配电网电容电流及接地电阻检测装置及方法与流程

本发明属于配电网电容电流及接地电阻测量技术，特别涉及一种中性点不接地的配电网电容电流及接地电阻检测装置及方法。

背景技术：

1、中低压配电网线路故障大多为单相接地故障，由于采用中性点不接地方式运行，单相接地故障时线电压矢量三角形不变，三相对中性点电压不变。在电网电容电流不大，接地电弧能够自熄的条件下，电网可带故障继续供电1~2小时。当单相接地电流大于规程所规定的“10k v和35k v系统电容电流分别大于30a和10a”时，将产生一种不稳定的间歇性接地电弧，引起幅值较高的弧光接地过电压。弧光过电压持续时间长、影响面积大，对电网中绝缘较差的设备和线路上的绝缘弱点，可能导致绝缘击穿，使故障扩大。为了减小接地电流，使接地电弧自行熄灭，并限制这些过电压，通常采用消弧线圈接地方式。消弧线圈的接入不仅大大减小了故障点电流，还能减小故障相恢复电压的初速度和上升速度，延长恢复时间，从而保证了接地电弧的可靠熄灭，避免重燃，并减小了高幅值过电压出现的概率，给电网安全运行带来了一系列优点。

2、谐振接地系统的电容电流和接地电阻计算是自动调谐消弧线圈进行自动补偿的前提和依据。首先检测系统根据接地电阻判断是否出现接地故障。发生接地故障后，消弧线圈必须根据快速合理地补偿电容电流，以使接地电弧快速自熄，所以消弧线圈应实时跟踪电网运行方式的变化，在电网正常运行时，测量计算当前运行方式下的电容电流，以合理调节消弧线圈的出力。显然，对电网电容电流的计算精确度，将直接影响消弧线圈的调谐和补偿效果。

3、目前检测配电网电容电流的测量装置主要采用信号注入法式检测方法。现有方法包括“注入扫频信号法”，“定频（三频）注入法”。注入扫频信号法，即向电压互感器低压侧注入一系列幅值恒定，频率自动改变的信号，以此作为扫频信号，测出电网的谐振频率，然后计算出系统失谐度与电容电流。定频（三频）注入法，即向电压互感器低压侧注入三个不同频率但幅值相同的恒定电流，将得到三个方程，求解方程组即可求出电容值，也就可以计算出电容电流值。

4、综上所述，现有技术尚没有同时检测配电网电容电流及接地电阻的测量装置和方法。而现有信号注入法，需要注入多个频率的交流信号，系统电路结构和测试过程非常复杂，非常容易引入各种干扰信号从而降低测试精度，而且测试时间较长。传统信号注入所需的可调交流电源采用模拟电路实现结构复杂效率低，控制精度差，成本较高。此外，传统检测装置需要测量交流电流和电压的幅值、频率、相位，检测电路结构复杂，受谐波影响比较大，需要专门的滤波器，调试困难，检测精度低，影响最终检测效果。

技术实现思路

1、本发明的目的是为了提供一种配电网电容电流及接地电阻检测装置和方法，与现有技术相比，本发明采用单一频率注入方法，仅注入一个频率的交流信号，既可以同时检测出电容电流和接地电阻，检测效率高，检测时间短，不易引入干扰信号。而且本发明采用pwm可调交流信号发生器，结构简单，控制精度高，响应快。此外，本发明采用了快速傅里叶变换（fft），计算速度快，不受谐波影响，不需要特殊的滤波器。

2、为了达到上述目的，本发明的配电网电容电流及接地电阻检测装置，包括可调交流电源、控制器、电流传感器、ac电压传感器；

3、电压互感器的一次侧与配电网的a、b、c相连接；

4、所述可调交流电源经过电流传感器与电压互感器的二次侧开口三角端m、n相连，所述ac电压传感器并联在电压互感器的二次侧开口三角端m、n上，电流传感器用于检测注入的电流信号，ac电压传感器用于检测注入的电压信号；

5、所述控制器连接电流传感器与ac电压传感器，采集可调交流电源注入的电压电流信号；

6、所述控制器与可调交流电源相连，用于控制可调交流电源输出的交流电流信号的频率和幅值。

7、进一步的，所述可调交流电源包括：用于调压的隔离变压器、第一母线电容、第二母线电容、第一功率管和第二功率管；

8、所述隔离变压器的副边与整流桥的桥臂中点相连，整流桥输出端为输出直流电的正负直流母线；

9、所述正负直流母线之间串接第一母线电容与第二母线电容，所述隔离变压器副边的中间抽头连接至第一母线电容与第二母线电容之间；

10、所述第一功率管的源极与第二功率管的漏极电连接，所述第一功率管的漏极与正直流母线电连接，所述第二功率管的栅极与负直流母线电路连接，所述第一功率管与第二功率管的栅极与控制器电连接；

11、所述控制器用于输出pwm信号控制第一功率管和第二功率管的导通/关断。

12、进一步的，所述第一母线电容的负极或第二母线电容的正极与第一功率管的源极之间依次串接滤波电感、滤波电容、阻尼电阻，所述滤波电容的正负极分别与可调交流电源的输出端连接。

13、进一步的，还包括两端分别与所述正直流母线与负直流母线连接的dc电压传感器，其与控制器连接用以检测直流母线电压并将信号传给控制器。

14、进一步的，所述整流桥包括第一整流管、第二整流管、第三整流管、第四整流管。

15、进一步的，所述控制器与键盘显示相连，用于对控制器进行参数设定和数据显示。

16、进一步的，检测步骤如下：

17、步骤1：检测电压互感器及配电网的等效漏感以及漏阻；

18、步骤2：控制器通过dc电压传感器检测直流母线电压，根据直流母线电压，计算调制比和注入信号的频率，控制第一功率管和第二功率管输出正弦pwm信号；

19、步骤3：所述输出正弦pwm信号经过滤波电感、滤波电容、阻尼电阻滤波后得到频率为正弦波，通过电压互感器注入配电网；

20、步骤4：所述控制器通过电流传感器和ac电压传感器检测注入信号的电压和电流信号；

21、步骤5：所述控制器将所采集的电压和电流信号分别进行快速傅里叶变换（fft），分别得到电压和电流信号的实部和虚部，并计算出系统阻抗的实部和虚部；

22、步骤6：将所述阻抗的实部和虚部代入

23、，得到

24、，

25、式中， n为电压互感器的变比;

26、步骤7：解步骤6的方程得到配电网电容

27、，

28、步骤8：将步骤7得到的电容换算为电网对地电容，

29、，

30、步骤9： 利用步骤7计算得到的根据下式计算配电网电容电流值，

31、，

32、式中为配电网额定相电压,为电网额定频率；

33、步骤10：解步骤6的方程得到接地电阻，

34、，

35、步骤11：将步骤10得到的接地电阻换算为电网接地电阻，

36、。

37、进一步的，所述频率的取值范围10-300hz之间，并通过步骤7公式反推频率。

38、进一步的，所述步骤7包括：根据配电网电容值，通过试凑法优化频率的值，使虚部增大，再重复步骤2至步骤11，以便提高配电网电容电流与接地电阻的检测精度。

39、由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

40、本发明的一个效果在于，采用单一频率注入方法，每次仅注入一个频率的交流信号，既可以同时检测出电容电流和接地电阻，检测效率高，检测时间短，不易引入干扰信号。

41、本发明的一个效果在于，采用pwm可调交流信号发生器，结构简单，控制精度高，响应快，而且系统效率高不易发热。

42、本发明的一个效果在于，采用了快速傅里叶变换（fft）对电压电流信号同时采样和变换，适合嵌入式控制器，计算速度快，不受谐波影响，不需要特殊的滤波器。