一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置，包括三路信號處理支路，分別為采集ABC三相電壓支路，采集PT開口三角頻率支路及采集PT開口三角電壓支路，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，相位差測量模塊，過零比較器模塊，中央處理器模塊，電流恒流源模塊。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：可以準(zhǔn)確的區(qū)分出分頻諧振，高頻諧振，基頻諧振與單相接地故障，并根據(jù)故障類型發(fā)送不同指令到終端；同時(shí)以電壓和頻率相結(jié)合來判斷分頻諧振與高頻諧振，可以獲得更為精確的結(jié)果。
【專利說明】
-種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于配電網(wǎng)控制保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地 故障計(jì)算分析方法及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 在配電網(wǎng)中，系統(tǒng)中性點(diǎn)一般是不接地系統(tǒng)，在系統(tǒng)母線上接有用于測量和監(jiān)視 的電壓互感器(PT),當(dāng)電壓互感器出現(xiàn)飽和時(shí)，電感不再是常數(shù)，會隨著電流或磁通的變化 而變化，與=相導(dǎo)線的對地電容之間在母線開關(guān)合閩操作、線路單相弧光接地自動消失、系 統(tǒng)負(fù)荷劇烈變化時(shí)產(chǎn)生鐵磁諧振現(xiàn)象，會造成系統(tǒng)過電壓和PT過電流，使PT烙絲烙斷，甚至 燒毀PT。電磁式電壓互感器飽和引起的鐵磁諧振包括:基頻諧振，高頻諧振，分頻諧振。其中 基頻諧振會出現(xiàn)=相電壓一相降低，兩相升高的現(xiàn)象。運(yùn)與單相接地故障很相似，但實(shí)際上 并不存在接地的現(xiàn)象，所W基頻諧振又被稱為虛幻接地。
[0003] 現(xiàn)有的鐵磁諧振與抑制裝置與單相接地故障選線裝置都是通過檢測PT開口 S角 形的零序電壓進(jìn)行工作的，然而基頻諧振與單相接地故障的現(xiàn)象十分的相似，就會導(dǎo)致鐵 磁諧振抑制裝置或單相接地選線裝置誤動作，造成事故。此外，現(xiàn)有的裝置不能準(zhǔn)確區(qū)分基 頻諧振、高頻諧振、分頻諧振與單相接地故障，甚至?xí)斐烧`判斷，不利于對系統(tǒng)采取合適 的抑制措施和檢修維護(hù)人員的處理。所W，必須研發(fā)一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障 計(jì)算分析方法及裝置，能夠準(zhǔn)確的區(qū)分出基頻諧振、高頻諧振、分頻諧振與單相接地故障， 用W相應(yīng)的保護(hù)裝置動作。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述問題，本發(fā)明提出了一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法 及裝置，可W準(zhǔn)確的區(qū)分出基頻諧振、高頻諧振、分頻諧振與單相接地故障。根據(jù)故障類型 發(fā)出不同的動作指令，并將判斷結(jié)果傳輸?shù)慕K端保存。
[0005] 本發(fā)明解決其問題主要通過如下的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] -種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置，包括=路信號處理支 路，分別為采集ABCS相電壓支路，采集PT開口 S角頻率支路及采集PT開口 S角電壓支路， 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，相位差測量模塊，過零比較器模塊，中央處理器模塊，電流恒流源模塊。
[0007] 所述采集ABCS相電壓支路包括一小型變壓器1，一電壓跟隨器，一低通濾波器1; 所述小型變壓器1前端連接PT二次側(cè)，后端連接所述電壓跟隨器，所述電壓跟隨器連接至所 述低通濾波器1，所述低通濾波器1連接所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊;所述小型變壓器1將PT二次側(cè)的 S相電壓的降壓至A/D轉(zhuǎn)換器工作范圍，所述電壓跟隨器起到阻抗變換的作用，所述低通濾 波器1濾除電壓信號中的高頻信號的干擾。
[000引所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接至中央處理單元，采用4通道12位的逐次逼近的模數(shù)轉(zhuǎn)換 忍片，將PT二次側(cè)的=相電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供中央處理模塊處理。
[0009]所述信號采集PT開口 S角電壓一帶通濾波器，帶通濾波器輸入端連接至PT二次側(cè) 的末端，帶通濾波器輸出端連接至所述相位差測量模塊，所述帶通濾波器濾除非所述電流 恒流模塊的電流信號產(chǎn)生的固定頻率的電壓反饋信號。
[0010] 所述相位差測量模塊連接至中央處理單元，W電流恒流源的電流波形作為參考通 道，W其產(chǎn)生的反饋電壓波形為測試通道，W直讀式數(shù)字相位計(jì)法得到時(shí)間間隔t，由中央 處理器換算為相位差。
[0011] 所述采集PT開口 S角頻率支路包括一小型變壓器2，低通濾波器2，所述小型變壓 器2輸入端連接至PT開口 S角形，輸出端連接至所述低通濾波器2輸入端，所述低通濾波器2 輸出端連接至所述過零比較器模塊。所述小型變壓器2將PT開口S角形開口電壓降低至所 述過零比較器的工作范圍，所述低通濾波器濾除高頻信號干擾。
[0012] 所述過零比較器連接至中央處理模塊，將PT開口 S角形的電壓頻率信號形成脈 沖，中央處理模塊通過脈沖計(jì)數(shù)得到頻率值。
[0013] -種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析裝置的中央處理模塊具體的判斷 流程為：
[0014] 首先，根據(jù)采集到的A、B、CS相電壓和PT開口 S角形電壓頻率判斷：
[0015] 若=相電壓均升高且電壓頻率低于工頻頻率，則判斷為發(fā)生分頻諧振；
[0016] 若=相電壓均升高且電壓頻率高于工頻頻率，則判斷為發(fā)生高頻諧振；
[0017] 若一相電壓降低、兩相電壓升高且頻率為工頻頻率，則判斷發(fā)生基頻諧振或單相 接地故障；
[0018] 其次，若判斷發(fā)生基頻諧振或單相接地故障則啟動恒流電流源，通過恒流電流源 向PT開口 S角繞組通入頻率較高且不是工頻頻率的整數(shù)倍的固定頻率電流，測量此時(shí)開口 =角繞組的電壓，濾波后得到固定頻率的電壓。
[0019] 簡化電路模型，由圖4可知，忽略線路的相關(guān)電阻值，nl、n2為PT高低壓繞組應(yīng)數(shù)， 注入固定頻率電流后得到的反饋電壓與電流的關(guān)系為，
[0022] 通入的固定電流的相位值設(shè)為0,得到電壓的福角0:
[0020]
[0021]
[0023]
[0024]
[0025] 根據(jù)中央處理器得到的電壓與電流的相位差0，并與90°相角進(jìn)行比較，得到電壓 與電流相角變化值e=9O°-0考慮到綜合誤差的影響，設(shè)定一個(gè)闊值，得出判據(jù)如下：
[0026] 若相角變化值大于闊值，判定為單相接地故障；
[0027]若相角變化值小于闊值且0〉〇,判定為單相接地故障。
[00%]若相角變化值小于闊值且0<〇,判定為基頻諧振故障。
[0029] 本發(fā)明配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置的優(yōu)點(diǎn)為:可W準(zhǔn)確 的區(qū)分出分頻諧振，高頻諧振，基頻諧振與單相接地故障，并根據(jù)故障類型發(fā)送不同指令到 終端，根據(jù)指令選擇諧振抑制支路或選線支路；同時(shí)W電壓和頻率判斷分頻諧振與高頻諧 振，可W獲得更為精確的結(jié)果;根據(jù)單相接地與基頻諧振的對地阻抗的不同，通入電流產(chǎn)生 的電壓不同來判斷單相接地與基頻諧振，判斷更加準(zhǔn)確，并且十分實(shí)用。
【附圖說明】
[0030] 為了更加清楚的描述本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，給出了介紹本發(fā)明所需的附圖。 [0031 ]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032] 圖2為相位差測量模塊的實(shí)現(xiàn)示意圖；
[0033] 圖3為注入電流電路圖；
[0034] 圖4為電路等效圖；
[0035] 圖5為恒定電流的波形；
[0036] 圖6為基頻諧振時(shí)通入固定電流得到的電壓波形；
[0037] 圖7為單相接地(經(jīng)過渡電阻接地)時(shí)通入固定電流得到的電壓波形；
[0038] 圖8為單相接地(金屬性接地)時(shí)通入固定電流得到的電壓波形；
[0039] 圖9為本發(fā)明工作流程圖；
[0040] 具體實(shí)現(xiàn)方式
[0041] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的闡述。
[0042] 本發(fā)明一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置的優(yōu)點(diǎn)在于:可 W準(zhǔn)確的區(qū)分出分頻諧振，高頻諧振，基頻諧振與單相接地故障，并根據(jù)故障類型發(fā)送不同 指令到終端；同時(shí)W電壓和頻率相結(jié)合來判斷分頻諧振與高頻諧振，可W獲得更為精確的 結(jié)果
[0043] 如圖1所示，一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析裝置，包括=路信號處 理支路，分別為采集ABCS相電壓支路，采集PT開口 S角頻率支路及采集PT開口 S角電壓支 路，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，相位差測量模塊，過零比較器模塊，中央處理器模塊，電流恒流源模塊。
[0044] 采集ABCS相電壓支路包括一小型變壓器1，一電壓跟隨器，一低通濾波器1;小型 變壓器1前端連接PT二次側(cè)，后端連接所述電壓跟隨器，小型變壓器將PT二次側(cè)的A、B、CS 相電壓降壓至可供AD轉(zhuǎn)換忍片采樣的-5~巧V電壓，電壓跟隨器連接至所述低通濾波器1， 低通濾波器1連接所述AD轉(zhuǎn)換器，電壓跟隨器起到阻抗變換的作用，降低AD轉(zhuǎn)換忍片輸入阻 抗對信號的影響，所述低通濾波器濾除電壓信號中的高頻信號的干擾，本發(fā)明實(shí)施例將頻 率高于500監(jiān)的信號濾除。
[0045] 模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊連接至中央處理單元，本發(fā)明實(shí)施例采用ADS7824P模數(shù)轉(zhuǎn)化忍片， 將PT二次側(cè)的=相電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號供中央處理模塊處理。
[0046] 采集PT開口 S角電壓支路包括一帶通濾波器，帶通濾波器輸入端連接至PT開口 S 角繞組，帶通濾波器輸出端連接至相位差測量模塊，將通入固定頻率電流后，PT二次側(cè)反饋 的電壓信號通過帶通濾波器，濾除工頻電壓信號，本發(fā)明的實(shí)施例的帶通濾波器允許通過 的頻率范圍為800~1200監(jiān)。
[0047]如圖2所示，相位差測量模塊連接至中央處理單元，W電流恒流源的電流波形作為 參考通道，W其產(chǎn)生的反饋電壓的波形為測試通道，兩信號通過脈沖形成電路將正弦信號 變成尖脈沖，來控制雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，由此產(chǎn)出寬度為A T的閩口信號，使時(shí)間閩開啟，時(shí)鐘振 蕩器產(chǎn)生頻率為50k監(jiān)的標(biāo)準(zhǔn)脈沖，通過時(shí)間閩口連接至中央處理器，有中央處理器換算為 相位差。
[004引采集PT開口 S角頻率支路包括一小型變壓器2，低通濾波器2，小型變壓器2輸入端 連接至PT開口 S角形，輸出端連接至所述低通濾波器2輸入端，低通濾波器2輸出端連接至 所述過零比較器模塊。小型變壓器將開口 S角形電壓信號降低至本發(fā)明實(shí)施例的過零比較 器LM339的工作電壓范圍，運(yùn)里取-10~+10V，低通濾波器2濾除電壓信號中的高頻信號的干 擾，本發(fā)明實(shí)施例將頻率高于500HZ的信號濾除。
[0049] 過零比較器連接至中央處理模塊，本發(fā)明的實(shí)施例采用LM339忍片，將PT開口 S角 形的電壓頻率信號形成脈沖，中央處理模塊通過脈沖計(jì)數(shù)得到頻率值。
[0050] 如圖3所述，恒流電流源，通過中央處理器控制，通過向PT開口 S角繞組通入固定 電流。本發(fā)明的實(shí)施例產(chǎn)生頻率為12甜Z，幅值IOA的，初相角為0的恒定電流。
[0051] 如圖5所示，一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析裝置的中央處理模塊 具體的判斷流程為：
[0052] 首先，根據(jù)采集到的A、B、CS相電壓和PT開口 S角形電壓頻率判斷：
[0053] 若=相電壓均升高且電壓頻率的低于工頻頻率，則判斷為發(fā)生分頻諧振；
[0054] 若=相電壓均升高且電壓頻率的高于工頻頻率，則判斷為發(fā)生高頻諧振；
[0055] 若一相電壓降低、兩相電壓升高且頻率的主要部分為工頻頻率，則判斷發(fā)生基頻 諧振或單相接地故障；
[0056] 由圖4可知，忽略了線路的電阻值R，nl、n2為PT高低壓繞組應(yīng)數(shù)，注入固定頻率電 流后得到的反饋電壓與電流的關(guān)系為，
[0化7]
[0化引
[0059] 通入的固定電流的相位值設(shè)為0,得到電壓的福角0:
[0060]
[0061]
[0062]根據(jù)中央處理器得到的電壓與電流的相位差，并與90°相角進(jìn)行比較，得到電壓與 電流相角變化值e=9O°-0考慮到綜合誤差的影響，設(shè)定一個(gè)闊值，本發(fā)明設(shè)定為2°，得出判 據(jù)如下：
[0063] 若相角變化值e >2°時(shí)，判定為單相接地故障；
[0064] 若相角變化值e <2°時(shí)且0〉〇，判定為單相接地故障。
[0065] 若相角變化值e <2°時(shí)且0<〇，判定為基頻諧振故障。
[0066] 為了讓一般的技術(shù)人員更好的理解本發(fā)明，W下結(jié)合W具體實(shí)時(shí)例詳細(xì)說明本發(fā) 明在辨別單相接地故障與基頻諧振時(shí)采取本發(fā)明措施的合理性:在MATLAB的Simulink中搭 建基頻諧振的仿真模型，為了簡化模型，忽略線路電阻，=相線路的對地電容為6X1(T中，模 型的PTWJDZX16-10RG型電壓互感器為依據(jù)，其在線電壓條件下的勵磁電抗為1.2319MQ， 根據(jù)H ? A ?化terson理論，經(jīng)計(jì)算可知，線路滿足發(fā)生基頻諧振的條件;模型W發(fā)生單相接 地故障然后又迅速恢復(fù)運(yùn)一狀況作為觸發(fā)基頻諧振的條件。通過恒流電流源向PT的開口 S 角形通入幅值為1A，頻率為125Hz，初相角為0的交流電流，測量PT二次側(cè)其中一相的電壓， 為了方便，減少干擾，將模型的電壓源的電壓設(shè)為0,電流的波形如圖5所示。依次進(jìn)行基頻 諧振，A相經(jīng)過渡電阻接地(過渡電阻為5000 Q )，A相金屬接地S種情況下，通入固定電流后 得到反饋電壓的仿真，得到=種情況下電壓的仿真波形如圖6,7,8。
[0067] 由圖5和圖6可知，注入的電流I得到的反饋電壓U，電壓U滯后電流的相角為90%可 判斷為發(fā)生基頻諧振；
[0068] 由圖5和圖7可知，注入的電流I得到的反饋電壓U，經(jīng)計(jì)算，電壓U超前電流的相角 為75.37°，可判斷為發(fā)生單相接地故障；
[0069] 由圖5和圖8可知，注入的電流I得到的反饋電壓U，電壓U超前電流的相角為90%可 判斷為發(fā)生單相接地故障。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置，其特征在于包括三路信 號處理支路，分別為采集ABC三相電壓支路，采集PT開口三角頻率支路及采集PT開口三角電 壓支路，模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，相位差測量模塊，過零比較器模塊，中央處理器模塊，電流恒流源模 塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置， 其特征在于，所述采集ABC三相電壓支路包括一小型變壓器1，一電壓跟隨器，一低通濾波器 1〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置， 其特征在于，所述采集PT開口三角電壓支路包括一帶通濾波器，所述帶通濾波器用來濾除 非所述電流恒流源模塊的電流信號產(chǎn)生的固定頻率的電壓反饋信號。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置， 其特征在于，采集PT開口三角頻率支路包括一小型變壓器2，低通濾波器2。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)鐵磁諧振與單相接地故障計(jì)算分析方法及裝置， 其特征在于， 中央處理模塊針對單相接地故障與基頻諧振，通過恒流電流源向PT開口三角繞組通入 頻率較高且不是基頻頻率的整數(shù)倍的固定頻率電流，測量此時(shí)PT開口三角繞組的反饋電壓 U，濾波后得到固定頻率的電壓，中央處理器根據(jù)電壓與電流的相位差進(jìn)行判斷，根據(jù)中央 處理器得到的電壓與電流的相位差Θ，并與90°相角進(jìn)行比較，得到變化值ε = 90°-θ，考慮到 綜合誤差的影響，設(shè)定一個(gè)閾值，得出判據(jù)如下： 若相角變化值ε大于閾值，判定為單相接地故障； 若相角變化值ε小于閾值且θ>0,判定為單相接地故障； 若相角變化值ε小于閾值且θ〈0，判定為基頻諧振故障。
【文檔編號】G01R31/02GK106018991SQ201610237173
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】李勇, 王愛軍, 趙勇, 陳亞東
【申請人】國網(wǎng)江蘇省電力公司鹽城供電公司, 國網(wǎng)江蘇省電力公司, 國家電網(wǎng)公司