14)
[0135] I = Ix+i ? Iy (15)
[0136] 其中，Ux和Ix即为公式⑶中的x3，其中，U y和Iy即为公式⑶中的x4数值。
[0137] 复阻抗为：
[0141] 所述步骤4)小电流接地故障报警的判断方法是，当前、后两个采样时间窗内的电 压-电流相位差以及阻抗变化均超过各自门槛值时，则发出接地故障报警。即：
[0142] 若 |Z| > Z。，且 I A 0 I > 0 "则报警。
[0143] 其中，Z。和0 3分别为阻抗设定值和相位角设定值。
[0144] 装置的系统结构是一个通用平台，可适应于各等级变电站。但其中的线路保护单 元则专门设计了小电流接地选线功能，专门针对IlOkv及以下的配网变电站线路保护而设 计。系统保护单元按设备类型分为主变压器（简称主变）保护、线路保护、电容器保护等， 有多少个设备就有多少个保护单元。所有保护单元最终通过IOOMbp s网络构成一个局域 网。每个保护单元内设有两个互为冗余的控制器，每个控制器通过TBUS网络将智能模块连 为一体。主、备控制器分别位于TBUS网的两端，其中一个控制器故障时，另一个控制器可接 管TBUS。系统结构可参见图1。
[0145] 本发明的小电流接地选线功能位于线路保护单元内。其中，每个线路保护单元均 同时采样母线电压（三相）和线路电流（三相）。线路保护单元采用数字直接采样和数字 处理技术，信号采样电路参见图2。为了发挥各自性能优势，线路保护单元的MCU负责本发 明的公式（7)、（8)、（9)的计算，主、备控制器负责公式（10)~（17)的计算。TBUS的网络 刷新时间为20ms，可在一个工频周期内完成一次数据刷新，保证了在一个工频周期内判断 是否发生故障。
[0146] 图2中，来自电压电流互感器的交流信号（ul，u2)经电位变换，成为MCU可采样的 信号（Vol，Vo2)。MCU内部集成了 A/D转换器，CPU直接对数字信号进行计算处理。计算结 果通过内部UART 口再以TBUS的方式通信到主、备控制器。
[0147]上述虽然结合附图对本发明的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本发明保护范 围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不 需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
【主权项】
1. 一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：包括以下步骤： (1) 根据电压、电流信号的表现形式及检测目的，确定时间窗及采样周期，计算最小二 乘滤波器； (2) 计算电压、电流的大小和两者的相位差； (3) 用复数表示电压和电流的相量值，计算复阻抗； (4) 当前、后两个采样时间窗内的电压-电流相位差以及阻抗变化均超过各自门槛值 时，则判断发生小电流接地故障。2. 如权利要求1所述的一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：所述步骤（1) 中，明确电压与电流信号的表示形式及检测目的的具体方法为： 配网出线的电压与相电流经电压互感器和电流互感器变换后，均可表示为如下的带有 直流分量、特征分量及其谐波成分的电压信号：式中：U。一直流分量，代表了信号中的非周期成分； λ-直流分量衰减时间常数； Uk-第k次谐波分量峰值，k=l，· · ·，M ; Θ k-第k次谐波的相位角； ω 一转速角频率，ω =2 π f，f一50Hz，电网工作频率，简称工频； 仏和Θ i是对应于工频的幅值和相对于采样时间窗的相位角。3. 如权利要求1所述的一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：所述步骤（1) 中，确定时间窗的大小以及采样周期的方法为： 时间窗，是指CPU -次处理的从第一个采样样本到最后一个采样样本之间的时间长 度，时间窗的大小Tw要等于函数固有周期，采样周期T小于函数固有周期； 确定时间窗的大小Tw，以及采样周期T之间后，一个采样窗内的样本数N确定方法为： N与Tw以及T的关系为：4. 如权利要求1所述的一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：所述步骤（1) 中，计算最小二乘滤波器的具体方法为： 将电压信号的At按泰勒基数展开并取前两项，UkSin(k〇n+0k)按三角函数展开， 则公式（1)可表示为如下形式：该函数在采样时刻h，与其采样样本u U1)之间必然相等，即采样方程为：ti一第i次米样时刻； 由于采样时刻h已知，因此，公式（4)中sin (k ω?丄COS(Iicoti)为是已知量，将N个采 样方程按公式（4)逐一列出，并得到如下所示一个矩阵方程，将^用τ表示：将系数矩阵用Α，未知变量矩阵用X，采样矩阵用U表示，则矩阵方程（5)又可表示如 下： A · X = U (6) 因此，A是一个N行，2 (Μ+1)列的定参数矩阵，X是一个2 (Μ+1)行1列的变量矩阵，U是 一个N行1列的定参数矩阵，令2 (M+l) =N，A就一个方阵，且最高可识别谐波倍数Μ=Ν/2-1， 符合申农采样定理； 根据矩阵理论，系数矩阵A存在逆矩阵A1的条件为：|Α|辛0,且Α*Α ^1，I为单位矩 阵，即对角线元素为1 ; 因此，待测的未知参数矩阵为： X = A 1 · U (7) A 1即为最小二乘滤波器。5.如权利要求1所述的一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：所述步骤（2) 中，具体方法为：变量矩阵X为，7' 用乂;表示矩阵X的第i行的元素，则：x i= U。，即直流分量，且 X3= U !cos Θ 1? X4= U !sin θ χ (8) ^就是电压或电流矢量的X-轴投影，X 4为振Y-轴投影，因此，电压、电流的峰-峰值 为：电压或电流的有效值为6. 如权利要求1所述的一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：所述步骤（2) 中，相对于时间窗起始点的函数相角为：配网线路正常工作时，电压相位超前于电流，二者之间的相位差为： A9〇=9〇u_9〇i (11) 其中，Θ Cu和Θ ^分别是按照公式（?ο)得到的电压相位和电流，当发生单相接地时，二 者之间的相位差为： A 9 i= 9 iu_ 9 ii (12) 因此，故障时产生的相位变化为： AQ=AQ1-AQ0 (13)〇7. 如权利要求1所述的一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：所述步骤（3) 中，计算复阻抗大小的过程具体为： 电压和电流相量的复数表示形式分别为： U = Ux+i · Uy (14) I = Ix+i · Iy (15) 其中，比和I，卩为公式（8)中的X3，其中，仏和I #卩为公式（8)中的x 4数值； 复阻抗为：8. 如权利要求1所述的一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：所述步骤（4) 中，小电流接地故障报警的判断方法是，当前、后两个采样时间窗内的电压-电流相位差以 及阻抗变化均超过各自门槛值时，则发出接地故障报警，即： 若 |Z| > Z。，且 I Δ Θ I > 0s，则报警； 其中，Z。和Θ 5分别为阻抗设定值和相位角设定值。9. 一种基于如权利要求1-8中任一项所述的方法的小电流接地选线装置，包括线路保 护单元和控制器，其中，线路保护单元包括电位变换模块和MCU，其中，线路保护单元的输入 端连接电压电流互感器，电位变换模块将交流信号转化成MCU可采样信号，控制器包括模 数转换模块，将可采样信号转换成数字信号，MCU计算最小二乘滤波器和电压、电流的相位 差，将其传输给控制器，控制器计算复阻抗，判断是否发生小电流接地故障。10. -种基于如权利要求1-8中任一项所述的方法的小电流接地选线系统，包括多个 分布于配网变电站线路上的如权利要求9所述的小电流接地选线装置和主机，主机连接每 个小电流接地选线装置，实时监控配网线路是否发生故障。
【专利摘要】本发明公开了一种小电流接地选线装置及单相接地检测方法，该方法通过对三相母线电压和三相线路电流的同步采样和最小二乘滤波器计算，获得电压、电流的大小和相位，进而可得到故障前后的相位差，并通过实时计算线路复阻抗，检测到其故障时阻抗变化，通过这两个特征，可准确判断线路单相接地故障特征，且不受环网时潮流方向影响。该方法为小电流接地故障检测提供了一种新的解决方案。
【IPC分类】G01R31/08
【公开号】CN105067948
【申请号】CN201510415625
【发明人】丁超文, 邱岭
【申请人】山东泰景电力科技有限公司
【公开日】2015年11月18日
【申请日】2015年7月15日