一种接地故障监测装置的制作方法

本实用新型涉及一种配电网接地故障定位领域，尤其是一种接地故障监测装置。

背景技术：

配电网发生接地故障时会造成全线大范围、长时间停电，对电力系统的安全、稳定运行造成重大影响，配电网接地故障定位的难点在于中性点经消弧线圈接地系统，由于消弧线圈的引入，在系统中增加了补偿电流，使系统中各处零序电流之间的关系更为复杂，依靠各处零序电流之间的对比实现中性点经消弧线圈接地系统的接地故障定位的方法难度增大，国内虽然提出采用残留增量法、短路故障指示器法、信号注入法和首半波法等，但这些方法都对高过渡电阻接地故障效果不好，接地故障定位的成功率不高，无法对接地故障进行准确实时的监测。

技术实现要素：

本实用新型为了克服以上技术的不足，为此本实用新型提供了一种接地故障监测装置，通过对电压相位、电流相位和电流值的采集，实现对接地故障和相间短路故障的监测。实用性强，即可监测接地短路故障也可监测相间短路故障，判断可靠，对于保证配电网及输电线路安全、稳定运行具有重要意义。

为了实现本实用新型的目的，本实用新型提出的一种接地故障监测装置，包括至少2个分别设置于输电线路第一位置和第二位置的采集模块，以及，与其分别通讯的信息集中采集模块，所述采集模块包括至少3个用于分别采集输电线路的每一相电源参数的信息采集单元，所述信息采集单元将采集的参数发送至信息集中采集模块；

所述信息采集单元至少包括用于采集电压相位的电压相位采集单元，用于采集电流相位和电流有效值的电流采集单元、与电压相位采集单元和电流采集单元输出端耦接的信号处理单元，与信号处理单元的输出端耦接的微处理器单元，以及与微处理单元的通讯端耦接的无线通讯单元，所述信号处理单元基于采集的电流相位和电压相位得到电压和电流相位差；所述信息集中采集模块基于第一位置和第二位置的电压和电流相位差突变判断是否发生接地故障，同时基于第一位置的电流和第二位置的电流差判断是否发生接地故障，并显示电流参数和接地故障信息。

进一步的，电压相位采集单元包括设置输电线路周围金属电极、电阻r、电感l、放电管d、稳压管d1、d2，电阻r的一端耦接金属电极和放电管d的一端，电阻r的另一端和电感l的一端耦接，电感l的一端耦接稳压管d1的阴极，稳压管d1的阳极耦接稳压管d2的阳极，稳压管d2的阴极和放电管d的另一端耦接地。

用金属导体放置在输电线路周围，这样金属导体与输电线路之间可以形成杂散电容，同时金属导体与大地之间也会形成一杂散电容，在双向稳压管两端就可以获得与输电线路电压同频的电压相位方波信号，金属电极外部均要去除尖角，防止靠近高压输电线路时引起尖端放电。

进一步的，信号处理单元至少包括一个与非门芯片或者电能计量芯片。

信号处理单元可以采用与非门电路组合，也可直接采用电能计量芯片完成电压与电流相位差信号的获取。

进一步的，电流采集单元至少包括一只开口式电流互感器。

开口式电流互感器检测的输入电流经过处理后输出至信号处理单元,采用高精度，角度小的开口式电流互感器可完成对电流有效值和矢量角的测量,还可承受400kv绝缘性能，满足10-35kv的高压输电线路的耐压需求。

进一步的，信息集中采集模块包括远传通信单元、信息集中采集微处理器单元、无线发送单元和显示单元，所述远传通信单元和无线发送单元的输入端耦接信息集中采集微处理器单元的通讯端，显示单元的输入端耦接信息集中采集微处理器单元的输出端，其中远传通信单元和无线发送单元至少包括具有授时功能的gps无线发送模块。

进一步的，显示单元至少包括一个屏幕，用于至少显示第一位置和第二位置区间电流的矢量和、每相电流的有效值，相间短路阈值以及输电线路位置信息。

显示单元至的彩色触摸屏，可以用于监测第一位置和第二位置的输电线路的电源信息，并提示接地故障和相间短路故障。

进一步的，远传通信单元和无线发送单元至少包括具有授时功能的gps无线发送模块。

本实用新型的有益效果是：

1、利用金属导体放置在输电线路周围，基于电场耦合获得电压基准，并据此获得电压和电流的相位差。

2、基于电压和电流相位差的突变和电流矢量和两种判断方法判断是否发生接地故障，保证了接地故障判断的配电网及输电线路安全。

3、采用高精度，角差小的开口式电流互感器，本身可以承受400kv绝缘性能测试，满足10-35kv输电线路的耐压需求。

4、可根据检测的电流有效值及预设的相间短路阈值判断是否发生相间短路故障。

附图说明

图1为本实用新型实施例的接地故障监测装置的模块组成和连接关系示意图；

图2为本实用新型实施例的信息采集单元的组成和连接关系示意图；

图3为本实用新型实施例的电压相位采集单元的电路原理示意图；

图4为本实用新型实施例的信号处理单元的电路原理示意图；

图5为相位差信号采集原理；

图6为本实用新型实施例的信息集中采集模块的组成和连接关系示意图；

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明，下述仅是示例性的不限定本实用新型的保护范围。

实施例1

如图1所示，为接地故障监测装置的原理示意图，包括2个设置于输电线路第一位置和第二位置的采集模块、以及，与其分别通讯的信息集中采集模块。

所述采集模块包括至少3个用于分别采集输电线路的每一相的电流相位、电压相位及电流值的信息采集单元，所述信息采集单元将采集的参数发送至信息集中采集模块；信息集中采集模块基于第一位置和第二位置的电压和电流相位差突变判断是否发生接地故障，同时基于第一位置的电流和第二位置的电流差判断是否发生接地故障，并显示电流参数和接地故障信息。

如图2所示，信息采集单元包括用于采集电压相位的电压相位采集单元、用于采集电流相位和电流有效值的电流采集单元，与电压相位采集单元和电流采集单元输出端耦接的信号处理单元，与信号处理单元的输出端耦接的微处理器单元，以及与微处理单元的通讯端耦接的无线通讯单元。

其中，进线电流采集单元至少包括一只开口式电流互感器，实现输电线路第一位置电流的准确测量，主要完成电流有效值和矢量角的测量，开口式电流互感器检测的输入电流经过处理后输出至信号处理单元,采用高精度，角度小的开口式电流互感器可完成对电流有效值和矢量角的测量,还可承受400kv绝缘性能，满足10-35kv的高压输电线路的耐压需求。

如图3所示，电压相位采集单元包括设置输电线路周围金属电极、电阻r、电感l、放电管d、稳压管d1、d2，电阻r的一端耦接金属电极和放电管d的一端，电阻r的另一端和电感l的一端耦接，电感l的一端耦接稳压管d1的阴极，稳压管d1的阳极耦接稳压管d2的阳极，稳压管d2的阴极和放电管d的另一端耦接地。

电压相位采集单元包括的金属电极外部均要去除尖角，防止靠近高压输电线路时引起尖端放电。电压相位的获取采用电场耦合原理，金属导体放置在输电线路周围，这样金属导体与输电线路之间可以形成杂散电容，同时金属导体与大地之间也会形成一杂散电容，在两个串联连接的杂散电容之间再串联一个两个稳压管组成的双向稳压电路或者是直接串联一个双向稳压管，则在双向稳压管两端就可以获得与输电线路电压同频的电压相位方波信号。

信号处理单元可以采用如图4所示与非门组合电路而成，也可直接采用电能计量芯片，例如idt90e36完成电压与电流相位差信号的获取。相位差信号采集原理如图5所示，信号a和信号b是相位差为φ的两个同频信号，将其中一个信号反向，例如将信号a反向得到信号信号再与信号b进行与操作则得到相位差信号。在图4所示的与非门组合电路中，

a端输入电压相位信号，b端输入电流信号，经过与非门的组合电路，在位置c处输出电流和电压的相位差信号。具体的，与非门采用芯片cd40107，电阻r1、r4、r5为100kω，电容c1为0.1uf。

具体的，进线端微处理器单元采用stm32微处理器。

需要说明的是，信息采集单元还包括电源单元，电源单元的输出端与微处理器单元对应的电源接口连接，为其提供工作电能，电源单元采用蓄电池+太阳能供电；信息采集单元安装时靠近高压输电线路。

如图6所示的，信息集中采集模块包括远传通信单元、信息集中采集微处理器单元、无线发送单元和显示单元，所述远传通信单元和无线发送单元的输入端耦接信息集中采集微处理器单元的通讯端，显示单元的输入端耦接信息集中采集微处理器单元的输出端，其中远传通信单元和无线发送单元至少包括具有授时功能的gps无线发送模块。在本实施例中，显示单元为彩色触摸屏幕，用于至少显示第一位置和第二位置区间电流的矢量和、每相电流的有效值，相间短路阈值、输电线路位置信息。

显示单元至的彩色触摸屏，可以用于监测第一位置和第二位置的输电线路的电源信息，并提示接地故障和相间短路故障。

下面结合具体实施例对本实用新型接地故障监测装置进行进一步详细说明。

对架空的某一段额定容量为630a的输电线路接地故障进行监测，第一位置和第二位置附近分别安装3个信息采集单元，用于采集高压输电线路第一位置和第二位置的a相、b相和c相的电压相位、电流相位和电流有效值，并经过信号处理单元得到电压和电流相位差，信息集中采集模块通过无线发送单元接收到电压和电流相位差，以及，电流值。并将接收到的参数显示在显示单元，即彩色触摸屏上。监测的参数包括第一位置和第二位置的地段信息、流进和流出区间的矢量和，每相电流有效值，相间短路阈值等，其中预设相间短路阈值为1000a时。信息集中采集微处理器单元基于相位差及电流差判断是否发生接地故障，根据监测的电流值大于1000a则判断输电线路是否发生相间短路故障。因为发生相间短路故障时电路会瞬时增加，根据设定的阈值判断是否发生相间短路故障。需要说明的是，相间短路阈值输电线路额定电流一般有630a、1000a、2000a、3150a可以根据实际情况设定。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。