专利名称：一种中性点非有效接地系统零序电流测量装置及方法
技术领域：
本发明涉及电力系统继电保护领域，特别涉及一种中性点非有效接地系统零序电 流测量装置及方法。
背景技术：
电力变压器中性点不接地的电力系统发生单相接地短路时，没有短路回路，不会 产生短路电流，电力系统继电保护可以不用跳闸，电力系统允许继续运行一段时间。但是单 相接地对电力系统也是有害的。因此，这种系统发生单相接地短路时，继电保护必须发出报 警信号，由运行值班人员做出相应处理，最后对故障线路进行停电检修。为了对故障线路进 行停电检修，继电保护应当发出报警信号并指出故障线路。继电保护判断出是否发生单相 接地短路很容易实现。但是，中性点不接地系统发生单相接地短路时的容性电流较小，判断 出哪一条线路发生故障就很困难。至今国内外单相接地选线装置的正确动作率很低。常用的办法是发生单相接地故障时，利用电力系统自身产生的故障量来检测。有 比较各条线路零序电流幅值大小的群幅比较原理；有比较各条线路零序电流相位差别的群 相比较原理；也有两者结合的群幅群相比较原理。由于中性点不接地的电力系统发生单相 接地故障时的容性电流随系统结构和运行方式的变化而变化，有时很大，有时很小，加上电 流互感器TA误差，单相接地选线装置的测量误差等因素的影响，很多情况下，难以判断出 故障线路。为解决单相接地选线装置的正确动作率低的问题，发明专利申请号为931113091 的发明专利提出了一种外加交流信号的方法。发明专利申请号为2004100240158的发明专 利提出了一种小接地电流系统单相接地故障选线方法。这些方法需要外加信号电源，使用 不方便，装置性能仍然不满足要求。发生单相接地故障时，利用电力系统自身产生的故障量来检测的原理可靠，主要 问题在于被测量的零序电流很小，装置测量误差大，造成单相接地选线装置的正确动作率 很低。

发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种中性点非有效接地系统零序电流 测量装置及方法，它通过改进中性点非有效接地系统单相接地故障选线装置的测量环节与 测量方法，提高测量零序电流的灵敏度与精度。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案 一种中性点非有效接地系统零序电流测量装置，它包括
小型电压互感器TV，它的一次侧线圈输入电压量，二次侧串联电阻R3，电阻R3 —端接 地，另一端连接运算电路的一个输入端；运算电路的输出端与至少一个比例放大器连接，比例放大器则与相应的A/D模数转换电路连接，A/D模数转换电路与微机系统连接；
微机系统，它的输出端通过至少一个D/A数模转换电路，D/A数模转换电路与相应的比 例放大电路连接，该比例放大电路输出端接运算电路的另一个输入端。所述小型电压互感器TV的一次侧线圈输入的电压量为电阻R2两端的电压，电阻 R2串联在一次系统零序电流互感器的二次侧，电阻R2并联压敏电阻R1、电容Cl，电阻R2获 取与一次系统零序电流成比例的电压。所述电阻R3并联电容C2。所述运算电路的输出端分别与比例放大电路II、比例放大电路III连接，比例放 大电路II、比例放大电路III分别与相应的A/D模数转换电路I和A/D模数转换电路II连接。所述D/A数模转换电路与比例放大电路I连接，比例放大电路I输出与运算电路 的另一个输入端连接。一种采用中性点非有效接地系统零序电流测量装置的工作方法，它的过程为
电力系统正常运行时，中性点非有效接地系统零序电流测量装置开始投入运行，串联 在零序电流互感器的输出的电阻R2两端的电压接至装置的小型电压互感器TV —次侧线 圈，串联在小型电压互感器TV 二次侧线圈的电阻R3的两端电压Ul输入运算电路的其中 一个输入端子，运算电路的输出电压经比例放大器II和A/D模数转换电路I得到Ul数字 信号，并输入微机系统；
微机系统对Ul数字信号进行处理后形成Ul的影像数字信号Un，微机系统把Un输出 给D/A数模转换电路，D/A数模转换电路输出与数字信号Un相对应的模拟信号，该模拟信 号经比例放大器I输入运算电路的另一个输入端子，运算电路对两个输入端的信号进行运 算，运算结果使运算电路输出电压U3为零；
如果U3没有降为零，微机系统对Ul数字信号继续进行处理，形成Ul新的影像数字信 号Un，微机系统把新的Un输出给D/A数模转换电路；如此反复，直至U3达到最小值；微机 系统把U3达到最小值时的Un的一段周期数字信号作为记忆信号Um存入微机系统存储时 间较长的存储器；
微机系统获得记忆信号^!后，不再从A/D模数转换电路I取Ul电压波形数字信号；而 是把记忆信号周期地输出给D/A数模转换电路；并从A/D模数转换电路II取Ul电压波 形数字信号；
电力系统发生单相接地故障，微机系统从A/D模数转换电路II获取的Ul电压波形数 字信号为装置测量到的输电线路中的容性零序电流。本发明的有益效果是容性零序电流在测量电路的第一环节就得到放大；各种稳 态干扰信号在装置本体最前端就得到消除；装置本体可尽量放大有用的零序电流信号，使 故障选线装置对零序电流的测量灵敏度与精度得到很大提高，保证故障选线装置做出正确 选择。


图1表示一种中性点非有效接地系统零序电流测量装置逻辑框其中，1.微机系统，2.比例放大电路I，3.比例放大电路II，4.比例放大电路III，5. D/A数模转换电路，6. A/D模数转换电路I，7. A/D模数转换电路II，8.运算电路。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步说明。一种中性点非有效接地系统零序电流测量装置如图1所示。零序电流互感器的输 出端串联一个电阻R2，以获取与零序电流成比例的电压。以往的故障选线装置的零序电流 互感器输出的是按照零序电流互感器变比减小了的零序电流，一次系统中容性零序电流本 来就很小，经电流互感器变比，电流互感器二次测零序电流更小。电流互感器二次侧零序电 流然后送给故障选线装置的又一个小型电流互感器，零序电流经故障选线装置的又一个小 型电流互感器变比，小型电流互感器二次侧零序电流再一次减小。小型电流互感器二次侧 串联一个电阻，以获取与零序电流成比例的电压，这个零序电压较小。很小的零序电流在转 换中，很容易被零序电流互感器的励磁电流和故障选线装置的小型电流互感器励磁电流干 扰，零序电流信息甚至被二个电流互感器的励磁电流埋没。本发明在一次系统的零序电流互感器的输出串联一个电阻R2，很小的零序电流可 以获得较大的零序电压值，容性零序电流在测量电路的第一环节就得到放大。电阻R2两端 较大的零序电压值在传输过程不容易被干扰，不会被零序电流互感器的励磁电流和故障选 线装置的小型电流互感器励磁电流所埋没，因此，装置对零序电流的测量灵敏度与精度得 到很大提高。电力变压器中性点不接地的输电线路不论是正常运行，还是发生相间短路，都没 有零序电流。零序电流互感器二次侧开路不会出现高电压，特别是一次侧三相导线穿过环 形铁芯的电缆零序电流互感器，二次侧开路不会出现高电压。如果是三相电流互感器TAa、 TAb、TAc 二次侧相加的零序电流互感器(如图1所示)，由于三相电流互感器误差和环境的 不平衡，将有不平衡零序电流；零序电流互感器二次侧开路将产生很大过电压。为了减小不 平衡零序电流的影响，零序电流互感器输出串联一个电阻R2;且不平衡零序电流大时，电 阻R2取小值；不平衡零序电流小时，电阻R2取大值；既不产生过电压，又能获得较大零序 电压值。为了防止高频干扰在电阻R2两端产生过电压，电阻R2并联一个压敏电阻R1，电压 小于规定值时，压敏电阻Rl很大；电压大于规定值时，压敏电阻Rl很小，过电压通过压敏电 阻Rl放电，保护二次回路设备。电阻R2并联一个电容Cl，小型电压互感器TV 二次线圈并 联一个电容C2，电容Cl、C2为抗干扰电容；减小暂态脉冲干扰对装置测量电路的影响。电力系统正常运行时，中性点非有效接地系统零序电流测量装置开始投入运行， 这时输电回路没有零序电流，电阻R2两端为不平衡零序电压。电阻R2两端的电压经电缆 接至装置的小型电压互感器TV —次线圈，小型电压互感器TV 二次线圈串联电阻R3，电阻 R3的两端电压Ul输入比例力卩(减)运算电路8，比例加(减)运算电路8的输出电压U3经比 例放大器113和A/D模数转换电路16得到Ul数字信号，并输入微机系统1 ；微机系统1控 制A/D模数转换电路16对比例放大器113输出的电压信号进行采样和模数转换，Ul模拟 信号变为数字量后存入微机系统1的存储器。微机系统1对Ul数字信号进行处理，形成Ul的影像数字信号Un，然后把Un数字 信号输出给D/A数模转换电路5，D/A数模转换电路5把Un数字信号转换为模拟信号，该 模拟输出信号经比例放大器12输出U2电压信号(例如U2电压信号波形与Ul电压波形相反)，并输入加(减)运算电路8，U2电压与Ul电压经加(减)运算电路8运算(例如相加)， 使U3为零。可见，微机系统1对Ul数字信号进行处理形成Ul的影像数字信号Un的目标 是使U3为零，或尽可能小。微机系统1对Ul数字信号进行处理形成Ul的影像数字信号Un 的比较简单的处理方法，是对Ul取反；即Ul正电压波取反，作为Un负电压波；Ul负电压波 取反，作为Un正电压波。另一个方便的处理方法是，微机系统1只对Ul数字信号中的工频 正弦信号进行处理，形成Ul的影像数字信号Un的目标是使U3中的工频正弦信号为零，或 尽可能小。Ul数字信号中的非工频正弦信号，由其他模拟滤波器或数字滤波器处理。微机 系统1使U3越小，所需要的处理方法越复杂。所以，装置的性能指标与处理复杂程度需权 衡处理。如果U3没有降为零，微机系统1对Ul数字信号继续进行处理，形成Ul新的影像 数字信号Un，微机系统1把新的Un输出给D/A数模转换电路5 ；如此反复，直至U3达到最 小值；微机系统1把U3达到最小值时的Un的一段周期数字信号作为记忆电压信号^!存入 微机系统存储时间较长的存储器；
微机系统1获得记忆电压信号^!后，不再从与比例放大器Π3连接的A/D模数转换电 路16取Ul电压波形数字信号；而是把记忆电压信号^1周期地输出给D/A数模转换电路5 ； 并从与比例放大器III4连接的A/D模数转换电路117取Ul电压波形信号，此时的Ul反映 输电线路中的容性零序电流波形。电力系统发生单相接地故障，从与比例放大器III4连接的A/D模数转换电路117 获取的Ul电压波形信号为装置测量到的输电线路中的容性零序电流波形；微机系统1获取 与母线连接的所有输电线路的零序电流，据此判断出故障线路。电力系统正常运行时，从比例放大器III4连接的A/D模数转换电路117获取的 Ul电压波形信号很小，为稳态干扰信号。电力系统发生单相接地故障时，输电线路有零序 电流；从比例放大器III4连接的A/D模数转换电路117可获取零序电流信息。如果从A/D 模数转换电路Π7获取零序电流信息较小，可加大比例放大器II14的放大倍数来提高装置 的测量灵敏度与精度。由于稳态干扰信号已经被减小，比例放大器II14的放大倍数可以比 较大。从而提高装置对零序电流的测量灵敏度与精度。稳态干扰信号可能会随着电力系统运行方式的改变而变化，微机系统1中的记忆 电压信号可根据设计的固定时间间隔自动更新，也可根据电力系统单相接地短路发生 前测量到的零序电流变化情况自适应更新。在电力系统单相接地短路发生前使稳态干扰信 号对装置的干扰最小；以便电力系统单相接地短路发生后装置能够获得尽可能大的零序电 流测量灵敏度与精度。图1表示的一种中性点非有效接地系统零序电流测量装置逻辑框图，只对一条输 电线路零序电流进行测量；一套中性点非有效接地系统故障选线装置需要对多条输电线路 零序电流进行测量，所以，需要对多套图1表示的测量装置进行组合，方可实现故障选线任 务。本发明中性点非有效接地系统零序电流测量装置及方法可用现有技术设计制造， 完全可以实现。有广阔应用前景。
权利要求
1.一种中性点非有效接地系统零序电流测量装置，其特征是，它包括小型电压互感器TV，它的一次侧线圈输入电压量，二次侧串联电阻R3，电阻R3 —端接 地，另一端连接运算电路的一个输入端；运算电路的输出端与至少一个比例放大器连接，比 例放大器则与相应的A/D模数转换电路连接，A/D模数转换电路与微机系统连接；微机系统，它的输出端通过至少一个D/A数模转换电路，D/A数模转换电路与相应的比 例放大电路连接，该比例放大电路输出端接运算电路的另一个输入端。
2.如权利要求1所述的中性点非有效接地系统零序电流测量装置，其特征是，所述小 型电压互感器TV的一次侧线圈输入的电压量为电阻R2两端的电压，电阻R2串联在一次系 统零序电流互感器的二次侧，电阻R2并联压敏电阻R1、电容Cl，电阻R2获取与一次系统零 序电流成比例的电压。
3.如权利要求1所述的中性点非有效接地系统零序电流测量装置，其特征是，所述电 阻R3并联电容C2。
4.如权利要求1所述的中性点非有效接地系统零序电流测量装置，其特征是，所述运 算电路的输出端分别与比例放大电路II、比例放大电路III连接，比例放大电路II、比例放 大电路III分别与相应的A/D模数转换电路I和A/D模数转换电路II连接。
5.如权利要求1所述的中性点非有效接地系统零序电流测量装置，其特征是，所述D/A 数模转换电路与比例放大电路I连接，比例放大电路I输出与运算电路的另一个输入端连 接。
6.一种采用权利要求1所述的中性点非有效接地系统零序电流测量装置的工作方法， 其特征是，它的过程为电力系统正常运行时，中性点非有效接地系统零序电流测量装置开始投入运行，串联 在零序电流互感器的输出的电阻R2两端的电压接至装置的小型电压互感器TV —次侧线 圈，串联在小型电压互感器TV 二次侧线圈的电阻R3的两端电压Ul输入运算电路的其中 一个输入端子，运算电路的输出电压经比例放大器II和A/D模数转换电路I得到Ul数字 信号，并输入微机系统；微机系统对Ul数字信号进行处理后形成Ul的影像数字信号Un，微机系统把Un输出 给D/A数模转换电路，D/A数模转换电路输出与数字信号Un相对应的模拟信号，该模拟信 号经比例放大器I输入运算电路的另一个输入端子，运算电路对两个输入端的信号进行运 算，运算结果使加(减)运算电路输出电压U3为零；如果U3没有降为零，微机系统对Ul数字信号继续进行处理，形成Ul新的影像数字信 号Un，微机系统把新的Un输出给D/A数模转换电路；如此反复，直至U3达到最小值；微机 系统把U3达到最小值时的Un的一段周期数字信号作为记忆信号Um存入微机系统存储时 间较长的存储器；微机系统获得记忆信号^!后，不再从A/D模数转换电路I取Ul电压波形数字信号；而 是把记忆信号Um周期地输出给D/A数模转换电路；并从A/D模数转换电路II取Ul电压波 形数字信号；电力系统发生单相接地故障，微机系统从A/D模数转换电路II获取的Ul电压波形数 字信号为装置测量到的输电线路中的容性零序电流。
全文摘要
本发明涉及一种中性点非有效接地系统零序电流测量装置及方法。它改进中性点非有效接地系统单相接地故障选线装置的测量装置与测量方法，提高测量零序电流的灵敏度与精度。其零序电流互感器输出串联电阻R2，电阻R2并联小型电压互感器一次线圈，小型电压互感器二次线圈输出串联电阻R3，电阻R3其中一端接地，另一端连接运算电路的其中一个输入端，运算电路的输出连接比例放大器II和比例放大器III，比例放大器II和比例放大器III分别连接A/D模数转换电路后与微机系统连接；微机系统连接D/A数模转换电路，D/A数模转换电路输出连接比例放大器I，比例放大器I输出连接运算电路的另一个输入端。
文档编号G01R19/175GK102135561SQ20111004317
公开日2011年7月27日 申请日期2011年2月23日 优先权日2011年2月23日
发明者李晓明 申请人:山东大学