故障指示器和故障检测方法
【专利摘要】本发明涉及故障指示器和方法，包括采样电路、滤波电路和检测电路，它们分别对线路的二种频率信号进行采集、滤波和检测，所述故障指示器还包括根据检测输出结果运算双频测量电流比值的运算单元，根据运算结果判断故障指示器的下一级是否存在单相接地故障的判断单元，以及将判断结果和运算结果传输至监控系统的通讯模块。通过采样二种频率，计算其信号比值，从而判断是否存在单相接地故障，可以实现就地判断，并提高准确度，另外可以直接上报故障点，上传数据少，准确率高，对故障直接报点系统故障定位检测方法更加简单，有效进行故障点定位。
【专利说明】
故障指示器和故障检测方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种故障指示器和故障检测方法。
【背景技术】
[0002]目前故障指示器是通过上报到监控系统的合成零序电流数据进行综合判断是否存在单相接地故障，采用该方法，系统结构复杂。且由于要三个合成零序电流，而这三个合成零序电流有可能不同步，而产生误差，另外所采集的信号数据量比较大，而GPRS传输方式的掉线概率比较大，这样会造成数据丢失，从而报的信息不准。另外报警器不能就地报警，需要通过监控系统进行判断后，由监控系统发出报警信号。
【发明内容】
[0003]本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供故障指示器和方法，该指示器和方法可以使准确度提高，可以实现就地判断，使系统故障定位检测方法更加简单，有效进行故障点定位。
[0004]本发明解决以上技术问题的技术方案是:故障指示器，包括采样电路、滤波电路和检测电路，它们分别对线路的二种频率信号进行采集、滤波和检测，所述故障指示器还包括根据检测输出结果运算双频测量电流比值的运算单元，根据运算结果判断故障指示器的下一级是否存在单相接地故障的判断单元，并启动信号指示的指示模块以及将判断结果和运算结果传输至监控系统的的通讯模块。
[0005]本发明解决以上技术问题还提出一种技术方案是:故障指示方法，运用采样电路、滤波电路和检测电路分别对线路的二种频率信号进行采集、滤波和检测，计算两种频率信号的电流值，根据两种频率电流比值，自动判别单相接地故障，并给出信号指示并通过通信模块发送至远方监控系统。
[0006]本发明的有益效果是:通过采样二种频率，计算其信号比值，从而判断是否存在单相接地故障，可以实现就地判断，并提高准确度，另外可以直接上报故障点，上传数据少，准确率高，对故障直接报点。系统故障定位检测方法更加简单，有效进行故障点定位。
【附图说明】
[0007]图1是本发明故障指示器电路原理框图；
图2是本发明故障指示器系统初始化软件流程图；
图3本发明故障指示器各分支处理程序流程图；
图4本发明故障指示器1中断程序处理程序流程图；
图5本发明故障指示器AD比较中断处理程序流程图；
图6本发明故障指示器看门狗中断处理程序流程图；
图7本发明故障指示器采样滤波电路原理框图；
图8是本发明单相接地故障检测方法电路原理图； 图9是本发明低励磁阻抗变压器接地保护装置电路原理图。
【具体实施方式】
[0008]实施例1
如图8所示，为本发明单相接地故障检测方法电路原理图，经低励磁阻抗变压器注入双频特征信号的单相接地故障检测原理如下:当发生单相接地故障时，低励磁阻抗变压器接地装置动作，在故障相实施并联分流保护。通过低励磁阻抗变压器注入双频检测信号，此时低励磁阻抗变压器为信号电压源，并且检测信号只存在于故障相。
[0009]在一种频率作用下有:
Il=U/Xcl+U/Xc2+U/R
I2=U/Xc2
其中U为注入信号电压，Xe为线路容抗，R为接地电阻；
改变注入信号频率，保持注入信号电压不变，由于容抗与频率成反比，k为两种频率比值，此时:
IIl=k.U/Xcl+k.U/Xc2+U/RI21=k.U/Xc2
两种频率测量值进行比值运算:
111/11=( k.U/Xcl+k.U/Xc2+U/R)/ (U/Xcl+U/Xc2+U/R)!=k121/12= (k.U/Xc2)/ (U/Xc2)=k
非故障回路检测结果同12。对于非故障检测回路，回路阻抗呈容性，电流比值驱近于K，对于故障检测回路，回路阻抗呈阻性加容性，电流比值小于K，注入信号频率已知的情况下，很容易区分故障回路和故障区段。
[0010]经低励磁阻抗变压器注入双频信号的单相接地故障检测方法一方面采用信号电压源避免传统电流源信号注入方法，受分布容抗分流影响，故障回路信号特征不明显；另一方面采用双频信号注入方式，单相接地判定依据为两种频率信号检测值的比值，不受线路性质、地理条件、故障指示器测量精度、安装区间距离等因素影响。
[0011 ]基于上述技术原理，低励磁阻抗变压器接地保护装置如下:
如图9所示，低励磁阻抗变压器接地保护装置包括一次接地保护柜和二次控制屏。一次设备包括:单相断路器、低励磁阻抗变压器、零序电流互感器、开关柜体及相关附属配件;二次设备包括控制屏I即单相接地保护控制单元和信号发生器和信号发生器，单相接地保护控制单元包括单相接地选相控制单元、接地选线单元和驱动闭锁单元。是配电网单相接地综合保护装置的核心部分，实现接地选相、选线、故障相阻抗测量等功能。单相断路器2的开关K1、K2、K3—端分别与变电站母线相连，另一端经低励磁阻抗变压器与接地网6连接。系统正常运行时处于分闸状态，是一将故障相与大地强迫等电位的执行元件，且相互之间设有电气与程序闭锁，任何情况下只允许一相断路器合闸。低励磁阻抗变压器3包括三个线圈，分别为一次线圈Wl、副二次线圈W2和主二次线圈W3，其中一次线圈Wl—端与单相断路器2连接，另一端与接地网6相连;副二次线圈W2与单相接地保护控制单元I连接;用于信号测量；主二次线圈W3与信号发生器4相连接，用于耦合频率信号。所述信号发生器的控制端与单相接地保护控制单元的输出端相连，所述的信号发生器为可产生第二种频率的信号发生器，所述单相接地保护控制单元包括用于存储控制指令的存储单元，和在单相断路器合闸后给信号发生器发出产生二种频率的控制指令的处理器单元，所述信号发生器包括根据单相接地保护控制单元的输出端发出的控制指令产生二种频率的处理命令的处理器单元。所述信号发生器根据单相接地保护控制单元指令，向系统注入二种频率信号，用于故障定位以及故障自动复归。所述二种频率可以根据需要进行设定，也可以选择二种频率都为高频信号。在本实施例中具体的方式是采用第一种频率为75Hz，第二种频率为225Hz，第二种频率信号为高频信号。零序电流互感器5安装在低励磁阻抗变压器与接地网间连线上，用于测量流过低励磁阻抗变压器的接地电流。配电网单相接地保护装置的接地情况，决定了接地保护的效果，装置要求与接地网良好连接，尽量降低接地阻抗。所述接地选相控制单元包括第一频率滤波电路和第一检测电路，第一频率滤波电路产生的滤波信号输出至第一检测电路，所述第一频率滤波电路为能滤两种频率的滤波电路，在本实施例中，该滤波电路可采用两个带通滤波器相并联的电路来实现，所述接地选相控制单元还包括根据检测输出结果运算系统接地阻抗的运算单元和根据运算结果控制单相断路器分闸的控制单元。
[0012]工作过程:低励磁阻抗变压器信号注入的单相接地故障定位隔离系统实时采集变电所母线相、线电压、零序电压，根据零序电压与线电压的模角变化判断系统有无单相接地故障以及接地相别，当发生单相接地故障时，控制相应相别单相接地断路器(ΚΙ、K2、K3)快速合闸，在相应相别单相断路器合闸后，强迫故障相对地等电位，实现熄灭接地电弧，同时对人身感电提供有效保护，避免人身伤害事故发生。当接地性质为间歇性接地时，本装置可将不稳态接地转变为稳态金属接地，避免间歇性过电压的产生。
[0013]接地保护选线单元在单相接地断路器动作前后进行录波，根据各线路零序电流在分相断路器合闸前后的变化，采用零序电流特征方程，确定接地故障线路。
[0014]单相断路器合闸后，经过设定时间延时，启动信号发生器，通过与信号发生器相连的低励磁阻抗变压器主二次线圈W3向系统注入特殊频率电压，产生接地电流，接地选相控制单元采集低励磁阻抗变压器副二次线圈W2反馈的电压与电流信号，分离出其中注入的特殊频率信号，计算系统接地阻抗变化，如接地阻抗恢复至系统正常状态，判别接地故障消失，接地选相控制单元控制单相断路器(Κ1、Κ2、Κ3)分闸，实现单相接地故障自动复归。
[0015]1、本发明的具体实施例如下:如图1至图6所示，故障指示器，包括采样电路、滤波电路和检测电路，它们分别对线路的二种频率信号进行采集、滤波和检测，所述故障指示器还包括根据检测输出结果运算双频测量电流比值的运算单元，根据运算结果判断故障指示器的下一级是否存在单相接地故障的判断单元，以及将判断结果和运算结果传输至监控系统的的通讯模块。还包括依据判断结果启动信号指示的指示模块。信号可以是信号灯也可以是报警器，也可是两者的结合。所述二种频率滤波电路可以采用两个窄带滤波器并联的方式来实现。而电流比值则可以采用电流幅值的比值来计算。
[0016]如图7所示为故障指示器采样滤波电路原理框图，它为本发明第二种滤波器的实施例，本申请针对基于信号注入法的小电流接地故障保护中注入信号由于幅值较小、干扰严重而导致检测困难的现状，研究了一种模拟滤波和数字滤波相结合的注入信号检测方法，分别设计了模拟滤波器和数字滤波器。该方法具有较高的灵敏度和可靠性，完全能满足现场应用的要求。该方法可将ImA的注入电流信号在工频5Α的电流信号中准确分离出来并进行有效计算。其中传感器回路为CT采样电路，二级滤波放大电路同一级滤波放大电路，加法电路将负半周期的滤波信号叠加到正半周期去，经过以上硬件电路，将需要信号送入CPU的AD模块经CPU计算分析。模拟信号量采集后经直流和谐波滤波后，再经数字窄带带通滤波提取注入信号频率分量进行快速傅里叶计算。滤波后经快速傅里叶变换能准确计算出出入信号的有效值。
[0017]实施例2
如图1至图6所示，故障指示方法，运用采样电路、滤波电路和检测电路分别对线路的二种频率信号进行采集、滤波和检测，计算两种频率信号的电流值，根据两种频率电流比值，自动判别单相接地故障，并通过通信模块发送至远方监控系统。当判别出单相接地故障时，给出信号指示。
[0018]以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.故障指示器，其特征在于:包括采样电路、滤波电路和检测电路，它们分别对线路的二种频率信号进行采集、滤波和检测;还包括根据检测输出结果运算双频测量电流比值的运算单元，根据运算结果判断故障指示器的下一级是否存在单相接地故障的判断单元，以及将判断结果和运算结果传输至监控系统的的通讯模块。2.根据权利要求1所述的故障指示器，其特征在于:还包括依据判断结果启动信号指示的指不t旲块。3.故障检测方法，其特征在于:运用采样电路、滤波电路和检测电路分别对线路的二种频率信号进行采集、滤波和检测，计算两种频率信号的电流值，根据两种频率电流比值，自动判别单相接地故障，并通过通信模块发送至远方监控系统。4.根据权利要求3所述的故障检测方法，其特征在于:当判别出单相接地故障时，给出信号指示。
【文档编号】G01R31/02GK106019063SQ201610621638
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年8月2日
【发明人】赵传宗, 穆景龙, 裴玉杰, 张炬, 张文广, 李春东, 刘剑, 徐建国, 关春梅, 张丽, 黄钢, 肖天然, 王清昊, 赵宏, 牛开顺, 王莹, 赵孟臣, 卢岩, 倪国立, 姜洪
【申请人】国网辽宁省电力有限公司抚顺供电公司, 辽宁电能发展股份有限公司, 辽宁拓新电力电子有限公司, 国家电网公司