[发明专利]一种小电流接地选线装置及单相接地检测方法

摘要

本发明公开了一种小电流接地选线装置及单相接地检测方法，该方法通过对三相母线电压和三相线路电流的同步采样和最小二乘滤波器计算，获得电压、电流的大小和相位，进而可得到故障前后的相位差，并通过实时计算线路复阻抗，检测到其故障时阻抗变化，通过这两个特征，可准确判断线路单相接地故障特征，且不受环网时潮流方向影响。该方法为小电流接地故障检测提供了一种新的解决方案。

主权项

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：$u\left(t\right)=U_0{e}^{-\mathrm{\λ}t}+\underset{k=1}{\overset{M}{\Σ}}{U}_{k}sin(k\mathrm{\ω}t+{\mathrm{\θ}}_k)---\left(1\right)$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：$u\left(t\right)=U_0-U_0\mathrm{\λ}t+\underset{k=1}{\overset{M}{\Σ}}sin\left(k\mathrm{\ω}t\right)\×U_{k}cos\left({\mathrm{\θ}}_k\right)+\underset{k=1}{\overset{M}{\Σ}}cos\left(k\mathrm{\ω}t\right)\×U_{k}sin\left({\mathrm{\θ}}_k\right)---\left(3\right)$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：$U_0-U_0{\mathrm{\λt}}_i+\underset{k=1}{\overset{M}{\Σ}}\sin \left({\mathrm{k\ωt}}_i\right)\×U_k\cos \left({\mathrm{\θ}}_k\right)+\underset{k=1}{\overset{M}{\Σ}}\cos \left({\mathrm{k\ωt}}_i\right)\×U_k\sin \left({\mathrm{\θ}}_k\right)=u\left(t_i\right)---\left(4\right)$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：

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