《一種故障指示器接地故障判定方法》是科大智慧型電氣技術有限公司於2014年9月2日申請的發明專利，該專利申請號為2014104402085，公布號為CN104198888A，專利公布日為2014年12月10日，發明人是秦明輝、崔北京、童傑。
《一種故障指示器接地故障判定方法》包括以下步驟：一、設定不對稱電流源，用於在發生接地故障時發出特徵信號。二、故障指示器採集線路上的電流信號。每周波對採集到的電流信號進行一次離散傅立葉變換，求出線路上電流信號的基波電流值。三、取n2個周波的基波電流值I1組成序列a，每n2個周波對序列a進行一次離散傅立葉變換，求出序列a的基波電流值I2。四、依次取n3個序列a的基波電流值I2組成序列b，按照先進先出的方式，每隔時間T對序列b進行更新。五、對序列b中的基波電流值進行接地故障判斷。由以上技術方案可知，該發明能夠克服2014年9月之前的技術不足，保證單相接地故障檢測時的選擇性、可靠性和準確性。
2020年7月17日，《一種故障指示器接地故障判定方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。
（概述圖為《一種故障指示器接地故障判定方法》的摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：一種故障指示器接地故障判定方法
- 公布號：CN104198888A
- 公布日：2014年12月10日
- 申請號：2014104402085
- 申請日：2014年9月2日
- 申請人：科大智慧型電氣技術有限公司
- 地址：安徽省合肥市高新區望江西路5111號
- 發明人：秦明輝、崔北京、童傑
- 代理機構：合肥天明專利事務所
- 代理人：奚華保
- Int.Cl.：G01R31/08(2006.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
在小電流接地系統中，單相接地故障的檢測與定位一直是保證配電網正常運行的技術難點。準確查找出單相接地故障的區段，可以避免對非故障區域的不必要倒閘操作，保持供電的連續性。由於故障指示器可以指示和上報單相接地及短路故障，因此，可以通過觀察故障指示器狀態變化來查找故障區段。截至2014年9月，基於故障指示器的單相接地故障檢測主要依賴於電網參數的變化。但由於小電流接地系統的自身特點，發生單相接地故障時，其所產生的故障信號本身較弱，並且受到電磁干擾和諧波污染。這不僅導致獲得的信號失真，還直接影響單相接地故障檢測時的選擇性、可靠性和準確性。
發明內容
專利目的
《一種故障指示器接地故障判定方法》的目的在於提供一種單相接地故障判定方法，該接地故障判定方法能夠克服2014年9月之前的技術不足，保證單相接地故障檢測時的選擇性、可靠性和準確性。
技術方案
《一種故障指示器接地故障判定方法》採用了以下技術方案：一種單相接地故障判定方法，該方法包括以下步驟：
（1）設定不對稱電流源，用於在發生單相接地故障時發出特徵信號，所述的特徵信號為方波信號。
（2）故障指示器以採樣頻率f1、每周波採樣點數n1，實時採集線路上的電流信號。每周波對採集到的電流信號進行一次離散傅立葉變換DFT1，並根據離散傅立葉變換DFT1的結果求出線路上電流信號的基波電流值I1。
（3）取n2個周波的基波電流值I1組成序列a，每n2個周波對序列a進行一次離散傅立葉變換DFT2，並根據離散傅立葉變換DFT2的結果求出序列a的基波電流值I2。
（4）依次取n3個序列a的基波電流值I2組成序列b，按照先進先出的方式，每隔時間T對序列b進行更新。
（5）設定序列a的基波電流值I2的閾值範圍，根據序列a的基波電流值I2的閾值範圍，每隔時間T對序列b中的基波電流值進行單相接地故障判斷。
進一步的，所述的不對稱電流源包括微控制器、接地故障檢測模組、特徵信號發生模組、高壓真空接觸器和限流電阻。
接地故障檢測模組用於實時檢測單相接地故障，並在單相接地故障時向微控制器傳送接地信號。微控制器用於接收接地故障檢測模組傳送的接地信號，並傳送控制命令控制特徵信號發生模組工作。特徵信號發生模組用於在接收到微控制器的控制命令後，產生方波特徵信號，並驅動高壓真空接觸器工作。高壓真空接觸器用於通過限流電阻和大地將方波特徵信號疊加到接地線路的正常負荷電流上。
所述的特徵信號發生模組設定為發出8個方波信號，其周期為1秒，其占空比為50％。
所述的限流電阻的阻值為100歐姆。
進一步的，步驟（2）中所述的採樣頻率f1為800赫茲，每周波採樣點數n1為16個。所述的線路上的電流信號為正弦波信號，其頻率為50赫茲，其周期為20毫秒。所述的離散傅立葉變換DFT1的基波頻率為50赫茲。
進一步的，步驟（3）中n2的取值為50。所述的離散傅立葉變換DFT2的基波頻率為1赫茲。
當不對稱電流源沒有發出方波特徵信號時，序列a的基波電流值I2為線路上的正常負荷電流。當不對稱電流源發出方波特徵信號時，序列a的基波電流值I2為線路上的正常負荷電流與方波特徵信號電流的和。
進一步的，步驟（4）中n3的取值為8；步驟（4）和步驟（5）中所述的時間T均為1秒。
更進一步的，步驟（5）中所述的設定序列a的基波電流值I2的閾值範圍，根據序列a的基波電流值I2的閾值範圍，每隔時間T對序列b中的基波電流值進行單相接地故障判斷的具體過程為：若序列b的n3個序列a的基波電流值I2中，至少有n4個序列a的基波電流值I2在閾值範圍內，則可判斷為單相接地故障。
改善效果
《一種故障指示器接地故障判定方法》通過在配電線路發生單相接地故障時在正常負荷電流上疊加工頻電流，來實現對單相接地故障的準確、可靠判斷。首先，在該發明中，不僅給出了不對稱電流源特徵信號的發出方法以及特徵信號的參數信息，還給出了故障指示器提取特徵信號的方法，因此，該發明是一個完整的單相接地故障判斷方法，具有可靠性及準確性。其次，該發明所採用的特徵信號是8個周期為1秒的方波信號，通過採用該方波信號作為單相接地故障判斷依據，易於故障指示器使用常規離散傅立葉變換提取特徵信號，使單相接地故障判斷兼顧金屬性接地和高阻性接地，還可以濾除頻率為1赫茲以外的負荷波動信號，提高了單相接地故障判斷的準確性。再次，該發明將單相接地故障的判斷條件設定為8秒時間內至少6個特徵信號滿足閾值範圍，大大降低了單相接地故障誤動的可能性。
附圖說明
圖1是《一種故障指示器接地故障判定方法》的流程圖。
技術領域
《一種故障指示器接地故障判定方法》涉及電力系統單相接地故障檢測技術領域，具體涉及一種單相接地故障判定方法。
權利要求
1.一種單相接地故障判定方法，其特徵在於：該方法包括以下步驟：
（1）設定不對稱電流源，用於在發生單相接地故障時發出特徵信號，所述的特徵信號為方波信號；
（2）故障指示器以採樣頻率f1、每周波採樣點數n1，實時採集線路上的電流信號；每周波對採集到的電流信號進行一次離散傅立葉變換DFT1，並根據離散傅立葉變換DFT1的結果求出線路上電流信號的基波電流值I1；
（3）取n2個周波的基波電流值I1組成序列a，每n2個周波對序列a進行一次離散傅立葉變換DFT2，並根據離散傅立葉變換DFT2的結果求出序列a的基波電流值I2；
（4）依次取n3個序列a的基波電流值I2組成序列b，按照先進先出的方式，每隔時間T對序列b進行更新；
（5）設定序列a的基波電流值I2的閾值範圍，根據序列a的基波電流值I2的閾值範圍，每隔時間T對序列b中的基波電流值進行單相接地故障判斷。
2.根據權利要求1所述的一種單相接地故障判定方法，其特徵在於：所述的不對稱電流源包括微控制器、接地故障檢測模組、特徵信號發生模組、高壓真空接觸器和限流電阻；接地故障檢測模組用於實時檢測單相接地故障，並在單相接地故障時向微控制器傳送接地信號；微控制器用於接收接地故障檢測模組傳送的接地信號，並傳送控制命令控制特徵信號發生模組工作；特徵信號發生模組用於在接收到微控制器的控制命令後，產生方波特徵信號，並驅動高壓真空接觸器工作；高壓真空接觸器用於通過限流電阻和大地將方波特徵信號疊加到接地線路的正常負荷電流上；所述的特徵信號發生模組設定為發出8個方波信號，其周期為1秒，其占空比為50%；所述的限流電阻的阻值為100歐姆。3.根據權利要求1所述的一種單相接地故障判定方法，其特徵在於：步驟（2）中所述的採樣頻率f1為800赫茲，每周波採樣點數n1為16個；所述的線路上的電流信號為正弦波信號，其頻率為50赫茲，其周期為20毫秒；所述的離散傅立葉變換DFT1的基波頻率為50赫茲。
4.根據權利要求1所述的一種單相接地故障判定方法，其特徵在於：步驟（3）中n2的取值為50；所述的離散傅立葉變換DFT2的基波頻率為1赫茲；當不對稱電流源沒有發出方波特徵信號時，序列a的基波電流值I2為線路上的正常負荷電流；當不對稱電流源發出方波特徵信號時，序列a的基波電流值I2為線路上的正常負荷電流與方波特徵信號電流的和。
5.根據權利要求1所述的一種單相接地故障判定方法，其特徵在於：步驟（4）中n3的取值為8；步驟（4）和步驟（5）中所述的時間T均為1秒。
6.根據權利要求1所述的一種單相接地故障判定方法，其特徵在於：步驟（5）中所述的設定序列a的基波電流值I2的閾值範圍，根據序列a的基波電流值I2的閾值範圍，每隔時間T對序列b中的基波電流值進行單相接地故障判斷的具體過程為：若序列b的n3個序列a的基波電流值I2中，至少有n4個序列a的基波電流值I2在閾值範圍內，則可判斷為單相接地故障。
實施方式
如圖1所示，一種單相接地故障判定方法，該方法通過在配電線路發生單相接地故障時在正常負荷電流上疊加工頻電流，來實現對單相接地故障的準確、可靠判斷。該方法包括以下步驟：
（1）設定不對稱電流源，用於在發生單相接地故障時發出特徵信號，所述的特徵信號為方波信號。所述的不對稱電流源安裝在變電站或開閉所內。
所述的不對稱電流源包括微控制器、接地故障檢測模組、特徵信號發生模組、高壓真空接觸器和限流電阻。接地故障檢測模組用於實時檢測單相接地故障，並在單相接地故障時向微控制器傳送接地信號。微控制器用於接收接地故障檢測模組傳送的接地信號，並傳送控制命令控制特徵信號發生模組工作。特徵信號發生模組用於在接收到微控制器的控制命令後，產生方波特徵信號，並驅動高壓真空接觸器工作。高壓真空接觸器用於通過限流電阻和大地將方波特徵信號疊加到接地線路的正常負荷電流上。
所述的特徵信號發生模組設定為發出8個方波信號，其周期為1秒，其占空比為50％。
所述的限流電阻的阻值為100歐姆。
（2）故障指示器以採樣頻率f1、每周波採樣點數n1，實時採集線路上的電流信號。每周波對採集到的電流信號進行一次離散傅立葉變換DFT1，並根據離散傅立葉變換DFT1的結果求出線路上電流信號的基波電流值I1。其中，採樣頻率f1為800赫茲，每周波採樣點數n1為16個。所述的線路上的電流信號為正弦波信號，其頻率為50赫茲，其周期為20毫秒。所述的離散傅立葉變換DFT1的基波頻率為50赫茲。
（3）取n2個周波的基波電流值I1組成序列a，每n2個周波對序列a進行一次離散傅立葉變換DFT2，並根據離散傅立葉變換DFT2的結果求出序列a的基波電流值I2。其中，n2的取值為50。所述的離散傅立葉變換DFT2的基波頻率為1赫茲。當不對稱電流源沒有發出方波特徵信號時，序列a的基波電流值I2為線路上的正常負荷電流。當不對稱電流源發出方波特徵信號時，序列a的基波電流值I2為線路上的正常負荷電流與方波特徵信號電流的和。
（4）依次取n3個序列a的基波電流值I2組成序列b，按照先進先出的方式，每隔時間T對序列b進行更新。當序列b中的基波電流值的數量達到n3個後，序列b中的基波電流值I2的數量始終保持在n3個。其中，n3取值為8，時間T取值為1秒。
（5）設定序列a的基波電流值I2的閾值範圍，根據序列a的基波電流值I2的閾值範圍，每隔時間T對序列b中的基波電流值進行單相接地故障判斷。若序列b的n3個序列a的基波電流值I2中，至少有n4個序列a的基波電流值I2在閾值範圍內，則可判斷為單相接地故障。其中，n4取值為6，時間T取值為1秒。
所述序列a的基波電流值I2的閾值範圍，由不對稱電流源的安裝位置、限流電阻的大小以及線路接地時的接地阻抗決定。考慮到單相接地可能為金屬性接地，也可能為高阻性接地；當不對稱電流源安裝在變電站內，高壓真空接觸器安裝在接地變壓器中性點時，閾值範圍設定為8～60A。
具體地說，當不對稱電流源安裝在變電站內時，若序列b中的8個序列a的基波電流值I2分別為3A、1A、23A、40A、42A、39A、41A、42A，則可知有6個基波電流值I2落在8～60A範圍內，因此，可判斷為單相接地故障。若序列b中的8個序列a的基波電流值I2分別為2A、3A、12A、3A、5A、2A、2A、1A，則可知只有1個基波電流值I2落在8～60A範圍內，因此，可判斷為是由負荷波動引起的電流值，不判斷為單相接地故障。
由於當發生單相接地故障時，只有故障點和不對稱電流源之間的故障指示器會發生動作。因此，當判斷出存在單相接地故障時，可以判斷出故障線路和具體的故障點。因為非故障線路上的故障指示器不發生動作，故障線路上的故障指示器發生動作；所以，在故障線路上，故障點位於相鄰的發生動作的故障指示器和沒發生動作的故障指示器之間。
榮譽表彰
2020年7月17日，《一種故障指示器接地故障判定方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。
