專利名稱：一種基于dsp的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)漏電保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
自19世紀(jì)末，電力進(jìn)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(zhēng)。國(guó)內(nèi)外，先后出現(xiàn)了電壓動(dòng)作型和剩余電流動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置，但電壓動(dòng)作型因其不可克服的缺點(diǎn)，已逐漸為剩余電流動(dòng)作型所代替。電流動(dòng)作型剩余電流保護(hù)裝置(Residual Current Devices, RCDs)也稱漏電保護(hù)器,是較早應(yīng)用于電力系統(tǒng)的剩余電流保護(hù)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(hù)手段。隨著檢測(cè)技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，在電流動(dòng)作型基礎(chǔ)上，近年來國(guó)內(nèi)外相繼出現(xiàn)了脈沖動(dòng)作型、鑒幅鑒相動(dòng)作型等幾種類型的剩余電流保護(hù)裝置，并取得了一定的應(yīng)用成果。但這些類型的漏電保護(hù)器其動(dòng)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(gè)規(guī)定值而動(dòng)作。運(yùn)行實(shí)踐表明，現(xiàn)有剩余電流保護(hù)裝置，就動(dòng)作特性而言，大多都無(wú)法真正辨識(shí)觸/漏電支路的汲出電流信號(hào)，難以準(zhǔn)確動(dòng)作于故障電流，均存在一定的保護(hù)死區(qū)。例如，電流動(dòng)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(dòng)作區(qū)，另外還存在過靈敏相和欠靈敏相問題；電流脈沖動(dòng)作型與電流動(dòng)作型相比，增加了第二動(dòng)作區(qū)，但在第二動(dòng)作區(qū)與第一動(dòng)作區(qū)之間仍然存在一定的保護(hù)動(dòng)作死區(qū)。在實(shí)際中，常常出現(xiàn)大負(fù)荷時(shí)漏電保護(hù)裝置合不上閘、無(wú)法正確投運(yùn)(此時(shí)，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(duì)地自然泄漏電流增大，進(jìn)而出現(xiàn)誤動(dòng)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(hù)的針對(duì)性不強(qiáng)。迄今為止，還沒有一款剩余電流保護(hù)裝置能夠完全消除動(dòng)作死區(qū)及誤動(dòng)作等問題，這是本領(lǐng)域共同面臨的技術(shù)難點(diǎn)，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(dòng)作型剩余電流保護(hù)裝置將是未來發(fā)展趨勢(shì)。該類型保護(hù)裝置，從原理上看，可完全消除一般剩余電流保護(hù)裝置的拒動(dòng)和誤動(dòng)問題，獲得理想的保護(hù)運(yùn)行特性。隨著計(jì)算技術(shù)和微弱電氣信號(hào)檢測(cè)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(dòng)作型和鑒幅鑒相動(dòng)作型剩余電流保護(hù)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(duì)理想的，均存在對(duì)地絕緣電阻和對(duì)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(shí)，觸/漏電故障電流L作為一個(gè)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(hù)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(dá)到或超過規(guī)定動(dòng)作閾值來實(shí)現(xiàn)保護(hù)的。由上述分析可知，當(dāng)電網(wǎng)中有觸/漏電事故發(fā)生時(shí)，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(cè)剩余電流的幅值是無(wú)法進(jìn)行正確保護(hù)的，還必須考慮相位關(guān)系。電流鑒相動(dòng)作型觸電保護(hù)通過鑒別觸電電流相位的方法來獲取信號(hào)，消除了電流動(dòng)作型和電流脈沖動(dòng)作型所共有的保護(hù)死區(qū)，獲得了在一定條件下的理想運(yùn)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(shí)，其運(yùn)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(shí)，觸電動(dòng)作電流非常大，保護(hù)器往往發(fā)生拒動(dòng)現(xiàn)象。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置，解決了現(xiàn)有的漏電保護(hù)裝置存在保護(hù)死區(qū)、容易出現(xiàn)誤動(dòng)作和誤切電源，無(wú)法準(zhǔn)確檢測(cè)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(shí)用新型采用以下技術(shù)方案:一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)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(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)的檢測(cè)單元；將故障前的剩余電流込信號(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)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(hào)，通過將兩個(gè)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(jì)算出觸/漏電故障電流U并與預(yù)設(shè)額定動(dòng)作值進(jìn)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(hù)電路的電源的執(zhí)行單元。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是本一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置還包括通過電阻和按鈕產(chǎn)生模擬故障信號(hào)檢驗(yàn)整個(gè)保護(hù)裝置是否正常的試驗(yàn)單元。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是本一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置還包括用于儲(chǔ)存故障前的剩余電流k信號(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的緩存器。一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)方法，包括如下步驟:在DSP處理單元中預(yù)設(shè)額定動(dòng)作值、前后相乘周期數(shù)和滑動(dòng)步長(zhǎng)H ；通過檢測(cè)單元中的零序電流互感器采集故障前的剩余電流L信號(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)；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(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)后，通過A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；數(shù)字信號(hào)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(dòng)作值進(jìn)行比較分析，判斷出是否切斷被保護(hù)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(hù)電路的電源。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是本實(shí)用新型一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)方法還包括一個(gè)預(yù)先實(shí)驗(yàn)步驟，在正式使用前先利用試驗(yàn)單元中的電阻和按鈕產(chǎn)生模擬故障信號(hào)檢驗(yàn)整個(gè)保護(hù)裝置是否正常。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是上述滑動(dòng)步長(zhǎng)H的時(shí)間大于DSP處理單元單次計(jì)算出觸/漏電故障電流Ir有效值的時(shí)間。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是上述前后相乘周期數(shù)大于兩個(gè)周期。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)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(cè)出觸電電流有效值，具有理想的保護(hù)運(yùn)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(hù)及大分支保護(hù)。

圖1為故障前的剩余電流込信號(hào)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(shí)用新型的連接關(guān)系圖。圖3為本實(shí)用新型 的工作流程圖。圖4為本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)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(shí)用新型的一個(gè)實(shí)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(shí)用新型的一個(gè)實(shí)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(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)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(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)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(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)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(shí)施方式
為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，
以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。圖2示出了本實(shí)用新型一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置的一個(gè)實(shí)施例:一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)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(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)的檢測(cè)單元；將故障前的剩余電流込信號(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)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(hào)，通過將兩個(gè)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(jì)算出觸/漏電故障電流并與預(yù)設(shè)額定動(dòng)作值進(jìn)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(hù)電路的電源的執(zhí)行單元。另外，整個(gè)保護(hù)裝置可以采用直流電源供電。根據(jù)本實(shí)用新型一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置的一個(gè)實(shí)施例，本一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置還包括通過電阻和按鈕產(chǎn)生模擬故障信號(hào)檢驗(yàn)整個(gè)保護(hù)裝置是否正常的試驗(yàn)單元。更進(jìn)一步的技術(shù)方案是本一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置還包括用于儲(chǔ)存故障前的剩余電流k信號(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的緩存器。圖3示出了一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)方法，包括如下步驟:在DSP處理單元中預(yù)設(shè)額定動(dòng)作值、前后相乘周期數(shù)和滑動(dòng)步長(zhǎng)H，即圖中初始化預(yù)先設(shè)置；通過檢測(cè)單元中的零序電流互感器采集故障前的剩余電流L信號(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)，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(hào)和故障后的剩余電流Ilh信號(hào)后，通過A/D轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，如果沒有采集到足夠周期的信號(hào)，則繼續(xù)采樣；數(shù)字信號(hào)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(dòng)作值進(jìn)行比較分析，判斷出是否切斷被保護(hù)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(dòng)作值，通過執(zhí)行單元切斷被保護(hù)電路的電源。如果觸/漏電故障電流L小于預(yù)設(shè)額定動(dòng)作值，DSP處理單元?jiǎng)t重復(fù)持續(xù)計(jì)算。根據(jù)本實(shí)用新型一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，本實(shí)用新型一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)方法還包括一個(gè)預(yù)先實(shí)驗(yàn)步驟，在正式使用前先利用試驗(yàn)單元中的電阻和按鈕產(chǎn)生模擬故障信號(hào)檢驗(yàn)整個(gè)保護(hù)裝置是否正常。根據(jù)本實(shí)用新型一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)方法的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，滑動(dòng)步長(zhǎng)H的時(shí)間大于DSP處理單元單次計(jì)算出觸/漏電故障電流L有效值的時(shí)間，這主要取決于DSP處理單元的處理速度，比如計(jì)算1800次花費(fèi)時(shí)間0.479s,則單次計(jì)算時(shí)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(gè)工頻周期，即5ms。根據(jù)本實(shí)用新型一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)方法的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，前后相乘周期數(shù)大于兩個(gè)周期。[0053]—般情況下額定動(dòng)作值為30mA,前后相乘周期設(shè)置為2或3個(gè)周期,滑動(dòng)步長(zhǎng)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(jí)仍為毫安級(jí)。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(gè)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(dòng)作型漏電保護(hù)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(hào)和故障后的剩余電流^信號(hào)的檢測(cè)單元； 將故障前的剩余電流k信號(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)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(hào)，通過將兩個(gè)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(jì)算出觸/漏電故障電流U并與預(yù)設(shè)額定動(dòng)作值進(jìn)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(hù)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(dòng)作型漏電保護(hù)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(hào)檢驗(yàn)整個(gè)保護(hù)裝置是否正常的試驗(yàn)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(dòng)作型漏電保護(hù)裝置，其特征在于:還包括用于儲(chǔ)存故障前的剩余電流込信號(hào)和故障后的剩余電流Iui信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的緩存器。`
專利摘要本實(shí)用新型涉及電力系統(tǒng)漏電保護(hù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于DSP的電流分離動(dòng)作型漏電保護(hù)裝置，包括檢測(cè)單元，A/D轉(zhuǎn)換單元，DSP處理單元和執(zhí)行單元。本實(shí)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(cè)出觸/漏電電流有效值，具有理想的保護(hù)運(yùn)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(hù)及大分支保護(hù)。
文檔編號(hào)H02H3/26GK202978216SQ20122057152
公開日2013年6月5日 申請(qǐng)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(qǐng)人:四川省電力公司資陽(yáng)公司, 四川大學(xué), 國(guó)家電網(wǎng)公司