选择性高压漏电保护方法.pdf

本发明所属技术领域为电力系统中的地面变电所高压漏电保护方法，适合配出线路为3～6千伏电压等级的地面变电所采用。
    地面变电所配出线路较多，常出现配出线路单相漏电或接地故障，因此需要采用选择性漏电保护装置指示出漏电或接地故障电路，以便迅速排除故障。现有的高压漏电保护装置均采用零序方向原理，应用与逻辑相位比较电路实现方向性漏电保护，例如中国专利“高压方向性漏电保护装置”，专利号：86203922。这种漏电保护方法的缺点是电路复杂，成本高，容易出故障。

    本发明提出了一种利用功率幅值比较的选择性高压漏电保护方法。

    本方法的设计思想是：零序电压检测电路的输出经稳压、移相后输入到n个零序电压耦合变压器中，再将匝数为2×100～2×300匝地n个零序电流互感器二次线圈分别与n个零序电压耦合变压器的次级串联，构成n个电压叠加电路，由于故障支路的零序电流互感线圈输出的电压与移相后的零序电压的相位相同，因此叠加后电压幅值增大，而非故障支路的情况正好相反，叠加后电压幅值减小。因此对n个电压叠加电路的输出进行整流、滤波和功率幅值比较，从而可根据功率幅值大小的比较结果判断和显示出故障线路。

    功率幅值比较可采用由运算放大器连成的电压跟随器，电路连接关系如图2所示：各支路的电压叠加电路的输出端接硅桥D_Ⅰ1～D_Ⅰn的输入端，硅桥D_Ⅰ1～D_Ⅰn的直流端负极接地、正极接运算放大器A₁～A_n的同相端，电容C_Ⅲ1～C_Ⅲn一端接硅桥D_Ⅰ1～D_Ⅰn的直流端正极、另一端接地，各支路的运算放大器A₁～A_n的输出端串接一个 发光二极管D₁～D_n后并联到一起、经负载电阻R′_L接地，并且运算放大器A₁～A_n的输出端与其反相端连接。由于故障线路的直流电压信号最大，所以故障线路的运算放大器的输出最大，这个最大的幅值通过各反馈回路又加到各运算放大器的反相端，并且这个电压幅值大于各非故障线路运算放大器的同相端输入的电压幅值，所以非故障线路的运算放大器A的输出为负，只有故障线路的运算放大器输出为正，其输出端所接的发光二极管导通发光，从而指示出故障线路。

    本发明提出的功率幅值比较选择性漏电保护方法的特点是电路简单，性能可靠，抗干扰能力强，能检测多条、甚至几十条以上的配出线路。

    图1为选择性高压漏电保护装置的方框图

    图2为选择性高压漏电保护装置的电路图

    下面结合附图对本发明做进一步的描述。

    1.直流电流：由三相五柱式电压互感器YH二次绕组提供100V交流电源，经桥整流D₂₁和D_F1、电容滤波C₂₁和C_F1和稳压管稳压W₂和W_F后输出±18V直流电压，供给功率幅值比较电路。

    2.电压回路：由三相五柱式零序电压互感器YH的三角开口绕组提供零序电压，当母线上任一配出线路发生漏电或接地故障时，在开口三角处有零序电压输出，使电压继电器YJ的线圈通电，YJ₁常开接点闭合，经R_Ⅰ1分流降压，在隔离变压器GB二次得到一个比较低的电压，由W_Ⅰ1和W_Ⅰ2稳压在3伏左右，再经C_Ⅰ1和C_Ⅰ2移相后（移相角度为60～70°）输入各支路的零序电耦合变压器B₁～B_n。

    3.零序电流回路：零序电流互感器LH₁～LH_n检测各配出线路的零序电流，由于将零序电流互感器的二次线圈匝数从一般的1×50匝增加到2×300匝，从而使零序电流互感线圈LH₁～LH_n输出的电压值增大。

    4.电压叠加电路：电压叠加电路由零序电流互感二次线圈LH₁～ LH_n与零序电压耦合变压器B₁～B_n的次级串联构成，然后输入到硅桥D_Ⅰ1～D_Ⅰn的交流输入端。

    5.功率幅值比较回路：电压叠加电路输出的电压经硅桥D_Ⅰ1～D_Ⅰn整流、电容C_Ⅲ1～C_Ⅲn滤波后输入到运算放大器A₁～A_n的同相端，运算放大器A₁～A_n的输出端串接发光二极管D₁～D_n后并联到一起，并且把运算放大器A₁～A_n的输出端反馈到其反相端，使运算放大器A₁～A_n连接成电压跟随器。A₁～A_n的工作电源为双电源，目的是为了当出现漏电或接地故障时，非故障线路对应的运算放大器反偏显负值，只有漏电线路对应的运算放大器输出正值，使发光二极管发光报警。

    图2中B为运算放大器A₁～A_n的工作电源变压器，它的一次端通过常开接点YT₂与YH的100V相接，当母线上任一配出线路发生接地漏电时，继电器YJ线圈通电，YJ₁和YJ₂常开接点同时闭合，YJ₁接通电压回路，YJ₂接通A₁～A₂的工作电源，装置开始工作，当接地解除后，装置停止工作，这时按下恢复按钮HA₁～HA₁₂后，整个装置处于待命状态。装置中的发光二极管D₁～D_n具有保持发光显示的功能，因为叠加后的电压信号通过整流后将给滤波电容C_Ⅲ充电，并且由于运算放大器接成了电压跟随器，输入电阻很大，高达几MΩ到几十MΩ，放电电流极小，所以能够保持显示发光，必须按下恢复按钮放掉电容C_Ⅲ两端的电压，才能使发光二极管停止发光。电阻R和按钮SA构成了试验回路。