一種基於電容分壓的接地故障監測裝置的製造方法

2023-09-22 07:18:15

一種基於電容分壓的接地故障監測裝置的製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種基於電容分壓的接地故障監測裝置，包括採樣處理單元和採樣單元，所述採樣單元包括用於採集配電線路對地電壓的電壓採樣模塊。本實用新型的配電線路接地故障監測裝置通過採用具有電容分壓的電壓採集模塊可以採樣供電線路的對地電壓，根據採樣電壓的變化判斷供電線路是否發生接地故障，由通過設置接地的第一電容，當被測配電線路發生接地故障後，通過電容電阻構成的電容分壓採集模塊可以獲得相對穩定的採樣電壓，該故障監測裝置放寬了硬體對測量即時性的要求，屬於供電線路接地後穩態測量技術，可以快速、準確地識別線路接地故障。
【專利說明】
-種基於電容分壓的接地故障監測裝置
技術領域
[0001] 本實用新型設及電力線路接地故障監測技術領域，尤其是一種IOKV架空線路、電 纜線路基於電容分壓的單相或多相接地故障監測裝置。
【背景技術】
[0002] 在電力電網配電線路系統中，IOKV系統是中壓電網，我國中壓電網多採用中性點 非有效接地系統，當發生單相接地故障時，中性點電壓升高為故障相電壓，而A、B、CS相間 的線電壓基本保持不變，故障電流小，故可W運行2小時左右，由此保證供電可靠性。但是， 發生單相接地故障後，需要及時切斷線路或排除故障，否則，在電網帶病運行一段時間後由 於局部放電原因會逐漸演變成相間短路故障，給供電線路帶來較大損壞。
[0003] 由於IOKV配電網的中性點接地方式多樣，造成接地故障判斷困難。為了監測並及 時發現接地故障，目前常用的接地故障監測有注入信號法、線路對地電容放電法、零序電流 判斷法及=相對地電壓比較法等幾個主要方法。其中，注入信號法需要外接信號源，給供電 系統帶來額外故障隱患，注入信號的頻率選擇也影響到選線的正確性;線路對地電容放電 法受中性點外接消弧線圈影響很大，導致故障選線的正確率較低;零序電流判斷法在架空 線路中使用受限，採用數學矢量合成技術構造零序電流還受到目前硬體設備性能的制約； =相對地電壓比較法需要測量=相對地電壓，依據電壓值大小排序決定接地相，但在實際 配電線路中直接測量對地電壓具有很大不便性。現有的IOKV配電網接地故障監測技術不能 滿足快速識別線路單相接地故障的要求。 【實用新型內容】
[0004] 本實用新型提供了一種基於電容分壓的接地故障監測裝置，能夠快速、準確地識 別線路接地故障的發生，克服現有技術中接地故障檢測速度慢、準確率低的缺陷。
[0005] 為了解決上述問題，本實用新型提供一種基於電容分壓的接地故障監測裝置，包 括採樣處理單元和採樣單元，其特徵在於，所述採樣單元包括用於採集配電線路對地電壓 的電壓採樣模塊，所述電壓採樣模塊包括用於與配電線路連接的輸入端，所述輸入端依次 連接有第一二極體、第二電阻和第=電阻，所述第=電阻接地，所述輸入端與所述第一二極 管之間還連接有第一電容，所述第一電容的一端與所述輸入端相連，所述第一電容的另一 端接地，所述第一電容的兩端還並聯連接有第一電阻，所述第二電阻與所述第=電阻之間 具有與所述採樣處理單元相連的第一引出端，所述採樣處理單元在所述第一引出端採集採 樣電壓。
[0006] 本實用新型提供的基於電容分壓的接地故障監測裝置還具有W下技術特徵：
[0007] 進一步地，所述採樣單元還包括用於採集配電線路電流信息的電流採樣模塊，所 述電流採樣模塊包括用於採集配電線路電流信息的第一互感線圈，所述第一互感線圈的兩 端串聯連接有相互串聯的第四電阻和第五電阻，所述第一互感線圈的兩端還並聯連接有第 一穩壓二極體，所述第一互感線圈的一端接地，所述第四電阻和所述第五電阻之間具有與 所述採樣處理單元相連的第二引出端，所述採樣處理單元在所述第二引出端採集採樣電 流，所述第二引出端與所述採樣處理單元之間還連接有第=電容，所述第=電容一端與所 述第二引出端相連，所述第=電容另一端接地，所述第=電容的兩端還並聯連接有第二穩 壓二極體。
[000引進一步地，所述第=電阻的兩端還並聯連接有第二電容。
[0009] 進一步地，所述採樣處理單元還連接有用於採集配電線路高度的高度傳感器和用 於採集配電線路附近環境溼度的溼度傳感器。
[0010] 進一步地，所述採樣處理單元還連接通訊模塊。
[0011] 本實用新型具有如下有益效果:該配電線路接地故障監測裝置通過電壓採集模塊 可W採樣供電線路的對地電壓，根據採樣電壓的變化判斷供電線路是否發生接地故障，通 過設置接地的第一電容，當被測配電線路發生接地故障後，通過電容電阻構成的電容分壓 採集模塊可W獲得相對穩定的採樣電壓，該故障監測裝置放寬了硬體對測量即時性的要 求，屬於供電線路接地後穩態測量技術，可W快速、準確地識別線路接地故障。
【附圖說明】

[0012] 圖1為本實用新型實施例的接地故障監測裝置的結構示意圖；
[0013] 圖2為本實用新型實施例的接地故障監測裝置的電路圖。
【具體實施方式】
[0014] 下文中將參考附圖並結合實施例來詳細說明本實用新型。需要說明的是，在不衝 突的情況下，本實用新型中的實施例及實施例中的特徵可W相互組合。
[0015] 如圖1、圖2所示的本實用新型的基於電容分壓的接地故障監測裝置的一個實施例 中，該基於電容分壓的接地故障監測裝置包括採樣處理單元10和採樣單元20,採樣處理單 元10包括低功耗的CPU處理模塊，所述採樣單元20包括用於採集配電線路對地電壓的電壓 採樣模塊21，電壓採樣模塊21包括用於與配電線路連接的輸入端211，輸入端210依次連接 有第一二極體Dl、第二電阻R2和第=電阻R3,第=電阻接地R3,輸入端211與第一二極體Dl 之間還連接有第一電容Cl，第一電容Cl的一端與輸入端211相連，第一電容Cl的另一端接 地，第一電容Cl的兩端還並聯連接有第一電阻Rl，第二電阻R2與所述第S電阻R3之間具有 與採樣處理單元10相連的第一引出端，採樣處理單元10在所述第一引出端採集採樣電壓E。 該配電線路接地故障監測裝置通過電壓採集模塊可W採樣供電線路的對地電壓，根據採樣 電壓的變化判斷供電線路是否發生接地故障，該故障監測裝置及監測方法放寬了硬體對測 量即時性的要求，屬於供電線路接地後穩態測量技術，可W快速、準確地識別線路接地故 障。
[0016] 具體而言，如圖2所示，該基於電容分壓的接地故障監測裝置的輸入端211與IOKV 配電線路中的某一單相供電線路的裸導線直接相連，將該單相供電線路的對地分布電容記 作C4,由於供電線路的高度和對地介質變化，C4是一個變化的電容，在忽略電容極板邊緣效 應時，其由怒吾十/1、責.
[0017]
[0018] 其中，e〇為真空介電常數，Er為介質的相對介電常數，S為極板相對面積，d為兩極板 間距離，即供電線路距地高度。將IOKV供電線路的對地電壓記作V，對地電壓V的值依據 IOKV供電線路對地電場形式可W標定為5774伏，在Rl很大的情況下，例如:R1為IOMQ，將第
一電容n兩溫的由店巧化VpI .庶據由孩陽抗4V店盾巧，
[0019]
[0020] 當線路正常工作無單相接地故障發生時，Cl和C4被充電，電壓Vcl經過第一二極體 Dl後，由第二電阻R2和第S電阻R3分壓，由第二電阻R2和第S電阻R3之間的第一引出端輸 出採樣電壓，在該實施例中，。1=0.01證，1?2 = 21〇，1? = 101〇，採樣電壓￡的計算公式為：
[0021] E = R3*Vcl/(R2+R3)；
[0022] 當與輸入端211相連的IOKV供電線路發生接地故障時，裸導線直接與大地相連，該 單相供電線路的對地分布電容C4消失，即C4 = 0,此時，第一電容Cl接地直接將電荷洩放掉， 由上述公式可知，Vcl為零，採樣電壓E為零，由此，上述實施例中的配電線路接地故障監測 裝置可W根據採樣電壓的變化判斷供電線路是否發生接地故障，可W快速、準確地識別線 路接地故障。
[0023] 在上述實施例中的基於電容分壓的接地故障監測裝置還具有W下技術特徵：
[0024] 採樣單元20還包括用於採集配電線路電流信息的電流採樣模塊22,電流採樣模塊 22包括用於採集配電線路電流信息的第一互感線圈LI,第一互感線圈Ll的兩端串聯連接有 相互串聯的第四電阻R4和第五電阻R5,第一互感線圈Ll的兩端還並聯連接有第一穩壓二極 管Wl，第一互感線圈Ll的一端接地，第四電阻R4和第五電阻R5之間具有與採樣處理單元10 相連的第二引出端，採樣處理單元10在所述第二引出端採集採樣電流I，所述第二引出端與 採樣處理單元10之間還連接有第=電容C3,第=電容C3-端與所述第二引出端相連，第= 電容C3另一端接地，第=電容C3的兩端還並聯連接有第二穩壓二極體W2。具體而言，根據我 國電力運行規程，單相接地故障發生時，電力線路還可W運行2小時左右，也就是說帶病運 行的跌落線路中還有電流流過。供電線路正常工作時，採樣單元20的電壓採樣模塊21可W 採集到正常的採樣電壓E，採樣單元20的電流採樣模塊22可W採集到正常的採樣電流I。當 發生接地故障時，採樣電壓E理論上將變為零，採樣電流I會在接地故障發生瞬間出現變化。 發生接地故障後，在一定時間內，採樣電壓E理論上為零，採樣電流I會保持在某一穩定值。 當發生接地故障的供電線路停電時，採樣電壓E和採樣電流I同時為零。該實施例中的配電 線路接地故障監測裝置，同時採樣供電線路的電壓和電流信息，當採樣電壓為零且採樣電 流不為零時，就可W判定該配電線路中與輸入端211相連的單相供電線路發生了單相接地 故障，故障判定準確率高，該配電線路接地故障監測裝置放寬了硬體系統對測量即時性的 要求，屬於一種接地後穩態測量技術，簡單易行，可靠性高，準確率高。
[0025] 在上述實施例中，第=電阻R3的兩端還並聯連接有第二電容C2,其作用是維持第 =電阻R3兩端電壓穩定，使得第二電阻R2和第=電阻R3之間的第一輸出端輸出的採樣電壓 E保持穩定，避免配電線路中的幹擾造成採樣電壓的波動。當供電線路發生接地故障後，第 S電阻R3和第二電容C2形成RC放電迴路使第二電容C2放電。採樣處理單元10還連接有用於 採集配電線路高度的高度傳感器11和用於採集配電線路附近環境溼度的溼度傳感器12,由 此可W實時地採集供電線路的高度信息和配電線路附近的環境溼度，由此可W對供電線路 的對地分布電容C4進行校正，提高採樣電壓E的準確性，提高接地故障判定的準確性。採樣 處理單元10還連接通訊模塊13。具體而言，配電線路的=相供電線路的每一條單相供電線 路上都分別連接有上述配電線路接地故障監測裝置，每條單相供電線路上的配電線路接地 故障監測裝置都可W通過通訊模塊13與另外兩條單相供電線路上的配電線路接地故障監 測裝置進行通信W獲取另外兩條單相供電線路的採樣電壓，並計算該單相供電線路的採樣 電壓與另外兩條單相供電線路的採樣電壓的差值及所述差值與其他兩相單相線路的採樣 電壓的百分比值，由此進一步保證接地故障判定的準確性，具體而言，如果該單相供電線路 的採樣電壓與另外兩條單相供電線路的採樣電壓的差值與其他兩相單相線路的採樣電壓 的百分比值大於某一預設值，則說明該單相供電線路的採樣電壓異常，由此進一步保證了 接地故障判定的準確性。配電線路接地故障監測也可W通過通訊模塊13與數據傳輸單元 (DTU，化化Transfer化it)進行通訊W進行信息傳輸，發送採樣數據或故障報警信號。另 夕h配電線路的不同支路或不同分段上，均可W設置上述配電線路接地故障監測，不同位置 的配電線路接地故障監測均可W通過通訊模塊13經數據傳輸單元(DTU)與後臺伺服器進行 信息傳輸。
[0026] 使用本實用新型實施例的基於電容分壓的接地故障監測裝置進行接地故障監測 的步驟如下：
[0027] S10:使用上述基於電容分壓的接地故障監測裝置採集配電線路中的單相線路的 採樣電壓E;
[0028] S20:將採集到的單相線路的所述採樣電壓E與第一預設電壓El比較，如果所述採 樣電壓E小於第一預設電壓El，判定該單相線路處於停電狀態;如果所述採樣電壓E大於或 等於第一預設電壓El，則比較所述採樣電壓與第二預設電壓E2的大小，所述第二預設電壓 E2大於所述第一預設電壓El;
[0029] S30:所述採樣電壓E大於或等於第二預設電壓E2,則比較所述採樣電壓E與第S預 設電壓E3的大小，如果所述採樣電壓E大於第=預設電壓E3,則判定該單相線路工作正常， 所述第=預設電壓E3大於所述第二預設電壓E2;如果所述採樣電壓E小於第二預設電壓E2， 則判定該單相線路發生接地故障。
[0030] 具體而言，上述的第一預設電壓EU第二預設電壓E2和第S預設電壓E3都是根據 IOKV配電線路的實際系統運行參數而設定的闊值，根據理論計算，當供電線路停電時，其採 樣電壓E為零，但考慮到對地分布電容、相鄰相線互感電壓等因素，實際採樣電壓可能不為 零，為了保證供電線路停電狀態判定的準確性，該方法設定了第一預設電壓El;當供電線路 發生接地故障時，理論計算採樣電壓為零，但是，考慮到供電線路接地時的對地分布電容並 不絕對為零且仍存在電流，此時採樣電壓E的實際值不為零，為了保證接地故障判定的準確 性，該方法中根據系統參數及統計數據設定了第二預設電壓E2;供電線路正常工作時，理論 計算採樣電壓E為某一定值，但是考慮的供電線路的擺動造成的高度變化、環境溼度變化或 電網電壓波動等因素，採樣電壓E會存在波動，該方法根據系統參數及統計數據設定第=預 設電壓E3W確保採樣電壓E大於第=預設電壓E3時供電線路處於正常工作狀態，提供判定 結果的準確性。在上述實施中，第一預設電壓El的值為30伏，第二預設電壓E2的值為70伏， 第S預設電壓E3的值為150伏。該實例中的配電線路接地故障監測方法可W根據採樣電壓 的變化判斷供電線路是否發生接地故障，過設置接地的第一電容，當被測配電線路發生接 地故障後，通過電容電阻構成的電壓採集模塊可W獲得相對穩定的採樣電壓，該故障監測 裝置及監測方法放寬了硬體對測量即時性的要求，屬於供電線路接地後穩態測量技術，可 W快速、準確地識別線路接地故障。具體而言，供電系統發生單相接地故障後，系統供電還 可W工作2小時左右，在運2小時內，接地故障可能一直持續，即對地電壓一直為零，還有一 種是接地是間歇式接地，接地線路對地電壓不一直為零。本發明的接地故障監測裝置中，電 容電阻構成接地電壓採樣電路在放電過程中，由於放電過程是毫秒級的，可W通過測量電 容電壓W確定電力線路是否接地;即便是間歇式接地，電容兩端電壓也處於充電放電狀態， 由於放電過程是毫秒級的，仍然可W獲得相對穩定的採樣電壓，放寬了硬體對測量即時性 要求。
[0031] 進一步地，步驟SlO還包括，採集配電線路中的單相線路的採樣電流I;
[0032] 所述步驟S20為，如果所述採樣電壓E小於第一預設電壓El且所述採樣電流I等於 零，判定該單相線路處於停電狀態;如果所述採樣電壓E大於或等於第一預設電壓El且所述 採樣電流I不等於零，則比較所述採樣電壓E與第二預設電壓E2的大小；
[0033] 所述步驟S30為，所述採樣電壓E大於或等於第二預設電壓E2且所述採樣電流I不 等於零，則比較所述採樣電壓E與第S預設電壓E3的大小，如果所述採樣電壓E大於第S預 設電壓E3，則判定該單相線路工作正常；如果所述採樣電壓E小於第二預設電壓E2且所述採 樣電流I不等於零，則判定該單相線路發生接地故障。
[0034] 具體而言，根據我國電力運行規程，單相接地故障發生時，電力線路還可W運行2 小時左右，也就是說帶病運行的跌落線路中還有電流流過。該實施例中的配電線路接地故 障監測方法，同時採樣供電線路的電壓和電流信息，當採樣電壓大於或等於第一預設電壓 且小於第二預設電壓，同時採樣電流不為零，就可W判定該單相供電線路發生了單相接地 故障，故障判定準確率高，該配電線路接地故障監測裝置放寬了硬體系統對測量即時性的 要求，屬於一種接地後穩態測量技術，簡單易行，可靠性高，準確率高。
[0035] 進一步地，所述步驟S30還包括:如果所述採樣電壓E大於第=預設電壓E3,根據該 單相線路的高度H、環境溼度M校驗所述採樣電壓E，校驗後所述採樣電壓E大於第=預設電 壓E3,則判定該單相線路工作正常。例如，當高度H大於15m時，校正採樣電壓；當環境溼度M 大於80%時，校正採樣電壓；另外，如果供電線路採樣絕緣線，可W根據事先比對的裸導線 和絕緣線在對地電壓測量值上的差異，也可在比較採樣電壓E與第S預設電壓E3的過程中 自適應測量裸導線和絕緣導線對地電壓值，並校準到理想狀態。
[0036] 進一步地，所述步驟S30還包括S31:如果所述採樣電壓E小於第二預設電壓E2,計 算該單相線路的採樣電壓E與其他兩相單相線路的採樣電壓E的差值及所述差值與其他兩 相單相線路的採樣電壓的百分比值，如果百分比值大於第一預設闊值，則判定該單相線路 發生接地故障，由此進一步保證了接地故障判定的準確性。具體而言，第一預設闊值可W根 據系統參數或統計數據確定，例如，第一預設闊值為供電線路正常工作時採樣電壓E數值的 10%、15%或20%，由此可W避免誤判，排出環境因素及電網波動對採樣電壓的影響。
[0037] 最後應說明的是：W上實施例僅用W說明本實用新型的技術方案，而非對其限制； 儘管參照前述實施例對本實用新型進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解： 其依然可W對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等 同替換;而運些修改或者替換，並不使相應技術方案的本質脫離本實用新型各實施例技術 方案的精神和範圍。
【主權項】
1. 一種基於電容分壓的接地故障監測裝置，包括採樣處理單元和採樣單元，其特徵在 於，所述採樣單元包括用於採集配電線路對地電壓的電壓採樣模塊，所述電壓採樣模塊包 括用於與配電線路連接的輸入端，所述輸入端依次連接有第一二極體、第二電阻和第三電 阻，所述第三電阻接地，所述輸入端與所述第一二極體之間還連接有第一電容，所述第一電 容的一端與所述輸入端相連，所述第一電容的另一端接地，所述第一電容的兩端還並聯連 接有第一電阻，所述第二電阻與所述第三電阻之間具有與所述採樣處理單元相連的第一引 出端，所述採樣處理單元在所述第一引出端採集採樣電壓。2. 根據權利要求1所述的接地故障監測裝置，其特徵在於，所述採樣單元還包括用於採 集配電線路電流信息的電流採樣模塊，所述電流採樣模塊包括用於採集配電線路電流信息 的第一互感線圈，所述第一互感線圈的兩端串聯連接有相互串聯的第四電阻和第五電阻， 所述第一互感線圈的兩端還並聯連接有第一穩壓二極體，所述第一互感線圈的一端接地， 所述第四電阻和所述第五電阻之間具有與所述採樣處理單元相連的第二引出端，所述採樣 處理單元在所述第二引出端採集採樣電流，所述第二引出端與所述採樣處理單元之間還連 接有第三電容，所述第三電容一端與所述第二引出端相連，所述第三電容另一端接地，所述 第三電容的兩端還並聯連接有第二穩壓二極體。3. 根據權利要求1或2所述的接地故障監測裝置，其特徵在於，所述第三電阻的兩端還 並聯連接有第二電容。4. 根據權利要求1或2所述的接地故障監測裝置，其特徵在於，所述採樣處理單元還連 接有用於採集配電線路高度的高度傳感器和用於採集配電線路附近環境溼度的溼度傳感 器。5. 根據權利要求1或2所述的接地故障監測裝置，其特徵在於，所述採樣處理單元還連 接通訊模塊。
【文檔編號】G01R31/02GK205691705SQ201620572499
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月14日 公開號201620572499.8, CN 201620572499, CN 205691705 U, CN 205691705U, CN-U-205691705, CN201620572499, CN201620572499.8, CN205691705 U, CN205691705U
【發明人】顧濤, 王德志, 陳超, 燕波濤, 趙立永, 杜啟軍
【申請人】北京鼎科遠圖科技有限公司