二次回路接地电流监测系统、方法及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种二次回路接地电流监测系统、方法及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.变电站的二次回路是指经过电压互感器、电流互感器之后，形成的低电压、小电流电路。二次回路起到测量、保护一次电路等作用，因此，二次回路的可靠性关系到电网的正常运行。为避免绝缘击穿，确保二次回路的设备及工作人员的安全，二次回路必须设置一点且只有一点接地。当二次回路发生两点或两点以上接地时，由于大地存在一定的电势差，不同接地点之间的电压就会施加在二次回路的接地点之间。两点接地的电压会使二次回路电流、电压测量误差变大，严重时会引起保护误动或拒动，严重影响电网安全运行。
3.二次回路一点接地时，接地点无电流或存在很少感应电流。二次回路接地电流，就是指发生多点接地故障时，大地电压通过多个接地点形成回路，在原有的接地点形成电流。因此，工作人员常常通过测量原有接地点电流来判断二次回路是否存在多点接地故障，具体方式包括：人工测量和实时监测。人工测量的采用电流表测量二次回路接地点电流，按照电网的相关规程，以接地点电流大于或等于50ma则判断为存在多点接地故障，反之则正常。实时监测即通过点至设备和电流互感器，实时监测二次回路接地点电流，当二次回路电流大于或等于50ma时，向上位机发出告警信号，实现故障实时监测效果。
4.然而，由于二次回路电路复杂，线路较长，存在一定的对地分布电容，这分布电容也会对大地形成电流，并通过原有接地点返回电源端，因此人工测量以大于或等于50ma为多点接地的判定依据。但在某些新建站、二次回路较小的系统，由于感应电流很小，同时大地的电势差也很小时，多点接地形成的电流也可能不超过50ma。此时，以上两种办法不能有效监测多点接地故障。综上所述，现有技术无法辨别原有接地点的电流是容性电流还是多点接地形成的电流，导致存在多点接地但电流不超过50ma时产生漏判定。
5.

技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种二次回路接地电流监测系统、方法及计算机可读存储介质，以解决现有技术无法辨别原有接地点的电流是容性电流还是多点接地形成的电流，导致存在多点接地但电流不超过50ma时产生漏判定的问题。
7.本发明提供一种二次回路接地电流监测系统，包括：控制模块、电压采样模块、电流采样模块、控制电路、电流互感器、常闭接触器以及测试电阻rj；所述电压采样模块、电流采样模块、控制电路分别与所述控制模块连接，所述电压采样模块通过a端口连接二次回路的a相；断开二次回路原有接地点，装置通过n接口连接二次回路原有接地点；装置通过gnd端口连接大地；所述常闭接触器连接于gnd端口与n接口之间，所述电流互感器设置于gnd端口与n接口之间的线路，所述测试电阻rj与常闭接触器并联；
所述电压采样模块，用于采集二次回路相线与地之间的电压，并将电压转换成模拟信号发送至控制模块；所述电流互感器，用于测量二次回路接地点的电流；所述电流采样模块，用于将电流互感器的测量信号转换成模拟信号后发送至控制模块；所述控制电路，用于根据控制模块发出的信号控制常闭接触器的开关；所述常闭接触器，用于在控制电路的控制下，每隔一个设置好的时间t断开一次，或者当接地电流ia发生变化时断开一次；所述控制模块，用于在常闭接触器闭合时，根据电压采样模块发送的信号计算二次回路对地的电压ud，根据电流采样模块发送的信号计算接地电流ia及相位q1；以及，在常闭接触器断开，接地电流经过测试电阻rj时，根据电流采样模块发送的信号计算接地电流ib的相位q2；根据二次回路对地的电压ud、接地电流ib的相位q2、测试电阻rj计算二次回路接地点的容性电流i1；判断接地电流ia是否大于二次回路接地点的容性电流i1；如果接地电流ia大于二次回路接地点的容性电流i1，判定电路二次回路存在接地故障。
8.进一步地，所述常闭接触器每次断开时间为0.5s。
9.进一步地，测试电阻rj为1kω电阻。
10.进一步地，所述控制模块，用于采用以下方式计算接地点的容性电流i1：；式中，i1为接地点的容性电流，ud为二次回路对地的电压，q2为接地电流ib的相位，rj为测试电阻。
11.进一步地，所述控制模块采用意法半导体的stm32f407zgt6控制芯片。
12.进一步地，所述二次回路接地电流监测系统还包括：触摸显示模块，所述触摸显示模块与所述控制模块连接，所述触摸显示模块用于显示接地电流和故障信号，以及对装置进行参数设置、记录和查看。
13.进一步地，所述二次回路接地电流监测系统还包括：通信模块，所述通信模块与所述控制模块连接，所述通信模块用于向上位机发送接地电流ia的值，实现二次回路接地点电流实时监测功能；以及，向上位机发送故障信号，实现故障告警功能。
14.本发明提供一种二次回路接地电流监测方法，应用于以上所述的二次回路接地电流监测系统，所述二次回路接地电流监测方法包括：获取电压采样模块发送的信号和电流采样模块发送的信号，所述电压采样模块发送的信号为二次回路相线与地之间电压的模拟信号，所述电流采样模块发送的信号为二次回路接地点电流的模拟信号；向控制电路发出信号，以控制常闭接触器每隔一个设置好的时间t断开一次，或者当接地电流ia发生变化时断开一次；在常闭接触器闭合时，根据电压采样模块发送的信号计算二次回路对地的电压
ud，根据电流采样模块发送的信号计算接地电流ia及相位q1；在常闭接触器断开，接地电流经过测试电阻rj时，根据电流采样模块发送的信号计算此时的接地电流ib的相位q2；根据二次回路对地的电压ud、此时的接地电流ib的相位q2、测试电阻rj计算二次回路接地点的容性电流i1；判断接地电流ia是否大于二次回路接地点的容性电流i1；如果接地电流ia大于二次回路接地点的容性电流i1，判定电路二次回路存在接地故障。
15.本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以上所述的二次回路接地电流监测方法。
16.由以上技术方案可知，本发明提供一种二次回路接地电流监测系统、方法及计算机可读存储介质，通过对二次回路接地点加入电阻切换电路，电阻切换电路可以通过常闭接触器的开闭控制测试电阻rj是否接入二次回路，常闭接触器断开时计算二次回路接地点的容性电流，通过对比接地点电流是否大于容性电流的方法来判断接地故障，避免电流小于50ma时多点接地故障的漏判。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1为本发明提供的二次回路接地电流监测系统示意图；图2为二次回路容性电流产生原理图；图3为二次回路容性电流产生原理图的等效电路图；图4为二次回路容性电流计算原理图。
19.图示说明：1-触摸显示模块；2-控制模块；3-电压采样模块；4-电流采样模块；5-通信模块；6-控制电路；7-电流互感器；8-常闭接触器。
具体实施方式
20.请参阅图1，本发明实施例提供一种二次回路接地电流监测系统，包括触摸显示模块1、控制模块2、电压采样模块3、电流采样模块4、通信模块5、控制电路6、电流互感器7、常闭接触器8以及测试电阻rj。
21.其中，触摸显示模块1、电压采样模块3、电流采样模块4、通信模块5、控制电路6分别与控制模块2连接。电压采样模块3通过a端口连接二次回路的a相；断开二次回路原有接地点，装置通过n接口连接二次回路原有接地点。装置通过gnd端口连接大地。常闭接触器8连接于gnd端口与n接口之间，电流互感器7设置于gnd端口与n接口之间的线路，测试电阻rj与常闭接触器8并联，测试电阻rj为1kω电阻。
22.电压采样模块3用于采集二次回路相线与地之间的电压，并将电压转换成模拟信号发送至控制模块。电流互感器7用于测量二次回路接地点的电流，电流互感器7连接电流
采样模块4，电流采样模块4用于将电流互感器7的测量信号转换成模拟信号后发送至控制模块。控制电路6用于根据控制模块2发出的信号控制常闭接触器的开关。常闭接触器8用于在控制电路的控制下，每隔一个设置好的时间t断开一次，或者当接地电流ia发生变化时断开一次。具体地，常闭接触器8每次断开时间为0.5s。
23.控制模块2采用意法半导体的stm32f407zgt6控制芯片，用于在常闭接触器闭合时，根据电压采样模块发送的信号计算二次回路对地的电压ud，根据电流采样模块发送的信号计算接地电流ia及相位q1。在常闭接触器断开，接地电流经过测试电阻rj时，根据电流采样模块发送的信号计算接地电流ib的相位q2；根据二次回路对地的电压ud、此时的接地电流ib的相位q2、测试电阻rj计算二次回路接地点的容性电流i1；判断接地电流ia是否大于二次回路接地点的容性电流i1；如果接地电流ia大于二次回路接地点的容性电流i1，判定电路二次回路存在接地故障。
24.触摸显示模块1用于显示接地电流和故障信号，以及对装置进行参数设置、记录和查看。通信模块5用于向上位机发送接地电流ia的值，实现二次回路接地点电流实时监测功能；以及，向上位机发送故障信号，实现故障告警功能。
25.因此，控制模块2采用下式计算接地点的容性电流i1。
26.；式中，i1为接地点的容性电流，ud为二次回路对地的电压，q2为接地电流ib的相位，rj为测试电阻。
27.在本实施例中，控制模块2根据电流采样模块发送的信号计算接地电流ib的相位q2；根据二次回路对地的电压ud、接地电流ib的相位q2、测试电阻rj计算二次回路接地点的容性电流i1的原理如下：如图2至图4所示，由于二次回路的线路分布长且复杂，电缆对地存在一定的分布电容，这些分布电容在交流电压上有一定的漏电流流向大地，在从接地点返回大地。图2中，ua、ub、uc为二次回路的三相对地电压，ca、cb、cc为二次回路的三相对地分布电容。图2可以简化成图3所示的等效电路图，ud为二次回路对地的电压，二次回路有一些继电器、电缆等具有电感性质，ld为二次回路的等效电感，cd为二次回路对地分布电容，r为二次回路导线及接地电阻的总和。此回路形成的电流便是容性电流i1，它经过原有接地点，测量其相位q1并记录。
28.由于电容cd的容抗高，通常在kω级别，而二次回路导线及接地电阻r很小，一般小于10ω，因此这里的r可以忽略不计。如果在原有的接地点接入一个1kω的测试电阻rj，如图4，测量此时通过原有接地点的电流i2的相位q2。
29.由于r很小可以忽略不计，i1形成的电路中只有ld和cd，因此其相位q1可以认为是π/2。而i2形成的电路中多了测试电阻rj，根据串联电路相位计算公式，其相位q2：（1）；
式中的f为电流频率，为50hz。
30.而相位差：（2）；由公式（2）可以推导出二次回路中的电感和对地电容阻抗之和：（3）；因此，容性电流即i1便可以计算:（4）。
31.本发明实施例的二次回路接地电流监测系统的工作原理如下：运行时，通过电压采样模块测量二次回路对地的电压ud。通过电流采样模块和电流互感器测量接地电流ia，并通过控制模块处理计算电流ia的大小和相位q1，并通过通信模块向上位机发送电流ia的值，实现二次回路接地点电流实时监测功能。
32.常闭接触器每隔一个设置好的时间时t断开一次，或者当电流ia发生变化时断开一次，断开时间为0.5s，当常闭接触器断开时，接地电流经过测试电阻rj，控制模块采集此时的电流ib的相位q2，通过公式（4）计算接地点的容性电流i1大小。
33.当控制模块计算二次回路接地点电流大于容性电流，即ia大于i1时，则判定认为电路二次回路接地点存在其他电流，即二次回路存在接地故障，此时，控制模块通过通信模块向上位机发送故障信号，实现故障告警功能。
34.本发明实施例提供一种二次回路接地电流监测方法，应用于以上所述的二次回路接地电流监测系统，所述二次回路接地电流监测方法包括：获取电压采样模块发送的信号和电流采样模块发送的信号，所述电压采样模块发送的信号为二次回路相线与地之间电压的模拟信号，所述电流采样模块发送的信号为二次回路接地点电流的模拟信号。向控制电路发出信号，以控制常闭接触器每隔一个设置好的时间t断开一次，或者当接地电流ia发生变化时断开一次。
35.在常闭接触器闭合时，根据电压采样模块发送的信号计算二次回路对地的电压ud，根据电流采样模块发送的信号计算接地电流ia及相位q
1。
在常闭接触器断开，接地电流经过测试电阻rj时，根据电流采样模块发送的信号计算此时的接地电流ib的相位q
2。
36.根据二次回路对地的电压ud、此时的接地电流ib的相位q2、测试电阻rj计算二次回路接地点的容性电流i
1。
判断接地电流ia是否大于二次回路接地点的容性电流i
1。
如果接地电流ia大于二次回路接地点的容性电流i1，判定电路二次回路存在接地故障。
37.本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以上所述的二次回路接地电流监测方法。
38.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明提供的二次回路接地电流监测方法实施例中的部分或全部步骤。所述的计算机可读存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（英文：read-onlymemory，简称：rom）或随机存储记忆体（英文：randomaccessmemory，简称：ram）等。
39.本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
40.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。