鉴幅鉴相在剩余电流保护中的应用

来源:用户上传      作者:

　　摘要：本文分析了目前使用过的漏电保护方法，以及这些方法在实际应用中存在的问题。提出了采用鉴幅鉴相的剩余电流保护方法，减少漏电保护死区。并采用自适应方法对农网中固有剩余电流随环境浮动较大这一问题进行解决。提出基于三角函数的向量采集方法，简化了鉴幅鉴相剩余电流保护方法对外围电路的要求
　　
　　关键词：鉴幅鉴相 漏电保护，剩余电流
　　1鉴幅鉴相型剩余电流保护的原理分析
　　在三相四线制系统中（TT系统），剩余电流互感器的接法都是把四线穿过互感器。在电力系统中，零序电流的计算方法是I0=（IA+IB+IC）/3，零序电流的意义是通过对称分量法分解后，三相电流向量和在每一相的上的分量。而IA+IB+IC的和就是三相零序电流之和，而根据TT系统中单相用电设备是通过三相任何一个相线与零线构成回路来实现的，三相用电设备是直接接入三个相线中，可以得知如果没有漏电产生时，四线中的电流的加和必然等于零IA+IB+IC+IN=0，因此可以得知零线中的电流就等于三相电流的加和。而当有漏电产生时，则有IA+IB+IC+IN≠0，说明有电流没有通过这四线流回变压器，那么根据基尔霍夫定律这个电流可表示为Irc=IA+IB+IC+IN，就叫做剩余电流[1-4]，实际上剩余电流是通过大地流回变压器中性点的三相零序和电流的一部分。
　　
　　
　　图1中，I1是线路中固有的剩余电流向量值，I2是新发生的漏电流的向量图，I是发生漏电后的剩余电流向量总和，在向量图中可以看出，由于基于剩余电流的幅值进行保护，当发生漏电I2后主要是通过I的幅值是否达到了设定值来采取动作，因此剩余电流保护并没有达到漏电保护的目的。而鉴幅鉴相型剩余电流保护方法则可以实现测量漏电流，因而可以减少死区现象。
　　2鉴幅鉴相型剩余电流保护在方法上的实现。
　　2.1三角函数法测量剩余电流的幅值和相角
　　三角函数法是通过采集已知频率的正弦波上相隔已知时间间隔的实时点，并通过建立方程，求解出该正弦波的幅值和相角两参数。该方法的具体的求解实现过程如下。
　　设幅值为I的正弦波剩余电流的两个瞬时点i1、i2，相差时间间隔为Δt，则有以下方程成立
　　
　　
　　通过式（2.6）可以得到这样的一个结论，已知频率的正弦波的幅值是可以由该波形上的任意已知时间间隔的两点的瞬时值求出。
　　剩余电流的相角就是剩余电流波形与电压波形的相位差值，因此要计算出相位差，就得计算出某同一个时刻该两个波形上的点的瞬时相位。设与i1同时在t1时刻采集的电压数据为u1，与i2同时在t2时刻采集的电压数据u2，则按照上式的结论可以计算出电压幅值
　　
　　
　　该α、β是剩余电流和电压波形在t1时刻的波形相角，这两个角度值是随采样的时刻变化而变化的，u1和i1是同一时刻采集的瞬时值，因此利用α、β做差就可以得到剩余电流和电压之间的关系。以电压u为参考零相位则有
　　（2.9）
　　γ即为所需的剩余电流相位。
　　2.2 三角函数法的简化方法
　　简化方法的核心思想是通过一些特殊点带入三角函数法来达到简化计算的目的。通过图3进一步分析可以看出，如果采样时间间隔选为ω•Δt=π/2，并且令剩余电流波形在t2时刻采样点的波形角度值为α，电压波形角度值为β，并用余弦函数表示波形会有以下等式成立
　　
　　
　　用余弦函数表示的好处是对于采集的i1和i2正好可以用对应该角的正弦和余弦表示，而且在表达式前并没有符号，因此采集来的数据可以直接使用，不用考虑符号对计算过程中的影响。用复参数表示剩余电流I可以得出a，b两个数值，则有下式成立
　　
　　通过反正切函数直接可以求出电压波形的角度，这样可以节省一次比较消耗单片机运行时间的开放运算，能够使单片机的预算负担减轻。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。

转载注明来源:https://www.xzbu.com/2/view-584730.htm