一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置，包括三路信号处理支路，分别为采集ABC三相电压支路，采集PT开口三角频率支路及采集PT开口三角电压支路，模数转换模块，相位差测量模块，过零比较器模块，中央处理器模块，电流恒流源模块。本发明的优点在于：可以准确的区分出分频谐振，高频谐振，基频谐振与单相接地故障，并根据故障类型发送不同指令到终端；同时以电压和频率相结合来判断分频谐振与高频谐振，可以获得更为精确的结果。
【专利说明】
-种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置
技术领域
[0001] 本发明属于配电网控制保护技术领域，具体设及一种配电网铁磁谐振与单相接地 故障计算分析方法及装置。
【背景技术】
[0002] 在配电网中，系统中性点一般是不接地系统，在系统母线上接有用于测量和监视 的电压互感器(PT),当电压互感器出现饱和时，电感不再是常数，会随着电流或磁通的变化 而变化，与=相导线的对地电容之间在母线开关合闽操作、线路单相弧光接地自动消失、系 统负荷剧烈变化时产生铁磁谐振现象，会造成系统过电压和PT过电流，使PT烙丝烙断，甚至 烧毁PT。电磁式电压互感器饱和引起的铁磁谐振包括:基频谐振，高频谐振，分频谐振。其中 基频谐振会出现=相电压一相降低，两相升高的现象。运与单相接地故障很相似，但实际上 并不存在接地的现象，所W基频谐振又被称为虚幻接地。
[0003] 现有的铁磁谐振与抑制装置与单相接地故障选线装置都是通过检测PT开口 S角 形的零序电压进行工作的，然而基频谐振与单相接地故障的现象十分的相似，就会导致铁 磁谐振抑制装置或单相接地选线装置误动作，造成事故。此外，现有的装置不能准确区分基 频谐振、高频谐振、分频谐振与单相接地故障，甚至会造成误判断，不利于对系统采取合适 的抑制措施和检修维护人员的处理。所W，必须研发一种配电网铁磁谐振与单相接地故障 计算分析方法及装置，能够准确的区分出基频谐振、高频谐振、分频谐振与单相接地故障， 用W相应的保护装置动作。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明提出了一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法 及装置，可W准确的区分出基频谐振、高频谐振、分频谐振与单相接地故障。根据故障类型 发出不同的动作指令，并将判断结果传输的终端保存。
[0005] 本发明解决其问题主要通过如下的技术方案实现：
[0006] -种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置，包括=路信号处理支 路，分别为采集ABCS相电压支路，采集PT开口 S角频率支路及采集PT开口 S角电压支路， 模数转换模块，相位差测量模块，过零比较器模块，中央处理器模块，电流恒流源模块。
[0007] 所述采集ABCS相电压支路包括一小型变压器1，一电压跟随器，一低通滤波器1; 所述小型变压器1前端连接PT二次侧，后端连接所述电压跟随器，所述电压跟随器连接至所 述低通滤波器1，所述低通滤波器1连接所述模数转换模块;所述小型变压器1将PT二次侧的 S相电压的降压至A/D转换器工作范围，所述电压跟随器起到阻抗变换的作用，所述低通滤 波器1滤除电压信号中的高频信号的干扰。
[000引所述模数转换模块连接至中央处理单元，采用4通道12位的逐次逼近的模数转换 忍片，将PT二次侧的=相电压转换为数字信号供中央处理模块处理。
[0009]所述信号采集PT开口 S角电压一带通滤波器，带通滤波器输入端连接至PT二次侧 的末端，带通滤波器输出端连接至所述相位差测量模块，所述带通滤波器滤除非所述电流 恒流模块的电流信号产生的固定频率的电压反馈信号。
[0010] 所述相位差测量模块连接至中央处理单元，W电流恒流源的电流波形作为参考通 道，W其产生的反馈电压波形为测试通道，W直读式数字相位计法得到时间间隔t，由中央 处理器换算为相位差。
[0011] 所述采集PT开口 S角频率支路包括一小型变压器2，低通滤波器2，所述小型变压 器2输入端连接至PT开口 S角形，输出端连接至所述低通滤波器2输入端，所述低通滤波器2 输出端连接至所述过零比较器模块。所述小型变压器2将PT开口S角形开口电压降低至所 述过零比较器的工作范围，所述低通滤波器滤除高频信号干扰。
[0012] 所述过零比较器连接至中央处理模块，将PT开口 S角形的电压频率信号形成脉 冲，中央处理模块通过脉冲计数得到频率值。
[0013] -种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析装置的中央处理模块具体的判断 流程为：
[0014] 首先，根据采集到的A、B、CS相电压和PT开口 S角形电压频率判断：
[0015] 若=相电压均升高且电压频率低于工频频率，则判断为发生分频谐振；
[0016] 若=相电压均升高且电压频率高于工频频率，则判断为发生高频谐振；
[0017] 若一相电压降低、两相电压升高且频率为工频频率，则判断发生基频谐振或单相 接地故障；
[0018] 其次，若判断发生基频谐振或单相接地故障则启动恒流电流源，通过恒流电流源 向PT开口 S角绕组通入频率较高且不是工频频率的整数倍的固定频率电流，测量此时开口 =角绕组的电压，滤波后得到固定频率的电压。
[0019] 简化电路模型，由图4可知，忽略线路的相关电阻值，nl、n2为PT高低压绕组应数， 注入固定频率电流后得到的反馈电压与电流的关系为，
[0022] 通入的固定电流的相位值设为0,得到电压的福角0:
[0020]
[0021]
[0023]
[0024]
[0025] 根据中央处理器得到的电压与电流的相位差0，并与90°相角进行比较，得到电压 与电流相角变化值e=9O°-0考虑到综合误差的影响，设定一个阔值，得出判据如下：
[0026] 若相角变化值大于阔值，判定为单相接地故障；
[0027]若相角变化值小于阔值且0〉〇,判定为单相接地故障。
[00%]若相角变化值小于阔值且0<〇,判定为基频谐振故障。
[0029] 本发明配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置的优点为:可W准确 的区分出分频谐振，高频谐振，基频谐振与单相接地故障，并根据故障类型发送不同指令到 终端，根据指令选择谐振抑制支路或选线支路；同时W电压和频率判断分频谐振与高频谐 振，可W获得更为精确的结果;根据单相接地与基频谐振的对地阻抗的不同，通入电流产生 的电压不同来判断单相接地与基频谐振，判断更加准确，并且十分实用。
【附图说明】
[0030] 为了更加清楚的描述本发明实施例的技术方案，给出了介绍本发明所需的附图。 [0031 ]图1为本发明的结构示意图；
[0032] 图2为相位差测量模块的实现示意图；
[0033] 图3为注入电流电路图；
[0034] 图4为电路等效图；
[0035] 图5为恒定电流的波形；
[0036] 图6为基频谐振时通入固定电流得到的电压波形；
[0037] 图7为单相接地(经过渡电阻接地)时通入固定电流得到的电压波形；
[0038] 图8为单相接地(金属性接地)时通入固定电流得到的电压波形；
[0039] 图9为本发明工作流程图；
[0040] 具体实现方式
[0041] 下面结合附图对本发明的实施例进行详细的阐述。
[0042] 本发明一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置的优点在于:可 W准确的区分出分频谐振，高频谐振，基频谐振与单相接地故障，并根据故障类型发送不同 指令到终端；同时W电压和频率相结合来判断分频谐振与高频谐振，可W获得更为精确的 结果
[0043] 如图1所示，一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析装置，包括=路信号处 理支路，分别为采集ABCS相电压支路，采集PT开口 S角频率支路及采集PT开口 S角电压支 路，模数转换模块，相位差测量模块，过零比较器模块，中央处理器模块，电流恒流源模块。
[0044] 采集ABCS相电压支路包括一小型变压器1，一电压跟随器，一低通滤波器1;小型 变压器1前端连接PT二次侧，后端连接所述电压跟随器，小型变压器将PT二次侧的A、B、CS 相电压降压至可供AD转换忍片采样的-5~巧V电压，电压跟随器连接至所述低通滤波器1， 低通滤波器1连接所述AD转换器，电压跟随器起到阻抗变换的作用，降低AD转换忍片输入阻 抗对信号的影响，所述低通滤波器滤除电压信号中的高频信号的干扰，本发明实施例将频 率高于500监的信号滤除。
[0045] 模数转换模块连接至中央处理单元，本发明实施例采用ADS7824P模数转化忍片， 将PT二次侧的=相电压转换为数字信号供中央处理模块处理。
[0046] 采集PT开口 S角电压支路包括一带通滤波器，带通滤波器输入端连接至PT开口 S 角绕组，带通滤波器输出端连接至相位差测量模块，将通入固定频率电流后，PT二次侧反馈 的电压信号通过带通滤波器，滤除工频电压信号，本发明的实施例的带通滤波器允许通过 的频率范围为800~1200监。
[0047]如图2所示，相位差测量模块连接至中央处理单元，W电流恒流源的电流波形作为 参考通道，W其产生的反馈电压的波形为测试通道，两信号通过脉冲形成电路将正弦信号 变成尖脉冲，来控制双稳态触发器，由此产出宽度为A T的闽口信号，使时间闽开启，时钟振 荡器产生频率为50k监的标准脉冲，通过时间闽口连接至中央处理器，有中央处理器换算为 相位差。
[004引采集PT开口 S角频率支路包括一小型变压器2，低通滤波器2，小型变压器2输入端 连接至PT开口 S角形，输出端连接至所述低通滤波器2输入端，低通滤波器2输出端连接至 所述过零比较器模块。小型变压器将开口 S角形电压信号降低至本发明实施例的过零比较 器LM339的工作电压范围，运里取-10~+10V，低通滤波器2滤除电压信号中的高频信号的干 扰，本发明实施例将频率高于500HZ的信号滤除。
[0049] 过零比较器连接至中央处理模块，本发明的实施例采用LM339忍片，将PT开口 S角 形的电压频率信号形成脉冲，中央处理模块通过脉冲计数得到频率值。
[0050] 如图3所述，恒流电流源，通过中央处理器控制，通过向PT开口 S角绕组通入固定 电流。本发明的实施例产生频率为12甜Z，幅值IOA的，初相角为0的恒定电流。
[0051] 如图5所示，一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析装置的中央处理模块 具体的判断流程为：
[0052] 首先，根据采集到的A、B、CS相电压和PT开口 S角形电压频率判断：
[0053] 若=相电压均升高且电压频率的低于工频频率，则判断为发生分频谐振；
[0054] 若=相电压均升高且电压频率的高于工频频率，则判断为发生高频谐振；
[0055] 若一相电压降低、两相电压升高且频率的主要部分为工频频率，则判断发生基频 谐振或单相接地故障；
[0056] 由图4可知，忽略了线路的电阻值R，nl、n2为PT高低压绕组应数，注入固定频率电 流后得到的反馈电压与电流的关系为，
[0化7]
[0化引
[0059] 通入的固定电流的相位值设为0,得到电压的福角0:
[0060]
[0061]
[0062]根据中央处理器得到的电压与电流的相位差，并与90°相角进行比较，得到电压与 电流相角变化值e=9O°-0考虑到综合误差的影响，设定一个阔值，本发明设定为2°，得出判 据如下：
[0063] 若相角变化值e >2°时，判定为单相接地故障；
[0064] 若相角变化值e <2°时且0〉〇，判定为单相接地故障。
[0065] 若相角变化值e <2°时且0<〇，判定为基频谐振故障。
[0066] 为了让一般的技术人员更好的理解本发明，W下结合W具体实时例详细说明本发 明在辨别单相接地故障与基频谐振时采取本发明措施的合理性:在MATLAB的Simulink中搭 建基频谐振的仿真模型，为了简化模型，忽略线路电阻，=相线路的对地电容为6X1(T中，模 型的PTWJDZX16-10RG型电压互感器为依据，其在线电压条件下的励磁电抗为1.2319MQ， 根据H ? A ?化terson理论，经计算可知，线路满足发生基频谐振的条件;模型W发生单相接 地故障然后又迅速恢复运一状况作为触发基频谐振的条件。通过恒流电流源向PT的开口 S 角形通入幅值为1A，频率为125Hz，初相角为0的交流电流，测量PT二次侧其中一相的电压， 为了方便，减少干扰，将模型的电压源的电压设为0,电流的波形如图5所示。依次进行基频 谐振，A相经过渡电阻接地(过渡电阻为5000 Q )，A相金属接地S种情况下，通入固定电流后 得到反馈电压的仿真，得到=种情况下电压的仿真波形如图6,7,8。
[0067] 由图5和图6可知，注入的电流I得到的反馈电压U，电压U滞后电流的相角为90%可 判断为发生基频谐振；
[0068] 由图5和图7可知，注入的电流I得到的反馈电压U，经计算，电压U超前电流的相角 为75.37°，可判断为发生单相接地故障；
[0069] 由图5和图8可知，注入的电流I得到的反馈电压U，电压U超前电流的相角为90%可 判断为发生单相接地故障。
【主权项】
1. 一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置，其特征在于包括三路信 号处理支路，分别为采集ABC三相电压支路，采集PT开口三角频率支路及采集PT开口三角电 压支路，模数转换模块，相位差测量模块，过零比较器模块，中央处理器模块，电流恒流源模 块。2. 根据权利要求1所述的一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置， 其特征在于，所述采集ABC三相电压支路包括一小型变压器1，一电压跟随器，一低通滤波器 1〇3. 根据权利要求1所述的一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置， 其特征在于，所述采集PT开口三角电压支路包括一带通滤波器，所述带通滤波器用来滤除 非所述电流恒流源模块的电流信号产生的固定频率的电压反馈信号。4. 根据权利要求1所述的一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置， 其特征在于，采集PT开口三角频率支路包括一小型变压器2，低通滤波器2。5. 根据权利要求1所述的一种配电网铁磁谐振与单相接地故障计算分析方法及装置， 其特征在于， 中央处理模块针对单相接地故障与基频谐振，通过恒流电流源向PT开口三角绕组通入 频率较高且不是基频频率的整数倍的固定频率电流，测量此时PT开口三角绕组的反馈电压 U，滤波后得到固定频率的电压，中央处理器根据电压与电流的相位差进行判断，根据中央 处理器得到的电压与电流的相位差Θ，并与90°相角进行比较，得到变化值ε = 90°-θ，考虑到 综合误差的影响，设定一个阈值，得出判据如下： 若相角变化值ε大于阈值，判定为单相接地故障； 若相角变化值ε小于阈值且θ>0,判定为单相接地故障； 若相角变化值ε小于阈值且θ〈0，判定为基频谐振故障。
【文档编号】G01R31/02GK106018991SQ201610237173
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】李勇, 王爱军, 赵勇, 陈亚东
【申请人】国网江苏省电力公司盐城供电公司, 国网江苏省电力公司, 国家电网公司