CN1155833C - 小电流接地系统单相接地的故障选线装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电力系统领域。涉及小电流接地系统故障单相接地选线装置。本发明的装置是：依次插接在一电路基板上的变换器、数据采集电路、中央处理器、结果输出的接口电路、显示电路和电源；数据采集板由接地故障硬件启动单元I和数据采集单元II两个单元组成；硬件启动单元I由一个带通滤波器频率为3-10千赫兹的带通滤波电路和比较器组成；数据采集单元II由8个多路转换开关、8个高速模数转换器、数据存储器和相应的控制电路组成；本发明能够准确选择出故障线，它可以应用于小电流接地系统或大电流接地系统单相接地故障选择。
Description
技术领域 本发明属于电力系统领域，特别涉及电力系统中小电流接地系统的单相接地故障线路选择技术和装置。
背景技术 小电流接地系统发生单相接地故障时，由于中性点不直接接地，所以，不能形成短路回路，因此没有短路电流，只有数值不大的电容电流流向故障点。这是一个客观现象。
尽管没有形成短路回路，故障接地电流也不大，但是，这种情况不能长期存在。一方面非故障相电压会升高，对线路绝缘造成威胁；另一方面接地点的电弧电流会烧坏线路，造成线路永久损坏。所以，中国电力运行规程规定：单相接地持续时间不得超过2小时，故障线路必须从电网退出。因此，就提出了那一条线路是接地线路这个问题——故障线选择问题。
围绕这个问题，各国进行了无数的研究，也研制出了许多方法与装置。例如使用零序工频电流的故障选线方法。由于工频零序电流数值很小，难以和正常运行时的不平衡零序电流相区别，所以无法正确选择出故障线。其根本问题在于使用了工频电气量。导致迄今为止没有一种方法或者装置从根本上解决小电流接地故障线路选择问题。
发明内容 本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种小电流接地系统单相接地的故障选线方法和装置，采用故障后所产生的暂态行波电流来选择故障线。可从根本上解决小电流接地系统故障线选择问题。
本发明提出的一种小电流接地系统单相接地的故障选线方法，其特征在于，探测并记录接于相同母线上的各回线路的电流行波，其中初始暂态电流行波数值最大、极性和其它线路电流行波极性相反者，就是故障线路。
若所说的线路为三相线路时，则将各线路的相电流行波和对应线路的相电流行波进行比较，或者采用模量电流行波进行比较，其中初始暂态电流行波数值最大、极性和其它线路对应相或模电流行波极性相反者，就是故障线路。
上述的探测方法为：使用电流互感器将线路中的大电流变换成1或者5安培的小电流，再通过电流电压变换器把这个小电流信号变换成小电压信号，进行记录。
本发明的方法依据的原理：
本发明人通过仿真实验和实际试验首次证实：小电流接地系统发生单相接地故障时，在故障点附加电源的作用下，将产生向变电站母线运动的电压和电流行波。这个初始的行波与中性点是否接地无关，它是客观存在。
来自于故障点的电流行波经过故障线路运动到变电站母线，在母线处将发生折反射。由于配电网母线上一般接有许多进出线路，所以，行波反射非常强烈。
其中，故障线路上的行波最强：它是来自于故障点的初始反向行波和反射后改变了方向的前行波的和。而其它线路上的行波是来自于故障点和故障线路上的行波折射分量而且仅有这一个分量。所以，数值很小，极性和故障线路相反。
本发明提出实现上述方法的装置，包括依次插接在一电路基板上的变换器板、数据采集板、中央处理器板、结果输出的接口板、电源板；所说的变换器板将来自于待测回路上的1安培或5安培电流变换成5伏电压信号供数据采集板使用；所说的数据采集板把该5伏模拟电压信号转换成为数字信号；所说的中央处理器板将把数据采集板采集到的暂态电流行波数据进行滤波处理，并计算结果；所说的结果输出的接口板将中央处理器板处理后的结果输出，并通过显示电路显示出来；其特征在于，所说的数据采集板由接地故障硬件启动单元(I)和数据采集单元(II)两个单元组成，所说的硬件启动单元(I)由一个带通滤波器频率为3-10千赫兹的带通滤波电路和比较器组成；所说的数据采集单元(II)由8个多路转换开关、8个高速模数转换器、数据存储器和相应的控制电路组成；该高速模数转换器循环不停地采集进行模数转换多路电流数据，并存储到数据存储器中。
本发明的装置主要性能指标如下：
1、能够同时监测十回配电线路(可记录30个模拟量电流行波)；
2、能够实时选择出故障线路，从接地故障发生开始，到故障线路被选择出来，时间不超过100毫秒；
本发明能够准确选择出故障线，它可以应用于：
1.中性点不接地系统单相接地故障线；
2.中性点经消弧线圈接地系统单相接地故障选线；
3.中性点经高电阻接地系统单相接地故障选线；
4.中性点经中电阻接地故障单相接地选线；
5.中性点经低电阻接地系统故障选线；
6.中性点直接接地(大电流接地系统)系统故障选线。
附图说明
图1为本发明利用电流行波的小电流接地故障选线原理说明图。
图2为本发明的小电流接地故障选线装置实施例总体结构图。
图3为本实施例的数据采集板电路结构图。
图4为本实施例的中央处理器板电路结构图。
具体实施方式 本发明提出一种小电流接地系统单相接地的故障选线方法及其装置实施例结合各附图详细说明如下：
该方法的要点是：利用接地故障发生时所产生的暂态电流行波选择故障线。其中，在接于同一个变电站、配电站母线上的配电线路中，如果发生接地故障。那么：
(1)故障线路上所出现的初始暂态电流行波数值最大，其它非接地线路的暂态行波电流数值很小；
(2)故障线路电流行波的极性和非故障线路相反；
(3)非故障线路的电流行波极性相同。
本方法结合图1说明如下：
来自于故障点的电流行波(i1反行)经过故障线路运动到变电站母线，在母线处将发生折反射(i1前行)。由于配电网母线上一般接有许多进出线路，所以，行波反射非常强烈。
其中，故障线路上的行波最强：它是来自于故障点的初始反向行波(i1反行)和反射后改变了方向的前行波(i1前行)的和。
i1＝i1反行+i1前行
而其它线路上的行波是来自于故障点和故障线路上的行波折射分量(i2，i3，i4)，而且仅有这一个分量。所以，数值很小，极性和故障线路相反。
i1和i2，i3，i4极性相反
i1大于i2，i3，i4
根据这个特征，故障选线的方法为：
记录每回线路的电流行波，其中数值最大、极性和其它线路电流行波极性相反者，就是故障线路。
在实际三相线路中，各线路的相电流应当和对应线路的相电流进行比较。
因此本方法可以简单概括为：
(1)故障线路上所出现的初始暂态电流行波数值最大，其它非接地线路的暂态行波电流数值很小；
(2)故障线路电流行波的极性和非故障线路相反；
(3)非故障线路的电流行波极性相同。
根据上述方法设计的一种小电流接地系统单相接地的故障选线的装置的实施例如图2所示。包括一机箱，该机箱内设置一电路基板依次插接有变换器板21、数据采集板22、中央处理器板23、结果输出的接口板24和电源板25，在机箱的正面装有蜂鸣器26和液晶屏幕27，在机箱的侧面和背面分别安装有电源插坐28和输入线29。
上述各个电路板的组成与功能详细说明如下：
1.变换器板：它把来自于连接在待测回路上的电流互感器的1安培或5安培电流变换成5伏的电压信号，供数据采集使用，共有十个回路，变换三十路，每个回路有三相电流，本实施例采用普通的电流电压变换器。
2.数据采集板：它把这个5伏的模拟电流信号转换成为数字信号，并存储在数据存储器中；
该板子由接地故障硬件启动单元I和数据采集单元II两部分组成，如图3所示。其中：
硬件启动单元I比较输入电流和一个门槛值(定值)，如果输入电流中的高频暂态分量达到门槛值时，比较器输出低电平。判断接地发生了。
硬件启动单元I由一个带通滤波电路(带通滤波器频率为3-10千赫兹)和比较器芯片(LM293)组成。
数据采集单元II由8个多路转换开关、8个高速模数转换器芯片、数据存储器和相应的控制电路组成。高速模数转换器循环不停地采集(模数转换)30路电流数据；并存储到数据存储器中。
本实施例的8个模数转换器芯片采用AD公司生产的AD803，8个多路开关(每个多路开关把四路模拟信号分时接通给8个AD)采用该公司生产的AD9300。循环数据存储器采用双口RAM。
3.中央处理器板：它把数据采集板采集到的暂态电流行波数据进行滤波处理，进而根据前述的选线方法选择故障线。
该板子的组成如图4所示，由数字信号处理器和相应的外围电路组成。它主要执行数字滤波一小波变换、相模变换以及10条线路(20个模量电流)的幅值和极性比较。
本实施例的数字信号处理器采用TI公司的TMS320C32数字信号处理器芯片。图中，RAM为数据存储器，Flash为程序存储器。16D、32D等表示是16位的、或者32位的数据总线或程序总线
4.结果输出接口板：该板子把中央处理器计算结果(数字量)的结果输出，通过液晶屏幕显示出来，并通过蜂鸣器通知值班人员。
5.电源：提供整套装置的工作电源。
本实施例的工作过程：
如果一条线路发生了单相接地，本装置将启动工作，其工作过程如下：
1、通过安装于每条线路上(共十回)的电流互感器，每条线路的三相电流(共计30个)被引入变换器板；
2、每个变换器把来自于电流互感器的5安培(或1安培)左右的电流变换成5伏特的电压信号；
3、高速数据采集板前面的启动单元将检测到扰动发生，硬件启动单元启动，输出触发电平；
4、高速数据采集单元中的数据采集是不断循环的，如果硬件启动元件启动，则从循环存储器中读取每条线路三相电流数据200个采样点；
5、对这30个独立的200点数据进行数字滤波处理；
6、对它们进行相模变换，把上述三相电流值(A相、B相、C相)变换成三个模量电流(α模量、β模量、0模量)；
7、根据每条线路对应的的两个线模(α模量和β模量)，不要零序模量，比较选择出故障线路。
8、把选择结果(数字量，0代表不是故障线，1代表故障线)输出到结果输出结果板。
9、结果输出板将给出蜂鸣器叫声，通知值班人员，选择结果将显示在液晶屏幕上。
Claims (1)
1、一种小电流接地系统单相接地的故障选线的装置，包括依次插接在一电路基板上的变换器板、数据采集板、中央处理器板、结果输出的接口板、电源板；所说的变换器板将来自于待测回路上的1安培或5安培电流变换成5伏电压信号供数据采集板使用；所说的数据采集板把该5伏模拟电压信号转换成为数字信号；所说的中央处理器板将把数据采集板采集到的暂态电流行波数据进行滤波处理，并计算结果；所说的结果输出的接口板将中央处理器板处理后的结果输出，并通过显示电路显示出来；其特征在于，所说的数据采集板由接地故障硬件启动单元(I)和数据采集单元(II)两个单元组成，所说的硬件启动单元(I)由一个带通滤波器频率为3-10千赫兹的带通滤波电路和比较器组成；所说的数据采集单元(II)由8个多路转换开关、8个高速模数转换器、数据存储器和相应的控制电路组成；该高速模数转换器循环不停地采集进行模数转换多路电流数据，并存储到数据存储器中。
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