[发明专利]一种小电流接地选线装置及单相接地检测方法

权利要求书

1.一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)根据电压、电流信号的表现形式及检测目的，确定时间窗及采样周期，计算最小二乘滤波器；

(2)计算电压、电流的大小和两者的相位差；

(3)用复数表示电压和电流的相量值，计算复阻抗；

(4)当前、后两个采样时间窗内的电压-电流相位差以及阻抗变化均超过各自门槛值时，则判断发生小电流接地故障；

其中，明确电压与电流信号的表示形式及检测目的的具体方法为：

配网出线的电压与相电流经电压互感器和电流互感器变换后，均可表示为如下的带有直流分量、特征分量及其谐波成分的电压信号：

式中：U₀—直流分量，代表了信号中的非周期成分；

λ—直流分量衰减时间常数；

U_k—第k次谐波分量峰值，k＝1,...,M；

θ_k—第k次谐波的相位角；

ω—转速角频率，ω＝2πf，f—50Hz，电网工作频率，简称工频；

U₁和θ₁是对应于工频的幅值和相对于采样时间窗的相位角；

计算最小二乘滤波器的具体方法为：

将电压信号的U₀e^-λt按泰勒基数展开并取前两项，U_ksin(kωt+θ_k)按三角函数展开，则公式(1)可表示为如下形式：

该函数在采样时刻t_i，与其采样样本u(t_i)之间必然相等，即采样方程为：

t_i—第i次采样时刻；

由于采样时刻t_i已知，因此，公式(4)中sin(kωt_i),cos(kωt_i)为是已知量，将N个采样方程按公式(4)逐一列出，并得到如下所示一个矩阵方程，将t_i用τ表示：

将系数矩阵用A，未知变量矩阵用X，采样矩阵用U表示，则矩阵方程(5)又可表示如下：

A·X＝U (6)

因此，A是一个N行，2(M+1)列的定参数矩阵，X是一个2(M+1)行1列的变量矩阵，U是一个N行1列的定参数矩阵，令2(M+1)＝N，A就一个方阵，且最高可识别谐波倍数M＝N/2-1，符合申农采样定理；

根据矩阵理论，系数矩阵A存在逆矩阵A^-1的条件为：|A|≠0，且A*A-1＝I，I为单位矩阵，即对角线元素为1；

因此，待测的未知参数矩阵为：

X＝A^-1·U (7)

A^-1即为最小二乘滤波器。

2.如权利要求1所述的一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：所述步骤(1)中，确定时间窗的大小以及采样周期的方法为：

时间窗，是指CPU一次处理的从第一个采样样本到最后一个采样样本之间的时间长度，时间窗的大小T_w要等于函数固有周期，采样周期T小于函数固有周期；

确定时间窗的大小T_w，以及采样周期T之间后，一个采样窗内的样本数N确定方法为：N与T_w以及T的关系为：

3.如权利要求1所述的一种小电流接地单相接地检测方法，其特征是：所述步骤(2)中，具体方法为：变量矩阵X为，

用x_i表示矩阵X的第i行的元素，则：x₁＝U₀，即直流分量，且

x₃＝U₁cosθ₁,x₄＝U₁sinθ₁ (8)

x₃就是电压或电流矢量的X-轴投影，x₄为振Y-轴投影，因此，电压、电流的峰-峰值为：

电压或电流的有效值为：