脉冲直流波进行比较，产生脉冲信号；

可重复触发单稳态电路，用于对从滞回比较器进入的脉冲信号进行处理，迅速识别故障下降沿；以及

微控制器，用于向滞回比较器发出基准电压值，以及接收可重复触发单稳态电路发出的脉冲信号。

2.一种通过权利要求1所述系统实现快速判断单相接地故障的方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)由隔离放大处理后的电压波形进入滤波整流器，将交流信号整流为100Hz的全波脉动直流信号，形成单极性波；

(2)直流信号通过滞回比较器作用形成一连串脉冲信号，该串脉冲信号的占空比由微控制器外部设置的电压判断阈值控制；

(3)脉冲信号进入可重复触发单稳态电路，单稳态电路的单次触发时间为10～20ms，在脉冲信号第一个下降沿进入到第二个下降沿的时间内，单稳态电路的触发还未失效，第二个下降沿将引起单稳态电路的第二次触发，如此重复触发过程，直至脉冲信号不再出现下降沿；

(4)当电压大于检测电压的阈值电压，则出现故障判断脉冲，由单稳态电路输出的故障判断脉冲进入微控制器，该输出脉冲是具有很好的上升沿特性，便于检测。

3.根据权利要求2所述系统实现快速判断单相接地故障的方法，其特征在于：所述稳态电路的单次触发时间为10ms，或者20ms。