專利名稱：一種基于dsp的電流分離動作型漏電保護裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電力系統(tǒng)漏電保護領(lǐng)域，具體涉及一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置。
背景技術(shù)：
自19世紀末，電力進入人類的生活和生產(chǎn)領(lǐng)域以來，人類就開始同觸/漏電事故做不懈的斗爭。國內(nèi)外，先后出現(xiàn)了電壓動作型和剩余電流動作型漏電保護裝置，但電壓動作型因其不可克服的缺點，已逐漸為剩余電流動作型所代替。電流動作型剩余電流保護裝置(Residual Current Devices, RCDs)也稱漏電保護器,是較早應(yīng)用于電力系統(tǒng)的剩余電流保護裝置之一，已經(jīng)成為低壓電網(wǎng)漏電事故(包括設(shè)備漏電事故和人體觸電事故)的最基本和最重要的保護手段。隨著檢測技術(shù)和計算技術(shù)的快速發(fā)展，在電流動作型基礎(chǔ)上，近年來國內(nèi)外相繼出現(xiàn)了脈沖動作型、鑒幅鑒相動作型等幾種類型的剩余電流保護裝置，并取得了一定的應(yīng)用成果。但這些類型的漏電保護器其動作判斷依據(jù)通常是低壓供電回路總泄漏電流的幅值大于某整定值，或總泄漏電流的微增量大于某個規(guī)定值而動作。運行實踐表明，現(xiàn)有剩余電流保護裝置，就動作特性而言，大多都無法真正辨識觸/漏電支路的汲出電流信號，難以準(zhǔn)確動作于故障電流，均存在一定的保護死區(qū)。例如，電流動作型在觸/漏電故障電流與正常泄漏電流夾角180°周圍存在不動作區(qū)，另外還存在過靈敏相和欠靈敏相問題；電流脈沖動作型與電流動作型相比，增加了第二動作區(qū)，但在第二動作區(qū)與第一動作區(qū)之間仍然存在一定的保護動作死區(qū)。在實際中，常常出現(xiàn)大負荷時漏電保護裝置合不上閘、無法正確投運(此時，工頻總泄漏電流值已接近或超過整定值)；或在潮濕天氣條件下，因電氣回路絕緣水平顯著降低，導(dǎo)致對地自然泄漏電流增大，進而出現(xiàn)誤動作和誤切電源的現(xiàn)象。其關(guān)鍵原因在于，現(xiàn)有漏保裝置僅基于總剩余電流幅值大小，而不是觸/漏電故障電流本身，保護的針對性不強。迄今為止，還沒有一款剩余電流保護裝置能夠完全消除動作死區(qū)及誤動作等問題，這是本領(lǐng)域共同面臨的技術(shù)難點，也是今后的主要攻關(guān)方向。因此，基于將正常剩余電流與觸/漏電故障電流分離的電流分離動作型剩余電流保護裝置將是未來發(fā)展趨勢。該類型保護裝置，從原理上看，可完全消除一般剩余電流保護裝置的拒動和誤動問題，獲得理想的保護運行特性。隨著計算技術(shù)和微弱電氣信號檢測技術(shù)的快速發(fā)展，電流分離技術(shù)將趨于完善和成熟，將逐步取代現(xiàn)有的脈沖動作型和鑒幅鑒相動作型剩余電流保護技術(shù)，并且具有廣闊的應(yīng)用前景。電網(wǎng)及電網(wǎng)中的電氣設(shè)備的絕緣水平不可能是絕對理想的，均存在對地絕緣電阻和對地分布電容，因此存在泄漏電流，這一泄漏電流一般稱為漏電電流或剩余電流。當(dāng)發(fā)生觸/漏電故障時，觸/漏電故障電流L作為一個分量匯入正常剩余電流込中。故障后的總剩余電流Iul為電網(wǎng)正常剩余電流込與觸/漏電故障電流仁的疊加相量和，如附圖1。電網(wǎng)的正常漏電電流為三相線路各自的泄漏電流的矢量和。由于三相線路各相上線路絕緣水平、所接設(shè)備、設(shè)備漏電狀態(tài)可能各不相同，所以總的泄漏電流的相位是任意的。觸/漏電事故可能發(fā)生在三相上的任意一相上，再考慮到間接觸/漏電事故還可能存在過渡阻抗等，因此，觸/漏電故障電流的相位也是任意的。綜上，觸/漏電故障電流與正常泄漏電流間的相位差是任意的?，F(xiàn)有的剩余電流型漏電保護技術(shù)中，通常是通過判斷剩余電流幅值或其微增量是否達到或超過規(guī)定動作閾值來實現(xiàn)保護的。由上述分析可知，當(dāng)電網(wǎng)中有觸/漏電事故發(fā)生時，總剩余電流不僅有幅值的變化，而且有相位的變化。由于觸/漏電故障電流與正常剩余電流相位的不確定性，使得兩者的向量和故障后總剩余電流并不一定是幅值增大的，也有可能是幅值減小的。因此，單純通過檢測剩余電流的幅值是無法進行正確保護的，還必須考慮相位關(guān)系。電流鑒相動作型觸電保護通過鑒別觸電電流相位的方法來獲取信號，消除了電流動作型和電流脈沖動作型所共有的保護死區(qū)，獲得了在一定條件下的理想運行特性。但該條件是苛刻的，其假設(shè):人體阻抗為純阻性的；觸電發(fā)生在三相線路的任意一相上；且觸電電流同觸電相電壓同相位。在偏離上述特定條件時，其運行特性就不是理想的了。尤其當(dāng)觸電電流與其標(biāo)準(zhǔn)電壓相位差±90°左右時，觸電動作電流非常大，保護器往往發(fā)生拒動現(xiàn)象。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置，解決了現(xiàn)有的漏電保護裝置存在保護死區(qū)、容易出現(xiàn)誤動作和誤切電源，無法準(zhǔn)確檢測出觸/漏電電流有效值的問題。為解決上述的技術(shù)問題，本實用新型采用以下技術(shù)方案:一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置，其特征在于:包括利用零序電流互感器采集故障前的剩余電流込信號和故障后的剩余電流Iui信號的檢測單元；將故障前的剩余電流込信號和故障后的剩余電流Iui信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換單元；讀取A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，通過將兩個以上周期的故障前剩余電流込和故障后剩余電流Iui相乘的方法計算出觸/漏電故障電流U并與預(yù)設(shè)額定動作值進行比較的DSP處理單元；根據(jù)DSP處理單元做出的判斷切斷被保護電路的電源的執(zhí)行單元。更進一步的技術(shù)方案是本一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置還包括通過電阻和按鈕產(chǎn)生模擬故障信號檢驗整個保護裝置是否正常的試驗單元。更進一步的技術(shù)方案是本一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置還包括用于儲存故障前的剩余電流k信號和故障后的剩余電流Iui信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的緩存器。一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護方法，包括如下步驟:在DSP處理單元中預(yù)設(shè)額定動作值、前后相乘周期數(shù)和滑動步長H ；通過檢測單元中的零序電流互感器采集故障前的剩余電流L信號和故障后的剩余電流Iui信號；當(dāng)采集到前后相乘周期數(shù)相應(yīng)的故障前的剩余電流k信號和故障后的剩余電流Iui信號后，通過A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號；數(shù)字信號傳輸至DSP處理單元，DSP處理單元根據(jù)故障前的剩余電流L和故障后的剩余電流Iui利用公式/;.= ^I2l +I2lh-1IlIlh cos沒得出觸/漏電故障電流仁；將觸/漏電故障電流L和預(yù)設(shè)額定動作值進行比較分析，判斷出是否切斷被保護電路的電源的結(jié)果；根據(jù)結(jié)果，通過執(zhí)行單元切斷被保護電路的電源。更進一步的技術(shù)方案是本實用新型一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護方法還包括一個預(yù)先實驗步驟，在正式使用前先利用試驗單元中的電阻和按鈕產(chǎn)生模擬故障信號檢驗整個保護裝置是否正常。更進一步的技術(shù)方案是上述滑動步長H的時間大于DSP處理單元單次計算出觸/漏電故障電流Ir有效值的時間。更進一步的技術(shù)方案是上述前后相乘周期數(shù)大于兩個周期。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:本實用新型不論觸/漏電電流與正常剩余電流相位關(guān)系如何，也不論觸電后總剩余電流幅值是增大的還是減小的均能準(zhǔn)確檢測出觸電電流有效值，具有理想的保護運行特性，特別適用于低壓配電網(wǎng)三相四線制線路的全網(wǎng)總保護及大分支保護。

圖1為故障前的剩余電流込信號和觸/漏電故障電流仁合成故障后的剩余電流Im矢量圖。圖2為本實用新型的連接關(guān)系圖。圖3為本實用新型 的工作流程圖。圖4為本實用新型的一個實施例用于仿真軟件PSCAD/EMTDC中的人體觸電電流波形圖。圖5為本圖4所示本實用新型的一個實施例用于仿真軟件PSCAD/EMTDC中的剩余電流變化波形。圖6為圖4所示本實用新型的一個實施例用于仿真軟件PSCAD/EMTDC中的觸電電流幅值變化波形。圖7為本實用新型的另一個實施例用于仿真軟件PSCAD/EMTDC中的人體觸電電流波形圖。圖8為圖7所示本實用新型的另一個實施例用于仿真軟件PSCAD/EMTDC中的剩余電流變化波形。圖9為圖7所示本實用新型的另一個實施例用于仿真軟件PSCAD/EMTDC中的觸電電流幅值變化波形。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。圖2示出了本實用新型一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置的一個實施例:一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置，其特征在于:包括[0036]利用零序電流互感器采集故障前的剩余電流込信號和故障后的剩余電流Iui信號的檢測單元；將故障前的剩余電流込信號和故障后的剩余電流Iui信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換單元；讀取A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，通過將兩個以上前后相乘周期的故障前的剩余電流L和故障后的剩余電流Im，相乘的方法計算出觸/漏電故障電流并與預(yù)設(shè)額定動作值進行比較的DSP處理單元；根據(jù)DSP處理單元做出的判斷切斷被保護電路的電源的執(zhí)行單元。另外，整個保護裝置可以采用直流電源供電。根據(jù)本實用新型一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置的一個實施例，本一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置還包括通過電阻和按鈕產(chǎn)生模擬故障信號檢驗整個保護裝置是否正常的試驗單元。更進一步的技術(shù)方案是本一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置還包括用于儲存故障前的剩余電流k信號和故障后的剩余電流Iui信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的緩存器。圖3示出了一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護方法，包括如下步驟:在DSP處理單元中預(yù)設(shè)額定動作值、前后相乘周期數(shù)和滑動步長H，即圖中初始化預(yù)先設(shè)置；通過檢測單元中的零序電流互感器采集故障前的剩余電流L信號和故障后的剩余電流Iui信號，即采樣；當(dāng)采集到前后相乘周期數(shù)相應(yīng)的故障前的剩余電流L信號和故障后的剩余電流Ilh信號后，通過A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，如果沒有采集到足夠周期的信號，則繼續(xù)采樣；數(shù)字信號傳輸至DSP處理單元，DSP處理單元根據(jù)故障前的剩余電流k和故障后的剩
余電流Iui利用公式(=把+I2lh -21 Jlh cos沒得出觸/漏電故障電流仁；將觸/漏電故障電流L和預(yù)設(shè)額定動作值進行比較分析，判斷出是否切斷被保護電路的電源的結(jié)果；根據(jù)結(jié)果，如果L大于預(yù)先設(shè)置的額定動作值，通過執(zhí)行單元切斷被保護電路的電源。如果觸/漏電故障電流L小于預(yù)設(shè)額定動作值，DSP處理單元則重復(fù)持續(xù)計算。根據(jù)本實用新型一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護方法的一個優(yōu)選實施例，本實用新型一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護方法還包括一個預(yù)先實驗步驟，在正式使用前先利用試驗單元中的電阻和按鈕產(chǎn)生模擬故障信號檢驗整個保護裝置是否正常。根據(jù)本實用新型一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護方法的另一個優(yōu)選實施例，滑動步長H的時間大于DSP處理單元單次計算出觸/漏電故障電流L有效值的時間，這主要取決于DSP處理單元的處理速度，比如計算1800次花費時間0.479s,則單次計算時間約為0.27ms, H可設(shè)置為0.5ms,但最大不宜超過四分之一個工頻周期，即5ms。根據(jù)本實用新型一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護方法的另一個優(yōu)選實施例，前后相乘周期數(shù)大于兩個周期。[0053]—般情況下額定動作值為30mA,前后相乘周期設(shè)置為2或3個周期,滑動步長H為
0.5ms o由于電網(wǎng)不同、電網(wǎng)中設(shè)備不同、環(huán)境因素不同，不同電網(wǎng)的正常剩余電流一般各不相同，但一般在幾毫安到幾百毫安之間；人體觸電電流一般在幾十毫安到幾百毫安之間；故障漏電變化范圍稍大，但其數(shù)量級仍為毫安級。如圖1所示，觸/漏電故障電流L與正常剩余電流L的矢量和為故障后總剩余電流Im。設(shè)故障前后剩余電流間的夾角為9(0° 360° )，根據(jù)余弦定理可得三個電流的幅值之間存在如下關(guān)系
權(quán)利要求1.一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置，其特征在于:包括 利用零序電流互感器采集故障前的剩余電流k信號和故障后的剩余電流^信號的檢測單元； 將故障前的剩余電流k信號和故障后的剩余電流Iui信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的A/D轉(zhuǎn)換單元； 讀取A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號，通過將兩個以上周期的故障前剩余電流k和故障后剩余電流Iui相乘的方法計算出觸/漏電故障電流U并與預(yù)設(shè)額定動作值進行比較的DSP處理單元； 根據(jù)DSP處理單元做出的判斷切斷被保護電路的電源的執(zhí)行單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置，其特征在于:還包括通過電阻和按鈕產(chǎn)生模擬故障信號檢驗整個保護裝置是否正常的試驗單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置，其特征在于:還包括用于儲存故障前的剩余電流込信號和故障后的剩余電流Iui信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的緩存器。`
專利摘要本實用新型涉及電力系統(tǒng)漏電保護領(lǐng)域，具體涉及一種基于DSP的電流分離動作型漏電保護裝置，包括檢測單元，A/D轉(zhuǎn)換單元，DSP處理單元和執(zhí)行單元。本實用新型的作用是不論觸/漏電電流與正常剩余電流相位關(guān)系如何，也不論觸電后總剩余電流幅值是增大的還是減小的均能準(zhǔn)確檢測出觸/漏電電流有效值，具有理想的保護運行特性，特別適用于低壓配電網(wǎng)三相四線制線路的全網(wǎng)總保護及大分支保護。
文檔編號H02H3/26GK202978216SQ20122057152
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月1日
發(fā)明者趙恒 , 肖先勇, 李 浩, 汪穎, 馬超 申請人:四川省電力公司資陽公司, 四川大學(xué), 國家電網(wǎng)公司