[發(fā)明專利]一種小電流接地故障檢測與定位的裝置及方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710012957.8
• 申請日: 2007-09-26
• 公開（公告）號: CN101159376A
• 公開（公告）日: 2008-04-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張化光;孫秋野;楊東升;王占山;王云爽;王迎春
• 申請（專利權(quán)）人: 東北大學(xué)
• 主分類號: H02H7/26
• 分類號: H02H7/26;G01R31/08
• 代理公司: 沈陽東大專利代理有限公司
• 代理人: 梁焱

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于輸變電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種小電流接地故障檢測與定位的裝置及方法。

背景技術(shù)

我國配電網(wǎng)中66kV和35kV電網(wǎng)主要采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式，3kV~10kV電網(wǎng)則以中性點不接地方式為主，個別地區(qū)如上海以及北京、廣州等部分城市電網(wǎng)采用小電阻接地方式。這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障(一般占70％以上)時，由于故障點的電流很小，電弧不穩(wěn)定等原因，接地選線問題一直都沒有得到很好的解決。目前國內(nèi)流行的五種選線方法有功率方向方法、諧波分析法(即群體比幅比相法)五次諧波法、信號注入法與小波方法。

(1)功率方向法：根據(jù)故障線路的有功分量比非故障線路的有功分量大而且方向相反，判斷每條線路零序電流的功率方向來確定故障線路。但是，故障電流中有功分量也很小，易受零序電流過濾器中不平衡電流等因素的影響，這種方法從原理上講達不到100％的準確率，可能出現(xiàn)一條線路接地，卻判斷出多條線路接地或一條都判斷不出的結(jié)果。

(2)諧波分析法：諧波分析法采用單相接地后零序穩(wěn)態(tài)信號的群體比幅比相法，由于比幅比相時，采用的是相對原理，在不接地系統(tǒng)中，這種方法的應(yīng)用效果較好，但是在消弧線圈接地系統(tǒng)中由于消弧線圈的補償作用，選線法則會失效，而且對于CT不平衡導(dǎo)致的零序電流，這種方法也不能有效解決。

(3)五次諧波法：在消弧線圈接地系統(tǒng)中對于五次諧波分量，依然可以近似看成故障線路的電流大小等于所有非故障線路的電流之和，方向與非故障線路的電流方向相反。五次諧波法解決了中性點經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)的故障選線問題，它的一個不足是故障電流中五次諧波含量僅占基波的1/10左右，在有過渡電阻接地的情況下數(shù)值就會更小，易造成誤判。

(4)信號注入法：雖然接線簡單，不需零序CT回路，但由于注入信號大小及方法的限制一般主要用于10KV及以下電壓等級的系統(tǒng)。另外，探頭的靈敏度和可靠性易受各種外界因素影響，而且對綜合自動化系統(tǒng)及無人值守的變電站的使用有些不便。

(5)小波方法：其理論依據(jù)是由于電網(wǎng)中絕緣被擊穿而引起的接地故障經(jīng)常發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間，因此，可以將故障后的暫態(tài)容性電流看成是由于故障相電壓突然降低而引起的放電電容電流和由于非故障相電壓突然升高而引起的充電電容電流二者之和，故障線路中暫態(tài)電流則是其它各線路電流之和，在變化方向上，非故障線路暫態(tài)電流與故障線路暫態(tài)電流的變化相反。依據(jù)這兩點就可以作為故障線路判斷的標準。小波法的缺點是暫態(tài)過程持續(xù)時間較短，而且無法重現(xiàn)，一般情況下一個周波之后就衰減到很小的值，因此必須能夠捕獲暫態(tài)信息并做出正確判斷。

由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單相接地故障又具有多樣性，可利用的故障電流通常很小，相對信噪比很低，再加上測量環(huán)節(jié)精度的限制，因此現(xiàn)有的選線裝置不能很好地滿足實際需要。總體來說，小電流故障情況同大電流故障情況不同。大電流短路情況特征明顯，量值很大，故障狀態(tài)與正常狀態(tài)界限分明；而小電流接地情況則不同，故障量非常小，故障狀態(tài)與正常狀態(tài)界限不分明，特征不明顯，而且故障狀態(tài)的范圍非常大，接地電阻可能很大，也可能很小。此外，我們認為國內(nèi)的小電流接地選線裝置還存在以下問題：如硬件電路設(shè)計上存在著嚴重的先天不足導(dǎo)致了裝置的運行可靠性很低；現(xiàn)場安裝接線問題；帶消弧線圈的系統(tǒng)其選線困難更大，易誤判；當(dāng)前市場上的該類產(chǎn)品良莠不齊等。

綜合以上分析可知，目前國內(nèi)在該領(lǐng)域仍然處于研究階段，對于小電流選線與定位裝置還沒有公認有效的產(chǎn)品，但是電力企業(yè)對于該項功能的需求卻非常迫切。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種小電流接地的故障檢測與定位裝置及方法。本裝置的檢測方法除了采用應(yīng)用小波變換提取故障暫態(tài)信息的選線方法外，還采用諧波分析法、能量法等；并且結(jié)合模糊自適應(yīng)推理的故障檢測方法以及基于粗糙集理論的有效域確定方法。(本發(fā)明中DSP是數(shù)字信號處理器的簡稱，ARM是ARM微處理器的簡稱。)本發(fā)明為國家高技術(shù)研究發(fā)展計劃(“863”計劃)課題成果。

小電流接地故障選線裝置需要完成的任務(wù)依次是：CPU模塊采集母線的零序電壓及各線路的零序電流的模擬信號，按適當(dāng)比例調(diào)節(jié)其大小使之成為裝置能處理的幅值范圍，將其轉(zhuǎn)換為計算模塊能夠識別的數(shù)字信號，DSP依據(jù)一定的算法原理分析信號判斷是否發(fā)生故障。若發(fā)生故障給出選線結(jié)果，保存故障信息，并將選線結(jié)果傳送給上位機進行故障報警。