基于注入信号的TT系统的接地可靠性监测方法及其系统与流程

本发明涉及一种电力监测方法，尤其涉及一种基于注入信号的tt系统的接地可靠性监测方法及其系统。

背景技术：

tt系统是低压配电系统中电源侧变压器中性点与大地直接联接，而设备侧外露导电部分就近直接与大地联接，电源接地与设备接地之间无金属性联系的接地系统。tt系统中的电气装置各有自己的接地极且互不相连，当某一设备的pe线上出现故障电压时，故障电压不会通过pe线在各个设备的外露导电部分蔓延，适用于室外配电设备、室外照明、农业用电等场合。

如图1所示，tt系统中当某一设备发生单相碰壳，此时设备外壳带电，忽略变压器阻抗和线路阻抗，则故障电流是经过设备外壳的接地电阻ra与工作接地电阻rb构成的回路。其等效电路如图2所示。如果设备接地电阻ra阻值过大或接地线断线，接触电压ua极有可能超出安全电压范围。这时当人触及漏电的设备外壳可能受到致命电击。因此对于tt系统设备接地可靠性的检测变得尤为重要。

现有技术中，对于tt系统的接地性能的检测均是直接检测接地线是否断线，但是并不能检测接地电阻的变化状况，从而不能准确判断当前的接地性能，比如接地电阻升高，此时只是代表接地电阻接地不良，并没有出现断线情况；另外，现有技术的手段一般成本高昂，比如电阻测量仪直接测量，而且不能及时反馈当前的接地状况信息。

因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的方法。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于注入信号的tt系统的接地可靠性监测方法，能够对tt系统的接地电阻的变化状况进行准确监测，从而动态反应出tt系统的接地变化信息，而且监测的准确性高，实时性强，并且能够有效降低制造成本以及使用成本。

本发明提供的一种基于注入信号的tt系统的接地可靠性监测方法，包括：

s1.在tt系统的接地回路中注入扰动电流信号；

s2.检测该扰动信号并与判断阈值进行比较，根据比较结果判断tt系统的接地性能。

进一步，步骤s1中，根据如下方法判断tt系统的接地性能：

如实测的扰动电流信号小于下限阈值il次数大于设定值,则判定当前tt系统的接地不良；

如实测的扰动电流信号大于上限阈值ih，则记录当前tt系统接地电阻为低阻状态，并调整判断阈值的上限和下限。

进一步，步骤s1中的扰动电流信号由信号发生器产生，其中，信号发生器包括：可控硅scr1、电阻r0以及控制器；

可控硅scr1的阳极连接于连接于tt系统中的设备的相线，阴极连接于电阻r0的一端，电阻r0的另一端连接于tt系统中的设备的外壳，所述可控硅scr1的控制极与控制器连接。

进一步，根据如下方法确定判断阈值：

s201.确定扰动电流信号峰值的变化范围：

其中，扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax通过如下公式计算：

其中，vn为设备的相线线电压，ra为设备的外壳接地电阻，rb为系统的工作接地电阻，δ为可控硅scr1的导通角,r0为电阻r0的阻值；

s202.根据扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax的阻值确定下限阈值il以及上限阈值ih，其中，il＝(1+α)ipmin，ih＝(1-α)ipmax，α为裕度值；

进一步，根据如下方法确定电阻r0和可控硅导通角δ：

对电阻r0进行以10ω为步长进行取值；

对可控硅导通角δ以5°为步长进行取值；

将电阻r0和可控硅导通角δ代入扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax的计算公式中，计算出ipmin和ipmax，并排序；

筛选出满足扰动电流信号的有效值和安全电压的限制条件并使ipmin和ipmax为最大的的电阻r0和可控硅导通角δ；其中：

其中，i△n为rcd装置剩余保护的额定漏电动作电流，ieffective为扰动电流信号的有效值，vmax_touch为安全电压，θ为扰动电流信号角度。

相应地，本发明提供了一种基于注入信号的tt系统的接地可靠性监测系统，包括：

信号发生器，用于产生扰动电流信号并注入到tt系统的设备的壳体；

检测器，用于实时检测扰动电流信号并输出；

控制器，用于接收检测器输出的扰动电流信号以及用于控制信号发生器工作，并根据扰动电流信号判断tt接地系统的性能。

进一步，所述信号发生器包括可控硅scr1和电阻r0；其中，可控硅scr1的阳极连接于连接于tt系统中的设备的相线，阴极连接于电阻r0的一端，电阻r0的另一端连接于tt系统中的设备的外壳，所述可控硅scr1的控制极与控制器连接。

进一步，所述控制器根据如下方法进行接地性能的判断：

s1.控制器控制可控硅scr1导通，检测器检测注入到tt系统的设备壳体上扰动电流并输出检测信号到控制器；

s2.控制器将实时扰动电流信号与判断阈值比较，如实测的扰动电流信号小于下限阈值il次数大于设定值,则判定当前tt系统的接地不良；

如实测的扰动电流信号大于上限阈值ih，则记录当前tt系统接地电阻为低阻状态，并调整判断阈值的上限和下限，其中，il＝(1+α)ipmin，ih＝(1-α)ipmax，α为裕度值；ipmin为扰动电流信号峰值变化的下限值，ipmax为扰动电流信号峰值变化的上限值。

进一步，根据如下方法确定判断阈值：

s201.确定扰动电流信号峰值的变化范围：

其中，扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax通过如下公式计算：

其中，vn为设备的相线线电压，ra为设备的外壳接地电阻，rb为系统的工作接地电阻，δ为可控硅scr1的导通角,r0为电阻r0的阻值。

s202.根据扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax的阻值确定下限阈值il以及上限阈值ih，其中，il＝(1+α)ipmin，ih＝(1-α)ipmax，α为裕度值。

进一步，根据如下方法确定电阻r0和可控硅导通角δ：

对电阻r0进行以10ω为步长进行取值；

对可控硅导通角δ以5°为步长进行取值；

将电阻r0和可控硅导通角δ代入扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax的计算公式中，计算出ipmin和ipmax，并排序；

筛选出满足扰动电流信号的有效值和安全电压的限制条件并使ipmin和ipmax为最大的的电阻r0和可控硅导通角δ；其中：

其中，i△n为rcd装置剩余保护的额定漏电动作电流，ieffective为扰动电流信号的有效值，vmax_touch为安全电压，θ为扰动电流信号角度。

本发明的有益效果：通过本发明，能够对tt系统的接地电阻的变化状况进行准确监测，从而动态反应出tt系统的接地变化信息，而且监测的准确性高，实时性强，并且能够有效降低制造成本以及使用成本，稳定性好，可靠性高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为tt系统设备外壳漏电示意图。

图2为图1中漏电条件下的等效电路图。

图3为本发明的电路原理图。

图4为本发明的流程图。

具体实施方式

以下结合说明书附图对本发明作出进一步说明：

如图所示，本发明提供的一种基于注入信号的tt系统的接地可靠性监测方法，包括：

s1.在tt系统的接地回路中注入扰动电流信号；

s2.检测该扰动信号并与判断阈值进行比较，根据比较结果判断tt系统的接地性能，通过本发明，能够对tt系统的接地电阻的变化状况进行准确监测，从而动态反应出tt系统的接地变化信息，而且监测的准确性高，实时性强，并且能够有效降低制造成本以及使用成本。

本实施例中，步骤s1中，根据如下方法判断tt系统的接地性能：

如实测的扰动电流信号小于下限阈值il次数大于设定值,则判定当前tt系统的接地不良；其中，扰动电流信号的一般按照1分钟之内产生10次，当检测到的扰动电流信号出现2次或者2次以上的实测的扰动电流信号小于下限阈值il的情况，则判定当前tt系统的接地为高阻状态，为接地不良状况，即可产生报警信号；当然，扰动电流信号的产生频率还可以根据实际需要自行设定，次数的设定值也可以根据实际的工况环境设定，当然，扰动电流信号小于下限阈值的次数的设定值随着扰动电流信号变化而变化，也就是说一般情况下，扰动电流信号发生的次数增加，设定判定次数也相应增加。

如实测的扰动电流信号大于上限阈值ih，则记录当前tt系统接地电阻为低阻状态，并调整判断阈值的上限和下限，从而防止触发tt系统中的线路保护，防止保护系统误动而引起的供电事故等。

如实测的扰动电流信号处于判断阈值范围类，则表明当前接地状态良好。

本实施例中，步骤s1中的扰动电流信号由信号发生器产生，其中，信号发生器包括：可控硅scr1、电阻r0以及控制器；

可控硅scr1的阳极连接于连接于tt系统中的设备的相线，阴极连接于电阻r0的一端，电阻r0的另一端连接于tt系统中的设备的外壳，所述可控硅scr1的控制极与控制器连接；r0为限流电阻，当然，电阻r0的也可以串接于可控硅的阳极端，那么此时可控硅scr1的阴极直接接设备外壳，阳极通过电阻r0接设备的相线；采用可控硅来实现相线信号转变成电流扰动信号，一方面，可控硅的反应灵敏，可靠性高，确保本发明能够顺利实施，另一方面，由于可控硅的单向导通特性，能够在接地故障条件下阻止设备壳体上的电流反向注入电网中，确保使用安全，而且结构简单，并能够确保扰动电流信号可控，控制器采用现有的单片机，比如avr单片机、arm单片机等。

本实施例中，根据如下方法确定判断阈值：

s201.确定扰动电流信号峰值的变化范围：

其中，扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax通过如下公式计算：

其中，vn为设备的相线线电压，ra为设备的外壳接地电阻且接地电阻ra的阻值在0-rω范围中变化，也就是说，电阻ra的最小值为0，最大值为rω,r具体值根据实际工况确定，比如100ω，或者50ω等，本发明的实例为了说明，取100ω，rb为系统的工作接地电阻，一般来说，选取rb为4ω，δ为可控硅scr1的导通角,r0为电阻r0的阻值。

s202.根据扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax的阻值确定下限阈值il以及上限阈值ih，其中，il＝(1+α)ipmin，ih＝(1-α)ipmax，α为裕度值，本实施例中，α取为20％，当然，也可以根据实际工况需要取为其他值；通过调整ipmin和ipmax的ro和导通角来实现判断阈值的调整，判断阈值在扰动电流信号的峰值范围基础上保留了20％的裕度，为准确判断提供保证。

本实施例中，根据如下方法确定电阻r0和可控硅导通角δ：

对电阻r0进行以10ω为步长进行取值；

对可控硅导通角δ以5°为步长进行取值；

将电阻r0和可控硅导通角δ代入扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax的计算公式中，计算出ipmin和ipmax，并排序；

筛选出满足扰动电流信号的有效值和安全电压的限制条件并使ipmin和ipmax为最大的的电阻r0和可控硅导通角δ；其中：

其中，i△n为rcd装置剩余保护的额定漏电动作电流，ieffective为扰动电流信号的有效值，vmax_touch为安全电压，其中，isignal(θ)为扰动电流信号，其中，扰动电流信号的公式为：θ∈[π-δ,π]，ω为扰动电流信号的角频率。

实例：基于上述两个限制条件，当ramax＝100ω时，以5°为步长，可得表1：

表1

由表1可知，当可控硅的导通角为10°时，能够满足扰动电流信号的有效值小于rcd装置的动作电流以及扰动电流信号加载于设备壳体时，壳体的带电电压小于安全电压33v，并且在满足上述两个条件下，导通角为10°时，ipmin和ipmax的值最大。

当δ选定为10°，以10欧姆为步长对电阻ro进行取值，可得表2：

表2

由表2可得：当可控硅的导通角为10°且电阻r0为60ω时，能够满足扰动电流信号的有效值小于rcd装置的动作电流以及扰动电流信号加载于设备壳体时，壳体的带电电压小于安全电压33v，并且在满足上述两个条件下，导通角为10°时和电阻r0为60ω时的ipmin和ipmax的值最大，其余满足安全电压和rcd装置动作电流限制条件的情况下，其他阻值的电阻ro和10°的导通角时的ipmin和ipmax的值均小于导通角为10°时和电阻r0为60ω时的ipmin和ipmax的值，通过这种方法确定出的导通角和电阻ro的值，能够保证能够检测到扰动电流信号，从而保证判断结果的准确性。

其中，rcd装置为剩余电流装置的英文residualcurrentdevice简称。

相应地，本发明提供了一种基于注入信号的tt系统的接地可靠性监测系统，包括：

信号发生器，用于产生扰动电流信号并注入到tt系统的设备的壳体；

检测器，用于实时检测扰动电流信号并输出；其中，检测器采用现有的电流检测电路或者电流互感器，如果采用电流检测电路，则电流检测电路的输入端连接于电阻r0和设备的壳体之间，如采用电流互感器，电流互感器同样设置于该处；

控制器，用于接收检测器输出的扰动电流信号以及用于控制信号发生器工作，并根据扰动电流信号判断tt接地系统的性能，当判断当前tt接地系统出现接地不良时，控制器产生告警信号并输出，一方面可以采用与控制器直接连接的声光报警器进行告警，另一方面，通过无线传输模块(比如3g模块、4g模块、zigbee模块、以太网模块、nb-iot模块等)或者有线传输方式传输到上位监控主机，通过监控主机发出告警信号进行告警，通过本发明，能够对tt系统的接地电阻的变化状况进行准确监测，从而动态反应出tt系统的接地变化信息，而且监测的准确性高，实时性强，并且能够有效降低制造成本以及使用成本，稳定性好，可靠性高；控制器采用现有的单片机，比如avr单片机、arm单片机等。

本实施例中，所述信号发生器包括可控硅scr1和电阻r0；其中，可控硅scr1的阳极连接于连接于tt系统中的设备的相线，阴极连接于电阻r0的一端，电阻r0的另一端连接于tt系统中的设备的外壳，所述可控硅scr1的控制极与控制器连接，r0为限流电阻，采用可控硅来实现相线信号转变成电流扰动信号，一方面，可控硅的反应灵敏，可靠性高，确保本发明能够顺利实施，另一方面，由于可控硅的单向导通特性，能够在接地故障条件下阻止设备壳体上的电流反向注入电网中，确保使用安全，而且结构简单，并能够确保扰动电流信号可控。

本实施例中，所述控制器根据如下方法进行接地性能的判断：

s1.控制器控制可控硅scr1导通，检测器检测注入到tt系统的设备壳体上扰动电流并输出检测信号到控制器；

s2.控制器将实时扰动电流信号与判断阈值比较，如实测的扰动电流信号小于下限阈值il次数大于设定值,则判定当前tt系统的接地不良；

如实测的扰动电流信号大于上限阈值ih，则记录当前tt系统接地电阻为低阻状态，并调整判断阈值的上限和下限，其中，其中，il＝(1+α)ipmin，ih＝(1-α)ipmax，α为裕度值，本实施例中，α取为20％，当然，也可以根据实际需要取为其他值；ipmin为扰动电流信号峰值变化的下限值，ipmax为扰动电流信号峰值变化的上限值。

本实施例中，根据如下方法确定判断阈值：

s201.确定扰动电流信号峰值的变化范围：

其中，扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax通过如下公式计算：

其中，vn为设备的相线线电压，ra为设备的外壳接地电阻，rb为系统的工作接地电阻，δ为可控硅scr1的导通角,r0为电阻r0的阻值。

s202.根据扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax的阻值确定下限阈值il以及上限阈值ih，其中，il＝(1+α)ipmin，ih＝(1-α)ipmax，α为裕度值，本实施例中，α取为20％，当然，也可以根据实际需要取为其他值。

本实施例中，根据如下方法确定电阻r0和可控硅导通角δ：

对电阻r0进行以10ω为步长进行取值；

对可控硅导通角δ以5°为步长进行取值；

将电阻r0和可控硅导通角δ代入扰动电流信号峰值变化的下限值ipmin和上限值ipmax的计算公式中，计算出ipmin和ipmax，并排序；

筛选出满足扰动电流信号的有效值和安全电压的限制条件并使ipmin和ipmax为最大的的电阻r0和可控硅导通角δ；其中：

其中，i△n为rcd装置剩余保护的额定漏电动作电流，ieffective为扰动电流信号的有效值，vmax_touch为安全电压，其中，isignal(θ)为扰动电流信号，其中，扰动电流信号的公式为：

基于上述两个限制条件，当ramax＝100ω时，以5°为步长，可得表1：

表1

由表1可知，当可控硅的导通角为10°时，能够满足扰动电流信号的有效值小于rcd装置的动作电流以及扰动电流信号加载于设备壳体时，壳体的带电电压小于安全电压33v，并且在满足上述两个条件下，导通角为10°时，ipmin和ipmax的值最大。

当δ选定为10°，以10欧姆为步长对电阻ro进行取值，可得表2：

表2

由表2可得：当可控硅的导通角为10°且电阻r0为60ω时，能够满足扰动电流信号的有效值小于rcd装置的动作电流以及扰动电流信号加载于设备壳体时，壳体的带电电压小于安全电压33v，并且在满足上述两个条件下，导通角为10°时和电阻r0为60ω时的ipmin和ipmax的值最大，其余满足安全电压和rcd装置动作电流限制条件的情况下，其他阻值的电阻ro和10°的导通角时的ipmin和ipmax的值均小于导通角为10°时和电阻r0为60ω时的ipmin和ipmax的值，通过这种方法确定出的导通角和电阻ro的值，能够保证能够检测到扰动电流信号，从而保证判断结果的准确性。

其中，rcd装置为剩余电流装置的英文residualcurrentdevice简称。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。