專利名稱：小電流接地系統單相接地故障的判定方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種小電流接地系統單相接地故障的判定方法。本發明還涉及用所述方法的裝置。
背景技術：
配電網直接聯系用戶，其可靠供電能力和供電質量既是電力企業經濟效益的直接體現，又對應著不可估量的社會效益。在配電網線路中通常批量安裝故障指示器，可以有效地解決配網故障查找的難題，從而大大縮短故障停電時間，提高供電可靠性。故障指示器的接地(短路)故障檢測通常是通過電磁感應方法測量線路中的電流突變及持續時間判斷故障，或者通過首半波/5次諧波突變量化單一判斷故障。
五次諧波的檢測原理為當線路發生接地的時候，首先接地相的電壓會降低，另外，由于發生接地，架空線和地面之間形成的虛擬電容被擊穿，線路中的五次諧波分量會發生變化，在一定的時間范圍內滿足這兩個條件，故障指示器認為線路發生了接地，指示器動作。
首半波的檢測原理當線路發生接地的時候，同樣接地相的電壓會降低；另外，虛擬電容被擊穿。所不同之處是采樣的數據不同，首半波檢測原理是檢測電容擊穿瞬間的暫態電流的直流分量，采樣接地瞬間的電容電流與接地瞬間的電壓首半波然后進行比較，當接地瞬間的電容電流突變并且大于一定的數值，并且與接地瞬間的電壓首半波同相，同時接地相的電壓降低，則判斷為接地，否則認為沒有發生接地。
中性點投切電阻原理裝設于變電站內部或外部，由電阻器、開關、熔絲等一次設備以及控制器組成。控制器對變電站內母線電壓進行實時監測，當監測到母線零序電壓發生改變，以及故障相電壓降低，非故障相電壓升高等單相接地故障的特征后，依據裝置啟動判據，確認單相接地故障發生，控制電阻投切裝置完成電阻(接地信號源)的接入和斷開。
用以上方法的單獨檢測不可靠，經常誤動或拒動。發明內容
本發明所要解決的技術問題，就是提供一種小電流接地系統單相接地故障的判定方法，提高了接地故障判斷的準確性。
本發明的另一個目的是提供一種小電流接地系統單相接地故障的判定裝置。
為解決上述技術問題，本發明采取的技術方案如下
一種小電流接地系統單相接地故障的判定方法，包括以下步驟
(1)實時同步采集小電流接地系統線路的電流量；
(2)當發生單相接地故障時，由小電流接地系統中變電站的保護裝置控制電阻投切裝置切入負載電阻，并控制切入和斷開負載電阻的頻率，獲得投切電阻所產生的電流波形信號；
(3)對配電系統中發生所述接地故障的線路中的交流基波進行正負半波分離；
(4)對配電系統中發生所述接地故障的線路中的五次諧波進行正負半波分離；
(5)將基波正、負半波的首半波分別對應與五次諧波正、負半波的首半波進行對比；
(6)當基波正、負半波的首半波分別與五次諧波正、負半波的首半波同相，并且基波波形與投切電阻所產生的電流波形一致時，則判定發生單相接地故障。
本發明的另一個目的通過以下技術方案實現
一種小電流接地系統單相接地故障的判定裝置，包括故障指示器，該故障指示器包括
采樣單元，用于采集發生單相接地故障線路的電流量及投切電阻所產生的電流量；
信號分離單元，用于將接地故障的線路中的交流基波、五次諧波的正負半波分罔；
CPU信號處理單元，用于對比分析基波正、負半波的首半波與五次諧波正、負半波的首半波，并且用于對比分析基波波形與投切電阻所產生的電流波形；
故障指示執行單元，用于輸出故障信號及作出故障指示；
本發明所述采樣單元、信號分離單元、CPU信號處理單元、故障指示執行單元依次相連，所述采樣單元采集發生單相接地故障線路的電流量及投切電阻所產生的電流量，再通過信號分離單元將單相接地故障線路的電流的基波、五次諧波的正負半波分離，由CPU 信號處理單元對比分析基波正、負半波的首半波與五次諧波正、負半波的首半波，并且同時分析對比基波波形與投切電阻所產生的電流波形作出故障判定，最后通過故障指示執行單元將故障信號輸出及發出故障指示。
本發明所述故障指示器還包括用于獲取故障接地相交流電場強度的交流電場強度傳感器，該交流電場強度傳感器與CPU信號處理單元相連。
與現有技術相比，本發明具有如下優點
本發明提高了線路接地故障判斷的準確性，縮短了故障查尋時間；減少了配網線路的日常維護工作量，提高了工作效率，確保了配網系統的可靠運行。
圖1是本發明故障指示器的組成及連接示意圖2是投切電阻的原理示意圖。
具體實施方式
本發明的小電流接地系統單相接地故障的判定方法實施例，包括以下步驟
(1)實時同步采集小電流接地系統線路的電流量；
(2)當發生單相接地故障時，由小電流接地系統中變電站的保護裝置控制電阻投切裝置切入負載電阻，并控制切入和斷開負載電阻的頻率，獲得投切電阻所產生的電流波形信號(如圖2所示)，該電流波形信號稱為投切電阻信號源；
(3)對配電系統中發生所述接地故障的線路中的交流基波進行正負半波分離；
(4)對配電系統中發生所述接地故障的線路中的五次諧波進行正負半波分離；
(5)將基波正、負半波的首半波分別對應與五次諧波正、負半波的首半波進行對比；
(6)當基波正、負半波的首半波分別與五次諧波正、負半波的首半波同相，并且基波波形與投切電阻所產生的電流波形一致時，則判定發生單相接地故障。
如圖1所示的小電流接地系統單相接地故障的判定裝置實施例，包括故障指示器，該故障指示器包括
采樣單元，用于采集發生單相接地故障線路的電流量及投切電阻所產生的電流量；
信號分離單元，用于將接地故障的線路中的交流基波、五次諧波的正負半波分 1 ；
CPU信號處理單元，用于對比分析基波正、負半波的首半波與五次諧波正、負半波的首半波，并且用于對比分析基波波形與投切電阻所產生的電流波形；
故障指示執行單元，用于輸出故障信號及作出故障指示；
本發明所述采樣單元、信號分離單元、CPU信號處理單元、故障指示執行單元依次相連，所述采樣單元采集發生單相接地故障線路的電流量及投切電阻所產生的電流量，再通過信號分離單元將單相接地故障線路的電流的基波、五次諧波的正負半波分離，由CPU 信號處理單元對比分析基波正、負半波的首半波與五次諧波正、負半波的首半波，并且同時分析對比基波波形與投切電阻所產生的電流波形作出故障判定，最后通過故障指示執行單元將故障信號輸出及發出故障指示。本故障指示器還包括用于獲取故障接地相交流電場強度的交流電場強度傳感器，該交流電場強度傳感器與CPU信號處理單元相連。該交流電場強度傳感器非接觸地安裝，不與負荷設備發生直接聯系。當出現接地故障時，交流電場強度傳感器將檢測到線路中的電場變化以及電壓的跌落。
在變電站IOKV中性點處設置電阻投切裝置(或稱信號源裝置、接地信號源裝置)， 在IOkv線路上每間隔一段距離設置故障指示器和采集終端。當故障發生后，戶外信號源裝置控制系統根據實時的采樣結果，檢測到零序電壓的變化，依據啟動判據判斷單相接地故障發生，經延時后在IOkv中性點處按照以下具體方法短時投切負載電阻檢測到零序電壓的變化，依據啟動判據判斷單相接地故障發生，經5秒延時后投入負載電阻，負載電阻投入保持時間為1秒，保持時間計時結束后切除電阻器，經1秒延時后第二次投入負載電阻，再經過1秒鐘保持時間后再次切除負載電阻，完成整個的負載電阻投切操作。整個操作過程從判定故障發生到操作完畢歷時8秒鐘時間。通過上述操作，電阻投切裝置為故障指示器提供具有故障特征的電流量進行故障判定。
本故障指示器通過信號分離單元實現的交流半波分離過程中，將5次諧波檢測和首半波檢測相結合，并增加交流電場強度傳感器對電場強度的檢測作為接地故障判定的輔助因數，并同時再與線路中性點投切電阻信號源進行檢測，判別由投切電阻產生的電流波形，經CPU信號處理單元的結合判斷，來最終判定是否有接地故障的發生，多項判定的檢測方法相結合有效地提高了接地故障判別的準確率。
因此，故障指示器具備五次諧波檢測、首半波檢測和電壓跌落檢測功能。故障指示器平時工作在休眠狀態，當檢測到五次諧波分量、首半波突變量或檢測到電壓較額定值跌落超過50%時，從休眠狀態喚醒，并進入電流檢測狀態，經采樣單元采樣電流量。故障指示器此時實時檢測電流值，如果故障指示器檢測到的電流值的變化波形與電阻投切裝置所產生的電流波形一致，并且基波正、負半波的首半波與五次諧波正、負半波的首半波同相，那么故障指示器認為故障存在，發出指示閃光，并通過無線方式將故障信息上報接收基站，再由接收基站通過GPRS無線公網方式上傳主站。
采集終端接收到故障指示器上報的故障事件后，將信息通過無線公網通信方式上報給監控平臺。監控平臺收集所有采集終端的上報數據，并進行分析處理，從而還可實現對單相接地故障的診斷與定位。
權利要求
1.一種小電流接地系統單相接地故障的判定方法，其特征在于包括以下步驟(1)實時同步采集小電流接地系統線路的電流量；(2)當發生單相接地故障時，由小電流接地系統中變電站的保護裝置控制電阻投切裝置切入負載電阻，并控制切入和斷開負載電阻的頻率，獲得投切電阻所產生的電流波形信號；(3)對配電系統中發生所述接地故障的線路中的交流基波進行正負半波分離；(4)對配電系統中發生所述接地故障的線路中的五次諧波進行正負半波分離；(5)將基波正、負半波的首半波分別對應與五次諧波正、負半波的首半波進行對比；(6)當基波正、負半波的首半波分別與五次諧波正、負半波的首半波同相，并且基波波形與投切電阻所產生的電流波形一致時，則判定發生單相接地故障。
2.—種小電流接地系統單相接地故障的判定裝置，其特征在于包括故障指示器，該故障指示器包括采樣單元，用于采集發生單相接地故障線路的電流量及投切電阻所產生的電流量；信號分離單元，用于將接地故障的線路中的交流基波、五次諧波的正負半波分離；CPU信號處理單元，用于對比分析基波正、負半波的首半波與五次諧波正、負半波的首半波，并且用于對比分析基波波形與投切電阻所產生的電流波形；故障指示執行單元，用于輸出故障信號及作出故障指示；所述采樣單元、信號分離單元、CPU信號處理單元、故障指示執行單元依次相連，所述采樣單元采集發生單相接地故障線路的電流量及投切電阻所產生的電流量，再通過信號分離單元將單相接地故障線路的電流的基波、五次諧波的正負半波分離，由CPU信號處理單元對比分析基波正、負半波的首半波與五次諧波正、負半波的首半波，并且同時分析對比基波波形與投切電阻所產生的電流波形作出故障判定，最后通過故障指示執行單元將故障信號輸出及發出故障指示。
3.根據權利要求2所述的小電流接地系統單相接地故障的判定裝置，其特征在于所述故障指示器還包括用于獲取故障接地相交流電場強度的交流電場強度傳感器，該交流電場強度傳感器與CPU信號處理單元相連。
全文摘要
本發明公開了小電流接地系統單相接地故障的判定方法，包括以下步驟(1)實時同步采集小電流接地系統線路的電流量；(2)當發生單相接地故障時，獲得投切電阻所產生的電流波形信號；(3)對發生接地故障的線路中的交流基波進行正負半波分離；(4)對發生接地故障的線路中的五次諧波進行正負半波分離；(5)將基波正、負半波的首半波分別對應與五次諧波正、負半波的首半波進行對比；(6)當基波正、負半波的首半波分別與五次諧波正、負半波的首半波同相，并且基波波形與投切電阻所產生的電流波形一致時，則判定發生單相接地故障。本發明還公開了小電流接地系統單相接地故障的判定裝置，包括故障指示器，本發明可提高接地故障判斷的準確性。
文檔編號G01R31/08GK102540012SQ201110424459
公開日2012年7月4日 申請日期2011年12月16日 優先權日2011年12月16日
發明者彭元泉, 王俊豐 申請人:廣東電網公司佛山供電局