本发明公开了一种小电流接地配电系统的接地故障方向诊断系统，该系统采用连接在开关上的高压带电显示器HS替代零序电压互感器PT，实现对容性电压U的检测。对于小电流接地配电系统，以容性电压U为基准，负荷侧发生单相接地故障时，零序电流I0超前于容性电压U，且超前角θ2＝0°～180°；电源侧发生单相接地故障时，零序电流I0滞后于容性电压U，且滞后角θ1＝0°～90°。因此，通过对馈线接地故障稳态分量的提取、处理，进一步检测系统故障时的容性电压U和零序电流I0，就能够判断出单相接地故障的方向。本发明的接地故障方向诊断系统拾取出的接地故障方向信号能够通知配电站的控制器，并由控制器作出相应的动作，有利于保护配电系统。
1.一种小电流接地配电系统的接地故障方向诊断系统，采用了高压带电显示器HS替代零序电压互感器PT；其特征在于：所述高压带电显示器HS包括有第七电容传感器C7、第八电容传感器C8、第九电容传感器C9、第一等效电阻R4、第二等效电阻R5、第三等效电阻R6；第七电容传感器C7的电容量记为DC1、第八电容传感器C8的电容量记为DC2、第九电容传感器C9的电容量记为DC3，且DC1＝DC2＝DC3；第一等效电阻R4的阻值记为DR4、第二等效电阻R5的阻值记为DR5、第三等效电阻R6的阻值记为DR6，且DR4＝DR5＝DR6；所述高压带电显示器HS连接在三相电源的电源侧，或者连接在三相电源的负荷侧；
第七电容传感器C7的一端与三相电源的A路连接，第七电容传感器C7的另一端与第一等效电阻R4的一端连接，第一等效电阻R4的另一端接地；所述第七电容传感器C7与所述第一等效电阻R4构成第一等效支路；从三相电源的A路流入第一等效支路的电流为第一电流Ia；
第八电容传感器C8的一端与三相电源的B路连接，第八电容传感器C8的另一端与第二等效电阻R5的一端连接，第二等效电阻R5的另一端接地；所述第八电容传感器C8与所述第二等效电阻R5构成第二等效支路；从三相电源的B路流入第二等效支路的电流为第二电流Ib；
第九电容传感器C9的一端与三相电源的C路连接，第九电容传感器C9的另一端与第三等效电阻R6的一端连接，第三等效电阻R6的另一端接地；所述第九电容传感器C9与所述第三等效电阻R6构成第三等效支路；从三相电源的C路流入第三等效支路的电流为第三电流Ic；
三相电源的零序电压记为U0，第一等效支路的第一电流Ia、第二等效支路的第二电流Ib和第三等效支路的第三电流Ic的相量和称为容性电流I，即I＝Ia+Ib+Ic；所述容性电流I与零序电压U0的关系为I＝jωDCnU0，j表示虚数单位，ω表示角频率，取值100πrad/s，DCn表示高压带电显示器HS中每一等效支路上的电容传感器的电容量，n为选取的等效支路的标识。
2.依据权利要求1所述的小电流接地配电系统的接地故障方向诊断系统的诊断方法，其特征在于包括有下列诊断步骤：诊断步骤一：采集电阻R0上的容性电压U；微电流互感器MCT的副边连接有电阻R0，微电流互感器MCT的原边串接在高压带电显示器HS的接地端上；微电流互感器MCT用于检测容性电流I，电阻R0能够将容性电流I转换成容性电压U；
诊断步骤二：采集零序电流互感器ZCT上检测到的零序电流I0；
诊断步骤三：容性电压U经第一低通滤波器（11）进行滤波处理，滤除高频分量，得到
零序电流I0经第二低通滤波器（21）进行滤波处理，滤除高频分量，得到50Hz的正弦信号DI0；
诊断步骤四：正弦信号DU经第一过零比较器（12）进行过零比较处理，得到50Hz的方波信号SU；
正弦信号DI0经第二过零比较器（22）进行过零比较处理，得到50Hz的方波信号SI0；
诊断步骤五：方波信号SU与方波信号SI0经单片机（13）进行超前/滞后相位检测处理，得到接地故障方向；
所述超前/滞后相位检测是指方波信号SU的上升沿触发单片机（13）内的中断服务，在所述中断服务中检测方波信号SI0的电平；若方波信号SI0的电平为低电平时，则单片机（13）输出电源侧单相接地故障信号；若方波信号SI0的电平为高电平时，则单片机（13）输出负荷侧单相接地故障信号；
电源侧发生单相接地故障时，零序电流I0滞后于容性电压U的滞后角θ1＝0°～
负荷侧发生单相接地故障时，零序电流I0超前于容性电压U的超前角θ2＝0°～
小电流接地配电系统的接地故障方向诊断系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种小电流接地配电系统，更特别地说，是指一种适用于中性点不接地、经电阻接地、经消弧线圈接地的配电系统的接地故障方向诊断系统。
背景技术
[0002] 电力系统中性点接地方式分为两大类：大电流接地和小电流接地。
[0003] 大电流接地方式即中性点直接接地或经小电阻接地的方式。其特点是系统发生接地故障，特别是单相接地故障时，非故障相对地电压不升高，但接地相故障电流较大，对电力系统本身及对邻近的通信线和信号线都会造成较大的危险和干扰，所以必须迅速切除故障部分。大电流接地方式主要用于110KV及以上的输配电系统。
[0004] 我国3～66KV中压电网的中性点一般采用不接地或经消弧线圈接地的方式，当发生单相接地故障时，流过故障点的电流很小，所以称为小电流接地电网。小电流接地系统发生单相接地故障的几率最高，这时供电仍能保证线电压的对称性，且故障电流较小，不影响对负荷连续供电，故不必立即跳闸，规程规定可以继续运行1～2h。但随着馈线的增多，电容电流也在增大，长时间运行就易使故障扩大成两点或多点接地短路，弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行，所以必须及时找到故障线路予以切除。
[0005] 单相接地故障占小电流接地系统故障的80％以上，且此时稳态接地电流的幅值较小，谐振接地系统更是如此，给故障判断增加了不小的难度。单相接地故障的检测和可靠识别一直没有得到彻底解决。
发明内容
[0006] 本发明的目的是提出一种小电流接地配电系统的接地故障方向诊断系统，该系统根据馈线接地故障稳态分量，提取容性电压和零序电流，对容性电压、零序电流的进行分析及比较，提取出容性电压与零序电流的相位关系；在小电流接地配电系统中采用高压带电显示器替代零序电压互感器，只需要提取高压带电显示器的容性电压和系统零序电流，即可判断接地故障方向所在。本发明的接地故障方向诊断系统拾取出的接地故障方向信号能够通知配电站的控制器，并由控制器作出相应的动作，有利于保护配电系统。
[0007] 本发明的一种小电流接地配电系统的接地故障方向诊断系统，采用了高压带电显示器HS替代零序电压互感器PT，所述高压带电显示器HS连接在三相电源的电源侧，或者连接在三相电源的负荷侧；所述高压带电显示器HS包括有第一电容传感器C7、第二电容传感器C8、第三电容传感器C9、第一等效电阻R4、第二等效电阻R5、第三等效电阻R6；第一电容传感器C1的电容量记为DC1、第二电容传感器C2的电容量记为DC2、第三电容传感器C3的电容量记为DC3，且DC1＝DC2＝DC3；第一等效电阻R4的阻值记为DR4、第二等效电阻R5的阻值记为DR5、第三等效电阻R6的阻值记为DR6，且DR4＝DR5＝DR6。
[0008] 所述的小电流接地配电系统的接地故障方向诊断系统的诊断方法包括有下列诊断步骤：
[0009] 诊断步骤一：采集电阻R0上的容性电压U；
[0010] 诊断步骤二：采集零序电流互感器ZCT上检测到的零序电流I0；
[0011] 诊断步骤三：容性电压U经第一低通滤波器11进行滤波处理，滤除高频分量，得到50Hz的正弦信号DU；
[0012] 零序电流I0经第二低通滤波器21进行滤波处理，滤除高频分量，得到50Hz的正弦信号DI0；
[0013] 诊断步骤四：正弦信号DU经第一过零比较器12进行过零比较处理，得到50Hz的方波信号SU；
[0014] 正弦信号DI0经第二过零比较器22进行过零比较处理，得到50Hz的方波信号SI0；
[0015] 诊断步骤五：方波信号SU与方波信号SI0经单片机13进行超前/滞后相位检测处理，得到接地故障方向。
[0016] 本发明小电流接地配电系统的接地故障方向诊断系统的优点在于：
[0017] ①采用高压带电显示器替代零序电压互感器，只需要提取高压带电显示器的容性电压和系统零序电流，即可判断接地故障方向所在。
[0018] ②本发明设计的高压带电最示器HS具有多个等效支路，以等效支路上的相电流相量之和即容性电流I，所述容性电流I经微电流互感器MCT和电阻R0转换成容性电压U。这种的转换方式，能够方便单相接地故障方向诊断。
[0019] ③本发明能够将高压带电显示器HS连接在三相电源的电源侧，也可以连接在三相电源的负荷侧，这有利于小电流接地配电系统的安装，且体积小，成本低。
[0020] ④利用单片机进行相位检测，就能够得出接地故障方向，此种检测手段新颖、可靠、精确。
附图说明
[0021] 图1是传统小电流接地配电系统的检测原理图。
[0022] 图2是本发明高压带电显示器HS连接在三相电源负荷侧的小电流接地配电系统结构图。
[0023] 图2A是本发明高压带电显示器HS连接在三相电源电源侧的小电流接地配电系统结构图。
[0024] 图2B是本发明中高压带电显示器HS的结构图。
[0025] 图3是本发明小电流接地配电系统的接地故障方向诊断的信号检测原理图。
[0026] 图4是本发明小电流接地配电系统的接地故障方向诊断的流程图。
[0027] 图4A是电源侧发生单相接地故障时采用本发明诊断方法检测到的相量图。
[0028] 图4B是负荷侧发生单相接地故障时采用本发明诊断方法检测到的相量图。
具体实施方式
[0029] 参见图1所示，图中三相电源的A路输出电压记为Va，三相电源的B路输出电压记为Vb，三相电源的C路输出电压记为Vc；ZCT为零序电流互感器(选用保定众邦电气有限公司生产的型号为ZB-LJ-120电流互感器)，ZCT检测到的零序电流记为I0；三相电源的A路负载记为R1，三相电源的B路负载记为R2，三相电源的C路负载记为R3；三相电源的中性点经消弧线圈L接地；电源侧的A路对地分布电容记为C1，电容C1的电容量记为AC1，电源侧的B路对地分布电容记为C2，电容C2的电容量记为AC2，电源侧的C路对地分布电容记为C3，电容C3的电容量记为AC3，且AC1＝AC2＝AC3；负荷侧的A路对地分布电容记为C4，电容C4的电容量记为AC4，负荷侧的B路对地分布电容记为C5，电容C5的电容量记为AC5，负荷侧的C路对地分布电容记为C6，电容C6的电容量记为AC6，且AC4＝AC5＝AC6；PT为零序电压互感器(选用中国永上集团生产的型号为JDZ-10电压互感器)，PT检测到的电压记V0。如图1所示的传统小电流接地配电系统中零序电压互感器PT具有重量大、体积大、成本高的缺点，为了实现接地故障方向的诊断本发明采用了高压带电显示器替代零序电压互感器PT。
[0030] 参见图2、图2A所示，在本发明中，采用了高压带电显示器HS替代零序电压互感器PT，所述高压带电显示器HS可以连接在三相电源的电源侧，也可以连接在三相电源的负荷侧，实现了安装方式的灵活性。由于在实际系统中，高压带电显示器HS在开关上用于显示高压带电状态，本身就接在电网上，如果从高压带电显示器HS取出信号，实现零序电压互感器PT的功能，这样就不会有额外的支出，总成本大大降低，体积也会大为减小，在实际系统中具有很强的推广使用价值。
[0031] 在本发明中，高压带电显示器HS的具体结构如图2B所示，高压带电显示器HS包括有第一电容传感器C7、第二电容传感器C8、第三电容传感器C9、第一等效电阻R4、第二等效电阻R5、第三等效电阻R6；第一电容传感器C1的电容量记为DC1、第二电容传感器C2的电容量记为DC2、第三电容传感器C3的电容量记为DC3，且DC1＝DC2＝DC3。第一等效电阻R4的阻值记为DR4、第二等效电阻R5的阻值记为DR5、第三等效电阻R6的阻值记为DR6，DR4＝DR5＝DR6。
[0032] 第一电容传感器C7的一端与三相电源的A路连接，第一电容传感器C7的另一端与第一等效电阻R4的一端连接，第一等效电阻R4的另一端接地；所述第一电容传感器C7与所述第一等效电阻R4构成第一等效支路；从三相电源的A路流入第一等效支路的电流记为Ia，简称为第一电流Ia。
[0033] 第二电容传感器C8的一端与三相电源的B路连接，第二电容传感器C8的另一端与第二等效电阻R5的一端连接，第二等效电阻R5的另一端接地；所述第二电容传感器C8与所述第二等效电阻R5构成第二等效支路；从三相电源的B路流入第二等效支路的电流记为Ib，简称为第二电流Ib。
[0034] 第三电容传感器C9的一端与三相电源的C路连接，第三电容传感器C9的另一端与第三等效电阻R6的一端连接，第三等效电阻R6的另一端接地。所述第三电容传感器C9与所述第三等效电阻R6构成第三等效支路；从三相电源的C路流入第三等效支路的电流记为Ic，简称为第三电流Ic。
[0035] 在本发明中，三相电源的零序电压记为U0，第一电流Ia、第二电流Ib和第三电流Ic的相量和记为零序电压产生的电流I，也称为容性电流I，即I＝Ia+Ib+Ic。所述容性电流I与零序电压U0的关系为I＝jωDCnU0，j表示虚数单位，ω表示角频率(取值100πrad/s)，DCn表示高压带电显示器中每一等效支路上的电容传感器的电容量，n为选取的等效支路的标识，若为第一等效支路，则所述容性电流I与零序电压U0的关系为I＝jωDC1U0；同理，若为第二等效支路，则所述容性电流I与零序电压U0的关系为I＝jωDC2U0；若为第三等效支路，则所述容性电流I与零序电压U0的关系为I＝jωDC3U0。在本发明中是通过检测所述容性电流I来获得小电流接地配电系统的零序电压U0的。
[0036] 参见图3所示，为了实现对容性电流I的检测，本发明采用微电流互感器MCT(选用无锡德盛互感器有限公司生产的型号为SPT204微电流互感器)与电阻R0连接方式，即微电流互感器MCT的副边连接有电阻R0，微电流互感器MCT的原边串接在高压带电显示器HS的接地端上。微电流互感器MCT用于检测容性电流I，电阻R0能够将容性电流I转换成容性电压U。
[0037] 参见图4所示，当小电流接地配电系统出现单相接地故障时，采用本发明设计的小电流接地配电系统的接地故障方向诊断系统来进行诊断，具体的诊断步骤如下：
[0038] 诊断步骤一：采集电阻R0上的容性电压U；
[0039] 诊断步骤二：采集零序电流互感器ZCT上检测到的零序电流I0；
[0040] 诊断步骤三：容性电压U经第一低通滤波器11进行滤波处理，滤除高频分量，得到50Hz的正弦信号DU；
[0041] 零序电流I0经第二低通滤波器21进行滤波处理，滤除高频分量，得到50Hz的正弦信号DI0；
[0042] 诊断步骤四：正弦信号DU经第一过零比较器12进行过零比较处理，得到50Hz的方波信号SU；
[0043] 正弦信号DI0经第二过零比较器22进行过零比较处理，得到50Hz的方波信号SI0；
[0044] 诊断步骤五：方波信号SU与方波信号SI0经单片机13进行超前/滞后相位检测处理，得到接地故障方向；
[0045] 所述超前/滞后相位检测是指方波信号SU的上升沿触发单片机13内的中断服务，在所述中断服务中检测方波信号SI0的电平；若方波信号SI0的电平为低电平时，则单片机13输出电源侧单相接地故障信号；若方波信号SI0的电平为高电平时，则单片机13输出负荷侧单相接地故障信号。
[0046] 当有电源侧单相接地故障时他的相量图如图4A所示，图中零序电流I0滞后于容性电压U的滞后角θ1＝0°～90°。此时对于单片机13而言，方波信号SU的上升沿时刻的方波信号SI0的电平为低电平。同理，当有负荷侧单相接地故障时他的相量图如图4B所示，图中零序电流I0超前于容性电压U的超前角θ2＝0°～180°。此时对于单片机13而言，方波信号SU的上升沿时刻的方波信号SI0的电平为高电平。
[0047] 在本发明中，对于小电流接地配电系统，以容性电压U为基准，负荷侧发生单相接地故障时，零序电流I0超前于容性电压U，且超前角θ2＝0°～180°；电源侧发生单相接地故障时，零序电流I0滞后于容性电压U，且滞后角θ1＝0°～90°。因此，通过对馈线接地故障稳态分量的提取、处理，进一步检测系统故障时的容性电压U和零序电流I0，就能够判断出单相接地故障的方向。
