低压线路三相不对称故障检测方法及综合保护模块技术

本申请公开了一种低压线路三相不对称故障检测方法，它包括零序电流时序鉴别法，其特征还包括任意两相量的时序鉴别方法，同时公开了实现上述方法的低压线路三相不对称故障综合保护模块，该模块包括零序电压信号处理电路和零序电流信号处理电路，其特征是还包括不对称故障时序鉴别器，三相电压信号处理电路和三相电流信号处理电路。本申请解决了中性点接地的３８０Ｖ、６６０Ｖ电网单相经高电阻接地故障选线的灵敏度准确性问题，同时实现了依据故障特征对缺相运行和两相短路进行检测与保护，具有新的实用价值和推广前景，并在中低压电网具有通用性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统故障检测和继电保护装置，具体涉及低压线路单相接地漏电或短路、单相断线(缺相运行)及两相短路等三种不对称故障的鉴别与保护。
技术介绍
工矿企业低压(380V或660V)电网的中性点有直接接地和不接地两种方式。例如煤矿井下低压电网都采用中性点不接地方式，而一般工矿企业及农网的地面低压电网多采用中性点直接接地的三相四线制方式。这种三相四线制低压电网一方面要担负不少低压异步电动机的三相动力负荷供电，同时又要担负大量的办公室自动化设备、家用电器及照明等单相负荷用电。由于单相负荷很难做到三相均衡配置与协调运行，致使这类低压电网的不少线路经常出现严重的三相电流不平衡，并导致母线三相电压不平衡。从而迫使低压线路的单相接地短路保护或零序电流保护不得不提高动作整定值(加大门槛)，降低动作灵敏度。结果是当线路发生单相高阻接地时(例如低压架空线一相断线落在岩石上、树枝上或干躁地面上)，由于单相对地漏泄电流较小，达不到低压线路短路保护或零序电流保护的动作整定值而长久不动作，结果引起动力变压器中压侧熔断器一相熔件烧断，导致动力变压器缺相运行，又这种变压器多为Y/Y0接线，从而引起整个低压电网缺相运行，造成大量异步电动机同时烧毁，这不仅造成设备损坏和直接经济损失，而且引起相关用电户生产环节停顿及其他不良后果。单相接地故障长久不排除的另一后果，是导致两相接地短路或相间直接短路。申请人依据自己专利技术的“零序电流(基波)时序鉴别法则”于2002年4月申请了专利技术专利“小电流接地系统单相接地选线方法与装置”(公开号CN1453916A)，同年6月又申请了技术专利“小电流接地系统单相接地选线装置(专利号ZL02237567.8)”，又于2005年1月同时申请了两项技术专利“谐振接地系统单相接地选线装置(专利号ZL200520080013.0)”和“矿井低压电网时序鉴别选漏保护器(专利号ZL200520081430.7)”。上述专利成果的选线方法都是采用“零序电流时序鉴别方法”，该选线装置或保护器都是由单相接地时序鉴别模块和外围电路组成的。但这些选线方法及装置只用于中性点不接地或中性点经消弧线圈(或零序电抗器)接地的中低压电网，仅作为单相接地漏电故障检测与选择性保护，不能用作断相故障、两相短路故障的检测与保护。
技术实现思路
本专利技术的目的，一是在“零序电流(基波)时序鉴别法则”基础上，专利技术一种“任意两相量时序鉴别方法”用以解决断相故障、两相短路故障的检测问题；二是根据“任意两相量时序鉴别法”，在“矿井低压电网时序鉴别选漏保护器”基础上进行改进，专利技术一种“低压线路三相不对称故障综合保护模块”，用于单相接地、断相、两相短路三种不对称故障的识别与保护。本专利技术的不对称故障检测方法是它包括“零序电流时序鉴别法”，其特征还包括“任意两相量的时序鉴别方法”，该方法的步骤是1、将一个正弦波信号整形得出的高、低电平各占180°的规则矩形波定义为基准相量JZ；将另一个与JZ同频率的正弦波或非正弦波信号整形得到的规则或非规则矩形波定义为参鉴相量CJ，并设定以下鉴别法则 CJ的上升沿必须滞后于JZ的上升沿而超前于JZ下降沿，CJ的下降沿必须滞后JZ下降沿0°～180°，若符合此法则，则确定相量CJ必滞后于相量JZ；否则，本法则无效。根据该鉴别法则设计“任意两相量时序鉴别器”，该时序鉴别器可以是一个设置有两相量时序鉴别程序的单片机，或者是一个设置有“两相量时序鉴别电路”的复杂可编程逻辑器件CPLD。一个时序鉴别器中可以包含多个不同功用的时序鉴别电路。2、从电网线路上的三相电流互感器TA二次绕组取出三相电流信号Ia、Ib、Ic，经I/V变换后分别经过滤波再分成三组，一组分别经整形得到矩形波Ia、Ib、Ic；第二组分别经移相、整形得到矩形波Iay、Iby、Icy；第三组分别经鉴幅、整形得到矩形波IaF、IbF、IcF。从电压互感器TV二次绕组取出三相电压Uab、Ubc、Uca信号，分别经移相、整形得到矩形波Uaby、Ubcy、Ucay。3、根据线路故障特征，确定“两相量时序鉴别电路”输入端JZ、CJ的连接方法。当要检测三相线路中某一相(如A相)断线(缺相运行)时，则设定Icy为JZ，Ib为CJ。当要检测三相线路发生某两相短路(如ab两相短路)故障时，则设定Iby为JZ，Ia为CJ。为实现上述方法，本专利技术还专利技术了一种综合保护模块，该模块包括零序电压信号处理电路和零序电流信号I0处理电路，其特征是还包括不对称故障时序鉴别器，三相电压信号处理电路和三相电流信号处理电路，其中不对称故障时序鉴别器可以是一个设置有零序电流时序鉴别程序和两相量时序鉴别程序的单片机，也可以是一个设置有零序电流时序鉴别电路和两相量时序鉴别电路的复杂可编程逻辑器件CPLD。三相电流信号处理电路是从线路上的三相电流互感器TA二次绕组取出三相电流信号Ia、Ib、Ic，分别经过滤波后再分成三组，一组再分别经整形、光电隔离后接入“不对称故障时序鉴别器”的Ia、Ib、Ic三个输入端；第二组分别再经移相、整形、光电隔离后接入“不对称故障时序鉴别器”的Iay、Iby、Icy三个输入端；第三组分别再经鉴幅、整形、光隔后接入“不对称故障时序鉴别器”的IaF、IbF、IcF三个输入端。三相电压信号处理电路是从电压互感器TV二次绕组取出三相电压信号Uab、Ubc、Uca分别经滤波、移相、整形、光电隔离后接到“不对称故障时序鉴别器”的对应输入端Uaby、Ubcy、Ucay。本专利技术的积极效果是1、将基于零序基波时序鉴别法则的单相接地选线方法与保护装置，从只用于中性点不直接接地电网，推广应用到中性点直接接地的三相四线制电网，解决了中性点接地的380V、660V电网单相经高电阻接地故障选线的灵敏度准确性问题，具有新的实用价值和推广前景。2、在零序电流(基波)时序鉴别方法的基础上，专利技术了三相系统中电流、电压任意“两相量的时序鉴别方法”，进一步实现了缺相运行、两相短路等不对称故障的检测与保护，应用范围更宽广。3、“不对称故障综合保护模块”虽然是从中性点直接接地的三相四线制低压电网实际情况出发立项研究与开发的，但同样可用于中性点不直接接地的低压电网乃至中压电网，在中低压电网具有通用性。4、电力线路中单相接地、断相运行、两相短路三种不对称故障发生概率的和，占线路上所有故障总概率的95％以上；“不对称故障综合保护模块”使得三相线路中95％以上的故障检测与保护只依据时序逻辑鉴别，而不需具体参数计算与整定，从而使线路故障的检测与保护大为简化，运行维护更加简便。附图说明图1是本专利技术方法中“任意两相量间的时序鉴别法则”示意图；图2是“不对称故障时序鉴别器”中“两相量时序鉴别电路”的基本原理图；图3是“不对称故障综合保护模块”构成原理方框图。具体实施例方式现结合图1说明本专利技术方法中任意两相量的时序鉴别法则的设定情况，图中a、b所示的JZ和CJ的波形时序关系符合本法则，c、d、e所示的JZ和CJ的波形时序关系不符合本法则。现结合图2说明两相量时序鉴别电路的基本原理，它是由两个D触发器DC1、DC2，两个非门F1、F2，一个二与非门YF，一个R-S锁存器RS及一个分频和限时电路所组成。在图2中，相量JZ接DC1的D输入端，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低压线路三相不对称故障检测方法，它包括零序电流时序鉴别法，其特征还包括任意两相量时序鉴别方法，该方法的具体步骤是：（１）将一个正弦波信号整形得出的高、低电平各占１８０°的规则矩形波定义为基准相量ＪＺ；将另一个与ＪＺ同频率的正弦波 或非正弦波信号整形得到的规则或非规则矩形波定义为参鉴相量ＣＪ，并设定以下鉴别法则：ＣＪ的上升沿必须滞后于ＪＺ的上升沿而超前于ＪＺ下降沿，ＣＪ的下降沿必须滞后ＪＺ下降沿０°～１８０°，若符合此法则，则确定相量ＣＪ必滞后于相量ＪＺ；否则 ，本法则无效；根据该鉴别法则设计任意两相量时序鉴别器；（２）从电网线路上的三相电流互感器ＴＡ二次绕组取出三相电流信号Ｉ↓［ａ］、Ｉ↓［ｂ］、Ｉ↓［ｃ］，经Ｉ／Ｖ变换后分别经过滤波再分成三组，一组分别经整形得到矩形波Ｉ↓［ａ］ 、Ｉ↓［ｂ］、Ｉ↓［Ｃ］；第二组分别经移相、整形得到矩形波Ｉ↓［ａｙ］、Ｉ↓［ｂｙ］、Ｉ↓［ｃｙ］；第三组分别经鉴幅、整形得到矩形波Ｉ↓［ａＦ］、Ｉ↓［ｂＦ］、Ｉ↓［ｃＦ］；从电压互感器ＴＶ二次绕组取出三相电压Ｕ↓［ａｂ］、Ｕ↓［ｂ ｃ］、Ｕ↓［ｃａ］信号，分别经移相、整形得到矩形波Ｕ↓［ａｂｙ］、Ｕ↓［ｂｃｙ］、Ｕ↓［ｃａｙ］；（３）根据线路故障特征，确定“两相量时序鉴别电路”输入端ＪＺ、ＣＪ的连接方法。当要检测三相线路中某一相断线时，则设定Ｉ↓［ｃｙ］为ＪＺ ，Ｉ↓［ｂ］为ＣＪ。当要检测三相线路发生某两相短路故障时，则设定Ｉ↓［ｂｙ］为ＪＺ，Ｉ↓［ａ］为ＣＪ。...

【技术特征摘要】
1.一种低压线路三相不对称故障检测方法，它包括零序电流时序鉴别法，其特征还包括任意两相量时序鉴别方法，该方法的具体步骤是(1)将一个正弦波信号整形得出的高、低电平各占180°的规则矩形波定义为基准相量JZ；将另一个与JZ同频率的正弦波或非正弦波信号整形得到的规则或非规则矩形波定义为参鉴相量CJ，并设定以下鉴别法则CJ的上升沿必须滞后于JZ的上升沿而超前于JZ下降沿，CJ的下降沿必须滞后JZ下降沿0°～180°，若符合此法则，则确定相量CJ必滞后于相量JZ；否则，本法则无效；根据该鉴别法则设计任意两相量时序鉴别器；(2)从电网线路上的三相电流互感器TA二次绕组取出三相电流信号Ia、Ib、Ic，经I/V变换后分别经过滤波再分成三组，一组分别经整形得到矩形波Ia、Ib、Ic；第二组分别经移相、整形得到矩形波Iay、Iby、Icy；第三组分别经鉴幅、整形得到矩形波IaF、IbF、IcF；从电压互感器TV二次绕组取出三相电压Uab、Ubc、Uca信号，分别经移相、整形得到矩形波Uaby、Ubcy、Ucay；(3)根据线路故障特征，确定“两相量时序鉴别电路”输入端JZ、CJ的连接方法。当要检测三相线路中某一相断线时，则设定Icy为JZ，Ib为CJ。当要检测三相线路发生某两相...

【专利技术属性】
技术研发人员：傅桂兴，付英，
申请(专利权)人：傅桂兴，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]