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专利名称：一种输配电线路单相接地故障检测设备的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力设备，具体地说涉及输配电线路单相接地故障的检测。
背景技术：
输配电线路分支多，线路长，负载复杂。但是，当出现接地故障时，必须尽快排除这些故障，否则相电压升高，会严重损害供电设备及线路的绝缘性能，并进而造成相间短路故障，从而降低了供电质量和效率。而要排除故障首先必须找到故障发生的位置。对于中性点非直接接地输配电系统来说，由于发生单相接地故障时，线电压不变， 线路负荷电流不变，特征量不是很明显，因此单相接地的故障检测是一个世界性难题。就接地故障的检测来讲，目前的检测设备主要采用的方法有三类第一类为首半波法，即利用接地瞬间接地相的电容电压与该相相电压同相并且电容电流大于预设值时判定为接地故障发生。这个方法能起到一定作用。但最大的问题是这个方法建立在单相接地故障发生在相电压峰值时刻，这时才能够比较相位。然而，绝大多数单相接地故障发生在非波峰甚至是波形过零点的位置，此时就无法检测和判断接地故障了，参见图1。第二类方法为五次谐波法。这类方法利用线路发生单相接地故障时会出现五次谐波并利用当五次谐波大于预设值时判定为接地故障发生。这个方法不可靠，因为线路负载各种各样，在正常情况下，就存在大量的谐波分量包括五次谐波的情形。如果电网的波动导致5次谐波超过预设值，就会出现误报的情形；或者线路结构简单，接地时的五次谐波很�。�此时就无法检测五次谐波。第三类方法就是检测暂态电流。虽然暂态电流比较明显，但由于暂态量的持续时间非常短，而且是个快速衰减过程，不到工频周波的四分之一，检测设备显然无法准确检测到暂态量的瞬间值，因此也就无法准确检测暂态量大�。�更何况线路负载千变万化，负载的突然波动、变化均有可能引起线路出现频率范围和暂态电流频率范围重叠的信号，这时就会出现误判，参见图2。因此，以上三类接地故障检测方法均无法可靠检测单相接地故障。 发明内容本实用新型的目的是提供一种受输配电线路运行管理、地理环境、负荷波动、气候变化等影响比较小、工作可靠的接地故障检测方法。为此，本实用新型提供一种输配电线路故障的检测设备。该设备包括线路暂态电流突变率检测电路，对线路电流进行带通滤波，获得线路暂态电流并输出线路暂态电流的突变率信息；线路电压电场耦合电路，检测输配电线路电压；微处理器电路，配置用于判断线路暂态电流的突变率，Δ Ιρ/Δ t > & ；判断线路电压降低，V < Vh ；当两个条件均满足时，判定短路接地故障。其中，Δ Ip是暂态电流的正跳变值，At是暂态量突变的时间，&是预设的判断暂态电流突变率有效的阀值，Vh是预设的判断电压下降的阀值。可选的是，用暂态电路突变量ΔΙΡ > Ih代替ΔΙ/At > &做为单相接地故障的检测依据之一，其中Ih是预设的暂态量突变阀值。根据本实用新型的故障检测设备不会出现误告警或漏告警现象，能满足不同用户的需求，适宜于大规模生产。

下面将参照附图对本实用新型的具体实施方案进行更详细的说明，其中图1为采用首半波法检测单相接地故障的示意图；图2为采用暂态电流值检测法检测单相接地故障的示意图；图3为采用本实用新型暂态电流均方根值正跳变的方法检测接地故障的示意图；图4为本实用新型线路电压V电场耦合电路的原理示意图；图5是检测单相接地故障的检测设备的电路原理框图；图6是线路电流跟踪及转化电路和线路暂态电流突变率检测电路的示意图；图7是线路电压V电场耦合电路的示意图；图8是微处理器电路的示意图；图9是告警电路的示意图。
具体实施方式
中性点非接地系统发生单相接地故障时，线路的一个基本特征就是瞬间出现暂态电流正跳变，并且接地相电压下降。由于暂态电流的突变特征比较明显，本实用新型利用这一特征可靠检测单相接地故障的发生。本实用新型提供一种单相接地故障的检测方法是(1)检测线路暂态电流的突变率，Δ Ip/ Δ t > & ；(2)检测线路电压降低，V < Vh。其中，Δ Ip是暂态电流的突变值，Δ t是暂态量跳变时间常数，Rh是预设的判断暂态电流突变率有效的阀值，Vh是预设的判断电压下降的阀值。其中，也可用暂态电路突变量ΔΙρ > Ih代替ΔΙ/At > &做为单相接地故障的检测依据之一，其中Ih是预设的暂态量突变阀值。本实用新型的单相接地故障检测方法能克服首半波法、五次谐波法、暂态量法的缺陷。首半波法无法判别接地故障的初始时刻而是人为假定接地故障发生在线路电压峰值时刻，这是一个错误判别，不符合单相接地故障的本质特征；五次谐波法因为线路干扰信号的存在而无法准确检测；由于线路暂态量持续时间很短并且衰减很快，无法有效检测； 而且首半波法、五次谐波法、暂态量法这三类方法均没有实现对线路发生单相接地故障时线路电压下降这一个重要特征进行检测，这是这些方法的另一个主要缺陷。而本实用新型的检测方法由线路暂态电流的突变率检测电路识别线路电流中频率分量为例如300Hz至 4000Hz的暂态电流量的突变率ΔΙρ/Δ > &，并且同时由线路电压V电场耦合电路(104) 检测线路电压。如果暂态电流的突变率ΔΙ/At 并且线路电压下降V < Vh这两个条件同时满足，就能可靠、准确判断线路单相接地故障。[0030]因此，根据本实用新型的故障检测设备不会出现误告警或漏告警现象，能满足不同用户的需求，适宜于大规模生产。图4是检测输配电线路一次侧电压的原理示意图。图中，Cr为检测设备外壳和线路46接触的位置(表面导电层)42处与检测设备电路板公共端44之间形成的耦合电容。 Cp为检测设备公共端44与大地48之间的分布电容。检测设备外壳与输配电线路接触的位置涂有导电层或装配有导电部件如导电橡胶等。C；输出耦合电压V，输配电线路一次电压等于(i+cycp)*v，因此只要检测出v，就能经过计算得出输配电线路的一次电压。图5是本实用新型实施例的检测单相接地故障的检测设备的电路原理框图。图中，检测设备包括线路电流跟踪及转化电路101、线路暂态电流突变率检测电路103、线路电压电场耦合电路104、微处理器电路105和告警电路106。线路电流跟踪及转化电路101完成对输配电线路一次侧实际电流的感应及转化。线路暂态电流突变率检测电路103实现对线路电流暂态量的实时跟踪，并输出暂态量的突变率信息。具体地说，对线路电流进行带通滤波，获得线路暂态电流并输出线路暂态电流的突变率信息。线路电压V电场耦合电路104完成对输配电线路一次侧电压的检测，并输出耦合后的电压信号。微处理器电路105实现对各信号的判断，并输出告警启动信号。具体地说，判断线路暂态电流的正跳变率并且判断线路电压降低；当两个条件均满足时，判定接地故障。告警电路106接收到MCU微处理器输出的告警启动信号后，根据现状态驱动告警装置实现机械翻牌告警或发光告警。图6是线路电流跟踪及转化电路和线路暂态电流突变率检测电路的示意图。线路电流跟踪及转化电路101中，Ll是电流信号感应传感器，感应信号由1输出后经二极管D1、D2形成全波信号，这个信号输出至线路暂态电流突变率检测电路103。当然，Ll也可以不需经二级管进行整流，而是直接输出原始的交流信号至线路暂态电流突变率检测电路103。线路暂态电流突变率检测电路103由电阻R11、R12、R13、R14、R15、R23、R24、电容 C4、C5、C6、C10、C11、二极管D5、D11、比较放大器U2组成，其中RM远大于R23，C11为微分电容，Cll与R23组成微分电路，实现对突变率Δ Ip/At的检测，时间常数At = R23*C11。 R11、R12、C4、C5组成两级高通滤波器，滤除来自Ll的半波交流信号中频率为例如300Hz以下的低频信号，R13、C6组成低通滤波，滤除例如4000Hz以上的高频信号。经R11、R12、R13、 C4、C5、C6组成的带通滤波器滤波后输出的信号经过Dll、ClO的整流滤波后经比较放大器 U2以信号HXH的形式输出。事实上，由于ClO对所有频率范围为例如300Hz至4000Hz的电流信号各分量进行平滑滤波，因此，ClO两端的信号实际上就是暂态电流信号各频率分量的均方根值或有效值。R14、R15分压对应构成的预设值&信号至比较器负极。正常情况下， 由于微分电容Cll的存在，R23两端无信号。当线路暂态电流出现正跳变Δ Ip时，则由于 C11、R23的微分作用，Δ Ip/At信号出现在R23两端。如果这个正跳变AIp/At信号大于由R14、R15分压对应构成的预设值Rh，则比较器U2输出高电平脉冲。虽然这里的实施例实现的是对暂态电流突变率的一种检测方法，即对暂态电流均方根值或有效值突变率的检测，也可以利用其它方法例如对暂态电流中某个频率或某段频率范围的分量信号的突变量或者突变率进行检测从而实现对接地故障的判别。例如，获得 Δ Ip/At,由于At = R23*C11，因此由MCU进行计算Δ Ip/Δ t* (R23*C11)即可获得Δ Ip突变量。在采用暂态电流突变量时，突变量Δ Ip > Ih可代替Δ Ip/ Δ t >艮做为单相接地故障的检测依据之一，其中Ih是预设的暂态量突变阀值。虽然图6结合线路电流跟踪及转化电路和线路暂态电流突变率检测电路一并做了说明，但是这只是出于清晰说明的目的，并不意味着图6中的两个具体实施电路必须结合在一起。比如，图6中的线路暂态电流突变率或突变量检测电路103可以和其它类型的线路电流跟踪及转化电路101 —起工作。图7是线路电压V电场耦合电路的示意图。线路电压V电场耦合电路104由二极管D7、D8、D9、电阻R18、电容C9组成。在检测设备的主体外壳表面与输配电线路接触的位置涂上导电材料形成导电层，或者装配一个导电器件如导电橡胶并通过引线接至D7正极与D8负极的连接点，从而使得输配电线路与检测设备电路板的公共端GND之间形成一个耦合电容(；，电路板公共端GND与大地之间形成一个分布电容Cp，耦合电容与分布电容组成分压电路(参见图4)，将藕合电容的分压V输入至D7正极与D8负极的连接点，经D7的限幅、 R18、C9的滤波，以信号VXH输出。图8是微处理器电路的示意图。微处理器电路105包括电容C7、C8、电阻R16、R17、 晶体管Q2和微处理器U3。微处理器电路可以由微处理器、单片机等实现。当线路发生单相接地故障时，瞬间出现频率为例如300HZ至4000HZ之间暂态电流信号的正跳变，如果ΔΙ/At > &，则线路暂态电流突变率检测电路103输出暂态电流突变信号HXH，这个信号输入至U3的管脚13，引起U3进入接地故障中断处理程序。然后，U3 检测C9两端输入至管脚8(vxH)的线路电压信号v，经过(i+cycp)*v的公式换算计算出输配电线路一次电压，如果V < Vh，判定为单相接地故障发生。预设值Vh由U3根据实际要求设定。当检测设备判定单相接地故障发生时，在一个实施例中，U3管脚12输出高电平。 如果是白天，Q2两端导通而成低阻，这时U3的管脚5(DAY)检测到低电平信号；如果是晚上，则Q2截止呈高阻状态，此时U3管脚5检测到高电平信号，U3根据这个方式判断线路故障发生时的天色状态。如果是白天，则执行机械翻牌告警方式；如果是晚上，则执行发光或
发声告警方式。图9是告警电路的示意图。告警电路106包括发光或发声电路1061和翻牌驱动电路1062。这2个电路可以由3V以上电池(可以由单个电池组成或多个电池串联而成) 供电，也可以由Ll感应信号经过整流、滤波形成工作电源为告警电路供电。发光或发声电路1061包括电阻R19、R20、二极管D10、Dll和晶体管Q3，Dll是发光器件或发声器件。翻牌驱动电路1062包括电阻R21、R22、三极管Q4、Q5、Q6、Q7、驱动线圈L2。其中， Q4、Q5、Q6、Q7也可以是继电器、场效应管、可控硅等器件；L2可以由双股漆包线并饶并首尾相连而成，线圈内置永磁材料，因此L2通过驱动电流时，能实现正反旋转磁�。�其中L2、Q4、 Q5提供正向磁场驱动电流通路，L2、Q6、Q7提供反向磁场驱动电流通路。当U3判定线路发生接地故障时，如果是白天，则U3通过管脚6输出驱动脉冲，经R21、Q4、Q5、L2形成正向磁场驱动电流，此时如果机械牌是径向磁化的磁性永磁材料的话，则机械牌就正向旋转以发出故障告警信息；当U3预设的复归时间计数结束时，U3的管脚7输出一个驱动脉冲，经 R22、Q6、Q7、L2形成反向磁场驱动电流，此时机械牌反向旋转而复归，本次故障告警结束。如果是晚上，则U3管脚12输出脉冲串经R19、DlO驱动Q3进入导通、截止的持续循环状态，Dll由R20限定的电流脉冲驱动发光或发声。发光或发声方式可以是不间断发光或发光周期性闪烁两种模式中的一种，直到U3预设的复归时间计数结束时才停止发光或发声。本实用新型的检测设备可以由电池供电，逻辑电路可以由电池供电，也可以由Ll 感应信号经过整流、滤波形成工作电源为告警电路供电。显而易见，在此描述的本实用新型可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本实用新型的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在本权利要求书的涵盖范围之内。
权利要求1.一种输配电线路故障的检测设备，包括线路暂态电流突变率检测电路(103)，对线路电流进行带通滤波，获得线路暂态电流并输出线路暂态电流的突变率信息；线路电压电场耦合电路(104)，检测输配电线路电压；微处理器电路(105)，配置用于判断线路暂态电流的突变率信号，AIp/At>Rh ；判断线路电压降低，V < Vh ；当两个条件均满足时，判定短路接地故障；其中，Δ Ip是暂态电流的突变值，△ t是暂态电流的突变时间，Rh是预设的判断暂态电流突变率有效的阀值，Vh是预设的判断电压下降的阀值。
2.如权利要求1所述的检测设备，其中包括线路电流跟踪及转化电路(101)，基于线路电流提供的交流信号，线路暂态电流突变率检测电路依据交流信号获得线路暂态电流。
3.如权利要求1所述的检测设备，其中线路电压电场耦合电路包括耦合电容和形成在电路板公共端与大地之间的一个分布电容，其中耦合电容通过在检测设备的主体外壳表面与输配电线路接触的位置涂上导电材料形成导电层，或者装配一个导电器件，从而使得输配电线路与检测设备电路板的公共端之间形成，并且基于耦合电容的分压值计算输配电线路电压。
4.如权利要求1所述的检测设备，其中微处理器电路包括微处理器或单片机。
专利摘要本实用新型提供一种输配电线路单相接地故障检测设备。包括线路暂态电流突变率检测电路(103)，对线路电流进行带通滤波，获得线路暂态电流并输出线路暂态电流的突变率信息；线路电压电场耦合电路(104)，检测输配电线路电压；微处理器电路(105)，配置用于判断线路暂态电流的突变率信号，ΔIp/Δt＞Rh；判断线路电压降低，V＜Vh；当两个条件均满足时，判定短路接地故障；其中，ΔIp是暂态电流的突变值，Δt是暂态电流的突变时间，Rh是预设的判断暂态电流突变率有效的阀值，Vh是预设的判断电压下降的阀值。根据本实用新型的故障检测设备不会出现误告警或漏告警现象，能满足不同用户的需求，适宜于大规模生产。
文档编号G01R31/02GK202166711SQ20112026448
公开日2012年3月14日 申请日期2011年7月25日 优先权日2011年7月25日
发明者何晋章 申请人:北京瑞科思创科技有限公司