利用电流变化率检测短路故障的方法技术

本发明专利技术涉及一种电气设备或线路短路故障的检测方法。一种利用电流变化率检测短路故障的方法，利用电流检测装置对线路或用电设备的电流实时进行检测，首先根据正常时线路电流表达式确定线路或用电设备正常情况下的电流和电流变化率，然后建立线路或用电设备短路故障状态下的数学模型，分析对应线路或用电设备短路故障状态下电流波形变化规律，计算出线路或用电设备短路故障状态下的短路电流和短路电流变化率，根据线路或用电设备短路故障状态下的电流波形变化与正常情况下的电流波形变化的区别，对某一时间段内的电流变化率进行连续检测，如果连续检测到的多次电流变化率都超过正常情况下的电流变化率，则认为是用电设备发生了短路故障。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电气设备或线路短路故障的检测方法，特别是涉及一种通过监测线路或用电设备电流变化率进行短路检测的方法。
技术介绍
对工农业、供配电、消防等各行业电气设备进行短路保护，是保证设备正常作业及生产安全重要的保护措施之一，进行短路保护首先必需准确的检测到故障信号，再准确、及时的采取保护措施。目前国内外的短路检测技术，主要采用以下几种方式1、基于检测短路电流大小的过流保护技术，这种过流保护按照躲过电动机的最大启动电流的原则进行整定，在供电线路长，线路末端短路时，短路电流很小，保护的灵敏系数很难达到要求；2、基于相敏原理的短路保护技术，现国内外研究较多，也比较成熟，虽然解决了保护灵敏度的问题，但此种技术只能保护三相短路，两相短路不动作；3、基于载频原理的短路保护技术，国内在煤矿煤电钻综合保护器中应用较多。但此种保护对线路参数(电缆截面、长度和电源变压器等)要求严格，线路参数超出范围误动作，可靠性差。对于一些关键岗位电气设施保护装置的误动作，可能引发的巨大灾难和给工农业生产造成的重大损失。 可见，如果能够研发出一种准确、可靠的短路故障检测及保护技术，对维护正常的工农业生产，保障社会和人民群众的生命财产安全，是多么的重要。 中国专利技术专利ZL 95108848.3(公告号CN 1053277C，授权公告日2000年6月7日)公开的一种短路故障电流通路的检测方法及故障指示器，通过检测电流变化率ΔI/t＞K，电流下降为零的时间ΔT满足t1≤ΔT≤t2来判别故障，公开了一种有效的短路故障电流通路的检测方法及其故障指示器。该专利技术的检测方法判别故障通路准确，不会有误动作，按此法设计的故障指示器使用方便，前景广阔。但其存在的一个缺点是，其判断电流短路故障的标准不是真正建立在故障状态下短路电流的电流变化率数学模型基础上，目的是判断线路在继电保护装置控制断开后的故障通路，其前提是线路继电保护装置判断短路故障断开线路后装置动作，因而不是真正意义上的利用电流变化率检测短路故障进行短路保护的方法。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术不足，提出一种，利用线路或用电设备发生短路时，线路电流发生突变的原理，建立短路及其他故障(过载)系统数学模型，通过对短路电流波形在不同时段的变化率进行监测，根据短路故障电流波形变化和其他故障电流波形变化规律的不同，准确判断出线路或用电设备的短路故障，作为进一步采取保护措施的依据。 本专利技术所采用的技术方案 一种，利用电流检测装置对线路或用电设备的电流实时进行检测，(1)首先根据正常时线路电流表达式 计算并确定所述线路或用电设备正常情况下的电流变化率Is，(2)然后建立线路或用电设备短路故障状态下的数学模型，分析对应线路或用电设备短路故障状态下电流波形变化规律 短路故障状态下的短路电流由正常时线路电流表达式的微分方程 确定，该微分方程为一阶常系数非齐次微分方程，解为 短路电流的周期分量随时间按正弦规律变化 is＝Ipemsin(ωt+θ-φs) 短路电流的非周期分量随时间按指数规律衰减 短路回路阻抗角 根据以上数学模型，计算出所述线路或用电设备短路故障状态下的短路电流变化率，(3)根据线路或用电设备短路故障状态下的电流波形变化与正常情况下的电流波形变化的区别；对某一时间段内的电流变化率进行连续检测，如果连续检测到的多次电流变化率都超过正常情况下的电流变化率 则认为是用电设备发生了短路故障。 所述，根据干扰信号的特点一般是无规律的短时几个窄脉冲，设计软件滤波程序，在某一时间段内t连续检测5～20次电流变化率，t取0.1ms，当连续检测到的多次电流变化率都超过正常情况下的电流变化率 时，则认为是线路或用电设备发生了短路故障，否则则认为是干扰电流突变。 所述，通过试验，选择在0.1ms内连续检测10次电流变化率的最佳连续检测次数方案，如果在0.1ms内连续检测到的10次电流变化率都超过正常情况下的电流变化率 则认为是用电设备发生了短路故障。 所述，采用三相空心电流检测互感器对线路或用电设备的电流进行检测，三相空心电流检测互感器的输出信号经过预处理转换成电压信号接入A/D转换器，经A/D转换器转换成数字信号接入一中央处理器的相应I/O输入端口，所述中央处理器内置电流变化率检测及控制管理程序，中央处理器在系统初始化后，运行自检程序，并接收A/D转换器传送的电流信号，启动定时器并置计数初值，在计时时间内每间隔一定时间依次取电流值，并计算每后一次电流值与之前电流值的绝对值|In-In-1|，如果则计数器设置的计数初值n减去1，反之则不计数，重新启动定时器；在计时器计时时间内如果连续n次的电流变化率都大于正常情况下的电流变化率 则判断线路或用电设备发生了短路故障，中央处理器通过其相应I/O端口发出短路指令信号，n为自然数。 所述，识别干扰电流突变与短路电流突变，滤除干扰杂波，同时采用硬滤波方法，即在供电主回路设置阻容滤波电路，滤除杂波，排除干扰信号的影响。 本专利技术的有益积极效果 1、本专利技术，设计合理，科学缜密，故障判断准确。利用线路或用电设备发生短路时，线路电流发生突变的原理，建立短路及其他故障(过载)系统数学模型，通过对短路电流波形在不同时段的变化率进行监测，区分短路故障电流波形变化与其他故障电流波形变化的差别，可以准确识别干扰电流波形突变与短路电流波形突变，判断出线路或用电设备短路故障。 2、本专利技术，利用单片机设计开发并通过反复试验优化单片机控制程序逻辑关系，数据采集准确，运算快速，判断线路或用电设备短路故障准确、及时。利用电流变化率的短路检测技术应用在生产实践中，可以使线路或电气设备保障措施准确、及时发挥作用，有效避免线路或用电设备短路故障带来的负面效应，减少经济损失。 3、本专利技术，采用全数字化抗干扰设计，综合采用软件滤波和硬件滤波，抗电网污染、电磁干扰能力强，解决了现有短路监测、判断技术精确度低、抗干扰能力差的问题，可以有效避免短路保护装置误动作。 四附图说明 图1本专利技术利用电流变化率的短路故障检测方法流程方框图 图2线路或用电设备短路电流暂态过程波形示意图 图3煤电钻综合保护装置系统接线图 图4煤电钻短路故障状态电流波形示意图 图5煤电钻短路故障状态电流波形局部放大示意图 图6当φ＞90°，即电流处于正半周的下降段短路时，短路电流波形示意图 图7电流处于正半周的下降段短路时，短路电流波形局部放大示意图 图8软件滤波波形示意图 五具体实施例方式 实施例一本专利技术，利用电流检测装置对线路或用电设备的电流实时进行检测，(1)首先根据正常时线路电流表达式 计算并确定所述线路或用电设备正常情况下的电流变化率 (2)然后建立线路或用电设备短路故障状态下的数学模型供电网络中，正常时线路电流计算公式为 当系统发生短路故障，电流由原来的负载电流增大为短路电流is，其值可由短路回路的微分方程确定该方程为一阶常系数非齐次微分方程，解为 短路电流的周期分量随时间按正弦规律变化 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用电流变化率检测短路故障的方法，利用电流检测装置对线路或用电设备的电流实时进行检测，其特征是：　（１）首先根据正常时线路电流表达式：ｉ↓［ｍ］＝Ｉ↓［ｍ］ｓｉｎ（ωｔ＋θ－φ），计算并确定所述线路或用电设备正常情况下的电流ｉ↓［ｍ］和电流变化率ｄｉ↓［ｍ］／ｄｔ，　（２）然后建立线路或用电设备短路故障状态下的数学模型，分析对应线路或用电设备短路故障状态下电流波形变化规律：　短路故障状态下的短路电流由微分方程　Ｌｄｉ↓［ｓ］／ｄ↓［ｔ］＋Ｒ.ｉ↓［ｓ］＝Ｕ↓［ｍ］ｓｉｎ（ωｔ＋θ）　确定，该微分方程为一阶常系数非齐次微分方程，解为：　ｉ↓［ｓ］＝ｉ↓［ｐｅ］＋ｉ↓［ａｐ］＝Ｉ↓［ｐｅｍ］ｓｉｎ（ωｔ＋θ－φ↓［ｓ］）＋［Ｉ↓［ｍ］ｓｉｎ（θ－φ）－Ｉ↓［ｐｅｍ］ｓｉｎ（θ－φ↓［ｓ］）］ｅ↑［－ｔ／Ｔ↓［ｓ］］　短路电流的周期分量随时间按正弦规律变化：　ｉ↓［ｓ］＝Ｉ↓［ｐｅｍ］ｓｉｎ（ωｔ＋θ－φ↓［ｓ］）　短路电流的非周期分量随时间按指数规律衰减：　ｉ↓［ａｐ］＝［Ｉ↓［ｍ］ｓｉｎ（θ－φ）－Ｉ↓［ｐｅｍ］ｓｉｎ（θ－φ↓［ｓ］）］ｅ↑［－ｔ／Ｔ↓［ｓ］］　短路回路阻抗角：φ↓［ｓ］＝ａｒｃｔａｎωＬ／Ｒ　根据以上数学模型，计算出所述线路或用电设备短路故障状态下的短路电流Ｉ↓［ｓ］和短路电流变化率ｄｉ↓［ｓ］／ｄｔ，　（３）根据线路或用电设备短路故障状态下的电流波形变化与正常情况下的电流波形变化的区别，对某一时间段内的电流变化率ｄｉ↓［ｓ］／ｄｔ进行连续检测，如果检测到的ｎ次电流变化率都超过正常情况下的电流变化率ｄｉ↓［ｍ］／ｄｔ，则认为是用电设备发生了短路故障，ｎ为自然数。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：庞元俊，吉增权，栗成杰，李树伟，梁南丁，叶予光，彭新荣，
申请(专利权)人：庞元俊，
类型：发明
国别省市：41[中国|河南]