CN102590698B - 一种电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置，硬件由交流采样模块、信号输出模块、人机交互模块、中央处理模块以及电源模块组成；软件功能模块为电压扰动检测和选线处理两部分，电压扰动检测用于在系统发生扰动时判断出扰动类别，选线处理用于在系统发生单相接地故障后进行故障选线相关处理。本发明能有效区分单相接地与电压扰动，在发生电压扰动时不误动，发生单相接地时不拒动。

Description

一种电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置及其控制方法

技术领域

本实用新型涉及电力系统配电网的电气设备制造技术领域，尤其是一种电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置。

背景技术

我国低压配电网大都采用中性点非有效接地方式，这类电网在发生单相接地故障时，接地故障处仅流过线路的电容电流，其数值只是几安到二、三十安，因此这类电网属于小接地电流电网。由于不产生短路电流，且线电压仍是对称的，不影响对用户的正常供电，按规程要求允许继续运行1～2小时。小电流系统发生单相故障后，故障特征不明显，特别是中性点经消弧线圈接地的系统，由于消弧线圈补偿了部分电容电流，在稳态下的故障线路的电流信号与非故障线路的电流信号很难区分，因此要快速选出故障线路有了一定的难度。

自80年代小电流接地选线装置问世以来，已经历了几次更新换代，检测水平和算法不断提高，但均存在着误判率较高的问题。误判率较高既有选线原理方面的原因，也有其它因素的影响。

目前常用的选线原理主要有三种：信号注入法、增量法、暂态信号法。

注入法的提出，为解决选线问题提出了一个很好思路和方向，人为地向系统中注入一个特定的信号，通过检测此信号的流向来查找故障线路。基于此原理的选线产品有较高选线正确率，但此类产品一直得不到大面积应用，主要是存在工程安装不方便、受PT容量影响以及不能正确反应弧光和高阻接地故障等。相信随着上述问题的解决，注入法将会是解决选线问题的最佳方法。

增量法，需要与特殊消弧线圈配合，通过调整消弧线圈补偿度或改变中值电阻阻值来改变故障零序电流大小，然后通过检测各线路信号变化量的大小来查找故障线路，变化量最大的为故障线路。此方法在弧光和高阻接地故障下选线不可靠，并且在选线过程中对线圈或电阻的调整，会对一次系统造成一定冲击，另外投资成本高，安装麻烦，只适用在新建电站中。

暂态法，与传统稳态选线法一样，都是利用系统固有的零序电压和零序电流，但它是对传统稳态选线方法的改进，不仅突破了稳态选线法受消弧线圈补偿影响的屏颈，而且暂态信号强，非常利于选线。近年来暂态法选线理论随着电子技术的发展得到快速发展和应用，成为解决小电流接地选线问题主要研究方向。

其它因素主要是小电流采样部分的因素，比如零序互感器的精度达不到要求，一次侧零序电流很小的时候，变比误差达20％以上，角度误差达20度以上，这样的误差根本就无法保证选线的准确性，另外对零序互感器在带电条件下很难完成极性较验，难以确保接入选线装置信号的极性是正确的。

基于以上因素，使小电流选线装置的准确率很难达到令人满意的水平。

另外，电力系统中存在着许多电感和电容元件，如变压器、互感器、消弧线圈、发电机、输电线路等的电感，线路对地和相间电容，补偿用的并联和串联电容器，高压设备的电容等。它们的组合可以构成一系列不同自振频率的振荡回路，当操作或发生故障时，在加电源的作用下，产生谐振现象，引起谐振过电压。电力系统中发生铁磁谐振的机会相当多，如断路器非全相动作或不同期操作，电压互感器的饱和等都会引起铁磁谐振过电压。

运行经验表明，系统在发生谐振过电压、PT断相、三相电压不平衡等干扰因素都会引起小电流接地选线装置的误启动，给值班运行人员造成误解和不便，影响了装置的选线准确率。目前，应用于输配电现场的小电流接地选线装置都没能很好地解决这一问题。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置，它能够有效地区分电力系统中发生的电压扰动和接地故障，在系统扰动时不误动、在接地故障发生时不拒动，提高选线装置的动作可靠性和选线准确率。

本实用新型的实现技术方案如下：一种电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置，由交流采样模块、信号输出模块、人机交互模块、中央处理模块以及电源模块组成，所述系统零序电压和零序电流通过交流采样模块转成数字信号后，经中央处理模块运算处理，选出故障线路或判断扰动类别，再由中央处理模块输出控制信号，并由人机模块和信号输出模块完成控制信号的输出。而所述电源模块则用于对上述模块的正常供电。

所述交流采样模块用于采集零序电流和零序电压信号，零序电压电流通过转换电路将信号通过信号总线传输至中央处理模块，

所述信号输出模块主要完成装置控制信号的输出，通过现场可编程门阵列FPGA和密码锁电路控制继电器的动作，

所述人机交互模块由键盘和液晶组成，完成装置定值的输入和信息显示，

所述中央处理模块完成零序电压、电流的分析处理，对各个模块发出控制信号，

所述电源模块由开关电源组成，主要完成对上述模块的供电。

一种电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置的控制方法，包括如下步骤：

通过采集小电流接地系统的零序电压、电流，以零序电压和零序电流作为扰动和选线判据，

在电压满足启动条件后，它引入系统中的零序电流的数值作为另一个参数，

若测得的零序电流比整定值大，则判断为接地故障，

若测得的零序电流比整定值小，则判断为电压扰动；

若测得零序电压的波形为正弦波，频率等于工频，电流比整定值小，则判断为基波谐振；

若测得零序电压的波形在参考线以上，频率比工频高，电流比整定值小，则判为高频谐振。

若测得零序电压的波形与方波类似，频率比工频低，电流比整定值小，则判为分频谐振。

软件实现方式

本实用新型的软件部分主要分成两个任务流程，一个是接地故障处理流程，另一个是电压扰动判别流程。

所述接地故障处理流程是本实用新型的基本功能，主要完成单相接地选线，采用单相接地故障发生时，故障线路的零序电流幅值最大，并且相位与正常线路相反的原理进行选线。

所述电压扰动判别主要检测电压扰动，判断扰动的类型。电力系统中常见的电压扰动主要为谐振过电压，本实用新型主要通过识别几种谐振过电压的特征，以本实用新型特有的录波分析模块作分析和记录，选出相应的电压扰动类型。

每种谐振的表现形式不同，具体叙述如下：

(1)、基波谐振：系统两相对地电压升高，一相对地降低，中性点对地电压略高于相电压，与单相接地类似；或者是两相对地电压降低，一相对地电压升高，中性点对地有电压。此时共振频率为基波，在零序电压的表现上与接地非常接近，零序电压波形仍为正弦波，通过检测零序电流可区别出来。

(2)、高频谐振：三相对地电高同时升高，中性点对地有较高电压，中性点电压频率主要是三次工频。在零序电压上表现为共振频率为高频，电压信号基本上在中性点电压之上，与接地故障时的电压的较明显区别。

(3)、分频谐振：三相对地电压同时升高，中性点对地有电压，中性点电压频率大多低于1/2工频。在零序电压表现为波形的频率比工频低，零序电压交替变化。

本实用新型在小电流系统中应用效果显著，具有很高的动作可靠性和灵敏性，能准确区分系统谐振扰动和接地故障，有效地提高了小电流选线装置的动作准确度。

附图说明

图1是本实用新型所述电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置的结构示意图。

图2是本实用新型的软件流程图；

图3是本实用新型的应用案例-基波谐振；

图4是本实用新型的应用案例-高频谐振；

图5是本实用新型的应用案例-分频谐振。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的述电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置，该装置由交流采样模块1、信号输出模块2、人机交互模块3、中央处理模块4以及电源模块5组成，所述系统零序电压和零序电流通过交流采样模块1转成数字信号后，经中央处理模块4运算处理，选出故障线路或判断扰动类别，再由中央处理模块输出控制信号，并由人机模块3和信号输出模块2完成控制信号的输出。而所述电源模块5则用于对上述模块的正常供电。

所述交流采样模块1设有多路零序电压、电流互感器，用于采集系统的选线信号，通过AD转换电路和现场可编程门阵列FPGA处理转换成数字信号供中央处理模块4分析处理。本模块自成系统，可存储采样通道的增益校验参数，极大地方便了系统的维护和检修。

所述信号输出模块2通过现场可编程门阵列FPGA和密码锁电路控制继电器的输出；通过接收中央处理模块4的控制信号控制相应的出口，完成信号输出功能。

所述人机交互模块3由液晶显示器LCD和键盘组成；通过键盘输入装置的定值，显示装置的主要信息和实时故障事件。

所述中央处理模块4由选线分析单元、故障录波单元、时钟单元和通信单元组成；完成装置的选线功能、故障录波功能以及对外通信的功能。

所述电源模块5由5V和24V开关电源组成，完成对装置各单元的正常供电。

如图2所示，本实用新型所述的电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置的控制方法，包括如下步骤：

1)装置检测到零序电压变化的条件达到保护设定的门槛值，转入下一步处理。

2)装置继续计算实时电压，提供数据给下一个步骤作判断。

3)判断电压变化量ΔU是否达到设定值，如果达到则执行步骤5，如果没达到则转入步骤4做进一步判断。

4)判断零序电压的幅值U是否达到设定值，如果达到则执行步骤5，如果没达到则继续执行步骤2实时计算电压。

5)置启动标志和故障录波后转入下一步的判断。

6)判断零序电流是否达到设定值，如果达到则转入接地故障处理，如果没有则转入电压扰动处理。

7)判断为电压扰动后将转入扰动判别处理。

8)判断是否为基波谐振，如果是则执行步骤11后结束，如果不是转入下一步判断。具体表现的故障录波波形如图3。

9)判断是否为高频谐振，如果是则执行步骤13后结束，如果不是转入下一步判断。具体表现的故障录波波形如图4。

10)判断是否为分频谐振，如果是则执行步骤15后结束，如果不是则判断为其它扰动，执行步骤17后结束。具体表现的故障录波波形如图5。

11)判断为接地故障后将转入选线处理，并发出接地告警报文。

12)判断跳闸是否投入，如果未投入则发接地告警输出信号后结束，如果投入则进入跳闸逻辑。

13)判断跳闸延时是否到，如果延时到执行跳闸出口，并报相应的跳闸报文件后结束，如果延时没到则进一步判断故障是否消失；如果故障仍存在则继续等待延时，如果故障消失则直接结束流程。

图3～图5为本实用新型的各种实施案例，各图中第一路为电压波形，其余为电流波形。

图3为本实用新型的应用案例-基波谐振，该故障类型下，电压的波形仍为正弦波，与单相接地类似，但该故障类型的零序电流很小，本实用新型的电流门槛值可以有效地区分接地与电压扰动。

图4为本实用新型的应用案例-高频谐振，该故障类型下，三相对地电压同时升高，零序电压的波形有很大一部分在参与线以上，所述零序电压的频率比工频高。

图5为本实用新型的应用案例-分频谐振，该故障类型下，零序电压交替升高，零序电压波形与方波类似，所述零序电压比工频低。

Claims (1)

1.一种电压扰动闭锁选线的小电流接地选线装置的控制方法，该装置由交流采样模块、信号输出模块、人机交互模块、中央处理模块以及电源模块组成，系统零序电压和零序电流通过交流采样模块转成数字信号后，经中央处理模块运算处理，选出故障线路或判断扰动类别，再由中央处理模块输出控制信号，并由人机交互模块和信号输出模块完成控制信号的输出；电源模块用于对上述模块的正常供电；交流采样模块用于采集零序电流和零序电压信号，零序电压电流通过转换电路将信号通过信号总线传输至中央处理模块，信号输出模块主要完成装置控制信号的输出，通过现场可编程门阵列 FPGA 和密码锁电路控制继电器的动作，人机交互模块由键盘和液晶组成，完成装置定值的输入和信息显示，中央处理模块完成零序电压、电流的分析处理，对各个模块发出控制信号，电源模块由开关电源组成，主要完成对上述模块的供电，其特征在于，该控制方法包括如下步骤：

通过采集小电流接地系统的零序电压、电流，以零序电压和零序电流作为扰动和选线判据，

在电压满足启动条件后，它引入系统中的零序电流的数值作为另一个参数，若测得的零序电流比整定值大，则判断为接地故障，

若测得的零序电流比整定值小，则判断为电压扰动； 

若测得零序电压的波形为正弦波，频率等于工频，电流比整定值小，则判断为基波谐振；

若测得零序电压的波形在参考线以上，频率比工频高，电流比整定值小，则判为高频谐振，

若测得零序电压的波形为不规则方波，频率比工频低，电流比整定值小，则判为分频谐振。

Images