CN112881945A - 一种判断接地故障的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接地故障的判断方法及装置，该方法包括：测量当前流过RCD的剩余电流值，得到当前电流值；比较所述当前电流值和正常电流值，所述正常电流值为正常工作时流过RCD的剩余电流值；判断接地故障是否存在；若所述当前电流值与所述正常电流值相同，则接地故障不存在；若所述当前电流值与所述正常电流值不同，则接地故障存在。该方法不需要增加其他设备或向线路注入其他信号，不增加系统成本，而且可以有效提高判断故障位置的可靠性。

Description

一种判断接地故障的方法及装置

技术领域

本发明涉及电气工程领域，特别是涉及一种判断接地故障的方法及装置。

背景技术

在采用TN接地以及TT接地的直流配用电系统中，由于配用电范围较大、距离较远，线路电阻随线路长度增加而增大。接地故障发生时，若故障点距离保护装置越远，则由于线路电阻增大，故障电流越小，当故障电流小于保护装置的动作电流阈值时，保护装置将出现拒动，较远距离的线路无法得到保护，存在保护盲区。而且，在现有技术中无法准确地判断接地故障是否存在。

因此，如何设计一种能够准确判断接地故障是否存在的方法及装置，成为本领域当前要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种判断接地故障的方法及装置。该方法基于直流配用电系统中流过剩余电流装置(Residual Current Device，RCD)的剩余电流的变化，判断当前电流值与正常电流值是否一致，从而判断接地故障是否发生，并进行故障定位，不需要增加其他设备或向线路注入其他信号。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种接地故障的判断方法，包括：

测量当前流过RCD的剩余电流值，得到当前电流值；

比较所述当前电流值和正常电流值，所述正常电流值为正常工作时流过RCD的剩余电流值；

判断接地故障是否存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值相同，则接地故障不存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值不同，则接地故障存在。

可选的，所述正常电流值的获取方法包括：

通过改变电源纹波电压的频率和幅值来改变线路对地阻抗，得到对应的剩余电流值；

存储每一组所述电源纹波电压的频率和幅值以及对应的剩余电流值于正常电流值的数据库。

可选的，所述判断接地故障是否存在，具体包括：

判断所述当前电流值与所述正常电流值的差值是否大于设定差值阈值；

若是，则所述当前电流值对应的当前RCD位置之后的电路存在故障点。

可选的，在比较所述当前电流值和正常电流值之前还包括：

判断所述当前电流值是否大于所述RCD的动作阈值；

若是，则所述RCD断开，所述当前电流值对应的当前RCD位置的后置电路存在故障点；

若否，则执行“比较所述当前电流值和正常电流值”的步骤。

可选的，所述接地故障存在时，还包括对故障点的定位，具体包括：

按照电流方向依次测量流过每个后置RCD的剩余电流值；所述后置RCD为所述当前RCD位置之后的电路中的其他RCD；

按照电流方向依次判断每一所述后置RCD的剩余电流值是否等于对应所述后置RCD的正常电流值，确定第一个所述后置RCD的剩余电流值等于对应所述后置RCD的正常电流值的所述后置RCD为故障定位终点RCD，即所述当前RCD与所述故障定位终点RCD之间存在故障点。

本发明还提供了一种接地故障的判断装置，该装置包括：

测量单元，用于测量当前流过RCD的剩余电流值，得到当前电流值；

比较单元，用于比较所述当前电流值和正常电流值，所述正常电流值为正常工作时流过RCD的剩余电流值；

第一判断单元，判断接地故障是否存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值相同，则接地故障不存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值不同，则接地故障存在。

可选的，还包括正常电流值获取单元，所述正常电流值获取单元包括：

第一电流值获取模块，用于通过改变电源纹波电压的频率和幅值来改变线路对地阻抗，得到对应的剩余电流值；

数据库模块，用于存储每一组所述电源纹波电压的频率和幅值以及对应的剩余电流值于正常电流值的数据库。

可选的，所述第一判断单元包括：

差值判断模块，用于判断所述当前电流值与所述正常电流值的差值是否大于设定差值阈值；

若是，则所述当前电流值对应的当前RCD位置之后的电路存在故障点。

可选的，还包括：

第二判断单元，用于判断所述当前电流值是否大于所述RCD的动作阈值；

若是，则所述RCD断开，所述当前电流值对应的当前RCD位置的后置电路存在故障点；

若否，则所述第二判断单元将所述当前电流值传输给所述比较单元。

可选的，还包括定位单元，所述定位单元包括：

第二电流值获取模块，用于按照电流方向依次测量流过每个后置RCD的剩余电流值；所述后置RCD为所述当前RCD位置之后的电路中的其他RCD；

故障点确定模块，用于按照电流方向依次判断每一所述后置RCD的剩余电流值是否等于对应所述后置RCD的正常电流值，确定第一个所述后置RCD的剩余电流值等于对应所述后置RCD的正常电流值的所述后置RCD为故障定位终点RCD，即所述当前RCD与所述故障定位终点RCD之间存在故障点。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种判断接地故障的方法及装置，该方法基于RCD检测到的剩余电流的改变，判断当前电流值与正常电流值是否一致，进而判断接地故障是否发生，并进行故障定位。该方法不需要增加其他设备或向线路注入其他信号，不增加系统成本，而且可以有效提高判断故障位置的可靠性。

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为本发明实施例1提供的一种接地故障的判断方法的流程图；

图2为本发明直流配用电系统电路图；

图3为本发明实施例1提供的一种接地故障定位方法的电路图；

图4为本发明实施例2提供的一种接地故障的判断装置的结构示意图。

符号说明：1、测量单元；2、比较单元；3、第一判断单元。

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、完整地描述，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做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。

本发明的目的是提供一种接地故障的判断方法及装置，在直流配用电系统中，直流电压包含一定的高频电压纹波，大小一般为直流电压的1％左右，频率与供电电源变换器的开关频率有关。电源纹波电压通过线路对地杂散电容产生对地交流泄漏电流，泄漏电流以剩余电流的形式流过剩余电流装置RCD，当接地故障发生时，由于存在接地电阻，线路对地阻抗发生变化，此时流过RCD的剩余电流也会发生变化，只需比较剩余电流流过RCD的当前电流值是否与正常电流值一致，即可判断接地故障是否发生。该方法不需要增加其他设备或向线路注入其他信号，不增加系统成本，而且可以有效提高判断故障位置的可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1：

请参阅图1，本发明提供了一种接地故障的判断方法，包括：

S1：测量当前流过RCD的剩余电流值，得到当前电流值；

S2：比较所述当前电流值和正常电流值，所述正常电流值为正常工作时流过RCD的剩余电流值；

S3：判断接地故障是否存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值相同，则接地故障不存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值不同，则接地故障存在。

需要说明的是，在直流配用电系统中，如图2所示，电源纹波电压U_ac通过线路杂散电容形成交流泄漏电流，交流泄漏电流以剩余电流的形式流过RCD，线路中还存在一定的电阻和电感，此时线路对地阻抗为：

Z₁＝Z_L+Z_C；

其中，Z₁为正常工作时的线路对地阻抗值；Z_L为线路中存在的电阻和电感的阻抗值；Z_C为线路杂散电容阻抗值；

剩余电流值大小为：

I₁＝U_ac/Z₁

其中，I₁为正常工作时的剩余电流值；U_ac为电源纹波电压。

当发生接地故障时，存在接地故障电阻R_F，从而造成线路阻抗发生变化，此时线路对地阻抗为：

Z₂＝Z_L+Z_C//R_F

其中，Z₂为故障存在时的线路对地阻抗值；Z_L为线路中存在的电阻和电感的阻抗值；Z_C为线路杂散电容阻抗值；R_F为接地故障电阻；

剩余电流值大小为：

I₂＝U_ac/Z₂

其中，I₂为故障存在时的剩余电流值；U_ac为电源纹波电压。

接地故障发生后，由于线路对地阻抗发生变化，剩余电流的幅值和相位也会随之改变，从而可以判断接地故障是否存在。

在步骤S2中，所述正常电流值的获取方法包括：

S21：通过改变电源纹波电压的频率和幅值来改变线路对地阻抗，得到对应的剩余电流值；

S22：存储每一组所述电源纹波电压的频率和幅值以及对应的剩余电流值于正常电流值的数据库。

通过数据库的建立，当接地故障发生时，可以将该条件下的当前电流值与数据库中相同条件下的正常电流值进行比较，从而可以更加准确的判断接地故障是否存在。

具体的，步骤S3具体包括：

判断所述当前电流值与所述正常电流值的差值是否大于设定差值阈值；

若是，则所述当前电流值对应的当前RCD位置之后的电路存在故障点。

作为一种可能的实现方式，在步骤S2之前还包括：

判断所述当前电流值是否大于所述RCD的动作阈值；

若是，则所述RCD断开，所述当前电流值对应的当前RCD位置的后置电路存在故障点；

若否，则执行“S2”的步骤。

如图3所示，在接地故障存在时，本发明还对故障点进行定位，具体包括：

按照电流方向依次测量流过每个后置RCD的剩余电流值；所述后置RCD为所述当前RCD位置之后的电路中的其他RCD；

按照电流方向依次判断每一所述后置RCD的剩余电流值是否等于对应所述后置RCD的正常电流值，确定第一个所述后置RCD的剩余电流值等于对应所述后置RCD的正常电流值的所述后置RCD为故障定位终点RCD，即所述当前RCD与所述故障定位终点RCD之间存在故障点。

需要说明的是，故障点前的RCD检测到的剩余电流成分包括直流故障泄漏电流I_DCF和交流故障泄漏电流I_ACF，此时通过与数据库中数据对比可以判断此RCD后侧位置存在故障，而故障点之后的RCD检测到的剩余电流成分仅包括正常情况下的交流泄漏电流I_AC，与数据库比对确定无故障，所以故障点处于此RCD前端位置。由此，可以进行故障定位。

由此可知，本发明提供的一种接地故障的判断方法不仅可以准确的判断接地故障是否存在，而且还能够准确的判断故障点的位置。因此，该方法具有很高的可靠性。

实施例2：

请参阅图4，本发明还提供了一种接地故障的判断装置，该装置包括：

测量单元1，用于测量当前流过RCD的剩余电流值，得到当前电流值；

比较单元2，用于比较所述当前电流值和正常电流值，所述正常电流值为正常工作时流过RCD的剩余电流值；

第一判断单元3，判断接地故障是否存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值相同，则接地故障不存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值不同，则接地故障存在。

具体的，还包括正常电流值获取单元，所述正常电流值获取单元包括：

第一电流值获取模块，用于通过改变电源纹波电压的频率和幅值来改变线路对地阻抗，得到对应的剩余电流值；

数据库模块，用于存储每一组所述电源纹波电压的频率和幅值以及对应的剩余电流值于正常电流值的数据库。

具体的，所述第一判断单元3包括：

差值判断模块，用于判断所述当前电流值与所述正常电流值的差值是否大于设定差值阈值；

若是，则所述当前电流值对应的当前RCD位置之后的电路存在故障点。

为了准确判断故障点是否存在，本发明提供的接地故障的判断装置还包括：第二判断单元，用于判断所述当前电流值是否大于所述RCD的动作阈值；

若是，则所述RCD断开，所述当前电流值对应的当前RCD位置的后置电路存在故障点；

若否，则所述第二判断单元将所述当前电流值传输给所述比较单元2。

需要说明的是，若发生故障时，线路对地阻抗值变化较小，剩余电流的变化幅度并不明显，未达到所述RCD自动断开的条件，则所述RCD将检测到的电流值传输到控制器，所述控制器将得到的数据与所述数据库中的数据进行对比，若所述控制器得到的数据与所述数据库中的数据的差值大于所述差值阈值，则所述当前电流值对应的当前RCD位置之后的电路存在故障点。

本发明在判断接地故障存在后，还能够对故障点进行定位，因此，该装置还包括：定位单元，所述定位单元包括：

第二电流值获取模块，用于按照电流方向依次测量流过每个后置RCD的剩余电流值；所述后置RCD为所述当前RCD位置之后的电路中的其他RCD；

故障点确定模块，用于按照电流方向依次判断每一所述后置RCD的剩余电流值是否等于对应所述后置RCD的正常电流值，确定第一个所述后置RCD的剩余电流值等于对应所述后置RCD的正常电流值的所述后置RCD为故障定位终点RCD，即所述当前RCD与所述故障定位终点RCD之间存在故障点。

本发明的原理如下：

使用RCD检测直流配用电系统的剩余电流，当检测值大于RCD设定的动作阈值时，RCD断开，此RCD位置(记为RCDn)后置电路存在故障点；有时候存在发生故障时，线路阻抗变化较小，剩余电流的变化幅度并不明显，未达到RCD自动断开的条件，此时RCD将检测得到的电流值传输到控制器，控制器将得到的数据与数据库中的正常电流值进行对比，如果二者的差值大于设定的差值阈值，则判断此RCD位置(记为RCDn)后置电路存在故障点，比对RCDn后置电路的RCD电流是否正常，记录正常电流值的RCD位置，记为RCDm，则RCDn和RCDm之间存在故障点。

综上所述，本发明通过判断当前电流值与正常电流值是否一致，进而判断接地故障是否发生，而且通过数据库的建立，有效的保证了判断的准确性。并且在接地故障发生时，能够进行准确的故障定位，不需要增加其他设备或向线路注入其他信号，不增加系统成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种接地故障的判断方法，其特征在于，包括：

测量当前流过RCD的剩余电流值，得到当前电流值；

比较所述当前电流值和正常电流值，所述正常电流值为正常工作时流过RCD的剩余电流值；

判断接地故障是否存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值相同，则接地故障不存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值不同，则接地故障存在。

2.根据权利要求1所述的一种接地故障的判断方法，其特征在于，所述正常电流值的获取方法包括：

通过改变电源纹波电压的频率和幅值来改变线路对地阻抗，得到对应的剩余电流值；

存储每一组所述电源纹波电压的频率和幅值以及对应的剩余电流值于正常电流值的数据库。

3.根据权利要求1所述的一种接地故障的判断方法，其特征在于，所述判断接地故障是否存在，具体包括：

判断所述当前电流值与所述正常电流值的差值是否大于设定差值阈值；

若是，则所述当前电流值对应的当前RCD位置之后的电路存在故障点。

4.根据权利要求1所述的一种接地故障的判断方法，其特征在于，在比较所述当前电流值和正常电流值之前还包括：

判断所述当前电流值是否大于所述RCD的动作阈值；

若是，则所述RCD断开，所述当前电流值对应的当前RCD位置的后置电路存在故障点；

若否，则执行“比较所述当前电流值和正常电流值”的步骤。

5.根据权利要求1所述的一种接地故障的判断方法，其特征在于，所述接地故障存在时，还包括对故障点的定位，具体包括：

按照电流方向依次测量流过每个后置RCD的剩余电流值；所述后置RCD为所述当前RCD位置之后的电路中的其他RCD；

按照电流方向依次判断每一所述后置RCD的剩余电流值是否等于对应所述后置RCD的正常电流值，确定第一个所述后置RCD的剩余电流值等于对应所述后置RCD的正常电流值的所述后置RCD为故障定位终点RCD，即所述当前RCD与所述故障定位终点RCD之间存在故障点。

6.一种接地故障的判断装置，其特征在于，包括：

测量单元，用于测量当前流过RCD的剩余电流值，得到当前电流值；

比较单元，用于比较所述当前电流值和正常电流值，所述正常电流值为正常工作时流过RCD的剩余电流值；；

第一判断单元，用于判断接地故障是否存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值相同，则接地故障不存在；

若所述当前电流值与所述正常电流值不同，则接地故障存在。

7.根据权利要求6所述的一种接地故障的判断装置，其特征在于，还包括正常电流值获取单元，所述正常电流值获取单元包括：

第一电流值获取模块，用于通过改变电源纹波电压的频率和幅值来改变线路对地阻抗，得到对应的剩余电流值；

数据库模块，用于存储每一组所述电源纹波电压的频率和幅值以及对应的剩余电流值于正常电流值的数据库。

8.根据权利要求6所述的一种接地故障的判断装置，其特征在于，所述第一判断单元包括：

差值判断模块，用于判断所述当前电流值与所述正常电流值的差值是否大于设定差值阈值；

若是，则所述当前电流值对应的当前RCD位置之后的电路存在故障点。

9.根据权利要求6所述的一种接地故障的判断装置，其特征在于，还包括：

第二判断单元，用于判断所述当前电流值是否大于所述RCD的动作阈值；

若是，则所述RCD断开，所述当前电流值对应的当前RCD位置的后置电路存在故障点；

若否，则所述第二单元将所述当前电流值传输给所述比较单元。

10.根据权利要求6所述的一种接地故障的判断装置，其特征在于，还包括定位单元，所述定位单元包括：

第二电流值获取模块，用于按照电流方向依次测量流过每个后置RCD的剩余电流值；所述后置RCD为所述当前RCD位置之后的电路中的其他RCD；

故障点确定模块，用于按照电流方向依次判断每一所述后置RCD的剩余电流值是否等于对应所述后置RCD的正常电流值，确定第一个所述后置RCD的剩余电流值等于对应所述后置RCD的正常电流值的所述后置RCD为故障定位终点RCD，即所述当前RCD与所述故障定位终点RCD之间存在故障点。

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