三相不接地系统中接地故障相鉴别方法及鉴别装置

摘要

本发明涉及一种三相不接地系统中接地故障相鉴别方法和鉴别装置，鉴别方式为：首先选取三相不接地系统中任一线电压作为基准电压，然后针对该基准电压确定每一相发生接地故障时，各故障相理论零序电压与该基准电压之间相位差的值域，接着实时在线采集实测零序电压，若实测零序电压为零，则判断未发生接地故障；若实测零序电压不为零，则计算实测零序电压与所述基准电压之间的相位差，判断该相位差落入哪一值域，即可判断与该值域相对应的相发生接地故障。本发明可快速地判断出三相不接地系统中具体是A相、B相还是C相发生接地故障，即在发现故障的同时可直接指出接地故障相，减少了排查时间，有利于及早排出故障，保证了系统的安全运行。

说明书

技术领域

本发明涉及电力系统和专用配电系统中采用中性点不接地的运行方式中，对发生接地故障相进行鉴别的方法及鉴别装置。

背景技术

电力系统和专用配电系统有很多采用配电变压器中性点不接地的运行方式，在发生单相接地(刚性或弧光接地)故障时，由于线电压仍保持不变，故对用户继续工作影响不大，所以电力规程中规定允许短时间带故障运行(通常为最大两小时)，因而大大提高了系统的供电可靠性。

但是，在中性点不接地系统发生单相接地故障时(如图1所示，故障相为C相)，非故障相的对地电压可由正常相电压升高到线电压或线电压以上；在发生单相弧光接地故障时，间歇性过电压最高可达正常相电压的3.5倍；还有资料显示，电缆线路发生单相弧光接地时，非故障相的过电压可达4～71倍，对设备、线路和旋转电机等造成了严重的威胁。

鉴于以上原因，在线实时监测母线对地绝缘电阻，及早发现故障、排除故障，是保障中性点不接地系统安全运行的有效防范措施之一，而在发现故障的同时直接指出接地故障相，对减少排查时间，迅速排除故障，尤为必要。

目前已有用于中性点不接地系统的在线对地电阻的实时监测装置，其电原理如图2所示，其中，u为测量对地绝缘电阻R_S的信号源，它对外输出的电压信号可以是直流的也可以是低频交变的；R为隔离兼耦合电阻；r为被测系统的电源内阻；U0为测量输出信号。通过电路分析可以看出：U0的大小是由u、R、r、R_S的取值和接地故障的相别共同决定的，当u、R、r的取值确定时，U0的大小取决于接地故障相R_S的值及电源内阻值之和，实践中考虑到测量电路自身的安全及不影响被测系统的正常工作，隔离兼耦合电阻R的取值必须较大(一般要达到几百千欧)；而且被测系统的电源内阻r在直流和低频下都很小(一般只有几欧甚至小于一欧)，所以，不论对地绝缘电阻Rs的降低发生在哪一相，在测量输出信号U0上都很难区别出来。也就是说该技术无法鉴别出接地故障相。

图3所示的为另一种绝缘电阻测控系统，其通过微电脑控制，只适用于多支路的中性点不接地系统。基本原理是在每一支路上设一只零序电流互感器LT，当某一支路，例如j路的某一相线对地绝缘电阻Rs变小时，该支路上的零序电流互感器LTj就有信号输出。因此，该技术只能检测和鉴别发生接地故障的支路，但不可能再进一步找出故障相。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种能够鉴别出具体哪一相出现接地故障的鉴别方法及鉴别装置。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种三相不接地系统中接地故障相鉴别方法，它包括如下步骤：

(a)、选取三相不接地系统中任一线电压作为基准电压，该基准电压为矢量电压；

(b)、针对该基准电压确定每一相发生接地故障时，各故障相理论零序电压与该基准电压之间相位差的值域，所述的理论零序电压定义为任意一相发生接地故障时可能产生的零序电压矢量；

(c)、实时在线采集实测零序电压，若实测零序电压为零，则判断未发生接地故障；若实测零序电压不为零，则进入步骤(d)；

(d)、计算实测零序电压与所述基准电压之间的相位差，判断该相位差落入步骤(b)中的哪一值域，即可判断与该值域相对应的相发生接地故障。

进一步地，步骤(b)中，步骤(b)中，所述的理论零序电压相对于基准电压之间相位差的值域确定方法为：基准电压选定后，设定某相发生接地故障时，其理论零序电压相对于基准电压的相角变化起始角为θ_i，则该相发生故障对应的值域为θ_i～θ_i+120°，所述的变化起始角θ_i定义为该相的相电压的反向矢量相对于该基准电压的夹角。即A相发生故障对应的值域范围为θ_A～θ_A+120°；B相发生故障对应的值域范围为θ_B～θ_B+120°；C相发生故障对应的值域为θ_C～θ_C+120°。

步骤(d)中，实测零序电压与基准电压之间相位差通过计算各电压过零点的脉冲之间的时间差获得。

本发明还提供一种三相不接地系统中接地故障相鉴别装置，它包括用于采集零序电压的零序电压采集电路、用于采集任意两相间线电压的基准电压采集电路、与所述的零序电压采集电路电压输出端以及与基准电压采集电路电压输出端相连接的电压处理电路，所述的电压处理电路接收并计算零序电压采集电路输出电压以及基准电压采集电路输出电压之间的相位差，并与预设的故障相值域进行比较，以判断实际发生接地故障对应的故障相别。

在根据上述方案所进一步优化的实施中，所述的零序电压采集电路包括与各电源相分别电连接的连接电阻、与所述的各连接电阻相串联的取样电阻，所述的基准电压采集电路为具有两输入连接端的取样变压器，所述的电压处理电路包括与取样变压器输出端相连接的第一脉冲发生器、与取样电阻相并联连接的第二脉冲发生器、与第一脉冲发生器输出端以及第二脉冲发生器输出端相电连接的处理器。

所述的电压处理电路还包括与处理器输出端相连接用于显示具体故障相的显示屏。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明通过实时检测系统零序电压，当零序电压不为零时，进一步将检测到的零序电压与选定的基准线电压进行分析计算，得出实测零序电压与基准电压之间的相位差，从而可快速地判断出三相不接地系统中具体是A相、B相还是C相发生接地故障，即在发现故障的同时可直接指出接地故障相，减少了排查时间，有利于及早排出故障，保证了系统的安全运行。

附图说明

附图1为三相不接地系统接线图及出现C相接地示意图；

附图2为现有技术中一种接地故障鉴别原理图；

附图3为现有技术中另一种接地故障鉴别原理图；

附图4为三相不接地系统中发生接地故障零序电压采集原理图；

附图5为利用本发明鉴别方法进行检测的电压矢量关系图；

附图6为本发明接地故障相鉴别装置；

其中：其中：1、零序电压采集电路；

2、标准电压采集器；

3、电压处理电路；31、第一脉冲发生器；32、第二脉冲发生器；33、处理器；34、显示屏；

具体实施方式

下面结合附图、举例详细说明本发明的具体内容：

图1中示出了三相不接地系统中用电缆引出的A、B、C三相，当有一相发生接地故障时，在该故障相与地之间形成一接地电阻R_S，如图中所示为A相发生接地，我们通过从A、B、C三相引出一零序电压取样电路，具体为分别采用电阻R1与A相连接、电阻R2与B相连接、电阻R3与C相连接，然后再将取样电阻R0与电阻R1、R2、R3共同连接，这样，取样电阻R0上的电压即为零序电压。当三相电压平衡且A、B、C三相对地绝缘均良好时，接地电阻Rs＝∞，零序电压U0＝0。当任一一相发生故障时，接地电阻Rs≠∞，U0≠0。在电阻R1＝R2＝R3和R0取值一定的情况下，U0的模|U0|随着接地电阻Rs值的减小而增大，其相位角由接地电阻Rs和系统对地分布电容Cs的容抗值共同决定。

故在有发生接地故障时，各线电压与零序电压的矢量关系如图5所示，零序电压矢量相对于各线电压矢量具有一夹角Δθ，当选定一特定线电压，对应不同的接地故障相，Δθ有明确且不同的取值范围。

上述对本发明原理进行了介绍，下面将对本发明接地故障相的判别方法进行说明：

首先，选取三相不接地系统中任一线电压作为基准电压，该基准电压为矢量电压，假设该基准电压的相角为θ₀；

然后，针对该基准电压设定每一相发生接地故障时，各故障相理论零序电压与该基准电压之间相位差的值域，所述的理论零序电压定义为任一相发生接地故障时可能产生的零序电压矢量。不同电压相发生接地故障时，结合具体系统对地电容以及接地电阻的大小，故障相理论零序电压与该基准电压之间相位差的值域确定方法为：当基准电压矢量选定后，某相发生接地故障时，其理论零序电压相对于基准电压的相角变化起始角设定为θ_i，则该相发生故障对应的值域范围为θ_i～θ_i+120°，上述变化起始角θ_i定义为：以该故障某相相电压矢量的反向矢量相对于基准电压的夹角。具体地，则A相发生故障对应的值域范围为θ_A～θ_A+120°；B相发生故障对应的值域范围为θ_B～θ_B+120°；C相发生故障对应的值域为θ_C～θ_C+120°；

确定好上述相位差的值域范围，即可在线实时监测该三相不接地系统，实时采集系统的零序电压，若实测零序电压为零，则判断未发生接地故障；若实测零序电压不为零，则可判断发生了接地故障；

一旦实测零序电压不为零，则进一步对接地故障出现在哪一相进行分析，具体方法是计算实测零序电压与所述基准电压之间的相位差，该计算方式可通过计算该实测零序电压过零点脉冲与基准电压过零点脉冲之间的时间差来获得。得到两者相位差后，判断该相位差落入设定的哪一值域，落入哪一值域，则可确定与该值域对应的相别发生故障。

根据上述鉴别方法，本发明还提供一种三相不接地系统中接地故障相鉴别装置，如图6所示，它包括零序电压采集电路1、基准电压采集电路2、电压处理电路3，其中，所述的零序电压采集电路1可由与各电压相分别电连接的连接电阻R1、R2、R3、与各连接电阻R1、R2、R3相串联的取样电阻R0实现。基准电压采集电路2为一变压器，其具有两输入连接端，可直接从两相间获得线电压以作为基准电压。电压处理电路3包括与取样变压器输出端相连接的第一脉冲发生器31、与取样电阻R0相并联连接的第二脉冲发生器32、与第一脉冲发生器31输出端以及第二脉冲发生器32输出端相电连接的处理器33、以及用于显示故障相的显示屏34，基准电压采集电路2的变压器将采集的电压经适当的转换后，输入至第一脉冲发生器31，所述的第一脉冲发生器31采集基准电压过零点的脉冲并输入至处理器33，第二脉冲发生器32从取样电阻Rs上获取零序电压，并采集其过零点的脉冲输入至处理器33，处理器33接收并计算所采集的零序电压与基准电压之间的相位差，并与预设的故障相值域进行比较，从而判断并通过显示屏34显示实际发生接地故障对应的电压相。

采用本发明故障相鉴别方法和鉴别装置，能够在发现接地故障的同时直接指出接地故障相，保证故障的迅速排除，保障了三相不接地系统的安全运行。