基于故障指示器的配电网单相接地故障检测方法及系统

摘要

本发明公开了配电网单相接地故障检测方法及系统。方法包括步骤：S1,采集并检查相电流第一过零点并记录第一过零时标；S2，采集并检查相电流第二过零点并记录第二过零时标；S3,将第一过零时标与第二过零时标进行比对，计算出相位变化量；S4,判断相位变化量是否大于相位变化指定值，如果是则进入步骤S5，否则返回步骤S1；S5，根据S4判断结果，判断是否发生接地故障。系统包括电流传感器、检查模块和处理模块。发明利用配电网系统在故障发生前后稳态电流相位变化在故障点前后方、故障相与非故障相均不同的特点，来判定接地故障。极大降低了功耗提高了使用寿命，提高了判定的准确率。发明可广泛应用于各种中性点不接地配电网故障检测系统。

说明书

技术领域

本发明涉及配电网故障定位领域，尤其涉及一种配电网单相接地故障检测方法,本发明还涉及一种配电网单相接地故障检测系统。

背景技术

故障指示器，是一种可以直接固定在单根电力线缆上的电力设备，可通过开口CT传感器、电场传感器等来采集电压电流信号，进而判断线路上是否发生故障，并在发生故障后以翻牌、闪光等方式进行提示。

现有技术中，基于故障指示器的中性点不接地配电网单相接地故障判定方法，主要有：

1）首半波法(暂态电流法)。

该技术对故障电流进行高速采样，利用故障线路电容电流和电压首半波的幅值和方向均与正常情况不同的特点，进行接地故障检测。这种方式有如下缺点：

A．该原理的前提是故障发生时刻发生在电压峰值附近，才会出现明显特征，如果接地故障发生在电压过零点附近，则判定原理失效。

B．需要时刻采集电压电流的幅值与相位数据，导致故障指示器整体功耗偏大，这对于作为不可维护的故障指示器来说，就意味着使用寿命降低。

2）电容电流突变法。

该技术利用接地故障后电容电流会增大的原理，通过检测相电流有效值的增大，来进行接地故障检测。这种方式有如下缺点：

A．故障指示器测得的相电流为电容电流以及负荷电流的矢量和，无法单独测量电容电流。实际上，由于负荷电流一般呈感性，和电容电流的相角相差90度以上，电容电流有效值的增大，不一定会导致矢量合成后的整体相电流有效值增大，反而有可能不变甚至变小。因此这种方法在原理上是不完备的。

3）注入法。

该技术并不利用故障发生时本身产生的信号，而是额外通过第三方设备人为制造一个特征信号，该信号依次通过线路、接地故障点以及大地形成回路，从而在故障点上游的故障指示器均能感受到该信号，而下游则感受不到，最终实现故障定位。该技术和技术1、2相比，有判定准确率较高的优点，但是有如下缺点：

A．故障点高电阻接地时，将极大减弱特征信号，从而降低判定准确率。

B．需要额外配备投入信号发生源，投资大。

C．信号源为非常规一次设备，而且投入时会改变电网参数，将给电网带来安全隐患。

综上所述，以上方法均存在缺点，使用这些方法制成的故障指示器，存在多种问题，实际应用中表现不佳。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种故障判断准确率高、功耗小的中性点不接地配电网单相接地故障检测方法及系统。

本发明所采用的技术方案是：

一种基于故障指示器的配电网单相接地故障检测方法，其包括步骤：S1,采集并检查相电流第一过零点并记录第一过零时标；S2，采集并检查相电流第二过零点并记录第二过零时标；S3,将第一过零时标与第二过零时标进行比对，计算出相位变化量；S4,判断相位变化量是否大于相位变化指定值，如果是则进入步骤S5，否则返回步骤S1；S5，根据S4判断结果，判断是否发生接地故障。

优选的，所述步骤S1具体包括子步骤：S11，利用电流传感器采集相电流；S12，对相电流信号进行低通滤波得到基波；S13，检查相电流第一过零点并记录一过零时标；所述步骤S2具体包括子步骤：S21，利用电流传感器采集相电流；S22，对相电流信号进行低通滤波得到基波；S23，检查相电流第二过零点并记录二过零时标。

优选的，所述步骤S4具体为：判断相位是否变小并且变小的程度大于相位变化指定值，如果是则进入步骤S5，否则返回步骤S1。

优选的，所述步骤S5具体包括子步骤：S51，利用电压传感器检测电压值；S52，如果电压值变化超过电压变化指定值，判断为接地故障，否则返回步骤S1。

优选的，所述步骤S52具体为：计算电场是否满足下降比例超过30%并且持续超过指定时间，如满足，判断为接地故障，否则返回步骤S1。

一种基于故障指示器的配电网单相接地故障检测系统，用于实施一种基于故障指示器的配电网单相接地故障检测方法，其包括：电流传感器，用于在不同时间点采集相电流信号；检查模块，用于检查相电流信号并记录相电流信号的过零时标；处理模块，用于比对不同时间点采集的相电流信号的过零时标，计算相电流的相位变化量，进而判断是否发生接地故障。

优选的，其还包括电压传感器，所述电压传感器用于采集电压值信号，所述处理模块根据相位变化量和电压值信号变化，判断是否发生接地故障。

优选的，所述电流传感器、电压传感器、检查模块和处理模块均设置在故障指示器上，所述相电流通过电缆传输，所述电缆上设置有多个故障指示器。

优选的，所述故障指示器还设置有翻盘装置和LED灯，所述翻盘装置和LED灯用于指示故障信息。

本发明的有益效果是：

本发明利用中性点不接地配电网系统在故障发生前后稳态电流相位变化在故障点前后方、故障相与非故障相均不同的特点，来判定接地故障。由于抛弃了原来不可靠的、需要超高速采样高功耗的暂态信号，而采用了容易测量的稳态电流相位信号，因此极大降低了功耗提高了使用寿命，提高了判定的准确率。

本发明可广泛应用于各种中性点不接地配电网故障检测系统。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明配电网单相接地故障检测方法一种实施例的方法流程图；

图2是中性点不接地配电网三相电流等效电路示意图；

图3是本发明接地故障时各电流电压信号相量图；

图4是本发明配电网单相接地故障检测系统一种实施例电路示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

如图1所示，一种基于故障指示器的配电网单相接地故障检测方法，其包括步骤：S1,采集并检查相电流第一过零点并记录第一过零时标；S2，采集并检查相电流第二过零点并记录第二过零时标；S3,将第一过零时标与第二过零时标进行比对，计算出相位变化量；S4,判断相位变化量是否大于相位变化指定值，如果是则进入步骤S5，否则返回步骤S1；S5，根据S4判断结果，判断是否发生接地故障。

优选的，所述步骤S1具体包括子步骤：S11，利用电流传感器采集相电流；S12，对相电流信号进行低通滤波得到基波；S13，检查相电流第一过零点并记录一过零时标；所述步骤S2具体包括子步骤：S21，利用电流传感器采集相电流；S22，对相电流信号进行低通滤波得到基波；S23，检查相电流第二过零点并记录二过零时标。

优选的，所述步骤S4具体为：判断相位是否变小并且变小的程度大于相位变化指定值，如果是则进入步骤S5，否则返回步骤S1。

优选的，所述步骤S5具体包括子步骤：S51，利用电压传感器检测电压值；S52，如果电压值变化超过电压变化指定值，判断为接地故障，否则返回步骤S1。

优选的，所述步骤S52具体为：计算电场是否满足下降比例超过30%并且持续超过指定时间，如满足，判断为接地故障，否则返回步骤S1。该实施例中，同时满足电场下降30%并持续5秒以上时，判为接地故障。

如图4所示，一种基于故障指示器的配电网单相接地故障检测系统，用于实施一种基于故障指示器的配电网单相接地故障检测方法，其包括：电流传感器，用于在不同时间点采集相电流信号；检查模块，用于检查相电流信号并记录相电流信号的过零时标；处理模块，用于比对不同时间点采集的相电流信号的过零时标，计算相电流的相位变化量，进而判断是否发生接地故障。

优选的，其还包括电压传感器，所述电压传感器用于采集电压值信号，所述处理模块根据相位变化量和电压值信号变化，判断是否发生接地故障。

优选的，所述电流传感器、电压传感器、检查模块和处理模块均设置在故障指示器上，所述相电流通过电缆传输，所述电缆上设置有多个故障指示器。优选的，所述故障指示器还设置有翻盘装置和LED灯，所述翻盘装置和LED灯用于指示故障信息。如图4所示，在电缆上设置有多个故障指示器，当C相的某一位置P出现接地故障时，对应故障指示器1和2翻牌，故障指示器3和其他均不翻牌，因此可轻松判断出接地故障点发生在故障指示器2和3之间，且接地相为C相。

本发明应用于中性点不接地配电网，由于中性点不接地配电网系统为不接地方式，即悬浮系统，当发生单相接地故障时，原则上应不对系统产生任何影响，但实际上，在配电线路和大地之间存在分布电容，从而将配电系统与大地系统连接了起来。

每条线路相线上的相电流I=I_L+I_C，其中I_L为负荷电流，I_C为电容电流。故障发生前后，I_L并不变化，因此I_C的变化就决定了相电流的将如何变化。

如图2所示，三相电容具有A、B、C三相，C₀₁、>02和C_0S分别为线路I、线路II以及母线的三相对地等效电容。正常运行时，每条线路上的电流为负荷电流与电容电流的矢量和。当线路II发生A相接地故障后，C_01-A（C₀₁在A相的等效电容）、C_02-A和C_0S-A均被短接，所有非故障线路的故障相上，不再流过电容电流；所有线路的非故障相（B、C相）对地电容两端电压由相电压上升为线电压，电容电流相位和大小均发生改变，且全部通过故障点流回。

每条线路流向故障线路的电容电流方向相同，大小依据其线路对地电容大小而定，因此分析单条线路故障前后电容电流的变化即可。使用相量图分析故障后线路II相电容电流如图3所示。由分析结果可知，故障后，A相电容电流I_A2大小变为原来的3倍，方向保持不变，即依旧超前电压90°。图2和图3中，I_B2为B相电容电流，I_C2为C相电容电流，Ua为A相电压，Uba为B相与A相电压差，Uca为C相与A相电压差，P为接地故障点。

加入其他线路后可知，发生单相接地故障后，故障相电容电流大小变为全线路电容电流和的三倍，方向不变，依旧为超前电压Ua90°。由于负荷电流不变，电容电流变大，而负荷电流相位一般大于-90°小于90°，因此其矢量和相电流的相位一定会变小。故障点后由于-90°的电容电流消失，从而相电流相位一定会变大。

本发明通过检测相电流相位的变化判断接地故障信息，有效提高了接地故障判定的准确率；无需做实时快速的高频率采样，极大降低故障指示器功耗，从而提高故障指示器的使用寿命；无需额外投入信号发生源，降低成本的同时有效了提高电网安全性能。

本发明可广泛应用于各种中性点不接地配电网故障检测系统。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。