CN210534261U - 一种大电流故障选线系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种大电流故障选线系统，包括用于检测单相接地故障发生的电压互感器、用于检测各支路零序电流的第一电流互感器、用于处理所述电压互感器和所述第一电流互感器输出信号的信号调理电路、用于将所述电压互感器和所述第一电流互感器输出模拟信号转换为数字信号的AD转换电路、用于分析零序电流的微处理器和受控于所述微处理器的主动接地系统；所述主动接地系统主要由接地变压器、快速开关和第二电流互感器组成，所述快速开关和所述第二电流互感器串联后，连接在所述接地变压器高压侧中性点与大地之间，所述快速开关受控于所述微处理器。当电力系统发生单相接地故障后，本系统能够准确选出故障回路。

Description

一种大电流故障选线系统
技术领域
本实用新型涉及接地选线技术领域，具体是一种用于小电流接地系统的具有主动性的大电流故障选线系统。
背景技术
单相接地故障是电力系统中最主要的故障形式，占到故障总数的70％以上。小电流接地系统的优点在于，发生单相接地后(如图1线路2的C相)，并不破坏系统线电压的对称性，系统仍然能够正常供电，即不影响电网用户的连续供电。但是，当发生弧光性电网接地时会引起全电网系统过电压，很可能损坏用电设备，威胁人身安全，破坏系统的安全运行；同时，电网非故障相对地电压会升高，可能引起电网绝缘薄弱环节被高电压击穿或者相间短路，使电网事故进一步扩大，影响电网用户的正常供电。因此，要保证电网系统的正常进行，必须在小电流接地系统中发生单相接地故障时，及时准确地定位电网故障线路及故障位置，从而排除故障。
然而，小电流接地系统发生单相接地后，故障特征不明显，另外使得迅速、准确地找出接地回路存在一定的难度。现有的一些单相接地故障选线方法存在检测准确度不高或者检测方法过于复杂的问题。例如，2018年6月12日公开的发明专利CN105067948B公开了一种基于电压和电流相量的小电流接地选线系统及单相接地检测方法，其虽然是对当时现有算法进行简化，但是仍然较为复杂。
实用新型内容
针对现有技术的缺点与不足，本实用新型提供一种用于小电流接地系统的具有主动性的大电流故障选线系统。
一种大电流故障选线系统，包括用于检测单相接地故障发生的电压互感器、用于检测各支路零序电流的第一电流互感器、用于处理所述电压互感器和所述第一电流互感器输出信号的信号调理电路、用于将所述电压互感器和所述第一电流互感器输出模拟信号转换为数字信号的AD转换电路、用于分析零序电流的微处理器和受控于所述微处理器的主动接地系统；
所述主动接地系统主要由接地变压器、快速开关和第二电流互感器组成，所述快速开关和所述第二电流互感器串联后，连接在所述接地变压器高压侧中性点与大地之间，所述快速开关受控于所述微处理器；
所述快速开关采用基于电磁斥力机构的快速真空开关；所述微处理器通过网络连接有监控服务端，所述监控服务端提供显示、报警和实时查询服务。
进一步的，所述信号调理电路采用低通滤波电路，其输入端连接有由两个反向串联的稳压二极管构成的限压限幅电路。
进一步的，所述AD转换电路采用14位模数转换器MAX125及其外围电路。
进一步的，所述微处理器采用DSP芯片TMS320F2812及其外围电路；所述微处理器连接有看门狗电路，所述看门狗电路采用复位芯片MAX706及其外围电路。
进一步的，所述接地变压器并联有浪涌保护器。
本实用新型的有益效果：当电力系统发生单相接地故障后，本系统能够准确选出故障回路，有效降低电力系统因单相接地而形成的两相异地短路或相间短路的概率，避免系统发生事故，具有显著的经济效益。
附图说明
图1为单相接地故障示意图；
图2为中性点非直接接地系统中的零序电流示意图；
图3为中性点经消弧线圈接地系统中的零序电流示意图；
图4为大电流故障选线系统主要框图；
图5为主动接地系统示意图；
图6为低通滤波电路图；
图7为看门狗复位电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细的说明。本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
在中性点非直接接地系统中，该段母线所带的一条出线发生单相接地故障时，该母线及其余出线都会出现数值较大的零序电压。在零序电压的作用下，系统中会出现零序电流，如图2所示。
对于非故障线而言，线路的零序电流就是零序电容电流，方向从母线流向电路如图1中iL1；对于故障线路而言，在中性点不接地系统中，故障线路中的零序电流方向为线路流向母线如图1中iL2、iL3、iL4、iL5，为非故障线路零序电流总和。由此，故障线路和非故障线路的零序电流，它们的电流方向是相反的。
为了降低小电流接地系统中单相接地故障电流，在系统中引入了消弧线圈；但在引入消弧线圈的同时，也加大了故障支路甄别的难度，因为尽管消弧线圈的补偿作用，但还是存在一定的接地残流，这部分电流只出现在故障支路中，并与故障支路的零序电容电流相混合共同构成故障支路电流。残流是故障支路的本质特征，但受现场客观条件的限制，接地残流并不能直接检测到。
在中性点经消弧线圈接地的系统中，故障线路中的零序电流为非故障线零序电流与消弧线圈中的电感电流之和，电流方向为母线流向线路，如图3 所示。
非直接接地系统和经消弧线圈接地系统均存在公式iL1＝iL2+iL3+iL4+iL5。
虽然零序电流与故障支路存在一定关联性，但是故障后在各条支路上流动的零序电容电流只决定于系统的零序电压与支路的对地电容，而不决定于故障发生在哪条支路上，且故障发生前后的支路对地电容几乎不变。因此，仅仅根据零序电流不能精准地判断出电网故障线路及故障位置。
本实用新型采用具有主动性的大电流故障选线系统，在检测到发生单相接地故障后，通过接地变压器主动接地向系统冲入电流信号，注入的电流信号沿着接地回路传输并最终流入单相接地故障点，从而通过对比主动接地前后各支路零序电流互感器检测到的电流信号，确定单相接地故障点。
具体的，一种大电流故障选线系统，如图4、图5所示，包括用于检测单相接地故障发生的电压互感器、用于检测各支路零序电流的第一电流互感器、用于处理所述电压互感器和所述第一电流互感器输出信号的信号调理电路、用于将所述电压互感器和所述第一电流互感器输出模拟信号转换为数字信号的AD转换电路、用于分析零序电流的微处理器和受控于所述微处理器的主动接地系统。
所述主动接地系统主要由接地变压器1、快速开关2和第二电流互感器组成，所述快速开关和所述第二电流互感器串联后，连接在所述接地变压器高压侧中性点与大地之间，所述快速开关受控于所述微处理器。所述接地变压器并联有浪涌保护器3。
这里的第一、第二电流互感器可以采用同样的电流互感器，进行区分只是为了便于表述。
一般的，快速开关通常使用普通真空接触器，其与大地之间设有限流电阻Rk，但是加了限流电阻Rk一定程度上会影响选线准确率。为此，本实施例采用基于电磁斥力机构的快速真空开关作为此处的快速开关，其特点是动作快，可以减小甚至不加限流电阻Rk，这样电流信号变化大，选线准确率更高。
关于零序电压的测量，三相电压互感器与支路并联，并连接成开口三角形的形式，开口三角形的出口就是零序电压。
关于零序电流的测量，将三根火线全部穿过电流互感器内孔，测量的是三相电流的矢量和，也就是零序电流。
电压互感器和电流互感器的输出信号需要经过预处理才能输入微处理器，预处理包括通过低通滤波电路进行滤波处理和AD转换电路进行模数转换。
低通滤波电路如图6所示，在模拟信号输入端，设计使用两个反接稳压管，它的设计功能为针对模拟输入信号的限压限幅，防止突然串入的冲击电压损毁模拟信号采集线路，从而损坏整个电路。同时，信号调理电路中设计了二阶模拟低通滤波器，该滤波器中使用运算放大器LM324，应用过程表明该滤波器通带和阻带的滤波特性良好，特别是对电网工频分量干扰的处理效果较好。
信号调理电路的输出为模拟量，因此在大电流故障选线系统电子线路设计中必须使用模数转换器将信号调理电路的模拟输出信号转化成数字信号，即转换为后端微处理器所能够识别和处理的信号。本实施例采用的模数转换器为14位模数转换器MAX125，它是8通道模拟转换器，信号路数超过8路时，采用多块MAX125芯片并联即可。
为了保证大电流故障选线系统采样模拟信号不失真，微处理器应当考虑香农采样定理，即装置使用的采样频率应该大于等于2倍的信号频率，提升大电流故障选线系统的采集速率不但能够确保大电流故障选线系统原始数据的完整性，而且对大电流故障选线系统选线正确率的改善也能起到非常重要的作用。
所述微处理器采用DSP芯片TMS320F2812及其外围电路，DSP芯片 TMS320F2812具有32位字长，数据计算精度较高，具有较强的系统处理能力。
为了避免小电流接地选线装置软件程序出现崩溃、跳转错误等情况，设计了硬件看门狗电路该看门狗电路主要采用包含8个外部引脚的美信公司复位芯片MAX706。所述微处理器连接有看门狗电路，所述看门狗电路采用复位芯片MAX706及其外围电路，如图7所示。
所述微处理器通过网络连接有监控服务端，所述监控服务端提供显示、报警和实时查询服务。此处的监控服务端基于现有物联网技术即可实现，其具体结构和实现方式不是本申请涉及的重点。
本系统选线流程：1、系统发生单相接地故障后，电压互感器检测到故障信号，传递给微处理器，微处理器对各支路零序电流进行读取和存储，选出零序电流最大支路；2、通过启动快速开关(受控于微处理器)，将第一接地变压器接地，并通过第一接地变压器主动接地向系统冲入电流信号(冲入电流信号的大小、时间可以通过微处理器控制，以达到不影响接地点的原始状态的目的)，注入的电流信号沿着接地回路传输并最终流入单相接地故障点，微处理器对各支路零序电流再次进行读取和存储，选出零序电流最大支路；3、通过对比主动接地前后各支路零序电流互感器检测到的电流信号，选出零序电流变化最大支路；4、若选出的三条支路相同，则它无疑就是故障点，若存在不同，需要根据大量数据汇总得出的经验或借助其他方法进一步确定故障点。一般来说，在无高阻故障时，零序电流变化最大支路即为准确的故障点。
显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。基于本实用新型中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本实用新型保护的范围。

Claims (6)

1.一种大电流故障选线系统，其特征在于，包括用于检测单相接地故障发生的电压互感器、用于检测各支路零序电流的第一电流互感器、用于处理所述电压互感器和所述第一电流互感器输出信号的信号调理电路、用于将所述电压互感器和所述第一电流互感器输出模拟信号转换为数字信号的AD转换电路、用于分析零序电流的微处理器和受控于所述微处理器的主动接地系统；
所述主动接地系统主要由接地变压器、快速开关和第二电流互感器组成，所述快速开关和所述第二电流互感器串联后，连接在所述接地变压器高压侧中性点与大地之间，所述快速开关受控于所述微处理器；
所述快速开关采用基于电磁斥力机构的快速真空开关；所述微处理器通过网络连接有监控服务端，所述监控服务端提供显示、报警和实时查询服务。
2.根据权利要求1所述的大电流故障选线系统，其特征在于，所述信号调理电路采用低通滤波电路，其输入端连接有由两个反向串联的稳压二极管构成的限压限幅电路。
3.根据权利要求1所述的大电流故障选线系统，其特征在于，所述AD转换电路采用14位模数转换器MAX125及其外围电路。
4.根据权利要求1所述的大电流故障选线系统，其特征在于，所述微处理器采用DSP芯片TMS320F2812及其外围电路。
5.根据权利要求4所述的大电流故障选线系统，其特征在于，所述微处理器连接有看门狗电路，所述看门狗电路采用复位芯片MAX706及其外围电路。
6.根据权利要求1所述的大电流故障选线系统，其特征在于，所述接地变压器并联有浪涌保护器。
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