CN110161292A - 一种配电线路接地故障电压信号采集装置 - Google Patents

一种配电线路接地故障电压信号采集装置 Download PDF

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刘红文
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Abstract

本发明公开了一种配电线路接地故障电压信号采集装置,包括:电容分压器,电容分压器包括连接于架空线路与地之间的采样电容与分压电容,所述采样电容的输入端电连接在架空线路上,采样电容的输出端与分压电容输入端电连接,所述分压电容输出端接地,通过数据采集卡单元采集采样电容输出端输出的故障电压信号。采用这种采样电容连接在架空线高压侧采样电压信号、分压电容在地线低压侧降压的结构,使得电压采样装置引线处具有高电位,高频情况下串联电容的电压比为其电容量的反比,并且采样电容和分压电容的电容量比例不随电压频率变化而变化,如果接地故障发生在电压的零点附近,也能够有效、稳定的采集电压信号,从而准确的判断线路是否接地。

Description

一种配电线路接地故障电压信号采集装置
技术领域
本发明涉及配电线路检测技术领域,特别涉及一种配电线路接地故障电压信号采集装置。
背景技术
我国中压配电网以架空线为主,接地故障比较多,其中单相接地故障是主要故障形式,随着智能电网的发展,对配电网供电可靠性的要求越来越高,快速准确地对故障点进行定位、排除接地故障日渐重要。
如今配电网单相接地故障定位主要依靠故障指示器来进行故障定位。其原理是通过比较接地瞬间的电容电流首半波与接地瞬间的电压首半波的相位,当采样接地瞬间的电容电流突变且大于一定数值,并且与接地瞬间的电压首半波同相,同时导线对地电压降低,则判断线路发生接地,否则线路未发生接地。故障指示器的优点是结构和原理简单,价格便宜,安装容易;其缺点是如果接地故障发生在电压的零点附近,电压值很小,则故障指示器无法检测,即故障指示器检测故障电压信号时存在死区,从而无法准确的判断线路是否接地。
发明内容
本发明的目的旨在克服现有技术存在的不足,提供了一种配电线路接地故障电压信号采集装置,如果接地故障发生在电压的零点附近,也能够有效、稳定的采集电压信号,准确判断线路是否接地。
为了解决上述技术问题本发明提供一种配电线路接地故障电压信号采集装置,所述装置包括:电容分压器和数据采集卡单元;
所述电容分压器用于输出故障电压信号,所述电容分压器包括:采样电容和分压电容,所述采样电容的输入端与架空线路电连接,所述采样电容的输出端与所述分压电容的输入端电连接,所述分压电容的输出端接地;
所述数据采集卡单元用于采集故障电压信号,所述数据采集卡单元的输入端与所述采样电容的输出端电连接。
优选的,所述电容分压器和所述数据采集卡单元之间还设置有光耦隔离单元,所述光耦隔离单元用于隔离架空线路和后级电子电路,所述光耦隔离单元的输入端与所述采样电容的输出端电连接,所述光耦隔离单元的输出端与所述数据采集卡单元的输入端电连接。
优选的,所述电容分压器和所述数据采集卡单元之间还设置有过电压过电流保护单元,所述过电压过电流保护单元的输入端与所述采样电容的输出端电连接,所述过电压过电流保护单元的输出端与所述数据采集卡单元的输入端电连接。
优选的,所述过电压过电流保护单元为双向瞬态电压抑制器。优选的,所述进气比例阀远离所述中心试验罐的一端设置有第二进气阀。
优选的,所述电容分压器和所述数据采集卡单元之间还设置有滤波单元,所述滤波单元输入端与所述采样电容的输出端电连接,所述滤波单元的输出端与所述数据采集卡单元的输入端电连接。
本申请实施例提供的技术方案的有益效果:采用电容分压器,电容分压器包括连接于架空线路与地之间的采样电容与分压电容,所述采样电容的输入端电连接在架空线路上,采样电容的输出端与分压电容输入端电连接,所述分压电容输出端接地,通过数据采集卡单元采集采样电容输出端输出的故障电压信号。采用这种采样电容连接在架空线高压侧采样电压信号、分压电容在地线低压侧降压的结构,使得电压采样装置引线处具有高电位,高频情况下串联电容的电压比为其电容量的反比,并且采样电容和分压电容的电容量比例不随电压频率变化而变化,如果接地故障发生在电压的零点附近,也能够有效、稳定的采集电压信号,从而准确的判断线路是否接地。
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,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,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配电线路接地故障电压信号采集装置结构示意图;
图2为本申请实施例提供的配电线路接地故障电压信号采集装置的电容分压器采集故障电压信号原理图;
图3为本申请实施例提供的装有电容分压器的暂态电压提取绝缘子安装示意图;
图4为本申请实施例提供的过电压过电流保护单元电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅图1,为本申请实施例提供的配电线路接地故障电压信号采集装置结构示意图。所述装置包括:电容分压器1和数据采集卡单元2。实际使用时,本申请实施例的电容分压器1可设计为A、B、C三相电容分压器1。电容分压器1可以密封在暂态电压提取绝缘子内部,然后用暂态电压提取绝缘子代替线路绝缘子,安装在线路杆塔横担上,电容分压器地端与横担电连接,横担接地。电容分压器安装在暂态电压提取绝缘子上,具有安装方便、绝缘性能好、可以节省横担体积等优点。数据采集卡单元2可以选取采集速率为250k/s以上并具有多通道采集能力的采集卡以确保能够准确取到暂态电压波形,数据采集卡可为凌华科技USB1901低速数据采集卡。
所述电容分压器用于输出故障电压信号,所述电容分压器1包括:采样电容11和分压电容12,所述采样电容11的输入端与架空线路电连接,所述采样电容11的输出端与所述分压电容12的输入端电连接,所述分压电容12的输出端接地,在采样电容11的输入端和输出端上均电连接有电压采样装置引线。
具体的,如图2所示,为本申请实施例提供的配电线路接地故障电压信号采集装置的电容分压器采集故障电压信号原理图。三相电压采集装置采用了倒装的串联电容设计,即三相电压采集装置采样的电压为连接于架空线路和分压电容12之间的采样电容11两端电压U(三相架空线路A、B、C和分压电容12之间的采样电容11两端电压分别为Ua、Ub、Uc),三相采样电容输出端电压U0(三相架空线路A、B、C的采样电容11输出端电压分别为U0a、U0b、U0c)具体计算方法如下式1、式2和式3:
其中,U0a、U0b、U0c为电压采集装置的输出端A、B、C三相电压;C1为采样电容11电容值;C2为分压电容12的电容值;Ua、Ub、Uc为架空线A、B、C三相与地之间的电压;K为分压比。
所述数据采集卡单元2用于采集故障电压信号,所述数据采集卡单元2的输入端与所述采样电容11的输出端电连接。
本申请实施例提供的技术方案的有益效果:采用电容分压器1,电容分压器1包括连接于架空线路与地之间的采样电容11与分压电容12,所述采样电容11的输入端电连接在架空线路上,采样电容11的输出端与分压电容12输入端电连接,所述分压电容12输出端接地,通过数据采集卡单元2采集采样电容11输出端输出的故障电压信号。采用这种采样电容11连接在架空线高压侧采样电压信号、分压电容12在地线低压侧降压的结构,使得电压采样装置引线处具有高电位,高频情况下串联电容的电压比为其电容量的反比,并且采样电容11和分压电容12的电容量比例不随电压频率变化而变化,如果接地故障发生在电压的零点附近,也能够有效、稳定的采集电压信号,从而准确的判断线路是否接地。并且,通过本发明实施例提供的技术方案能够在主要频率分量保留相对完整的情况下提取接地故障三相暂态电压信号,实现了将电容分压器密封在暂态电压提取绝缘子中,有效抑制了故障消除过程中出现的过电压以及震荡现象。
作为优选的实施例,如图1和图3所示,图中将光耦隔离单元3、过电压过电流保护单元4以及滤波单元5均密封在暂态电压提取绝缘子的内部,组成一个隔离滤波设备。采用这种采样电容11连接在架空线高压侧采样电压信号、分压电容12在地线低压侧降压的结构,使得电压采样装置引线处具有高电位,为了保证才做人员的安全性可以加装光耦隔离单元3。光耦隔离单元3设置于电容分压器1和数据采集卡单元2之间,光耦隔离单元3用于隔离架空线路和后级电子电路,所述光耦隔离单元3的输入端与所述采样电容11的输出端电连接,所述光耦隔离单元3的输出端与所述数据采集卡单元2的输入端电连接。三相线路中可以设置三个光耦隔离单元3,三个光耦隔离单元3输入端分别与三相的采样电容11的输出端电连接。同时光耦隔离单元3可以避免来自高压侧电磁干扰会窜入信号通道,将需要的信号淹没,再者放置高压干扰电源,避免微处理器死机或者数据丢失的情况发生。
作为优选的实施例,所述电容分压器1和所述数据采集卡单元2之间还设置有过电压过电流保护单元4,所述过电压过电流保护单元4的输入端与所述采样电容11的输出端电连接,所述过电压过电流保护单元4的输出端与所述数据采集卡单元2的输入端电连接。过电压过电流保护单元4用于抑制瞬间过电压,从而保护电路中各元件不被瞬间浪涌脉冲电压损坏。具体的,所述过电压过电流保护单元4为双向瞬态电压抑制器。如图4为本申请实施例提供的过电压过电流保护单元电路图,具体的原理为:当电压Uab较高时,稳压二极管D被击穿,此时额定电流为10A的大功率晶体管开始工作,将线路中多余的能量进行泄放;当电压Uab较低时,稳压二极管D不会被击穿,此时不会影响线路中的起动电流以及本申请的配电线路接地故障电压信号采集装置在小电流下的正常工作。
作为优选的实施例,所述电容分压器1和所述数据采集卡单元2之间还设置有滤波单元5,所述滤波单元5输入端与所述采样电容11的输出端电连接,所述滤波单元5的输出端与所述数据采集卡单元2的输入端电连接。滤波单元5可以将电压信号中的干扰波段频率滤除,提高电压信号的可靠性。具体的,所述滤波单元5可以为二阶有源低通滤波器,截止频率5000Hz。
作为优选的实施例,所述电容分压器1为陶瓷电容分压器。陶瓷电容分压器具有高耐压和频率特性好的特点。
本申请具体的实施例中,配电线路接地故障电压信号采集装置包括:电容分压器1、数据采集卡单元2、光耦隔离单元3、过电压过电流保护单元4以及滤波单元5,电容分压器1包括采样电容11和分压电容12,光耦隔离单元3的输入端与所述采样电容11的输出端电连接,所述光耦隔离单元3的输出端与所述过电压过电流保护单元4的输入端电连接;过电压过电流保护单元4的输入端与所述光耦隔离单元3的输出端的输出端电连接,所述过电压过电流保护单元4的输出端与所述滤波单元5的输入端电连接;所述滤波单元5输入端与所述过电压过电流保护单元4的输出端电连接,所述滤波单元5的输出端与所述数据采集卡单元2的输入端电连接。本申请实施例采用陶瓷电容分压提取接地故障时三相暂态电压数据,经过隔离滤波后获得完整的接地故障电压信号,经过数据采集卡单元2处理后获取数字量的故障电压信号。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后,将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本发明的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是,本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (7)

1.一种配电线路接地故障电压信号采集装置,其特征在于,所述装置包括:电容分压器(1)和数据采集卡单元(2);
所述电容分压器(1)用于输出故障电压信号,所述电容分压器(1)包括:采样电容(11)和分压电容(12),所述采样电容(11)的输入端与架空线路电连接,所述采样电容(11)的输出端与所述分压电容(12)的输入端电连接,所述分压电容(12)的输出端接地;
所述数据采集卡单元(2)用于采集故障电压信号,所述数据采集卡单元(2)的输入端与所述采样电容(11)的输出端电连接。
2.如权利要求1所述的配电线路接地故障电压信号采集装置,其特征在于,所述电容分压器(1)和所述数据采集卡单元(2)之间还设置有光耦隔离单元(3),所述光耦隔离单元(3)用于隔离架空线路和后级电子电路,所述光耦隔离单元(3)的输入端与所述采样电容(11)的输出端电连接,所述光耦隔离单元(3)的输出端与所述数据采集卡单元(2)的输入端电连接。
3.如权利要求1所述的配电线路接地故障电压信号采集装置,其特征在于,所述电容分压器(1)和所述数据采集卡单元(2)之间还设置有过电压过电流保护单元(4),所述过电压过电流保护单元(4)的输入端与所述采样电容(11)的输出端电连接,所述过电压过电流保护单元(4)的输出端与所述数据采集卡单元(2)的输入端电连接。
4.如权利要求3所述的配电线路接地故障电压信号采集装置,其特征在于,所述过电压过电流保护单元(4)为双向瞬态电压抑制器。
5.如权利要求1所述的配电线路接地故障电压信号采集装置,其特征在于,所述电容分压器(1)和所述数据采集卡单元(2)之间还设置有滤波单元(5),所述滤波单元(5)输入端与所述采样电容(11)的输出端电连接,所述滤波单元(5)的输出端与所述数据采集卡单元(2)的输入端电连接。
6.如权利要求5所述的配电线路接地故障电压信号采集装置,其特征在于,所述滤波单元(5)为二阶有源低通滤波器。
7.如权利要求1所述的配电线路接地故障电压信号采集装置,其特征在于,所述电容分压器(1)为陶瓷电容分压器。
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