专利名称：小电流系统单相接地保护方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统继电保护技术领域，特别是中性点不直接接地系统的单相接地选线和保护。
中性点不直接接地系统，简称小电流系统，对其单相接地保护已有零序过流、零序无功方向、零序五次谐波无功方向、群体比幅、群体比幅比相和微机相对选线原理以及相应的继电器或装置。但由于接地电流小，而且，接地电流受接地电阻、电压运行水平、负荷等多种随机因素的影响，尤其是零序谐波电流受影响更加严重，使得过流和无功方向继电器很难设定，而弧光间隙性接地和伴随铁磁谐振的接地破坏了微机装置的模入接口、采样和计算速度，这些微机装置也常常发生误动，因此，大多数装置当接地后只发出信号。
然而，在电缆供用电系统中，绝缘一旦击穿就很难恢复，长时间的弧光接地造成电缆局部过热爆炸，并且，弧光接地引起的过电压倍数甚高，造成设备击穿、两相接地短路，严重影响了电力、化工、冶金、煤炭等行业的安全生产。
本发明的目的是提供一种小电流系统单相接地保护方法和装置，它既适用于中性点不接地系统，又适用于中性点经消弧线圈接地系统、经电阻接地系统。
本发明的目的是通过下面的方法和装置来实现的。
一种小电流系统单相接地保护方法，通过对系统零序电流和零序电压的采集、滤波、求取零序无功，零序电压闭锁，其特征是<1>求取每条线路的零序谐波无功，电感性无功为正，电容性无功为负;
<2>最大值比较，找出具有零序谐波无功最大的线路，该线路即为接地线路;
<3>显示该线路编号，发中央接地信号;
<4>延时发跳闸信号、打印接地信息;
<5>最大零序谐波无功若小于给定值时，则判定为母线接地，此时，只显示接地母线号、打印接地信息，不发跳闸信号;给定值取值略大于零;
对于中性点不接地系统和中性点经电阻接地系统，零序谐波无功指1、5、7次谐波无功;对于中性点经消弧线圈接地系统，零序谐波无功指5、7次谐波无功;
若取单位零序电压，则零序谐波无功也指零序谐波电流的无功分量;
若插入累积或平波器，则零序谐波无功也指零序谐波无功电量。
一种小电流系统单相接地保护装置，包括多个谐波无功变送单元、最大值比较器以及人机接口、继电器和电压处理单元;
电压处理单元输入零序电压信号，其特征是一方面经比较器输出低压闭锁信号，另一方面经带通滤波器、移相器，输出谐波电压信号;
谐波无功变送单元输入零序电流和谐波电压信号，输出谐波无功;
最大值比较器是一个微处理机，其特征是多路谐波无功和一路给定值经多路开关切换，共用程控放大器、采样保持器、模数转换器;数字化后，由比较程序找出最大值和相应的接地线路及其编号;经过输入/出缓冲器显示、打印接地信息，经过输出缓冲器和驱动电路驱动继电器发中央接地信号和报警信号，程序延时发相应线路跳闸信号;低压闭锁信号经输入缓冲器至CPU，当其无效时才开放最大值比较器。
另一种小电流系统单相接地保护装置，是一种基于并行式处理装置，包括控制单元和若干个经总线连接的判断单元;
控制单元输入零序电压信号，经总线接口向总线发谐波电压信号和变动的阀值信号;
判断单元由总线经总线接口获得谐波电压信号和阀值信号;输入零序电流信号，与谐波电压信号一起至谐波无功变送单元;谐波无功变送单元输出谐波无功信号接比较器的A输入端，比较器的B输入端接阀值信号，比较器的输出一方面经延时驱动电路点亮指示灯、发跳闸信号，另一方面经总线接口向总线发回送信号;
控制单元从总线接收到回送信号后，停止阀值变动，显示打印接地信息、发中央接地信号。
控制单元可由单片机实现判断单元可以由单片机或硬件电路实现，所以，总线可以是并行数据总线、串行数据总线，也可以是模拟总线。
图1是一种小电流系统单相接地保护装置框图。
图2是图1装置的一个实施例子。
图3是图1装置中电压处理单元的一个实施例子。
图4是图1装置中谐波无功变送单元的一个实施例子。
图5是小电流系统单相接地保护装置的另一个实施例子。
图6是图5装置中控制单元的一个实施例子。
图7是图5装置中判断单元的一个实施例子。
图8是图5装置中判断单元的另一个实施例子。
在图1中，母线(101)的电压经过电压互感器(105)的开口三角引出零序电压信号(1)接电压处理单元(15)的输入端，电压处理单元(15)的输出一路低压闭锁信号(5)接最大值比较器(12)的使能端，一路谐波电压信号(3)接谐波无功变送单元(11)的输入端;谐波无功变送单元(11)的输入端接零序电流信号(2);零序电流信号(2)由线路(103)的零序电流互感器(104)获得;谐波无功变送单元(11)的输出谐波无功信号(4)接最大值比较器(12)的输入端;最大值比较器(12)的输入端接多路谐波无功变送单元的输出、一路接零，使能端接低压闭锁信号(5)，输出接人机接口(13)和继电器(14);继电器出口中央接地信号(9)、跳闸信号(8)分别驱动中央接地光字牌(106)和断路器跳闸线圈(102)。
在图2中，零序电流信号(2)和谐波电压信号(3)经谐波无功变送单元(11)输出谐波无功信号(4)接多路开关(31)的输入端，多路开关(31)的输出端接程控增益放大器(27)、采样保持器(28);采样保持器(28)的输出接模数转换器(29)的输入端;模数转换器(29)的输出接CPU;多路开关(31)、程控增益放大器(27)、采样保持器(28)和模数转换器(29)的控制端接单片机(37)的输出口;外设(32)包括键、数码管、打印机经输入/出缓冲器(33)接CPU;CPU的输出经输出缓冲器(20)、继电器驱动电路(34)、继电器(14)给出中央接地信号(9)、跳闸信号(8)和蜂鸣器(36)的报警信号;CPU经串行通讯线(10)和上层管理机进行通讯。
在图3中，输入零序电压信号(1)首先经降压隔离(39)，输出至比较器(18)的输入端和带通滤波器(22)的输入端;比较器(18)的另一输入端接电位器(24)的滑动端，电位器(24)的固定端分别接地和参考电源;比较器(18)输出低压闭锁信号(5);带通滤波器(22)的输出经功放(23)输出谐波电压信号(3)。
在图4中，零序电流信号(2)至交流电流接口(40)的输入端，交流电流接口(40)的输出端接带通滤波器(22)的输入端;带通滤波器(22)的输出端接乘法器(25)的一个输入端，乘法器的另一个输入端接谐波电压信号(3);乘法器(25)的输出端经低通滤波器(26)输出谐波无功信号(4)。
在图5中，零序电压信号(1)经电压处理单元(15)输出的谐波电压信号(3)和低压闭锁信号(5)均至控制单元(16);控制单元(16)经总线(30)和各判断单元(17)相连;控制单元(16)输出中央接地信号(9);控制单元(16)经串行通讯线(10)代表整台保护装置和上层管理机通讯;判断单元(17)输入零序电流信号(2)，输出跳闸信号(8)。
在图6中，谐波电压信号(3)经模拟输入接口(27)至单片机(37)的模入端;低压闭锁信号(5)至单片机(37)的IO输入端;单片机(37)经总线接口(35)与总线(30)相连;单片机(37)的输出经驱动电路(34)、继电器(14)输出中央接地信号(9)、驱动蜂鸣器(36)给出报警信号。
在图7中，总线(30)经总线接口(35)给出谐波电压信号(3)和阀值信号(6)、接收回送信号(7);零序电流信号(2)和谐波电压信号(3)接谐波无功变送单元(11)的两个输入端，输出谐波无功信号(4);谐波无功信号(4)接比较器(18)的A输入端，比较器(18)的B输入端接阀值信号(6)，比较器(18)的输出回送信号(7)接总线接口(35)的输入端和延时器(19)的输入端;延时器(19)的输出经驱动电路(34)、继电器(14)给出跳闸信号(8)和点亮指示灯(21)。
在图8中，零序电流信号(2)经交流电流接口(40)、模拟输入接口(27)至单片机(37)的模入端;单片机(37)的串行接口经总线接口(35)和串行数据总线(30)相连;按键、数码管(32)经输入/出缓冲器(33)和单片机(37)相连;单片机(37)的输出经驱动电路(34)、继电器(14)发跳闸信号(8)、点亮指示灯(21)。
本发明的方法不同于以往的任何一种接地选线或保护方法，它具有不用设定、带方向、并行处理、速度快、判断准确、适用面广等优点，从而，可以有效地避免接地电阻、电压水平、负荷等随机因素的影响，并且，并行处理可以同时对每条线路的零序电流信号进行处理，因此，在弧光接地、间隙性接地和伴随铁磁谐振接地等特殊情况下均能正确动作。
本发明的两种接地保护装置均实现了本发明方法，它们除了具有本发明方法的优点外，还具有成本低、可靠性高、易于安装、维护等优点。
权利要求
1.一种小电流系统单相接地保护方法，通过对系统零序电流和零序电压的采集、滤波，求取零序无功，低压闭锁，其特征是1.1求取每条线路的零序谐波无功，电感性无功为正，电容性无功为负；1.2最大值比较，找出最大的零序谐波无功；1.3最大零序谐波无功若小于给定值时，则判定为母线接地；给定值取值略大于零；1.4最大零序谐波无功若大于给定值时，则判定具有该最大零序谐波无功的线路为接地线路；1.5若为线路接地，则显示该线路编号，发中央接地信号，延时发跳闸信号、打印接地信息；1.6若为母线接地，则只显示接地母线号、打印接地信息，不发跳闸信号。
2.根据权利要求1的保护方法，对于中性点不接地系统和中性点经电阻接地系统，零序谐波无功指1、5、7次谐波无功;对于中性点经消弧线圈接地系统，零序谐波无功指5、7次谐波无功。
3.根据权利要求1的保护方法，零序谐波无功也指零序谐波电流的无功分量或零序谐波无功电量。
4.一种小电流系统单相接地保护装置，包括多个谐波无功变送单元、最大值比较器以及人机接口、继电器和电压处理单元。
5.根据权利要求4的保护装置，最大值比较器是一个微处理机，其特征是多路谐波无功和一路给定值经多路开关切换，共用程控放大器、采样保持器、模数转换器;数字化后，由比较程序找出最大值和相应的接地线路及其编号;经过输入/出缓冲器显示、打印接地信息，经过输出缓冲器和驱动电路驱动继电器发中央接地信号、报警信号，程序延时发相应线路跳闸信号;低压闭锁信号经输入缓冲器至CPU，当其无效时才开放最大值比较器;谐波无功变送单元特征是输入零序电流和谐波电压信号，经乘法器、低通滤波器，输出谐波无功;电压处理单元输入零序电压信号，特征是一方面经比较器输出低压闭锁信号，另一方面经带通滤波器、移相器，输出谐波电压信号。
6.一种小电流系统单相接地保护装置，是一种基于并行式处理装置，包括控制单元和若干个经总线连接的判断单元。
7.根据权利要求6的保护装置，控制单元输入零序电压信号，经总线接口向总线发谐波电压信号和变动的阀值信号、从总线接收回送信号;它包括一个单片微处理机，其模入通道经模入接口接电压处理单元的低压闭锁信号，其输入/出口经总线接口接至总线，其输出口经驱动电路、继电器、输出中央接地信号和报警信号;并通过串行通讯和上层管理机通讯。
8.根据权利要求6的保护装置，判断单元由总线经总线接口获得谐波电压信号和阀值信号;输入零序电流信号，与谐波电压信号一起至谐波无功变送单元，输出谐波无功信号接比较器的A输入端，比较器的B输入端接阀值信号，比较器的输出一方面经延时驱动电路点亮指示灯、发跳闸信号，另一方面经总线接口向总线发回送信号。
9.根据权利要求6的保护装置，判断单元也可以由单片微处理机实现，其特征是直接对零序电流经模入通道进行交流采样、滤波，求取谐波电流信号;由总线经总线接口获得数字谐波电压信号和数字阀值信号;由数字谐波电流信号和数字谐波电压信号求得谐波无功，与阀值信号比较;若大于阀值、则一方面经总线接口向总线发数字回送信号，一方面程序延时后，经输出口、驱动电路、继电器发跳闸信号。
10.根据权利要求6的保护装置，总线可以是并行数据总线、串行数据总线或模拟总线。
全文摘要
本发明涉及一种电力系统继电保护方法，用于解决中性点不直接接地系统的单相接地保护问题。其主要特征是快速比较出零序谐波无功最大的线路判定为接地线路；还涉及了两种保护装置，它们均是依本发明方法所实现的，其一主要由谐波无功变送单元、最大值比较器、继电器构成；另一种装置由控制单元和若干个经总线连接的判断单元构成。共同的特点是带方向、速度快、不需整定、间歇性弧光接地和伴随铁磁谐振的接地均能正确动作。
文档编号H02H3/16GK1099194SQ9410637
公开日1995年2月22日 申请日期1994年6月17日 优先权日1994年6月17日
发明者曾昭省 申请人:曾昭省