專利名稱：低壓線路三相不對稱故障檢測方法及綜合保護模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電力系統(tǒng)故障檢測和繼電保護裝置，具體涉及低壓線路單相接地漏電或短路、單相斷線(缺相運行)及兩相短路等三種不對稱故障的鑒別與保護。
背景技術：
工礦企業(yè)低壓(380V或660V)電網(wǎng)的中性點有直接接地和不接地兩種方式。例如煤礦井下低壓電網(wǎng)都采用中性點不接地方式，而一般工礦企業(yè)及農(nóng)網(wǎng)的地面低壓電網(wǎng)多采用中性點直接接地的三相四線制方式。這種三相四線制低壓電網(wǎng)一方面要擔負不少低壓異步電動機的三相動力負荷供電，同時又要擔負大量的辦公室自動化設備、家用電器及照明等單相負荷用電。由于單相負荷很難做到三相均衡配置與協(xié)調(diào)運行，致使這類低壓電網(wǎng)的不少線路經(jīng)常出現(xiàn)嚴重的三相電流不平衡，并導致母線三相電壓不平衡。從而迫使低壓線路的單相接地短路保護或零序電流保護不得不提高動作整定值(加大門檻)，降低動作靈敏度。結果是當線路發(fā)生單相高阻接地時(例如低壓架空線一相斷線落在巖石上、樹枝上或干躁地面上)，由于單相對地漏泄電流較小，達不到低壓線路短路保護或零序電流保護的動作整定值而長久不動作，結果引起動力變壓器中壓側熔斷器一相熔件燒斷，導致動力變壓器缺相運行，又這種變壓器多為Y/Y0接線，從而引起整個低壓電網(wǎng)缺相運行，造成大量異步電動機同時燒毀，這不僅造成設備損壞和直接經(jīng)濟損失，而且引起相關用電戶生產(chǎn)環(huán)節(jié)停頓及其他不良后果。單相接地故障長久不排除的另一后果，是導致兩相接地短路或相間直接短路。
申請人依據(jù)自己發(fā)明的“零序電流(基波)時序鑒別法則”于2002年4月申請了發(fā)明專利“小電流接地系統(tǒng)單相接地選線方法與裝置”(公開號CN1453916A)，同年6月又申請了實用新型專利“小電流接地系統(tǒng)單相接地選線裝置(專利號ZL02237567.8)”，又于2005年1月同時申請了兩項實用新型專利“諧振接地系統(tǒng)單相接地選線裝置(專利號ZL200520080013.0)”和“礦井低壓電網(wǎng)時序鑒別選漏保護器(專利號ZL200520081430.7)”。上述專利成果的選線方法都是采用“零序電流時序鑒別方法”，該選線裝置或保護器都是由單相接地時序鑒別模塊和外圍電路組成的。但這些選線方法及裝置只用于中性點不接地或中性點經(jīng)消弧線圈(或零序電抗器)接地的中低壓電網(wǎng)，僅作為單相接地漏電故障檢測與選擇性保護，不能用作斷相故障、兩相短路故障的檢測與保護。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的，一是在“零序電流(基波)時序鑒別法則”基礎上，發(fā)明一種“任意兩相量時序鑒別方法”用以解決斷相故障、兩相短路故障的檢測問題；二是根據(jù)“任意兩相量時序鑒別法”，在“礦井低壓電網(wǎng)時序鑒別選漏保護器”基礎上進行改進，發(fā)明一種“低壓線路三相不對稱故障綜合保護模塊”，用于單相接地、斷相、兩相短路三種不對稱故障的識別與保護。
本發(fā)明的不對稱故障檢測方法是它包括“零序電流時序鑒別法”，其特征還包括“任意兩相量的時序鑒別方法”，該方法的步驟是1、將一個正弦波信號整形得出的高、低電平各占180°的規(guī)則矩形波定義為基準相量JZ；將另一個與JZ同頻率的正弦波或非正弦波信號整形得到的規(guī)則或非規(guī)則矩形波定義為參鑒相量CJ，并設定以下鑒別法則
CJ的上升沿必須滯后于JZ的上升沿而超前于JZ下降沿，CJ的下降沿必須滯后JZ下降沿0°～180°，若符合此法則，則確定相量CJ必滯后于相量JZ；否則，本法則無效。
根據(jù)該鑒別法則設計“任意兩相量時序鑒別器”，該時序鑒別器可以是一個設置有兩相量時序鑒別程序的單片機，或者是一個設置有“兩相量時序鑒別電路”的復雜可編程邏輯器件CPLD。一個時序鑒別器中可以包含多個不同功用的時序鑒別電路。
2、從電網(wǎng)線路上的三相電流互感器TA二次繞組取出三相電流信號Ia、Ib、Ic，經(jīng)I/V變換后分別經(jīng)過濾波再分成三組，一組分別經(jīng)整形得到矩形波Ia、Ib、Ic；第二組分別經(jīng)移相、整形得到矩形波Iay、Iby、Icy；第三組分別經(jīng)鑒幅、整形得到矩形波IaF、IbF、IcF。
從電壓互感器TV二次繞組取出三相電壓Uab、Ubc、Uca信號，分別經(jīng)移相、整形得到矩形波Uaby、Ubcy、Ucay。
3、根據(jù)線路故障特征，確定“兩相量時序鑒別電路”輸入端JZ、CJ的連接方法。當要檢測三相線路中某一相(如A相)斷線(缺相運行)時，則設定Icy為JZ，Ib為CJ。當要檢測三相線路發(fā)生某兩相短路(如ab兩相短路)故障時，則設定Iby為JZ，Ia為CJ。
為實現(xiàn)上述方法，本發(fā)明還發(fā)明了一種綜合保護模塊，該模塊包括零序電壓信號處理電路和零序電流信號I0處理電路，其特征是還包括不對稱故障時序鑒別器，三相電壓信號處理電路和三相電流信號處理電路，其中不對稱故障時序鑒別器可以是一個設置有零序電流時序鑒別程序和兩相量時序鑒別程序的單片機，也可以是一個設置有零序電流時序鑒別電路和兩相量時序鑒別電路的復雜可編程邏輯器件CPLD。
三相電流信號處理電路是從線路上的三相電流互感器TA二次繞組取出三相電流信號Ia、Ib、Ic，分別經(jīng)過濾波后再分成三組，一組再分別經(jīng)整形、光電隔離后接入“不對稱故障時序鑒別器”的Ia、Ib、Ic三個輸入端；第二組分別再經(jīng)移相、整形、光電隔離后接入“不對稱故障時序鑒別器”的Iay、Iby、Icy三個輸入端；第三組分別再經(jīng)鑒幅、整形、光隔后接入“不對稱故障時序鑒別器”的IaF、IbF、IcF三個輸入端。
三相電壓信號處理電路是從電壓互感器TV二次繞組取出三相電壓信號Uab、Ubc、Uca分別經(jīng)濾波、移相、整形、光電隔離后接到“不對稱故障時序鑒別器”的對應輸入端Uaby、Ubcy、Ucay。
本發(fā)明的積極效果是1、將基于零序基波時序鑒別法則的單相接地選線方法與保護裝置，從只用于中性點不直接接地電網(wǎng)，推廣應用到中性點直接接地的三相四線制電網(wǎng)，解決了中性點接地的380V、660V電網(wǎng)單相經(jīng)高電阻接地故障選線的靈敏度準確性問題，具有新的實用價值和推廣前景。
2、在零序電流(基波)時序鑒別方法的基礎上，發(fā)明了三相系統(tǒng)中電流、電壓任意“兩相量的時序鑒別方法”，進一步實現(xiàn)了缺相運行、兩相短路等不對稱故障的檢測與保護，應用范圍更寬廣。
3、“不對稱故障綜合保護模塊”雖然是從中性點直接接地的三相四線制低壓電網(wǎng)實際情況出發(fā)立項研究與開發(fā)的，但同樣可用于中性點不直接接地的低壓電網(wǎng)乃至中壓電網(wǎng)，在中低壓電網(wǎng)具有通用性。
4、電力線路中單相接地、斷相運行、兩相短路三種不對稱故障發(fā)生概率的和，占線路上所有故障總概率的95％以上；“不對稱故障綜合保護模塊”使得三相線路中95％以上的故障檢測與保護只依據(jù)時序邏輯鑒別，而不需具體參數(shù)計算與整定，從而使線路故障的檢測與保護大為簡化，運行維護更加簡便。


圖1是本發(fā)明方法中“任意兩相量間的時序鑒別法則”示意圖；圖2是“不對稱故障時序鑒別器”中“兩相量時序鑒別電路”的基本原理圖；圖3是“不對稱故障綜合保護模塊”構成原理方框圖。
具體實施例方式
現(xiàn)結合圖1說明本發(fā)明方法中任意兩相量的時序鑒別法則的設定情況，圖中a、b所示的JZ和CJ的波形時序關系符合本法則，c、d、e所示的JZ和CJ的波形時序關系不符合本法則。
現(xiàn)結合圖2說明兩相量時序鑒別電路的基本原理，它是由兩個D觸發(fā)器DC1、DC2，兩個非門F1、F2，一個二與非門YF，一個R-S鎖存器RS及一個分頻和限時電路所組成。在圖2中，相量JZ接DC1的D輸入端，JZ取反后接DC2的D輸入端；相量CJ接DC1的時鐘輸入端，CJ取反后接DC2的時鐘輸入端；JZ信號經(jīng)過分頻、限時電路處理后接DC1和DC2的R輸入端；DC1和DC2的輸出端Q接YF的兩個輸入端，YF的輸出端接RS的S端，RS的R端接復位信號，RS的輸出端就是時序鑒別結果，若為高電平，表明相量CJ滯后于相量JZ。
現(xiàn)以圖3說明本發(fā)明的綜合保護模塊的一個實施例的電路構造。本實施例主要用來監(jiān)護低壓線路三相不對稱故障，核心器件是時序鑒別器VC1。
附圖3所示的低壓線路“三相不對稱故障綜合保護模塊”中，由一片可編程專用集成電路VC1(ASIC)構成時序鑒別器，時序鑒別器包括多個不同功用的時序鑒別電路(詳細電路原理如圖2所示)。VC1的輸入端從CZ1分別接入三相電壓Uab、Ubc、Uca信號線，Uab、Ubc、Uca信號線分別經(jīng)濾波電路、移相電路、整形電路、光隔耦合電路，電聯(lián)接后輸出Uaby、Ubcy、Ucay分別接入時序鑒別器VC1的28、29、30號引腳；VC1的輸入端從CZ1接入母線Uo信號線，Uo信號線經(jīng)過總的濾波電路，然后分成兩個支路第一支路依次經(jīng)過移相電路、鑒幅及整形電路、光隔耦合電路，電聯(lián)接后輸出UoF信號接入時序鑒別器VC1的32號引腳；第二支路經(jīng)總的移相電路后又分為兩個支路第一支路依次經(jīng)過整形電路、光隔耦合電路，電聯(lián)接后輸出UoJ+信號接入時序鑒別器VC1的33號引腳，第二支路依次經(jīng)過取反電路、整形電路、光隔耦合電路，電聯(lián)接后輸出UoJ-信號接入時序鑒別器VC1的34號引腳；VC1的輸入端還從插座CZ1接入零序電流Io信號線，Io信號線經(jīng)濾波電路、移相電路、鑒幅電路、整形電路、光隔電路，電聯(lián)接后接入時序鑒別器VC1的31號引腳；VC1的輸入端還從插座CZ1接入三相電流Ia、Ib、Ic信號線，該Ia、Ib、Ic信號線分別經(jīng)總的濾波電路后分成四組支路第一組支路依次經(jīng)移相電路、整形電路、光隔電路，電聯(lián)接后輸出IaF、IbF、IcF，分別接入時序鑒別器VC1的49、48、47號引腳；第二組支路依次經(jīng)整形電路、光隔電路，電聯(lián)接后輸出Ia、Ib、Ic，分別接入時序鑒別器VC1的52、51、50號引腳；第三組支路依次經(jīng)鑒幅電路、整形電路、光隔電路，電聯(lián)接后輸出IaF、IbF、IcF，分別接入時序鑒別器VC1的46、45、38號引腳；第四組支路依次經(jīng)比幅電路、整形電路、光隔電路，電聯(lián)接后輸出Iag、Icg，分別接入時序鑒別器VC1的26、27號引腳。VC1的輸出引腳58、59、60、68、69、70號引腳經(jīng)驅(qū)動電路分別接輸出插座CZ2各個引腳VC1的71號引腳經(jīng)光隔電路、驅(qū)動電路后接輸出插座CZ3；VC1的54、55、56、57、80號引腳經(jīng)光電隔離電路后分別接輸出插座CZ4的對應引腳。
權利要求
1.一種低壓線路三相不對稱故障檢測方法，它包括零序電流時序鑒別法，其特征還包括任意兩相量時序鑒別方法，該方法的具體步驟是(1)將一個正弦波信號整形得出的高、低電平各占180°的規(guī)則矩形波定義為基準相量JZ；將另一個與JZ同頻率的正弦波或非正弦波信號整形得到的規(guī)則或非規(guī)則矩形波定義為參鑒相量CJ，并設定以下鑒別法則CJ的上升沿必須滯后于JZ的上升沿而超前于JZ下降沿，CJ的下降沿必須滯后JZ下降沿0°～180°，若符合此法則，則確定相量CJ必滯后于相量JZ；否則，本法則無效；根據(jù)該鑒別法則設計任意兩相量時序鑒別器；(2)從電網(wǎng)線路上的三相電流互感器TA二次繞組取出三相電流信號Ia、Ib、Ic，經(jīng)I/V變換后分別經(jīng)過濾波再分成三組，一組分別經(jīng)整形得到矩形波Ia、Ib、Ic；第二組分別經(jīng)移相、整形得到矩形波Iay、Iby、Icy；第三組分別經(jīng)鑒幅、整形得到矩形波IaF、IbF、IcF；從電壓互感器TV二次繞組取出三相電壓Uab、Ubc、Uca信號，分別經(jīng)移相、整形得到矩形波Uaby、Ubcy、Ucay；(3)根據(jù)線路故障特征，確定“兩相量時序鑒別電路”輸入端JZ、CJ的連接方法。當要檢測三相線路中某一相斷線時，則設定Icy為JZ，Ib為CJ。當要檢測三相線路發(fā)生某兩相短路故障時，則設定Iby為JZ，Ia為CJ。
2.一種低壓線路三相不對稱故障綜合保護模塊，它包括零序電壓信號處理電路和零序電流信號處理電路，其特征是還包括不對稱故障時序鑒別器，三相電壓信號處理電路和三相電流信號處理電路，其中所述的不對稱故障時序鑒別器是一個設置有零序電流時序鑒別程序和兩相量時序鑒別程序的單片機；所述的三相電流信號處理電路是從線路上的三相電流互感器TA二次繞組取出三相電流信號Ia、Ib、Ic，分別經(jīng)過濾波后再分成三組，一組再分別經(jīng)整形、光電隔離后接入“不對稱故障時序鑒別器”的Ia、Ib、Ic三個輸入端；第二組分別再經(jīng)移相、整形、光電隔離后接入不對稱故障時序鑒別器的Iay、Iby、Icy三個輸入端；第三組分別再經(jīng)鑒幅、整形、光隔后接入“不對稱故障時序鑒別器”的IaF、IbF、IcF三個輸入端；所述的三相電壓信號處理電路是從電壓互感器TV二次繞組取出三相電壓信號Uab、Ubc、Uca分別經(jīng)濾波、移相、整形、光電隔離后接到不對稱故障時序鑒別器的對應輸入端Uaby、Ubcy、Ucay。
3.如權利要求1所述的低壓線路三相不對稱故障綜合保護模塊，其特征是，所述的不對稱故障時序鑒別器是一個設置有零序電流時序鑒別電路和兩相量時序鑒別電路的復雜可編程邏輯器件CPLD。
全文摘要
本申請公開了一種低壓線路三相不對稱故障檢測方法，它包括零序電流時序鑒別法，其特征還包括任意兩相量的時序鑒別方法，同時公開了實現(xiàn)上述方法的低壓線路三相不對稱故障綜合保護模塊，該模塊包括零序電壓信號處理電路和零序電流信號處理電路，其特征是還包括不對稱故障時序鑒別器，三相電壓信號處理電路和三相電流信號處理電路。本申請解決了中性點接地的380V、660V電網(wǎng)單相經(jīng)高電阻接地故障選線的靈敏度準確性問題，同時實現(xiàn)了依據(jù)故障特征對缺相運行和兩相短路進行檢測與保護，具有新的實用價值和推廣前景，并在中低壓電網(wǎng)具有通用性。
文檔編號H02H3/26GK101046499SQ20071001331
公開日2007年10月3日 申請日期2007年2月13日 優(yōu)先權日2007年2月13日
發(fā)明者傅桂興, 付英 申請人:傅桂興