一种基于电容分压的接地故障监测装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于电容分压的接地故障监测装置，包括采样处理单元和采样单元，所述采样单元包括用于采集配电线路对地电压的电压采样模块。本实用新型的配电线路接地故障监测装置通过采用具有电容分压的电压采集模块可以采样供电线路的对地电压，根据采样电压的变化判断供电线路是否发生接地故障，由通过设置接地的第一电容，当被测配电线路发生接地故障后，通过电容电阻构成的电容分压采集模块可以获得相对稳定的采样电压，该故障监测装置放宽了硬件对测量即时性的要求，属于供电线路接地后稳态测量技术，可以快速、准确地识别线路接地故障。
【专利说明】
-种基于电容分压的接地故障监测装置
技术领域
[0001] 本实用新型设及电力线路接地故障监测技术领域，尤其是一种IOKV架空线路、电 缆线路基于电容分压的单相或多相接地故障监测装置。
【背景技术】
[0002] 在电力电网配电线路系统中，IOKV系统是中压电网，我国中压电网多采用中性点 非有效接地系统，当发生单相接地故障时，中性点电压升高为故障相电压，而A、B、CS相间 的线电压基本保持不变，故障电流小，故可W运行2小时左右，由此保证供电可靠性。但是， 发生单相接地故障后，需要及时切断线路或排除故障，否则，在电网带病运行一段时间后由 于局部放电原因会逐渐演变成相间短路故障，给供电线路带来较大损坏。
[0003] 由于IOKV配电网的中性点接地方式多样，造成接地故障判断困难。为了监测并及 时发现接地故障，目前常用的接地故障监测有注入信号法、线路对地电容放电法、零序电流 判断法及=相对地电压比较法等几个主要方法。其中，注入信号法需要外接信号源，给供电 系统带来额外故障隐患，注入信号的频率选择也影响到选线的正确性;线路对地电容放电 法受中性点外接消弧线圈影响很大，导致故障选线的正确率较低;零序电流判断法在架空 线路中使用受限，采用数学矢量合成技术构造零序电流还受到目前硬件设备性能的制约； =相对地电压比较法需要测量=相对地电压，依据电压值大小排序决定接地相，但在实际 配电线路中直接测量对地电压具有很大不便性。现有的IOKV配电网接地故障监测技术不能 满足快速识别线路单相接地故障的要求。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型提供了一种基于电容分压的接地故障监测装置，能够快速、准确地识 别线路接地故障的发生，克服现有技术中接地故障检测速度慢、准确率低的缺陷。
[0005] 为了解决上述问题，本实用新型提供一种基于电容分压的接地故障监测装置，包 括采样处理单元和采样单元，其特征在于，所述采样单元包括用于采集配电线路对地电压 的电压采样模块，所述电压采样模块包括用于与配电线路连接的输入端，所述输入端依次 连接有第一二极管、第二电阻和第=电阻，所述第=电阻接地，所述输入端与所述第一二极 管之间还连接有第一电容，所述第一电容的一端与所述输入端相连，所述第一电容的另一 端接地，所述第一电容的两端还并联连接有第一电阻，所述第二电阻与所述第=电阻之间 具有与所述采样处理单元相连的第一引出端，所述采样处理单元在所述第一引出端采集采 样电压。
[0006] 本实用新型提供的基于电容分压的接地故障监测装置还具有W下技术特征：
[0007] 进一步地，所述采样单元还包括用于采集配电线路电流信息的电流采样模块，所 述电流采样模块包括用于采集配电线路电流信息的第一互感线圈，所述第一互感线圈的两 端串联连接有相互串联的第四电阻和第五电阻，所述第一互感线圈的两端还并联连接有第 一稳压二极管，所述第一互感线圈的一端接地，所述第四电阻和所述第五电阻之间具有与 所述采样处理单元相连的第二引出端，所述采样处理单元在所述第二引出端采集采样电 流，所述第二引出端与所述采样处理单元之间还连接有第=电容，所述第=电容一端与所 述第二引出端相连，所述第=电容另一端接地，所述第=电容的两端还并联连接有第二稳 压二极管。
[000引进一步地，所述第=电阻的两端还并联连接有第二电容。
[0009] 进一步地，所述采样处理单元还连接有用于采集配电线路高度的高度传感器和用 于采集配电线路附近环境湿度的湿度传感器。
[0010] 进一步地，所述采样处理单元还连接通讯模块。
[0011] 本实用新型具有如下有益效果:该配电线路接地故障监测装置通过电压采集模块 可W采样供电线路的对地电压，根据采样电压的变化判断供电线路是否发生接地故障，通 过设置接地的第一电容，当被测配电线路发生接地故障后，通过电容电阻构成的电容分压 采集模块可W获得相对稳定的采样电压，该故障监测装置放宽了硬件对测量即时性的要 求，属于供电线路接地后稳态测量技术，可W快速、准确地识别线路接地故障。
【附图说明】
[0012] 图1为本实用新型实施例的接地故障监测装置的结构示意图；
[0013] 图2为本实用新型实施例的接地故障监测装置的电路图。
【具体实施方式】
[0014] 下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲 突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可W相互组合。
[0015] 如图1、图2所示的本实用新型的基于电容分压的接地故障监测装置的一个实施例 中，该基于电容分压的接地故障监测装置包括采样处理单元10和采样单元20,采样处理单 元10包括低功耗的CPU处理模块，所述采样单元20包括用于采集配电线路对地电压的电压 采样模块21，电压采样模块21包括用于与配电线路连接的输入端211，输入端210依次连接 有第一二极管Dl、第二电阻R2和第=电阻R3,第=电阻接地R3,输入端211与第一二极管Dl 之间还连接有第一电容Cl，第一电容Cl的一端与输入端211相连，第一电容Cl的另一端接 地，第一电容Cl的两端还并联连接有第一电阻Rl，第二电阻R2与所述第S电阻R3之间具有 与采样处理单元10相连的第一引出端，采样处理单元10在所述第一引出端采集采样电压E。 该配电线路接地故障监测装置通过电压采集模块可W采样供电线路的对地电压，根据采样 电压的变化判断供电线路是否发生接地故障，该故障监测装置及监测方法放宽了硬件对测 量即时性的要求，属于供电线路接地后稳态测量技术，可W快速、准确地识别线路接地故 障。
[0016] 具体而言，如图2所示，该基于电容分压的接地故障监测装置的输入端211与IOKV 配电线路中的某一单相供电线路的裸导线直接相连，将该单相供电线路的对地分布电容记 作C4,由于供电线路的高度和对地介质变化，C4是一个变化的电容，在忽略电容极板边缘效 应时，其由怒吾十/1、责.
[0017]
[0018] 其中，e〇为真空介电常数，Er为介质的相对介电常数，S为极板相对面积，d为两极板 间距离，即供电线路距地高度。将IOKV供电线路的对地电压记作V，对地电压V的值依据 IOKV供电线路对地电场形式可W标定为5774伏，在Rl很大的情况下，例如:R1为IOMQ，将第
一电容n兩溫的由店巧化VpI .庶据由孩阳抗4V店盾巧，
[0019]
[0020] 当线路正常工作无单相接地故障发生时，Cl和C4被充电，电压Vcl经过第一二极管 Dl后，由第二电阻R2和第S电阻R3分压，由第二电阻R2和第S电阻R3之间的第一引出端输 出采样电压，在该实施例中，。1=0.01证，1?2 = 21〇，1? = 101〇，采样电压￡的计算公式为：
[0021] E = R3*Vcl/(R2+R3)；
[0022] 当与输入端211相连的IOKV供电线路发生接地故障时，裸导线直接与大地相连，该 单相供电线路的对地分布电容C4消失，即C4 = 0,此时，第一电容Cl接地直接将电荷泄放掉， 由上述公式可知，Vcl为零，采样电压E为零，由此，上述实施例中的配电线路接地故障监测 装置可W根据采样电压的变化判断供电线路是否发生接地故障，可W快速、准确地识别线 路接地故障。
[0023] 在上述实施例中的基于电容分压的接地故障监测装置还具有W下技术特征：
[0024] 采样单元20还包括用于采集配电线路电流信息的电流采样模块22,电流采样模块 22包括用于采集配电线路电流信息的第一互感线圈LI,第一互感线圈Ll的两端串联连接有 相互串联的第四电阻R4和第五电阻R5,第一互感线圈Ll的两端还并联连接有第一稳压二极 管Wl，第一互感线圈Ll的一端接地，第四电阻R4和第五电阻R5之间具有与采样处理单元10 相连的第二引出端，采样处理单元10在所述第二引出端采集采样电流I，所述第二引出端与 采样处理单元10之间还连接有第=电容C3,第=电容C3-端与所述第二引出端相连，第= 电容C3另一端接地，第=电容C3的两端还并联连接有第二稳压二极管W2。具体而言，根据我 国电力运行规程，单相接地故障发生时，电力线路还可W运行2小时左右，也就是说带病运 行的跌落线路中还有电流流过。供电线路正常工作时，采样单元20的电压采样模块21可W 采集到正常的采样电压E，采样单元20的电流采样模块22可W采集到正常的采样电流I。当 发生接地故障时，采样电压E理论上将变为零，采样电流I会在接地故障发生瞬间出现变化。 发生接地故障后，在一定时间内，采样电压E理论上为零，采样电流I会保持在某一稳定值。 当发生接地故障的供电线路停电时，采样电压E和采样电流I同时为零。该实施例中的配电 线路接地故障监测装置，同时采样供电线路的电压和电流信息，当采样电压为零且采样电 流不为零时，就可W判定该配电线路中与输入端211相连的单相供电线路发生了单相接地 故障，故障判定准确率高，该配电线路接地故障监测装置放宽了硬件系统对测量即时性的 要求，属于一种接地后稳态测量技术，简单易行，可靠性高，准确率高。
[0025] 在上述实施例中，第=电阻R3的两端还并联连接有第二电容C2,其作用是维持第 =电阻R3两端电压稳定，使得第二电阻R2和第=电阻R3之间的第一输出端输出的采样电压 E保持稳定，避免配电线路中的干扰造成采样电压的波动。当供电线路发生接地故障后，第 S电阻R3和第二电容C2形成RC放电回路使第二电容C2放电。采样处理单元10还连接有用于 采集配电线路高度的高度传感器11和用于采集配电线路附近环境湿度的湿度传感器12,由 此可W实时地采集供电线路的高度信息和配电线路附近的环境湿度，由此可W对供电线路 的对地分布电容C4进行校正，提高采样电压E的准确性，提高接地故障判定的准确性。采样 处理单元10还连接通讯模块13。具体而言，配电线路的=相供电线路的每一条单相供电线 路上都分别连接有上述配电线路接地故障监测装置，每条单相供电线路上的配电线路接地 故障监测装置都可W通过通讯模块13与另外两条单相供电线路上的配电线路接地故障监 测装置进行通信W获取另外两条单相供电线路的采样电压，并计算该单相供电线路的采样 电压与另外两条单相供电线路的采样电压的差值及所述差值与其他两相单相线路的采样 电压的百分比值，由此进一步保证接地故障判定的准确性，具体而言，如果该单相供电线路 的采样电压与另外两条单相供电线路的采样电压的差值与其他两相单相线路的采样电压 的百分比值大于某一预设值，则说明该单相供电线路的采样电压异常，由此进一步保证了 接地故障判定的准确性。配电线路接地故障监测也可W通过通讯模块13与数据传输单元 (DTU，化化Transfer化it)进行通讯W进行信息传输，发送采样数据或故障报警信号。另 夕h配电线路的不同支路或不同分段上，均可W设置上述配电线路接地故障监测，不同位置 的配电线路接地故障监测均可W通过通讯模块13经数据传输单元(DTU)与后台服务器进行 信息传输。
[0026] 使用本实用新型实施例的基于电容分压的接地故障监测装置进行接地故障监测 的步骤如下：
[0027] S10:使用上述基于电容分压的接地故障监测装置采集配电线路中的单相线路的 采样电压E;
[0028] S20:将采集到的单相线路的所述采样电压E与第一预设电压El比较，如果所述采 样电压E小于第一预设电压El，判定该单相线路处于停电状态;如果所述采样电压E大于或 等于第一预设电压El，则比较所述采样电压与第二预设电压E2的大小，所述第二预设电压 E2大于所述第一预设电压El;
[0029] S30:所述采样电压E大于或等于第二预设电压E2,则比较所述采样电压E与第S预 设电压E3的大小，如果所述采样电压E大于第=预设电压E3,则判定该单相线路工作正常， 所述第=预设电压E3大于所述第二预设电压E2;如果所述采样电压E小于第二预设电压E2， 则判定该单相线路发生接地故障。
[0030] 具体而言，上述的第一预设电压EU第二预设电压E2和第S预设电压E3都是根据 IOKV配电线路的实际系统运行参数而设定的阔值，根据理论计算，当供电线路停电时，其采 样电压E为零，但考虑到对地分布电容、相邻相线互感电压等因素，实际采样电压可能不为 零，为了保证供电线路停电状态判定的准确性，该方法设定了第一预设电压El;当供电线路 发生接地故障时，理论计算采样电压为零，但是，考虑到供电线路接地时的对地分布电容并 不绝对为零且仍存在电流，此时采样电压E的实际值不为零，为了保证接地故障判定的准确 性，该方法中根据系统参数及统计数据设定了第二预设电压E2;供电线路正常工作时，理论 计算采样电压E为某一定值，但是考虑的供电线路的摆动造成的高度变化、环境湿度变化或 电网电压波动等因素，采样电压E会存在波动，该方法根据系统参数及统计数据设定第=预 设电压E3W确保采样电压E大于第=预设电压E3时供电线路处于正常工作状态，提供判定 结果的准确性。在上述实施中，第一预设电压El的值为30伏，第二预设电压E2的值为70伏， 第S预设电压E3的值为150伏。该实例中的配电线路接地故障监测方法可W根据采样电压 的变化判断供电线路是否发生接地故障，过设置接地的第一电容，当被测配电线路发生接 地故障后，通过电容电阻构成的电压采集模块可W获得相对稳定的采样电压，该故障监测 装置及监测方法放宽了硬件对测量即时性的要求，属于供电线路接地后稳态测量技术，可 W快速、准确地识别线路接地故障。具体而言，供电系统发生单相接地故障后，系统供电还 可W工作2小时左右，在运2小时内，接地故障可能一直持续，即对地电压一直为零，还有一 种是接地是间歇式接地，接地线路对地电压不一直为零。本发明的接地故障监测装置中，电 容电阻构成接地电压采样电路在放电过程中，由于放电过程是毫秒级的，可W通过测量电 容电压W确定电力线路是否接地;即便是间歇式接地，电容两端电压也处于充电放电状态， 由于放电过程是毫秒级的，仍然可W获得相对稳定的采样电压，放宽了硬件对测量即时性 要求。
[0031] 进一步地，步骤SlO还包括，采集配电线路中的单相线路的采样电流I;
[0032] 所述步骤S20为，如果所述采样电压E小于第一预设电压El且所述采样电流I等于 零，判定该单相线路处于停电状态;如果所述采样电压E大于或等于第一预设电压El且所述 采样电流I不等于零，则比较所述采样电压E与第二预设电压E2的大小；
[0033] 所述步骤S30为，所述采样电压E大于或等于第二预设电压E2且所述采样电流I不 等于零，则比较所述采样电压E与第S预设电压E3的大小，如果所述采样电压E大于第S预 设电压E3，则判定该单相线路工作正常；如果所述采样电压E小于第二预设电压E2且所述采 样电流I不等于零，则判定该单相线路发生接地故障。
[0034] 具体而言，根据我国电力运行规程，单相接地故障发生时，电力线路还可W运行2 小时左右，也就是说带病运行的跌落线路中还有电流流过。该实施例中的配电线路接地故 障监测方法，同时采样供电线路的电压和电流信息，当采样电压大于或等于第一预设电压 且小于第二预设电压，同时采样电流不为零，就可W判定该单相供电线路发生了单相接地 故障，故障判定准确率高，该配电线路接地故障监测装置放宽了硬件系统对测量即时性的 要求，属于一种接地后稳态测量技术，简单易行，可靠性高，准确率高。
[0035] 进一步地，所述步骤S30还包括:如果所述采样电压E大于第=预设电压E3,根据该 单相线路的高度H、环境湿度M校验所述采样电压E，校验后所述采样电压E大于第=预设电 压E3,则判定该单相线路工作正常。例如，当高度H大于15m时，校正采样电压；当环境湿度M 大于80%时，校正采样电压；另外，如果供电线路采样绝缘线，可W根据事先比对的裸导线 和绝缘线在对地电压测量值上的差异，也可在比较采样电压E与第S预设电压E3的过程中 自适应测量裸导线和绝缘导线对地电压值，并校准到理想状态。
[0036] 进一步地，所述步骤S30还包括S31:如果所述采样电压E小于第二预设电压E2,计 算该单相线路的采样电压E与其他两相单相线路的采样电压E的差值及所述差值与其他两 相单相线路的采样电压的百分比值，如果百分比值大于第一预设阔值，则判定该单相线路 发生接地故障，由此进一步保证了接地故障判定的准确性。具体而言，第一预设阔值可W根 据系统参数或统计数据确定，例如，第一预设阔值为供电线路正常工作时采样电压E数值的 10%、15%或20%，由此可W避免误判，排出环境因素及电网波动对采样电压的影响。
[0037] 最后应说明的是：W上实施例仅用W说明本实用新型的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解： 其依然可W对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等 同替换;而运些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术 方案的精神和范围。
【主权项】
1. 一种基于电容分压的接地故障监测装置，包括采样处理单元和采样单元，其特征在 于，所述采样单元包括用于采集配电线路对地电压的电压采样模块，所述电压采样模块包 括用于与配电线路连接的输入端，所述输入端依次连接有第一二极管、第二电阻和第三电 阻，所述第三电阻接地，所述输入端与所述第一二极管之间还连接有第一电容，所述第一电 容的一端与所述输入端相连，所述第一电容的另一端接地，所述第一电容的两端还并联连 接有第一电阻，所述第二电阻与所述第三电阻之间具有与所述采样处理单元相连的第一引 出端，所述采样处理单元在所述第一引出端采集采样电压。2. 根据权利要求1所述的接地故障监测装置，其特征在于，所述采样单元还包括用于采 集配电线路电流信息的电流采样模块，所述电流采样模块包括用于采集配电线路电流信息 的第一互感线圈，所述第一互感线圈的两端串联连接有相互串联的第四电阻和第五电阻， 所述第一互感线圈的两端还并联连接有第一稳压二极管，所述第一互感线圈的一端接地， 所述第四电阻和所述第五电阻之间具有与所述采样处理单元相连的第二引出端，所述采样 处理单元在所述第二引出端采集采样电流，所述第二引出端与所述采样处理单元之间还连 接有第三电容，所述第三电容一端与所述第二引出端相连，所述第三电容另一端接地，所述 第三电容的两端还并联连接有第二稳压二极管。3. 根据权利要求1或2所述的接地故障监测装置，其特征在于，所述第三电阻的两端还 并联连接有第二电容。4. 根据权利要求1或2所述的接地故障监测装置，其特征在于，所述采样处理单元还连 接有用于采集配电线路高度的高度传感器和用于采集配电线路附近环境湿度的湿度传感 器。5. 根据权利要求1或2所述的接地故障监测装置，其特征在于，所述采样处理单元还连 接通讯模块。
【文档编号】G01R31/02GK205691705SQ201620572499
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月14日 公开号201620572499.8, CN 201620572499, CN 205691705 U, CN 205691705U, CN-U-205691705, CN201620572499, CN201620572499.8, CN205691705 U, CN205691705U
【发明人】顾涛, 王德志, 陈超, 燕波涛, 赵立永, 杜启军
【申请人】北京鼎科远图科技有限公司