本實(shí)用新型屬于電力系統(tǒng)單相接地故障檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種零序電流載波信號(hào)發(fā)生裝置。

背景技術(shù)：

在10kV/35kV配電網(wǎng)中，單相接地故障是配電系統(tǒng)最常見(jiàn)的故障占，線(xiàn)路總故障的70％～80％。單相接地不僅影響了用戶(hù)的正常供電，而且可能產(chǎn)生過(guò)電壓，燒壞設(shè)備，甚至引起相間短路而擴(kuò)大事故。及時(shí)找出故障點(diǎn)并對(duì)故障點(diǎn)進(jìn)行隔離是十分必要的，一方面可以提高對(duì)用戶(hù)供電的可靠性，另一方面可保證電網(wǎng)設(shè)備的安全運(yùn)行。在配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，其中一個(gè)重要特征就是會(huì)產(chǎn)生零序電流，大多數(shù)故障定位方法也是基于對(duì)零序電流特征的分析，因此準(zhǔn)確的檢測(cè)零序電流并將這個(gè)零序電流信息傳輸至變電站，是十分必要的。

目前國(guó)內(nèi)采用的方法主要分為兩種：第一種是通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸方式，將零序電流互感器提取的零序電流信號(hào)通過(guò)傳感器轉(zhuǎn)化為電磁信號(hào)，再通過(guò)無(wú)線(xiàn)傳輸方式傳輸至基站內(nèi)，其缺點(diǎn)是信號(hào)衰減和畸變很?chē)?yán)重，較難準(zhǔn)確還原原始零序電路信號(hào)。第二種是通過(guò)光電傳感器，將零序電流互感器提取的零序電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，再通過(guò)光纖傳輸至變電站讀取，此種方式十分復(fù)雜，且成本極高，無(wú)法大規(guī)模實(shí)用。

目前兩種典型的配電網(wǎng)零序電流檢測(cè)及傳輸方法，分別存在檢測(cè)精度不高、方式復(fù)雜、成本高等問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的之一是提供一種能準(zhǔn)確的對(duì)配電網(wǎng)零序電流進(jìn)行檢測(cè)，并可靠的將該零序電流信號(hào)的幅值、相位信息傳輸至變電站母線(xiàn)處的裝置。實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)零序電流檢測(cè)，為故障定位提供依據(jù)。

為實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型目的之一，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種零序電流載波信號(hào)發(fā)生裝置，包括配電網(wǎng)和變電站母線(xiàn)，還包括零序電流載波信號(hào)源和母線(xiàn)信號(hào)接收器；所述零序電流載波信號(hào)源安裝在配電網(wǎng)出線(xiàn)節(jié)點(diǎn)處，用于將該節(jié)點(diǎn)處提取的零序電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為高頻載波信號(hào)；所述零序電流載波信號(hào)源與配電網(wǎng)、故障點(diǎn)、大地、變電站母線(xiàn)形成回路；安裝在變電站母線(xiàn)處的母線(xiàn)信號(hào)接收器通過(guò)提取所述高頻載波信號(hào)，獲取零序電流的幅值和相位信息。

在上述的零序電流載波信號(hào)發(fā)生裝置中，所述零序電流載波信號(hào)源包括接入所述配電網(wǎng)線(xiàn)路的電流互感器，并聯(lián)在所述電流互感器兩端的電阻，以及并聯(lián)在電阻兩端的雙向電力電子開(kāi)關(guān)；通過(guò)高頻方波信號(hào)控制所述雙向電力電子開(kāi)關(guān)的通斷。

在上述的零序電流載波信號(hào)發(fā)生裝置中，所述母線(xiàn)信號(hào)接收器包括一個(gè)電阻和三個(gè)電容，所述三個(gè)電容接入變電站母線(xiàn)再與一個(gè)電阻相連，且所述電阻接地。

在上述的零序電流載波信號(hào)發(fā)生裝置中，所述高頻方波信號(hào)頻率范圍在幾十kHz到數(shù)百kHz。

本發(fā)明零序電流載波信號(hào)發(fā)生裝置具體實(shí)施時(shí)，通過(guò)電流互感器二次側(cè)并入電阻提取配電網(wǎng)線(xiàn)路的零序電流信號(hào)，并在該電阻兩端并入雙向電力電子開(kāi)關(guān)；用頻帶范圍數(shù)十kHz到數(shù)百kHz的高頻方波信號(hào)控制雙向電力電子開(kāi)關(guān)的開(kāi)通與關(guān)斷，從而對(duì)電阻兩端與零序電流成正比的工頻電壓信號(hào)進(jìn)行高頻載波調(diào)制，形成零序電流高頻載波信號(hào)；所述高頻載波信號(hào)經(jīng)電流互感器耦合至一次側(cè)，加至輸電線(xiàn)；所述高頻載波信號(hào)包含了零序電流的幅值和相位信息，并與線(xiàn)路、大地形成回路，傳至變電站母線(xiàn)；通過(guò)裝設(shè)在變電站母線(xiàn)的母線(xiàn)信號(hào)接收器提取高頻載波信號(hào)，并對(duì)高頻載波信號(hào)進(jìn)行處理，獲取線(xiàn)路零序電流的幅值和相位信息，準(zhǔn)確檢測(cè)配電網(wǎng)零序電流。所述加至輸電線(xiàn)的高頻載波信號(hào)電壓為1V以?xún)?nèi)，頻率在幾十kHZ以上，對(duì)電網(wǎng)的影響小，能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)零序電流遠(yuǎn)程傳輸與檢測(cè)。

本實(shí)用新型的有益效果是：能實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)零序電流遠(yuǎn)程傳輸與檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)方式簡(jiǎn)單，成本較低。通過(guò)準(zhǔn)確、可靠的配電網(wǎng)零序電流檢測(cè)，為故障定位提供依據(jù)。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例零序電流載波信號(hào)發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例零序電流載波信號(hào)源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖；

圖3為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例電力電子開(kāi)關(guān)的PWM控制信號(hào)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例零序電壓調(diào)制系數(shù)S(t)示意圖；

圖5為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例原始零序電壓信號(hào)U₀(t)示意圖；

圖6為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例電力電子開(kāi)關(guān)調(diào)制后的零序電壓信號(hào)U₀'(t)＝S(t)U₀(t)示意圖；

圖7為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例注入到線(xiàn)路中的高頻零序電壓信號(hào)U_s(t)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，僅用于解釋本實(shí)用新型，而不能解釋為對(duì)本實(shí)用新型的限制。

下文的公開(kāi)提供了許多不同的實(shí)施例或例子用來(lái)實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的不同結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)化本實(shí)用新型的公開(kāi)，下文中對(duì)特定例子的部件和設(shè)置進(jìn)行描述。它們僅僅為示例，并且目的不在于限制本實(shí)用新型。此外，本實(shí)用新型可以在不同例子中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，其本身不指示所討論各種實(shí)施例和/或設(shè)置之間的關(guān)系。此外，本實(shí)用新型提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以意識(shí)到其它工藝的可應(yīng)用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實(shí)施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之間的實(shí)施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。

本實(shí)用新型的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“相連”“連接"應(yīng)做廣義理解，例如，可以是機(jī)械連接或電連接，也可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，對(duì)于相領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)的具體含義。

本實(shí)用新型實(shí)施例采用如下技術(shù)方案：一種零序電流載波信號(hào)發(fā)生裝置，包括配電網(wǎng)和變電站母線(xiàn)，還包括零序電流載波信號(hào)源和母線(xiàn)信號(hào)接收器；所述零序電流載波信號(hào)源安裝在配電網(wǎng)出線(xiàn)節(jié)點(diǎn)處，用于將該節(jié)點(diǎn)處提取的零序電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為高頻載波信號(hào)；所述零序電流載波信號(hào)源與配電網(wǎng)、故障點(diǎn)、大地、變電站母線(xiàn)形成回路；安裝在變電站母線(xiàn)處的母線(xiàn)信號(hào)接收器通過(guò)提取所述高頻載波信號(hào)，獲取零序電流的幅值和相位信息。

進(jìn)一步，所述零序電流載波信號(hào)源包括接入所述配電網(wǎng)線(xiàn)路的電流互感器，并聯(lián)在所述電流互感器兩端的電阻，以及并聯(lián)在電阻兩端的雙向電力電子開(kāi)關(guān)；通過(guò)高頻方波信號(hào)控制所述雙向電力電子開(kāi)關(guān)的通斷。

進(jìn)一步，所述母線(xiàn)信號(hào)接收器包括一個(gè)電阻和三個(gè)電容，所述三個(gè)電容接入變電站母線(xiàn)再與一個(gè)電阻相連，且所述電阻接地。

更進(jìn)一步，所述高頻方波信號(hào)頻率范圍在幾十kHz到數(shù)百kHz。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提出一種零序電流載波信號(hào)發(fā)生裝置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，其核心部分在于零序電流載波信號(hào)源載波的產(chǎn)生，現(xiàn)結(jié)合圖2說(shuō)明其載波產(chǎn)生原理。

圖1中以10kV/35kV母線(xiàn)的一組出線(xiàn)為例，在配電網(wǎng)出線(xiàn)的某節(jié)點(diǎn)處安裝零序電流載波信號(hào)源，在配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，零序電流載波信號(hào)源將該節(jié)點(diǎn)處提取的零序電流信號(hào)轉(zhuǎn)化為高頻載波信號(hào)，這些高頻載波信號(hào)包含了零序電流的幅值和相位信息，頻帶范圍在數(shù)十kHZ～數(shù)百kHZ，電壓值小于1V。

從圖1中可以看出，零序電流載波信號(hào)源與線(xiàn)路、故障點(diǎn)、大地、母線(xiàn)可形成回路，通過(guò)在變電站母線(xiàn)上安裝的母線(xiàn)信號(hào)接收器可提取高頻載波信號(hào)，從而可獲取零序電流的幅值和相位信息。

其中，母線(xiàn)信號(hào)接收器的結(jié)構(gòu)如圖1虛線(xiàn)框中所示。其基本結(jié)構(gòu)為一個(gè)電阻和三個(gè)電容C，由于電容器有隔直通交的作用，對(duì)于高頻載波信號(hào)，電阻上的電壓十分接近于高頻電壓信號(hào)。對(duì)于工頻信號(hào)，電阻上的電壓幾乎為0。通過(guò)上述方法可以濾去基波電流信號(hào)，提取出高頻電流載波信號(hào)。

圖2所示是零序電流載波信號(hào)源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖，圖中各參數(shù)說(shuō)明如下：

CT-A、CT-B、CT-C分別表示接入配電網(wǎng)A、B、C三相線(xiàn)路的電流互感器；

I₀表示通過(guò)電流互感器提取的零序電流；

R表示并聯(lián)在電流互感器兩端的小電阻；

U₀表示R兩端的電壓，即通過(guò)小電阻提取的零序電壓信號(hào)；

PWM表示給雙向電力電子開(kāi)關(guān)輸入的高頻方波調(diào)制信號(hào)，該高頻方波信號(hào)頻率在幾十kHz到數(shù)百kHz范圍內(nèi)。

U_s表示通過(guò)電流互感器耦合到線(xiàn)路上的載波電壓信號(hào)。

結(jié)合圖2對(duì)零序電流載波信號(hào)源的原理進(jìn)行說(shuō)明：當(dāng)PWM高頻方波信號(hào)為高電平時(shí)，雙向電力電子開(kāi)關(guān)在電壓U₀正、負(fù)半周輪流導(dǎo)通，小電阻R相當(dāng)于被短路，兩端電壓為0；當(dāng)PWM高頻方波信號(hào)為低電平時(shí)，雙向電力電子開(kāi)關(guān)均關(guān)斷，該支路相當(dāng)于開(kāi)路，零序電路I₀均經(jīng)過(guò)小電阻R流過(guò)，兩端電壓為R I₀。

假設(shè)未并聯(lián)電力電子開(kāi)關(guān)回路，小電阻R兩端的零序電壓信號(hào)為U₀(t)，則有

U₀(t)＝R I₀ (1)

零序電壓調(diào)制系數(shù)函數(shù)定義為S(t)，令

并聯(lián)電力電子開(kāi)關(guān)后，小電阻R兩端的零序電壓信號(hào)為U₀'(t)，根據(jù)(1)式、(2)式則有；

U₀'(t)＝S(t)U₀(t) (3)

通過(guò)電流互感器二次側(cè)將載波電壓U₀'(t)耦合到一次側(cè)，可在線(xiàn)路中注入一個(gè)數(shù)十kHz到數(shù)百kHz頻帶范圍內(nèi)、與零序電流成正比的高頻載波信號(hào)，電壓值小于1V。結(jié)合母線(xiàn)上的母線(xiàn)信號(hào)接收器對(duì)調(diào)頻載波信號(hào)的提取、分析，可以準(zhǔn)確的檢測(cè)零序電流信息。

實(shí)施例2

結(jié)合圖2說(shuō)明零序電流載波信號(hào)源載波產(chǎn)生原理。

配電網(wǎng)的單相故障接地電流一般不超過(guò)100A，假設(shè)零序電流為100A，選擇變比為100:5的電流互感器，則二次側(cè)的零序電流I₀＝5A，小電阻R取1.6Ω，則有U₀＝RI₀＝8V，耦合到一次側(cè)的電壓U_s＝U₀/20＝0.4V，因此通過(guò)電流互感器注入到配電網(wǎng)系統(tǒng)的電壓很小，對(duì)電網(wǎng)沒(méi)有影響。

需要注意的是，圖1中，零序電流載波信號(hào)源的電力電子開(kāi)關(guān)的PWM控制信號(hào)是高頻信號(hào)，其頻帶范圍在數(shù)十kHZ到數(shù)百kHZ。為使圖示更為清晰，在實(shí)施例2說(shuō)明中一個(gè)工頻周波(0.02s)范圍內(nèi)僅繪制了8個(gè)方波信號(hào)，實(shí)際中是遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此的。

簡(jiǎn)化的PWM方波信號(hào)如圖3所示。根據(jù)(2)式可得零序電壓調(diào)制系數(shù)S(t)函數(shù)如圖4所示。即PWM信號(hào)為高電平時(shí)，S(t)為0；PWM信號(hào)為低電平時(shí)，S(t)為1。

未并聯(lián)電力電子開(kāi)關(guān)回路時(shí)，小電阻R兩端的零序電壓信號(hào)為U₀(t)，由于U₀(t)＝R I₀，零序電流I₀是工頻信號(hào)，R是固定電阻，因此U₀(t)的波形圖如圖5所示。

由于U₀'(t)＝S(t)U₀(t)，經(jīng)過(guò)電力電子開(kāi)關(guān)回路PWM信號(hào)調(diào)制后的零序電壓載波信號(hào)的波形圖如圖6所示。

U₀'(t)經(jīng)過(guò)電流互感器二次側(cè)耦合回線(xiàn)路中，形成的零序電流載波信號(hào)源的波形圖如附圖7所示，U_s(t)是一個(gè)以正弦信號(hào)為包絡(luò)線(xiàn)的高頻載波信號(hào)。

零序電流載波信號(hào)源U_s(t)與線(xiàn)路、故障點(diǎn)、大地、母線(xiàn)形成回路，通過(guò)變電站內(nèi)母線(xiàn)信號(hào)接收器提取包含零序電流幅值、相位信息的高頻載波信號(hào)，可以準(zhǔn)確的檢測(cè)配電網(wǎng)零序電流。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。

雖然以上結(jié)合附圖描述了本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，這些僅是舉例說(shuō)明，可以對(duì)這些實(shí)施方式做出多種變形或修改，而不背離本實(shí)用新型的原理和實(shí)質(zhì)。本實(shí)用新型的范圍僅由所附權(quán)利要求書(shū)限定。