CN111781536A - 一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法 - Google Patents

一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，属于电气火灾监控技术领域。针对电源变压器中性点接地的单相交流系统，本发明方法包括如下步骤：等间隔同步采样供电回路的剩余电流和相线对地电压；计算剩余电流有效值、相线对地电压有效值和电流电压之间的相位差；计算相线对地绝缘电阻和相线对地泄漏电容。本发明方法实现了在较低采样频率上的高精度相位差测量，降低了对监测装置采样速度方面和采样精度方面的要求，避免了根据峰峰值计算有效值带来的较大误差。另外，本发明方法直接利用供电系统中的工频电流电压信号进行分析计算，降低了监测装置的复杂度，使得根据本发明所设计的监测装置更易实现。

Description

一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法
技术领域
本发明涉及电气火灾监控技术领域，具体是涉及一种监测电源变压器中性点接地的单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法。
背景技术
近年来随着各类电气设备用量的增加，电气火灾在全国火灾中的占比居高不下。配电线路及电气设备绝缘性能下降，引起电弧或电火花，是导致电气火灾的重要原因。
在交流供电系统中，被广泛采用的是电源变压器中性点接地交流系统。目前对于上述交流系统，多通过监测供电线路的剩余电流来反映系统对地的绝缘情况，但剩余电流中不仅包含了由于绝缘不良导致的阻性漏电电流，还包含了正常的分布电容等引起的容性漏电电流，影响了绝缘监测的准确性。
因此，现有绝缘监测方法存在不足，亟需发明一种能够准确监测电源变压器中性点接地的交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够准确监测电源变压器中性点接地的单相交流系统对地绝缘电阻及泄露电容的方法。该方法避免了现有剩余电流式电气火灾探测器受容性漏电电流影响不能准确报警的问题，降低了对监测装置采样速度和精度的要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，包括如下步骤：
步骤1：等间隔同步采样供电回路的剩余电流和相线对地电压，采样经低通滤波模块滤除频率高于工频的电信号之后进行；
步骤2：计算剩余电流有效值、相线对地电压有效值和电流电压之间的相位差；
步骤3：计算相线对地绝缘电阻和相线对地泄漏电容。
优选地，在步骤1中，具体包括如下步骤：
步骤1.1：剩余电流通过电流互感器来检测，电流互感器安装在电源中性线最后一个接地点之后；
步骤1.2：相线对地电压通过电压互感器来检测，电压互感器并联接在电源相线与电源地线之间。
优选地，在步骤2中，具体包括如下步骤：
步骤2.1：对采样序列进行插值，得到插值后的剩余电流序列和相线对地电压序列；
步骤2.2：将插值后的剩余电流序列和相线对地电压序列进行计算，得到剩余电流有效值和相线对地电压有效值；
步骤2.3：计算剩余电流序列和相线对地电压序列的互相关序列，查找互相关序列的最大值，进而通过计算得到电流电压的相位差。
优选地，在步骤1中，采样应经低通滤波模块滤除频率高于工频的电信号之后进行，记工频为fa；采样应同步采集剩余电流和相线对地电压信号，同步时间误差小于(1/fa)％；所述采样频率fs是工频fa的整数倍，且倍数大于2；所述采样总数N是fs/fa的整数倍，取正值。
优选地，在步骤2.1中，将剩余电流序列ia(n)和相线对地电压序列ua(n)分别代入式(1)对采样序列进行插值，得到插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)，
Figure BDA0002616228220000021
所述式(1)中，t的取值为{1,2,3…,αN}，α为正整数，取值应满足αfs/fa＞360，为提高相位检测精度可增大α取值，电流电压序列中n是采样序号，取值范围是{1,2,3…,N}，N是总的采样次数。
优选地，在步骤2.2中，将插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)分别代入式(2)进行计算，得到剩余电流有效值I和相线对地电压有效值U，
Figure BDA0002616228220000022
所述式(2)中，fa为工频，fs为采样频率，t的取值为{1,2,3…,αN}，α为正整数，取值应满足αfs/fa＞360。
优选地，在步骤2.3中，按式(3)计算插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)的互相关序列R(k)，查找互相关序列R(k)的最大值，将最大值对应的k值记为kmax，进而得到剩余电流和相线对地电压的相位差φ＝2πkmax/N，
Figure BDA0002616228220000023
所述式(3)中，符号
Figure BDA0002616228220000031
表示向上取整，t的取值为{1,2,3…,αN}，α为正整数，取值应满足αfs/fa＞360。
优选地，在步骤3中，按式(4)计算相线对地绝缘电阻R，按式(5)计算相线对地泄漏电容C，
Figure BDA0002616228220000032
Figure BDA0002616228220000033
所述式(4)、(5)中，I为剩余电流有效值，U为相线对地电压有效值，φ为电流电压之间的相位差，fa为工频。
优选地，电源变压器中性点接地的单相交流系统，包括单相交流供电系统、电流互感器、电压互感器、电源相线、电源中性线、电源地线、相线对地绝缘电阻、相线对地泄漏电容及大地，具体电路连接方式为，单相交流供电系统通过电源相线和电源中性线构成放电回路，在交流供电系统出口处装有电流互感器，电压互感器并联接在电源相线与电源地线之间，其中电源相线与大地之间存在相线对地绝缘电阻和相线对地泄漏电容构成的并联支路。
本发明所带来的有益技术效果：
本发明所述方法通过计算可将剩余电流中阻性漏电电流和容性漏电电流区分开来，避免了现有剩余电流式电气火灾探测器受容性漏电电流影响不能准确报警的问题；通过对采样序列进行插值，以及通过互相关序列识别相位差，实现了在较低采样频率上的高精度相位差测量，降低了对监测装置采样速度方面的要求；通过离散积分的方式计算电流和电压有效值，避免了根据峰峰值计算有效值带来的较大误差，降低了对监测装置采样精度方面的要求。另外，本发明所述方法不需要向供电系统注入信号，而是直接利用供电系统中的工频电流电压信号进行分析计算，降低了监测装置的复杂度，使得根据本发明所设计的监测装置更易实现。
附图说明
图1是本发明中监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的流程图；
图2是本发明中电源变压器中性点接地的单相交流系统的示意图；
图中标号：201单相交流供电系统；202电流互感器；203电源相线；204电源中性线；205相线对地绝缘电阻；206相线对地泄漏电容；207大地；208电源地线；209电压互感器。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
如图1所示，本实例提供了一种监测电源变压器中性点接地的单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，主要是通过算法来区分阻性漏电电流和容性漏电电流。
如图2所示，电源变压器中性点接地的单相交流系统，包括201单相交流供电系统、202电流互感器、203电源相线、204电源中性线、205相线对地绝缘电阻、206相线对地泄漏电容、207大地、208电源地线及209电压互感器。具体电路连接方式为，单相交流供电系统通过203电源相线和204电源中性线构成放电回路，在201单相交流供电系统出口处装有202电流互感器，209电压互感器并联接在203电源相线与208电源地线之间，其中203电源相线与207大地之间存在205相线对地绝缘电阻和206相线对地泄漏电容构成的并联支路。
该方法包括以下步骤：
步骤1：等间隔同步采样供电回路的剩余电流和相线对地电压，采样经低通滤波模块滤除频率高于工频的电信号之后进行。
记采样频率为fs，采样得到的剩余电流序列为ia(n)，相线对地电压序列为ua(n)，电流电压序列中n是采样序号，取值范围是{1,2,3…,N}，N是总的采样次数；
采样应经低通滤波模块滤除频率高于工频的电信号之后进行，记工频为fa；
采样应同步采集剩余电流和相线对地电压信号，同步时间误差小于(1/fa)％；
所述采样频率fs是工频fa的整数倍，且倍数大于2；
所述采样总数N是fs/fa的整数倍，取正值。
步骤1包括以下子步骤：
步骤1.1：所述剩余电流是指交流供电回路中电源相线和电源中性线的电流矢量和，如图2所示，可通过202电流互感器来检测剩余电流，202电流互感器安装在204电源中性线最后一个接地点之后；
步骤1.2：相线对地电压通过209电压互感器来检测，209电压互感器并联接在203电源相线与208电源地线之间；
步骤2：计算剩余电流有效值I、相线对地电压有效值U和电流电压之间的相位差φ。
步骤2包括以下子步骤：
步骤2.1：将剩余电流序列ia(n)和相线对地电压序列ua(n)分别代入式(1)对采样序列进行插值，得到插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)，
Figure BDA0002616228220000051
所述式(1)中，t的取值为{1,2,3…,αN}，α为正整数，取值应满足αfs/fa＞360，为提高相位检测精度可增大α取值；
步骤2.2：将插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)分别代入式(2)进行计算，得到电流有效值I和相电压有效值U；
Figure BDA0002616228220000052
步骤2.3：按式(3)计算插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)的互相关序列R(k)，查找互相关序列R(k)的最大值，将最大值对应的k值记为kmax，进而得到剩余电流和相线对地电压的相位差φ＝2πkmax/N；
Figure BDA0002616228220000053
所述式(3)中，符号
Figure BDA0002616228220000054
表示向上取整。
步骤3：按式(4)计算205相线对地绝缘电阻R，按式(5)计算206相线对地泄漏电容C；
Figure BDA0002616228220000055
Figure BDA0002616228220000056
不断重复上述过程即可实现对交流系统绝缘电阻和泄漏电容的实时监测，根据绝缘电阻R和泄漏电容C也可反推出剩余电流中阻性漏电电流和容性漏电电流的大小。
以上为本实施例的完整实现过程。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1：等间隔同步采样供电回路的剩余电流和相线对地电压；
步骤2：计算剩余电流有效值、相线对地电压有效值和电流电压之间的相位差；
步骤3：计算相线对地绝缘电阻和相线对地泄漏电容。
2.根据权利要求1所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，其特征在于：在步骤1中，具体包括如下步骤：
步骤1.1：剩余电流通过电流互感器来检测，电流互感器安装在电源中性线最后一个接地点之后；
步骤1.2：相线对地电压通过电压互感器来检测，电压互感器并联接在电源相线与电源地线之间。
3.根据权利要求1所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，其特征在于：在步骤2中，具体包括如下步骤：
步骤2.1：对采样序列进行插值，得到插值后的剩余电流序列和相线对地电压序列；
步骤2.2：将插值后的剩余电流序列和相线对地电压序列进行计算，得到剩余电流有效值和相线对地电压有效值；
步骤2.3：计算剩余电流序列和相线对地电压序列的互相关序列，查找互相关序列的最大值，进而通过计算得到电流电压的相位差。
4.根据权利要求1所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，其特征在于：在步骤1中，采样应经低通滤波模块滤除频率高于工频的电信号之后进行，记工频为fa；采样应同步采集剩余电流和相线对地电压信号，同步时间误差小于(1/fa)％；所述采样频率fs是工频fa的整数倍，且倍数大于2；所述采样总数N是fs/fa的整数倍，取正值。
5.根据权利要求3所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，其特征在于：在步骤2.1中，将剩余电流序列ia(n)和相线对地电压序列ua(n)分别代入式(1)对采样序列进行插值，得到插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)，
Figure FDA0002616228210000011
所述式(1)中，t的取值为{1,2,3…,αN}，α为正整数，取值应满足αfs/fa＞360，为提高相位检测精度可增大α取值，电流电压序列中n是采样序号，取值范围是{1,2,3…,N}，N是总的采样次数。
6.根据权利要求3所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，其特征在于：在步骤2.2中，将插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)分别代入式(2)进行计算，得到剩余电流有效值I和相线对地电压有效值U，
Figure FDA0002616228210000021
所述式(2)中，fa为工频，fs为采样频率，t的取值为{1,2,3…,αN}，α为正整数，取值应满足αfs/fa＞360。
7.根据权利要求3所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，其特征在于：在步骤2.3中，按式(3)计算插值后的剩余电流序列i(t)和相线对地电压序列u(t)的互相关序列R(k)，查找互相关序列R(k)的最大值，将最大值对应的k值记为kmax，进而得到剩余电流和相线对地电压的相位差φ＝2πkmax/N，
Figure FDA0002616228210000022
所述式(3)中，符号
Figure FDA0002616228210000023
表示向上取整，t的取值为{1,2,3…,αN}，α为正整数，取值应满足αfs/fa＞360。
8.根据权利要求1所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，其特征在于：在步骤3中，按式(4)计算相线对地绝缘电阻R，按式(5)计算相线对地泄漏电容C，
Figure FDA0002616228210000024
Figure FDA0002616228210000025
所述式(4)、(5)中，I为剩余电流有效值，U为相线对地电压有效值，φ为电流电压之间的相位差，fa为工频。
9.根据权利要求1所述的一种监测单相交流系统对地绝缘电阻及泄漏电容的方法，其特征在于：电源变压器中性点接地的单相交流系统，包括单相交流供电系统、电流互感器、电压互感器、电源相线、电源中性线、电源地线、相线对地绝缘电阻、相线对地泄漏电容及大地，具体电路连接方式为，单相交流供电系统通过电源相线和电源中性线构成放电回路，在交流供电系统出口处装有电流互感器，电压互感器并联接在电源相线与电源地线之间，其中电源相线与大地之间存在相线对地绝缘电阻和相线对地泄漏电容构成的并联支路。
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