10kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的分析與設(shè)計(jì)

10kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的分析與設(shè)計(jì),10,kv,中性,接地,配電網(wǎng),系統(tǒng)故障,檢測(cè),裝置,分析,設(shè)計(jì) 編號(hào)： 畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 題 目： 10kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系 統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的分析與設(shè)計(jì) 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專(zhuān) 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 陸 劉 君 學(xué) 號(hào)： 1161120120 指導(dǎo)教師： 范 興 明 職 稱(chēng)： 教 授 題目類(lèi)型：□理論研究 □實(shí)驗(yàn)研究 工程設(shè)計(jì) □工程技術(shù)研究 □軟件開(kāi)發(fā) 2016 年 6 月 3 日 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第II頁(yè) 摘 要 配電網(wǎng)系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)在不同運(yùn)行的條件下有以下幾種分類(lèi)，分別是：正常運(yùn)行狀態(tài)、不正常運(yùn)行狀態(tài)和故障狀態(tài)。配電網(wǎng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)各種類(lèi)型的不正常運(yùn)行狀態(tài)和故障，常見(jiàn)的故障為短路故障，短路故障分為三相短路、兩相短路、兩相短路接地和單相短路接地故障四種類(lèi)型。 針對(duì)以上的狀況，本文通過(guò)對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)的過(guò)流故障的分析，設(shè)計(jì)線(xiàn)路故障檢測(cè)裝置，使10kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)更加智能化。線(xiàn)路一旦發(fā)生故障，巡線(xiàn)人員可以立即查看故障檢測(cè)裝置的警報(bào)，快速定位故障區(qū)段位置，從而減少巡線(xiàn)工作人員檢修時(shí)的工作量。本文詳細(xì)介紹硬件設(shè)備的整體設(shè)計(jì)方案和整體設(shè)計(jì)過(guò)程，給出電路圖和詳細(xì)的原理圖。通過(guò)模擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)檢驗(yàn)了設(shè)計(jì)理論的正確性以及裝置判據(jù)的可靠性。 首先通過(guò)對(duì)短路而產(chǎn)生的過(guò)流故障進(jìn)行分析，給出線(xiàn)路對(duì)應(yīng)的故障判斷依據(jù)。針對(duì)不同的故障類(lèi)型設(shè)計(jì)出不同樣的解決方案。其次再利用單片機(jī)編寫(xiě)程序，使設(shè)計(jì)電路簡(jiǎn)潔且有效。利用故障檢測(cè)裝置的工作原理，更好的分辨出系統(tǒng)的故障類(lèi)型。硬件設(shè)計(jì)電路用STC12C5A60S2內(nèi)部的10位A/D采集電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)短路情況的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。通過(guò)單片機(jī)發(fā)送數(shù)字信號(hào)來(lái)顯示其故障，再經(jīng)工作人員快速檢測(cè)維修電路，以確保用戶(hù)能正常使用電。最后，在完成整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，通過(guò)使用模擬樣機(jī)的運(yùn)行，來(lái)進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn)。詳細(xì)分析其中的參數(shù)和工作條件。結(jié)果表明，檢測(cè)裝置在各種條件下，都能以較好的工作達(dá)到預(yù)期要求。 關(guān)鍵詞：中性點(diǎn)；配電網(wǎng)系統(tǒng)；故障檢測(cè)裝置；接地故障；短路故障 Abstract Distribution network system running in actual different operation conditions there are several kinds of classifications, namely: Normal operating statue, abnormal operation statue and fault status. Distribution network at run time, there will be various types of abnormal operation status and fault status. Common failure is short circuit fault, short circuit fault is divided into three phase short circuit,two phase short circuit,two phase short circuit grounding and single phase short circuit grounding fault four types. In view of the above situation, the paper through the analysis of overcurrent fault in distribution network system, design line fault detection device.10kV neutral point ungrounded distribution network system more intelligently. Once the line fails, inspection staff can immediately view to fault detection device alerts, locating fault section, so as to reduce the maintenance workload for staff.This article detailed describes the overall design of the hardware equipment and the overall design process, and give diagrams and detailed schematics and diagrams. Through a prototype designed to test the theory as well as the criterion of reliability. First of all analysis the type of overcurrent fault which caused by short circuit , given the fault judgment basis of the line. And then designed different solutions for different fault types. Meanwhile, 51MCU integrated circuit programming, circuit design is simple and effective. By using the working principle of the fault detection device, the fault type of the system is better resolved.Hardware design circuit using STC12C5A60S2 internal 10 bit A/D acquisition circuit, realize the short circuit of analog signals into digital signals.Through the 51MCU to send a digital signal to show its fault, and then by the staff to quickly detect and repair the circuit, in order to ensure that the user can normally use electricity.Finally, on the basis of the completion of the design, by simulating the prototype runs for relevant trials. Detailed analysis of their parameters and conditions of work, the results showed that the detection devices in a variety of conditions, can achieve the desired requirements for good. Key words: Neutral point;Distribution network system;Fault detecting device; Earth fault;Short circuit fault. 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 目錄 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1.1 課題背景，目的和意義 1 1.1.1前言 1 1.1.2設(shè)計(jì)目的 1 1.1.3設(shè)計(jì)意義 2 1.2 國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置研究近況 2 1.2.1發(fā)展歷史 2 1.2.2發(fā)展方向 3 1.3 本章小節(jié) 3 2 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障基本特征分析 4 2.1 配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地方式原理介紹 4 2.1.1中性點(diǎn)不接地方 4 2.1.2中性點(diǎn)單相接地故障 5 2.1.3中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)位移 6 2.1.4中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn) 6 2.1.5中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 7 2.1.6中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)暫態(tài)特征分析 7 2.1.7中性點(diǎn)接地方式性能分析 8 2.2 中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置 9 2.2.1配電網(wǎng)系統(tǒng)短路故障的危害 9 2.2.2配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置工作原理 9 2.2.3配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的特點(diǎn) 10 2.2.4配電網(wǎng)系統(tǒng)相間短路分析 10 2.2.5配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的安裝事宜 11 2.2.6配電網(wǎng)系統(tǒng)故障的的一般類(lèi)型 12 2.3 電流互感器工作原理 12 3 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置硬件設(shè)計(jì) 14 3.1 電路板制作過(guò)程 14 3.2 單片機(jī)系統(tǒng) 14 3.2.1單片機(jī)系統(tǒng)概述 14 3.2.2硬件部分的功能流程分析 14 3.3 硬件部分的整體設(shè)計(jì) 15 3.4 系統(tǒng)核心電路設(shè)計(jì) 16 3.4.1電源電路模塊設(shè)計(jì) 16 3.4.2電流互感器和精密整流濾波處理模塊 17 3.5 單片機(jī)芯片的選用及顯示電路的設(shè)計(jì) 19 3.5.1單片機(jī)最小系統(tǒng) 19 3.5.2復(fù)位電路和系統(tǒng)時(shí)鐘電路 20 3.6 LCD1602液晶顯示模塊 20 3.7 對(duì)模擬樣機(jī)部分的制作與調(diào)試 21 4 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的軟件設(shè)計(jì) 24 4.1 軟件部分設(shè)計(jì) 24 4.2 系統(tǒng)軟件整體設(shè)計(jì) 24 4.2.1 A/D采樣主控模塊 25 4.2.2 ABC相故障檢測(cè)模塊 25 4.2.3 LCD1602液晶顯示與人機(jī)交互模塊 25 4.3 本章小結(jié) 26 5 結(jié)論 27 謝 辭 28 參考文獻(xiàn) 29 附錄一 電源電路原理圖及PCB 30 附錄二 精密整流濾波電路原理圖及PCB 32 附錄三 基于STC12C5A60S2單片機(jī)故障檢測(cè)裝置原理圖及PCB 34 附錄四 基于STC12C5A60S2單片機(jī)故障檢測(cè)裝置C語(yǔ)言原程序 36 附錄五 元件清單 40 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 42 頁(yè) 共 41 頁(yè) 1 緒論 1.1 課題背景，目的和意義 1.1.1前言 配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行方式較為繁雜，存在的分支特別多，這就會(huì)對(duì)每天的系統(tǒng)管理，還有后期維護(hù)工作造成影響。配電網(wǎng)系統(tǒng)的精密程度決定了系統(tǒng)在發(fā)生短路故障時(shí)定位相對(duì)會(huì)麻煩，為了提高定位精確度。國(guó)內(nèi)外的工程師們提出了許多種不同的解決處理方案。同時(shí)，一旦系統(tǒng)發(fā)生故障，人工檢測(cè)起來(lái)時(shí)既辛苦又費(fèi)時(shí)，還使得供電可靠性大大降低了。而且在電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，工程師們也發(fā)現(xiàn)一些存在的問(wèn)題，比如檢測(cè)故障不能夠及時(shí)顯示，系統(tǒng)運(yùn)行不符合額定值等。 供電企業(yè)的最基本責(zé)任之一是努力提高配電可靠性，參照網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)表明，電網(wǎng)客戶(hù)停電事故90%都是因?yàn)榕潆娋W(wǎng)系統(tǒng)故障照成的。所以，高效、精準(zhǔn)地進(jìn)行故障檢測(cè)定位。能夠使停電時(shí)間有效縮短，使得企業(yè)和用戶(hù)的損失減少，這對(duì)于電力系統(tǒng)的安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、準(zhǔn)確性的提高具有積極意義。 1.1.2設(shè)計(jì)目的 在面對(duì)上訴這些問(wèn)題，電網(wǎng)企業(yè)工程師們就要組建更加完善的故障檢測(cè)裝置，以保證電網(wǎng)結(jié)構(gòu)以及電網(wǎng)控制的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性，加強(qiáng)企業(yè)設(shè)備管理等級(jí)，最終實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的良好發(fā)展。用了改進(jìn)過(guò)后的故障檢測(cè)裝置，可以填補(bǔ)以上系統(tǒng)在出現(xiàn)故障時(shí)，檢測(cè)功能上的不完整，更好地提高效率，還能加快檢測(cè)的速度，最短的過(guò)程查找到故障區(qū)段，為客戶(hù)迅速恢復(fù)供電提供了強(qiáng)有力的保障。 優(yōu)良的故障檢測(cè)裝置可以實(shí)現(xiàn)每時(shí)每刻都能顯示出線(xiàn)路的工作情況，指出出現(xiàn)故障的區(qū)段，這些裝置安裝在箱變、電纜、電纜分支箱、架空線(xiàn)、環(huán)網(wǎng)柜里，用來(lái)顯示故障電流發(fā)生時(shí)的區(qū)段，包括停止供電、供電、過(guò)流故障、短路故障、接地故障等等。安裝了這些裝置還可以對(duì)電網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)整體有效監(jiān)控。這在傳統(tǒng)的設(shè)備管理中，各大企業(yè)往往都是通過(guò)工人來(lái)檢修，使得電力企業(yè)的運(yùn)營(yíng)成本增加，而且也會(huì)加大后勤人員的工作壓力。 10kV中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)能準(zhǔn)確顯示單相接地短路故障和兩相短路故障，選用故障檢測(cè)裝置和零序互感器兩兩結(jié)合的方法，來(lái)顯示零序電流發(fā)生突變的故障，以保證配電網(wǎng)系統(tǒng)接地故障引起的斷路器跳閘后，故障檢測(cè)裝置能夠正確給出顯示，讓工作人員能迅速地排除故障并且復(fù)位。 1.1.3設(shè)計(jì)意義 10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)存在于生活生產(chǎn)的各個(gè)方面，中性點(diǎn)接地方式的選擇應(yīng)用對(duì)電網(wǎng)向客戶(hù)供電的穩(wěn)定性有著積極的意義。10kV城市配電網(wǎng)系統(tǒng)是這當(dāng)中規(guī)模屬于最大的,它的應(yīng)用面也最為廣泛的，此系統(tǒng)的好壞程度早已經(jīng)成為了一項(xiàng)重要的指標(biāo)，是對(duì)電力系統(tǒng)的供電能力、供電穩(wěn)定性以及電能輸出程度等硬性指標(biāo)的最終體現(xiàn)?，F(xiàn)如今,我國(guó)國(guó)內(nèi)企業(yè)正在加大建設(shè)電網(wǎng)設(shè)施和升級(jí)器件,其結(jié)構(gòu)日漸成熟可靠,與此同時(shí)系統(tǒng)也更加復(fù)雜化,電網(wǎng)系統(tǒng)不可避免的要受到故障的影響。比如說(shuō)大面積的停電事故,就會(huì)影響到日常生活生產(chǎn),軍隊(duì)的日常訓(xùn)練和國(guó)防安全等。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)查得出,電力系統(tǒng)中78%的故障事故都是來(lái)源于配電網(wǎng)系統(tǒng),由此可以知道對(duì)配電網(wǎng)故障的分析與研究是非常有意義的。 現(xiàn)如今，我國(guó)國(guó)內(nèi)企業(yè)正在加大建設(shè)電網(wǎng)設(shè)施和升級(jí)器件，其結(jié)構(gòu)日漸成熟可靠，與此同時(shí)系統(tǒng)也更加復(fù)雜化，電網(wǎng)系統(tǒng)不可避免的要受到故障的影響。比如說(shuō)大面積的停電事故，就會(huì)影響到日常生活生產(chǎn)，軍隊(duì)的日常訓(xùn)練和國(guó)防安全等。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)調(diào)查得出，電力系統(tǒng)中78%的故障事故都是來(lái)源于配電網(wǎng)系統(tǒng)，由此可以知道對(duì)配電網(wǎng)故障的分析與研究是非常有意義的。 為了電力企業(yè)更好的對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)起到管理與監(jiān)控，必須要通過(guò)使用故障檢測(cè)裝置，來(lái)提高電網(wǎng)電路的運(yùn)行效率，從而做到安全的生產(chǎn)工作。企業(yè)的值班人員也可以利用線(xiàn)路上的報(bào)警顯示，一旦某個(gè)區(qū)域發(fā)生了運(yùn)行狀態(tài)的變化，就可以及時(shí)的判斷出位置，做到快速給出處理方案，使供電線(xiàn)路可靠性、用戶(hù)滿(mǎn)意度得到更好的提升。在實(shí)際的生產(chǎn)工作中，電纜和架空配電網(wǎng)絡(luò)的短路故障、接地故障經(jīng)常因?yàn)榉N種原因而發(fā)生。因此高效地、準(zhǔn)確地、安全地找出出現(xiàn)故障的區(qū)域，對(duì)于電力工程公司來(lái)說(shuō)是非常重要的。 1.2 國(guó)內(nèi)外系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置研究近況 1.2.1發(fā)展歷史 現(xiàn)如今我國(guó)生產(chǎn)的配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的公司以及發(fā)展這些技術(shù)的時(shí)間，相對(duì)來(lái)說(shuō)都比較短暫。隨著我國(guó)國(guó)內(nèi)有關(guān)技術(shù)的不斷進(jìn)步，生產(chǎn)故障檢測(cè)裝置的企業(yè)越來(lái)越多，技術(shù)也日趨成熟，規(guī)模不斷擴(kuò)大，已經(jīng)能基本上實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)系統(tǒng)的故障檢測(cè)、通信方式以及管理技術(shù)的密切有效結(jié)合[1]，最終提升了電力系統(tǒng)的運(yùn)行情況，實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)電力公司的快速發(fā)展。 在我國(guó)，最開(kāi)始使用的配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置是一種簡(jiǎn)單的帶有開(kāi)合功能的閉合鐵心，輸電線(xiàn)路從鐵心的下方穿過(guò)。當(dāng)經(jīng)過(guò)的電流大于額定的值時(shí)，鐵心關(guān)閉，顯示為此處有故障，短路電流從下方流過(guò)，故障點(diǎn)就在這里。但是，這類(lèi)產(chǎn)品還不夠成熟，有著不智能的缺點(diǎn)，它必須通過(guò)尋線(xiàn)工人的手去人工復(fù)位開(kāi)合，這就給實(shí)際的生產(chǎn)工作帶來(lái)了不方便，不能得到普及和多數(shù)企業(yè)的使用。 自從上個(gè)世紀(jì)配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置被發(fā)明以后就被各個(gè)國(guó)家電網(wǎng)公司所重視，不斷加大研究研發(fā)力度，從而進(jìn)入到了一個(gè)飛快發(fā)展進(jìn)步的時(shí)期。我國(guó)也是從1990年以后派遣優(yōu)秀工程師渠道國(guó)外學(xué)習(xí)了配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)器的原理，以及相關(guān)的自動(dòng)復(fù)位顯示器裝置技術(shù)，回到國(guó)內(nèi)后，經(jīng)過(guò)不斷創(chuàng)新研究再結(jié)合我國(guó)配電網(wǎng)線(xiàn)路的實(shí)際情況，政策的大力扶持，國(guó)內(nèi)企業(yè)在不停歇的消化，吸收，改進(jìn)，對(duì)產(chǎn)品的大力創(chuàng)新，積累了一批忠實(shí)的客戶(hù)，并且得到了廣泛的應(yīng)用推廣，以及各大電力部門(mén)單位的認(rèn)可?，F(xiàn)如今我國(guó)配電系統(tǒng)的故障檢測(cè)裝置已經(jīng)處于先進(jìn)水平，為電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行作出了巨大的貢獻(xiàn)。 在一些發(fā)達(dá)的歐洲國(guó)家，如法國(guó)，波蘭等國(guó)逐漸將配電網(wǎng)系統(tǒng)由中興迪昂經(jīng)過(guò)低電阻接地的方式改變?yōu)橹C振接地方式，他們進(jìn)行了大大小小數(shù)百次的實(shí)驗(yàn)和研究，小電流接地保護(hù)裝置日趨成熟。比如應(yīng)用了有功電流法，法國(guó)電力公司（EDF）在九十年代研制出了一套基于DESIR的保護(hù)裝置。在應(yīng)用零序?qū)Ъ{法，波蘭的電力企業(yè)開(kāi)發(fā)出新型的導(dǎo)納接地保護(hù)裝置，并且在自己的國(guó)家大力推廣，截至到2000年為止，已經(jīng)有多套設(shè)備投入到該國(guó)的電力中壓電網(wǎng)生產(chǎn)企業(yè)中運(yùn)行 1.2.2發(fā)展方向 使用配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置能檢測(cè)出配電線(xiàn)路上出現(xiàn)的故障電流，可以把系統(tǒng)發(fā)生的故障區(qū)域、區(qū)段、分支詳細(xì)顯示出來(lái)，很是方便迅速、精準(zhǔn)地找出故障。雖然在發(fā)達(dá)國(guó)家配電網(wǎng)系統(tǒng)的智慧化等級(jí)很高，可是他們查找配電線(xiàn)路故障的最主要方法還是要以來(lái)故障檢測(cè)指示器[2]。 1.3 本章小節(jié) 配電網(wǎng)在用戶(hù)與電力系統(tǒng)直接相連接的環(huán)節(jié)中扮演著重要的成分，此套系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜，它能否在實(shí)際的生產(chǎn)工作中正常運(yùn)行，關(guān)乎一個(gè)電力企業(yè)的直接經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)企業(yè)有著最重要的影響。因此，電網(wǎng)企業(yè)必須要重視配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，強(qiáng)調(diào)管理著的安全運(yùn)行意識(shí)，這樣才能確保實(shí)際的生產(chǎn)工作中的各項(xiàng)指標(biāo)的合格，增加電網(wǎng)系統(tǒng)的供電輸電能力，使廣大的用戶(hù)群體滿(mǎn)意放心。本畢業(yè)設(shè)計(jì)方案充分考慮了配電網(wǎng)系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)、故障情況，盡可能的讓成品制作簡(jiǎn)單明了，降低配電網(wǎng)故障效率，降低成本帶來(lái)的影響，控制在一個(gè)比較合理的區(qū)域，以此來(lái)提升成品的核心競(jìng)爭(zhēng)力，力求在配電網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮巨大作用，實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位與檢測(cè)。 2 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障基本特征分析 配電網(wǎng)系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式的選擇是個(gè)具體的綜合性技術(shù)性問(wèn)題，它直接影響到電網(wǎng)裝置的過(guò)電壓水平、絕緣情況、電網(wǎng)供電穩(wěn)定性、接地保護(hù)措施、通信影響、人員和設(shè)備安全等多方面，是配電網(wǎng)系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)正常、高效運(yùn)行的保證基礎(chǔ)[3]。 2.1 配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地方式原理介紹 配電網(wǎng)電力系統(tǒng)的中性點(diǎn)接地的方式大體上能歸結(jié)為這兩大類(lèi)：中性點(diǎn)有效接地和中性點(diǎn)非有效接地[4]。其中中性點(diǎn)有效接地方式包括中性點(diǎn)直接接地和低電阻接地、經(jīng)低電抗；中性點(diǎn)非有效接地方式包括中性點(diǎn)不接地、經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地和經(jīng)過(guò)高點(diǎn)組接地[5]。 2.1.1中性點(diǎn)不接地方 在電力配電網(wǎng)系統(tǒng)中，中性點(diǎn)一般是指在變壓器低壓側(cè)中，三相線(xiàn)圈構(gòu)成星形聯(lián)結(jié)，聯(lián)結(jié)點(diǎn)稱(chēng)中性點(diǎn)。又因這點(diǎn)的電位為零，也可以稱(chēng)為零線(xiàn)端，一般的零線(xiàn)就從此點(diǎn)引出的。在配電網(wǎng)開(kāi)始發(fā)展的初期，因?yàn)槿藗儗?duì)電流危害作用估計(jì)不足，多數(shù)國(guó)家采用的是中性點(diǎn)直接接地的方式?？墒牵?jīng)常性的線(xiàn)路跳閘而造成的停電事故的增多，人們認(rèn)識(shí)到這種方式的不可靠性。于是在經(jīng)過(guò)大亮科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究后，開(kāi)始改為中性點(diǎn)不接地方式運(yùn)行?！安唤拥亍币辉~，準(zhǔn)確地講是指大地與配電網(wǎng)系統(tǒng)的中性點(diǎn)之間不存在有連接。在實(shí)際運(yùn)行中，中性點(diǎn)不接地的方式也隨之出現(xiàn)了諸多的問(wèn)題，比如： （1）單相接地故障在多數(shù)時(shí)候不能被及時(shí)的檢測(cè)出來(lái)，工程師們無(wú)法迅速找出隔離接地點(diǎn)，單相接地會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橄嘁?jiàn)短路故障。 （2）帶有故障運(yùn)行的時(shí)間太長(zhǎng)，相對(duì)地電壓會(huì)升高成為線(xiàn)電壓，如果此時(shí)配電網(wǎng)存在有嚴(yán)重污染或者絕緣不好的話(huà)，就很容易引起異地兩個(gè)點(diǎn)接地故障。 （3）接地點(diǎn)電弧不會(huì)自主熄滅，流經(jīng)電容的電流加大，容易產(chǎn)生鐵磁諧振過(guò)電壓和間歇性電弧過(guò)電壓，這會(huì)導(dǎo)致PT的大量燒毀事故故障。 實(shí)際應(yīng)用中設(shè)系統(tǒng)三相電源電壓、、對(duì)稱(chēng)。由于在各相導(dǎo)線(xiàn)間和相對(duì)地之間沿導(dǎo)線(xiàn)全長(zhǎng)都有分布電容，各項(xiàng)絕緣有對(duì)地泄漏電導(dǎo)。因此，在電源電壓作用下，這些電容和電導(dǎo)上將會(huì)流過(guò)附加電流。因?yàn)榉植茧娙?、泄漏電?dǎo)可以使用集中電容和電導(dǎo)作為代替。集中相見(jiàn)電容對(duì)系統(tǒng)的接地特性影響很小，及計(jì)及相對(duì)地電容、、和各相的對(duì)地泄露電導(dǎo)、、。如圖2-1所示為中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行狀態(tài)圖。 （a）原理接線(xiàn)圖 （b）電壓向量圖 圖2-1 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的正常運(yùn)行狀態(tài) 中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常工作時(shí)，中性點(diǎn)所具有的對(duì)地電位，稱(chēng)為不對(duì)稱(chēng)電壓，用表示?？梢?jiàn)正常運(yùn)行中，電源中性點(diǎn)對(duì)地電壓為0，即中性點(diǎn)對(duì)地電位相等[6]。 則各相對(duì)地電壓為： U相： （1-1） V相： （1-2） W相： （1-3） 由于各相對(duì)地電壓為電源各相的相電壓。所以電容電流大小相等，相位差為，三個(gè)值相加和為零，所以不會(huì)有電容電流流過(guò)大地。當(dāng)每一個(gè)相對(duì)地電容不相等時(shí)，不為零，發(fā)生中性點(diǎn)位移現(xiàn)象[6]。在中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，正常運(yùn)行時(shí)中性點(diǎn)所產(chǎn)生的位移電壓較小，可忽略[6]。 2.1.2中性點(diǎn)單相接地故障 發(fā)生單相接地故障時(shí)，中性點(diǎn)對(duì)于地的電壓，非故障相對(duì)地電壓此時(shí)為線(xiàn)電壓，而中性點(diǎn)對(duì)地電壓為相電壓[7]。如圖2-2所示為單相接地故障原理接線(xiàn)圖。 其中各相對(duì)地電壓情況： U相：（線(xiàn)電壓） （1-4） V相： （線(xiàn)電壓） （1-5） W相： （1-6） 圖2-2 單相接地故障原理接線(xiàn)圖 配電網(wǎng)系統(tǒng)線(xiàn)路發(fā)生短路故障時(shí)，由于流過(guò)故障點(diǎn)的電流值會(huì)很大，可以通過(guò)繼電保護(hù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障線(xiàn)路的快速切斷。但是，系統(tǒng)要是發(fā)生單相接地故障時(shí)，流過(guò)故障點(diǎn)的電流就為三相對(duì)地電容上電流的和，即[8] (1-7) 式中為一相接地時(shí)，通過(guò)故障點(diǎn)的電容電流，（A）； ， 為電網(wǎng)運(yùn)行的頻率，（Hz）； 為電網(wǎng)每相對(duì)地電容，（F）； 為電網(wǎng)額定相電壓，（V）。 配電網(wǎng)系統(tǒng)10kV架空線(xiàn)路，通常就是10A到100A，但是在電纜線(xiàn)路中，的值都比較大，可以達(dá)幾百安。一般的配電網(wǎng)系統(tǒng)電網(wǎng)的單相接地電容電流值不能夠引起繼電保護(hù)的跳閘動(dòng)作。它的有效值是Ik=3UC0，故障電流是非故障單相電容電流3倍。 按照上文的闡述可以有以下結(jié)論，當(dāng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)有單相接地故障發(fā)生時(shí)，零序分量可以概括為以下幾點(diǎn)： a.配電網(wǎng)的故障元件中所流過(guò)的零序電流和配電網(wǎng)中的非故障元件對(duì)地電容電流的總和一樣。 b.在非故障元件中有和原來(lái)的零序電流大小相等的電流流過(guò)，它的方向是由母線(xiàn)指向故障線(xiàn)路的方向。 c.當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地時(shí)，可以認(rèn)為出現(xiàn)故障的地方產(chǎn)生一個(gè)零序電壓，這個(gè)零序電壓與故障前的相電壓在數(shù)值上相同，方向相反，因此導(dǎo)致零序電壓出現(xiàn)在整個(gè)配電網(wǎng)。 d.零序網(wǎng)絡(luò)配電網(wǎng)中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中，通過(guò)同一等級(jí)的電壓線(xiàn)路元件對(duì)地的等值電容組成，它與由中性點(diǎn)接地系統(tǒng)所構(gòu)成的通路差別很大，該線(xiàn)路的零序阻抗與之前的相比差別很大。 當(dāng)上敘a、b、c、d四個(gè)條件都得以成立的時(shí)候，就可以斷定配電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地短路故障。 2.1.3中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的中性點(diǎn)位移 多數(shù)的架空線(xiàn)路因?yàn)榕帕械牟粚?duì)稱(chēng)且換位不安全，產(chǎn)生各相位之間對(duì)地電容不想等，這就導(dǎo)致了中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的中性點(diǎn)位移，也可以說(shuō)中性點(diǎn)對(duì)地電位出現(xiàn)了位移現(xiàn)象。但是，一般位移電壓只要控制在電源電壓的5%以?xún)?nèi)，都正常運(yùn)行都沒(méi)有太大影響。 2.1.4中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的特點(diǎn) 配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，線(xiàn)電壓維持在一個(gè)穩(wěn)定值內(nèi)，使用者即使能夠正常的工作，但是接地的那個(gè)位置可能會(huì)有電弧效應(yīng)產(chǎn)生。 當(dāng)輸電線(xiàn)路不是很長(zhǎng)、輸出電壓不高的情況下，接地部分的電流值很小，電弧效應(yīng)只會(huì)產(chǎn)生很短的一段時(shí)間，尤其是在35kV及以下的配電網(wǎng)系統(tǒng)中，企業(yè)不用在絕緣方面做太大的投資，且供電穩(wěn)定性作為一個(gè)優(yōu)點(diǎn)得以突出，所以中性點(diǎn)適宜采用不接地的方式運(yùn)行。 當(dāng)在一段較長(zhǎng)的線(xiàn)路之中時(shí)，此時(shí)電壓也較高，接地電流較大。這時(shí)所產(chǎn)生的電弧就不會(huì)自主熄滅，表現(xiàn)為穩(wěn)定電弧和間歇性電弧，而且電壓值維持在一個(gè)高值時(shí)，企業(yè)對(duì)于絕緣方面的投資就要占整個(gè)配電網(wǎng)系統(tǒng)較大的比例。 其中中性點(diǎn)不接地方式的優(yōu)缺點(diǎn)分別為：當(dāng)電網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)，故障點(diǎn)線(xiàn)電壓數(shù)值保持不變，相電壓上升倍，這就不會(huì)對(duì)三相設(shè)備的正常運(yùn)行產(chǎn)生影響，此為最大的優(yōu)點(diǎn)。在系統(tǒng)的單相接地電容不足5A時(shí)，所有的熱效應(yīng)都可以被電路上的各個(gè)元件的絕緣所承受，這種規(guī)格準(zhǔn)許配電網(wǎng)電路在有故障的狀態(tài)下持續(xù)運(yùn)行1~2小時(shí)。但是，從實(shí)際的生產(chǎn)工作來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)減少這種帶故障運(yùn)行的時(shí)間；對(duì)于10kV電網(wǎng)電路而言，每一相對(duì)地電容的大小都至多為0.04，因?yàn)榘踩鹨?jiàn)，不論電路的絕緣有多好，電阻有多大，都要確保人在無(wú)意中直接接觸下不至于死亡。然而，這在實(shí)際配電網(wǎng)中是不存在的，接地保護(hù)和漏電保護(hù)措施只是作為間接接觸的主要手段而已。 2.1.5中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)的應(yīng)用范圍 （1）電壓小于500V的系統(tǒng)裝置，其中220V或380V系統(tǒng)除外； （2）3到10kV電網(wǎng)系統(tǒng)當(dāng)單相接地電流小于30A時(shí)； （3）20到35kV電網(wǎng)系統(tǒng)用小于10A電流作為單相接地電流時(shí)，系統(tǒng)出現(xiàn)單相接地時(shí)線(xiàn)路接地電流很小，線(xiàn)電壓維持對(duì)稱(chēng)狀態(tài)。所以電壓不等于零，其余別的相正常，電壓夾角為120度，因?yàn)閿嘞鄬?dǎo)致三項(xiàng)電壓不維持平衡，在開(kāi)口三角形處出現(xiàn)零序電壓[9]。 2.1.6中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)暫態(tài)特征分析 在配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)應(yīng)該使用中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)，所以開(kāi)關(guān)S必須為斷開(kāi)狀態(tài)。如圖所示2-3所示，配電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)電流的分布圖。 圖2-3 配電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地故障暫態(tài)電流的分布 在發(fā)生接地故障的那一瞬間，系統(tǒng)中電路的非故障相電壓就上升到一個(gè)很大的值，然后大小電容都可以快速充電，但是在發(fā)生故障的那一相，電壓就會(huì)快速降低到一定值，并且所連接的電容會(huì)大量放電。 2.1.7中性點(diǎn)接地方式性能分析 （1）供電可靠性與故障范圍 中性點(diǎn)不接地對(duì)于供電穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)，單相接地后，電路的相電流維持在一定的穩(wěn)定值，線(xiàn)電壓也保持一個(gè)平衡狀態(tài)，對(duì)用電客戶(hù)沒(méi)有造成大影響。單相接地故障電流數(shù)值很小，大多表現(xiàn)為瞬間性的故障，主要是架空線(xiàn)路，瞬間性故障在單相接地故障中占有85%以上的比例，這就不需要斷路器跳閘。 對(duì)于經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式來(lái)說(shuō)，單相接地連接時(shí)流經(jīng)電路上電容的電流得到補(bǔ)償，在接地點(diǎn)殘留下來(lái)的電流值很小，這就能讓故障點(diǎn)產(chǎn)生的電弧自然熄滅，同時(shí)可以讓故障處相電壓數(shù)值上升減慢，這就對(duì)故障電弧的避免重燃和自然熄滅產(chǎn)生積極的作用，約有65% ~ 85%的故障能夠自動(dòng)消去，供電穩(wěn)定性強(qiáng)。 在低電阻接地方式上，永久故障和瞬間故障一樣都會(huì)引起開(kāi)關(guān)裝置的跳閘，配電網(wǎng)線(xiàn)路跳閘機(jī)率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于之前的兩種接地方式。對(duì)于架空線(xiàn)路組成的混合型配電網(wǎng)系統(tǒng)，這種方式的接地開(kāi)關(guān)會(huì)很容易跳閘，供電穩(wěn)定性很低；而對(duì)于像主要以電纜構(gòu)成的電網(wǎng)來(lái)說(shuō)，發(fā)生永久性單相故障會(huì)比較多，而低電阻接地方式能夠迅速在開(kāi)關(guān)跳閘，這就有利于防止事故擴(kuò)大化，對(duì)電網(wǎng)的供電是積極的。 （2）故障電流對(duì)電網(wǎng)設(shè)備的影響 對(duì)于中性點(diǎn)不接地方式，故障電流表現(xiàn)為對(duì)電氣設(shè)備的危害，故障電流的持續(xù)時(shí)間和故障電流的幅值。這種方式的電網(wǎng)電容電流往往小于10A，此時(shí)這個(gè)故障點(diǎn)上的耗散功率比較小，即使很長(zhǎng)一段時(shí)間運(yùn)行，也不會(huì)存在嚴(yán)重的威脅。 對(duì)于經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地方式來(lái)說(shuō)，線(xiàn)圈處于諧振狀態(tài)時(shí)，在接地點(diǎn)剩余的電流量很小，較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行是不會(huì)對(duì)電網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生嚴(yán)重影響。 在使用低電阻接地方式時(shí)，故障點(diǎn)周?chē)黾恿藥装侔驳挠泄﹄娏?，一方面出現(xiàn)了短路故障時(shí)要馬上跳開(kāi)線(xiàn)路，斷路器和其他所相連接的設(shè)備負(fù)擔(dān)較重，這就加大了電網(wǎng)企業(yè)工人的檢修維護(hù)時(shí)間；另一方面短路時(shí)電流對(duì)各種電網(wǎng)設(shè)備危害較大。 （3）人身安全 使用中性點(diǎn)不接地方式時(shí)，故障電流很小，配電網(wǎng)的跨步電壓和接觸電壓很低，短時(shí)間對(duì)于人身安全不會(huì)造成大的危害。 而經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地時(shí)，就有利于瞬時(shí)故障的電弧自助熄滅，降低了人員觸電的機(jī)率。 為了取得更加快速的獲得接地保護(hù)時(shí)所需要的一定電流值，在經(jīng)低電阻接地方式時(shí)，一般系統(tǒng)單相接地電流值都比較大，往往為99A~1000A。因?yàn)榇藭r(shí)的流過(guò)線(xiàn)路的故障電流很大，對(duì)設(shè)備有著嚴(yán)重的影響，在接地點(diǎn)周?chē)鷷?huì)產(chǎn)生數(shù)值較高的接觸電壓和跨步電壓，這就對(duì)路過(guò)的人員構(gòu)成了嚴(yán)重的危險(xiǎn)。但是系統(tǒng)對(duì)于故障能做到快速跳閘，從而減少觸電機(jī)率。 （4）通信干擾與電磁兼容 對(duì)于配電網(wǎng)系統(tǒng)的瞬間發(fā)生的故障，主要作用的是靜電耦合，企業(yè)管理人員能夠用簡(jiǎn)單的方式加以控制。 （5）過(guò)電壓與絕緣水平 配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，正常的相對(duì)地電壓逐漸上升轉(zhuǎn)變?yōu)榫€(xiàn)路中的線(xiàn)電壓。如果出現(xiàn)間歇性弧光接地，就會(huì)容易在線(xiàn)路中出現(xiàn)弧光接地過(guò)電壓[10]。除此之外，工作人員在對(duì)系統(tǒng)操作時(shí)，還容易引出鐵磁諧振過(guò)電壓。如果故障存在的時(shí)間不太短的化，電力設(shè)備就要有較強(qiáng)的外絕緣泄漏安全距離。 （6）繼電保護(hù)選擇性 市場(chǎng)上已經(jīng)開(kāi)發(fā)出多種選擇線(xiàn)路的方案，但是實(shí)際工作的效果都不是太好，因?yàn)閱蜗嘟拥仉娫赐日Ｘ?fù)荷電流小很多，這是難以確保繼電保護(hù)的選擇性，需要安裝特殊的接點(diǎn)顯示裝置。 2.2 中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置 2.2.1配電網(wǎng)系統(tǒng)短路故障的危害 在短路故障發(fā)生期間，會(huì)導(dǎo)致電路中的元件永久性的失效，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生火災(zāi)事故；電壓嚴(yán)重不足，不足以維持電網(wǎng)設(shè)備的正常運(yùn)行；在檢測(cè)到故障、排除故障動(dòng)作時(shí)，因?yàn)槿蹟嗥鞯谋ｋU(xiǎn)絲斷掉，會(huì)產(chǎn)生停電事故，給用戶(hù)的生活生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的影響和經(jīng)濟(jì)的損失。故障檢測(cè)裝置主要由感應(yīng)部分和顯示電路兩結(jié)構(gòu)構(gòu)成[16]。 2.2.2配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置工作原理 配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置按功能可以分為短路故障檢測(cè)裝置和短路、接地故障檢測(cè)裝置。它一般都會(huì)安裝在架空線(xiàn)路上、開(kāi)關(guān)柜母線(xiàn)排和電網(wǎng)電纜上，用作指示故障電流通路的顯示器[11]。其中短路故障檢測(cè)裝置是安裝在各大配電網(wǎng)系統(tǒng)線(xiàn)路上，為了更加準(zhǔn)確、迅速地檢測(cè)出線(xiàn)路短路故障和單相接地故障，當(dāng)某一區(qū)段發(fā)生短路故障，此時(shí)檢測(cè)裝置的顯示器就會(huì)發(fā)出報(bào)警信息，能夠在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控到故障的信息，給出閃燈警示。故障檢測(cè)裝置的構(gòu)成也相對(duì)簡(jiǎn)單，它往往由時(shí)間電流檢測(cè)、故障判別、故障定位驅(qū)動(dòng)、故障信息反饋指示以及信號(hào)輸出和自主延時(shí)復(fù)位控制器等[12]，發(fā)生故障時(shí)LED小燈就會(huì)顯示為紅色的報(bào)警。如圖2-4為故障檢測(cè)裝置的構(gòu)成示意圖。 圖2-4 故障檢測(cè)裝置的構(gòu)成示意圖 2.2.3配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的特點(diǎn) （1） 具有故障檢測(cè)功能：當(dāng)配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，顯示窗口為耀眼的亮紅色并伴隨有刺眼的閃光示警。 （2） 具有很強(qiáng)的抗外界干擾能力，并且反應(yīng)迅速，動(dòng)作敏捷。電路信號(hào)不會(huì)受到線(xiàn)路、高次諧波、電流波動(dòng)、勵(lì)磁涌流的影響。 （3） 能簡(jiǎn)單快速地查找出故障所在區(qū)段：故障檢測(cè)裝置能直接在配電線(xiàn)路上安裝，通過(guò)兩兩相鄰兩組檢測(cè)器是否正常運(yùn)作可以很容易的判斷出故障發(fā)生區(qū)段。 （4） 自動(dòng)復(fù)位：檢測(cè)裝置會(huì) 出廠時(shí)設(shè)定好的復(fù)位時(shí)間在判斷出故障狀態(tài)后自行返回正常的位置。 （5）帶線(xiàn)安裝和拆卸：可以在有電流存在的情況下進(jìn)行維修維護(hù)與安裝工作，不影響配電網(wǎng)線(xiàn)路的正常運(yùn)行，步驟簡(jiǎn)潔。圖2-5為國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置。 圖2-5 國(guó)內(nèi)常見(jiàn)的配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置 2.2.4配電網(wǎng)系統(tǒng)相間短路分析 配電網(wǎng)系統(tǒng)在發(fā)生故障時(shí)大體上都是相位不同的。其中在發(fā)生非對(duì)稱(chēng)故障時(shí)，每一相的電流和電壓有效值都是不同的。所以，只分析三相電路中的一相是不可以準(zhǔn)確反應(yīng)出配電網(wǎng)存在的問(wèn)題。在實(shí)際工作中，使用對(duì)稱(chēng)分量法對(duì)相位不平衡系統(tǒng)進(jìn)行分析得到的數(shù)據(jù)是大體接近實(shí)際情況的。這里就可以引用對(duì)稱(chēng)分量法來(lái)闡述相間短路的情況。對(duì)稱(chēng)分量法一般是對(duì)配電網(wǎng)系統(tǒng)中的一組不對(duì)稱(chēng)的三相點(diǎn)進(jìn)行拆分，就可以分為正序，負(fù)序和零序三序相量。通過(guò)計(jì)算則可以求出故障電壓電流數(shù)量值。 （1）正序分量：如圖所示可以看出，三個(gè)向量的大小是一樣的。每?jī)蓛上嘀g都是相差120度。正序分量是個(gè)平衡的系統(tǒng)。如圖2-6(a)所示。 （a）正序分量 （b）負(fù)序分量 （c）零序分量 圖2-6 三相不對(duì)稱(chēng)向量所對(duì)應(yīng)的分量 （2）負(fù)序分量：各向量相鄰相相位差也是120度，大小一樣，但這是按逆時(shí)針?lè)较虻?，C相超前B相120度，而B(niǎo)相則超前A相120度，與三相相序是不同，如圖2-6（b）所示。 （3）零序分量：零序分量的向量的大小、相位都是一樣的，如圖2-6(c)所示。 在正序分量中，恒有下列關(guān)系： ， （2-1） 其中 （2-2） 顯然存在：， （2-3） 在負(fù)序分量中，恒有以下關(guān)系： ， （2-4） 在零序分量中，則有： （2-5） 由上敘計(jì)算分析，我們可以總結(jié)出配電網(wǎng)系統(tǒng)兩相短路的特點(diǎn)： 1　 配電網(wǎng)系統(tǒng)短路電流和短路電壓沒(méi)有零序分量存在。 2　 在配電網(wǎng)系統(tǒng)的兩相短路故障中，短路電流大小是正序電流的倍，但方向是相差180度。 3　 配電網(wǎng)系統(tǒng)短路故障中，相間的電壓幅值和相位一樣，一般來(lái)說(shuō)，短路點(diǎn)所在的非故障相的電壓是正序電壓的2倍，數(shù)值上為非故障相電壓的1/2，相位相反。 2.2.5配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置的安裝事宜 故障檢測(cè)裝置安裝在架空線(xiàn)、環(huán)網(wǎng)柜、箱變、電纜上，用來(lái)顯示故障[3]。為了方便電網(wǎng)巡線(xiàn)工作人員快速找到線(xiàn)路故障處，高效地減少檢測(cè)故障的時(shí)間和過(guò)程，配電網(wǎng)故障檢測(cè)裝置安裝地點(diǎn)應(yīng)按照以下原則選擇進(jìn)行： （1） 安裝配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置應(yīng)當(dāng)懸掛于長(zhǎng)線(xiàn)路的中段和分支入口處并與地面垂直，不能傾斜。因?yàn)閮A斜時(shí)檢測(cè)裝置運(yùn)轉(zhuǎn)困難，不能正常工作，或故障消失后，檢測(cè)裝置又不自動(dòng)復(fù)位，造成判斷失誤。這個(gè)位置可以顯示故障分支和區(qū)段。 （2） 安裝在各個(gè)變電所出口，這樣可判斷出是變電所內(nèi)部還是外部出現(xiàn)故障。 （3） 故障檢測(cè)裝置應(yīng)當(dāng)安裝在電線(xiàn)塔的電源一側(cè)，不能裝在負(fù)荷側(cè)，這是因?yàn)殡娋€(xiàn)塔上設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，也在該檢測(cè)裝置的檢測(cè)范圍內(nèi)。 總之10kV配電網(wǎng)線(xiàn)路應(yīng)該在各個(gè)區(qū)段安裝故障檢測(cè)裝置，每個(gè)安裝點(diǎn)的三條導(dǎo)線(xiàn)都加一個(gè)故障檢測(cè)裝置，起到區(qū)分出現(xiàn)短路故障線(xiàn)路具體是發(fā)生在哪一相。這樣有效的提升工人巡線(xiàn)時(shí)間，降低工作負(fù)荷，降低停電范圍，不失為一種合理有效的技術(shù)手段。 2.2.6配電網(wǎng)系統(tǒng)故障的的一般類(lèi)型 配電網(wǎng)系統(tǒng)中故障類(lèi)型可以分為：?jiǎn)蜗嘟拥囟搪贰上喽搪?、兩相短路接地、三相短路[13]。在配電網(wǎng)系統(tǒng)發(fā)生三相短路時(shí)，由于各相回路是對(duì)稱(chēng)的，因此這樣的短路稱(chēng)為對(duì)稱(chēng)短路；另外的短路類(lèi)型都是三相回路不對(duì)稱(chēng)的，所以稱(chēng)之為不對(duì)稱(chēng)短路。本論文針對(duì)比較常見(jiàn)的兩相短路和單相接地短路進(jìn)行分析研究。根據(jù)研究統(tǒng)計(jì)，短路故障具體類(lèi)型分類(lèi)及發(fā)生概率如下表2-1： 表2-1短路故障類(lèi)型、故障圖示及發(fā)生概率 2.3 電流互感器工作原理 在實(shí)際的配電網(wǎng)供電用電線(xiàn)路中，電壓電流的值大大小小相差懸殊從幾安培到幾萬(wàn)安培都有，一般的檢測(cè)和保護(hù)裝置是無(wú)法直接連入一次高電壓設(shè)備中，為了便于二次檢測(cè)儀表的測(cè)量就需要電流互感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，將一次系統(tǒng)的大電流按照一定比例轉(zhuǎn)換為數(shù)值較小的二次系統(tǒng)可以測(cè)量的小電流信號(hào)，在通過(guò)變比來(lái)反映一次的實(shí)際值。另外電網(wǎng)線(xiàn)路上都是高壓電直接測(cè)量非常的危險(xiǎn)的。其功能如下： （1） 電流互感器可以把配電網(wǎng)上輸出的交流電信號(hào)按照變比轉(zhuǎn)換為我國(guó)規(guī)定的5A或者1A小電流，比如變比為2000：1的電流互感器，可以把實(shí)際為2000A的大電流轉(zhuǎn)變?yōu)?A的小電流[14]。 （2） 電流互感器常常會(huì)安裝在開(kāi)關(guān)柜里， 接電流表之類(lèi)的檢測(cè)表和繼電保護(hù)作用。 （3） 能夠讓二次設(shè)備與配電網(wǎng)高壓部分分隔開(kāi)來(lái)，并且電流互感器二次側(cè)都必須與大地相連，這樣對(duì)于電網(wǎng)企業(yè)人員和設(shè)備的安全起到作用。 （4） 測(cè)量用電流互感器能用來(lái)測(cè)量用電量大小使電網(wǎng)企業(yè)計(jì)算和測(cè)量運(yùn)行設(shè)備的電流。如圖2-6所示電流互感器I-V變換電路圖。 圖2-6 電流互感器I-V變換電路圖 3 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置硬件設(shè)計(jì) 本論文的最主要目的是在于設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一種技術(shù)更加完善、全面且穩(wěn)定性更好的中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置。依據(jù)配電網(wǎng)系統(tǒng)的故障檢測(cè)的基本原理基礎(chǔ)，比較常見(jiàn)的單片機(jī)控制芯片，并加以選擇應(yīng)用，按照任務(wù)書(shū)所需要實(shí)現(xiàn)的基本功能去實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的硬件電路設(shè)計(jì)，再對(duì)完成的硬件進(jìn)行必要的檢測(cè)和調(diào)試，編輯軟件開(kāi)發(fā)，添加故障檢測(cè)裝置，最后進(jìn)行硬件和軟件的修改和仿真，以求達(dá)到符合的理論要求，實(shí)現(xiàn)中性點(diǎn)不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)的故障檢測(cè)功能。 硬件設(shè)計(jì)部分是以單片機(jī)的基本功能為核心去組成智能化的硬件平臺(tái)，并按照準(zhǔn)確、迅速檢測(cè)故障的要求，實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的硬件功能模塊；故障檢測(cè)裝置的軟件設(shè)計(jì)部分采用的是嵌入式基于C語(yǔ)言基礎(chǔ)的編程操作系統(tǒng)，把每個(gè)硬件模塊的控制程序設(shè)置為高低不同優(yōu)先級(jí)的任務(wù)去實(shí)現(xiàn)管理，這樣就能保證故障檢測(cè)器的正常工作，保證功能的可靠及穩(wěn)定。 3.1 電路板制作過(guò)程 在制作硬件的第一步就是制作電路板，這是一個(gè)需要我們?cè)谧铋_(kāi)始過(guò)程中掌握的技能，選取合適的硬質(zhì)電路板與電路板的大小都將會(huì)影響往后制作的過(guò)程，這就變得十分的重要與明顯，所以要掌握好這個(gè)步驟的每一步。制作電路板的流程如下： 打印圖紙——熨燙電路圖——腐蝕電路板——鉆孔——焊接 這五大步中的每一步都是重要的，只要其中有一個(gè)步驟沒(méi)有做好的話(huà)很可能就要返工了。 3.2 單片機(jī)系統(tǒng) 3.2.1單片機(jī)系統(tǒng)概述 單片機(jī)就是一塊集成芯片，但是這塊集成芯片具有一些特殊功能，而它的功能的實(shí)現(xiàn)要靠我們使用者自己來(lái)編程完成。我們編程的目的就是控制這塊芯片的各個(gè)引腳在不同時(shí)間輸出不同的電頻（低電平或者高電平），進(jìn)而控制與單片機(jī)各個(gè)引腳相聯(lián)機(jī)的外圍電路的電氣狀態(tài)。編程時(shí)我們一般可以使用C語(yǔ)言或者匯編語(yǔ)言，本設(shè)計(jì)選用的是嵌入式基于C語(yǔ)言部分來(lái)編程。 3.2.2 硬件部分的功能流程分析 故障檢測(cè)裝置一般都安裝在配電網(wǎng)系統(tǒng)高壓輸電線(xiàn)路上，通過(guò)指示器、指示燈和報(bào)警蜂鳴器來(lái)對(duì)實(shí)現(xiàn)高壓輸電線(xiàn)路的監(jiān)控檢測(cè)，保證故障出現(xiàn)時(shí)系統(tǒng)能夠及時(shí)定位和報(bào)警。 最主要的核心模塊的設(shè)計(jì)思路是：從電網(wǎng)電路輸出的220V交流電信號(hào)經(jīng)過(guò)電流互感器的轉(zhuǎn)換，然后把電流信號(hào)再經(jīng)過(guò)電流轉(zhuǎn)電壓電路，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷汗┫乱患?jí)處理模塊使用。將小信號(hào)的正弦信號(hào)經(jīng)過(guò)全波整流電路，轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷餍盘?hào)。最后這些直流信號(hào)濾波變?yōu)榻跗街钡闹绷餍盘?hào)，信號(hào)輸出給STC12單片機(jī)的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，進(jìn)行信號(hào)采集。經(jīng)過(guò)A/D口的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，這時(shí)進(jìn)入單片機(jī)最小系統(tǒng)，通過(guò)單片機(jī)的判斷處理，判斷電路是否發(fā)生故障，如果發(fā)生過(guò)流故障，則LCD1602顯示故障出現(xiàn)再哪一相，此時(shí)電流值為多少并且蜂鳴器報(bào)警。如圖3-1所示為故障檢測(cè)裝置大體流程圖。 圖3-1 故障檢測(cè)裝置的大體流程 3.3 硬件部分的整體設(shè)計(jì) 從配電網(wǎng)輸出的220V交流電源信號(hào)的電流太大，不能直接連接到單片機(jī)的A/D采集口上，所以必須通過(guò)電流互感器的電磁感應(yīng)轉(zhuǎn)化成為小電流信號(hào)。本設(shè)計(jì)給三相電源的每一相輸入端包括零序電路輸入端都加上了電流互感器，方便信號(hào)的采集轉(zhuǎn)換，把處理過(guò)后的信號(hào)再發(fā)送給合適的A/D口轉(zhuǎn)換，為下一模塊的處理做準(zhǔn)備。 硬件電路上，本設(shè)計(jì)最主要依靠的是高性能、低功耗的內(nèi)部自帶8路高速10位A/D采集的STC12C5A60S2單片機(jī)。相比于目前市場(chǎng)上普通的單片機(jī)，具有更高級(jí)的技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)短路情況的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為單片機(jī)可以讀取顯示的數(shù)字信號(hào)，最后把單片機(jī)處理后的信號(hào)發(fā)送給顯示器，顯示電路哪一相出現(xiàn)故障?？紤]到經(jīng)費(fèi)和時(shí)間上的限制，硬件設(shè)計(jì)時(shí)力求使用方便和高性?xún)r(jià)比，并且有著良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力。 硬件整體部分大致可以分為：電源電路的設(shè)計(jì)、精密整流濾波電路的設(shè)計(jì)、基于STC12C5A60S2單片機(jī)的故障檢測(cè)以及LCD1602指示器電路的設(shè)計(jì)等。 配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)的功能需求： （1）配電網(wǎng)系統(tǒng)故障檢測(cè)裝置的最主要的作用是能夠迅速檢查出配電線(xiàn)路中哪一相出現(xiàn)了故障，利用收集到的信號(hào)，分析計(jì)算出電流互感器采集到的220V高壓交流電信號(hào)，然后通過(guò)單片機(jī)自帶的A/D模塊對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行分析處理，單片機(jī)對(duì)A/D轉(zhuǎn)換成的數(shù)字信號(hào)再進(jìn)行下一步計(jì)算，判斷出是否出現(xiàn)故障。針對(duì)不同種的故障類(lèi)型，本畢業(yè)設(shè)計(jì)做的故障檢測(cè)裝置能實(shí)時(shí)對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行監(jiān)控，給出正確的判斷。 （2）在實(shí)現(xiàn)對(duì)高壓輸電線(xiàn)路檢測(cè)故障的基本功能上，再通過(guò)軟硬件的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)檢測(cè)的快速性和靈敏性，即裝置能通過(guò)嵌入式系統(tǒng)編程過(guò)后的程序命令對(duì)工作參數(shù)以及設(shè)定參數(shù)進(jìn)行必要的整定，以求在不同的工作環(huán)境、不同工作人員的運(yùn)行使用要求。 （3）系統(tǒng)故障指示器使用的是LCD1602和LED發(fā)光二極管以及報(bào)警蜂鳴器三種結(jié)合的方式，更好的給配電網(wǎng)使用用戶(hù)能更加直觀的判斷出故障的具體位置、具體情況。當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，LCD1602顯示出此時(shí)的電流值和故障區(qū)段，當(dāng)前故障相的紅燈高亮，報(bào)警蜂鳴器報(bào)警。 3.4 系統(tǒng)核心電路設(shè)計(jì) 3.4.1電源電路模塊設(shè)計(jì) 第一步設(shè)計(jì)的是電源電路，為了能操作方便、簡(jiǎn)單，本設(shè)計(jì)采用的是經(jīng)電源變壓器轉(zhuǎn)換的配電網(wǎng)輸出的220V供電方式。經(jīng)過(guò)電源變壓器的轉(zhuǎn)換變?yōu)?15V和-15V的正弦交流電，在經(jīng)過(guò)4個(gè)IN4007整流二極管的初步整流和大小電容的濾波，輸出下一模塊需要使用的+12V、-12V和單片機(jī)使用的+5V、-5V的四種電源。因?yàn)楸鞠到y(tǒng)需要使用多個(gè)電壓值的輸出，所以設(shè)計(jì)采用多重電源芯片來(lái)使電壓不斷變小變換，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)上各種現(xiàn)有成熟的設(shè)計(jì)電源電路方案，設(shè)計(jì)了這套電源電路模塊。它具有轉(zhuǎn)換效率高，抗負(fù)載能力強(qiáng)，輸出電壓值穩(wěn)定的特點(diǎn)。 在電源模塊中，第一部分采用了LM7812三端線(xiàn)性穩(wěn)壓管將經(jīng)過(guò)整流二極管構(gòu)成的整流橋初步整流過(guò)后的16.89V交流電壓信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)?12V脈動(dòng)的直流電壓信號(hào)，同理LM7912將經(jīng)過(guò)整流橋初步整流過(guò)后的16.89V交流電壓轉(zhuǎn)變?yōu)?12V脈動(dòng)的直流電壓信號(hào)。其中7805是將流經(jīng)7812穩(wěn)壓管轉(zhuǎn)變出來(lái)的+12V電壓變換為+5V直流電壓，而7905是經(jīng)由7912穩(wěn)壓管轉(zhuǎn)變出來(lái)的-5V變換為-12V直流電壓。所獲得的+12V/-12V電壓為下一模塊的精密整流濾波電路的LM358運(yùn)算放大器供電。因?yàn)榭紤]到在實(shí)際設(shè)計(jì)出來(lái)的電源電路中，LM7812到7805之間的壓差U=12V-5V=7V，壓差過(guò)大，為了以防萬(wàn)一芯片不被燒壞，在四個(gè)穩(wěn)壓芯片上都加上了散熱片，尤其是LM7805和LM7905要加大的散熱片。 配電網(wǎng)輸電線(xiàn)路輸出的220V交流電為高電壓，在經(jīng)過(guò)第一部分的大電容和小的瓷片電容濾波。其中，大的電解電容為后續(xù)電路提供能量，儲(chǔ)能濾波，將整流芯片的脈動(dòng)的直流進(jìn)一步濾波為平滑的直流；瓷片電容過(guò)濾掉信號(hào)中的毛刺、尖峰，過(guò)濾掉高頻信號(hào)干擾。最后部分LED小燈起到提示作用，顯示有電流流過(guò)，線(xiàn)路導(dǎo)通。如圖3-2所示為L(zhǎng)ED指示小燈的接線(xiàn)原理圖。 圖3-2 LED指示小燈的接線(xiàn) 在最初的電源電路設(shè)計(jì)、畫(huà)圖的過(guò)程中，出現(xiàn)了一些小失誤。比如說(shuō)，當(dāng)我在畫(huà)電路原理圖PCB時(shí)，沒(méi)有仔細(xì)考慮到配電網(wǎng)輸出的市電220V交流電是一個(gè)比較高的電壓，是一個(gè)大功率的電路，在初期PCB畫(huà)圖設(shè)計(jì)時(shí)，線(xiàn)路的線(xiàn)寬沒(méi)有給予一個(gè)比較大的值，畫(huà)的都是比較細(xì)的線(xiàn)路，這就導(dǎo)致電路不是很耐壓，單位長(zhǎng)度的載流量相對(duì)較大。在兩個(gè)輸出為負(fù)電壓的三端線(xiàn)性穩(wěn)壓管連接的LED小燈上，因?yàn)闆](méi)有注意到負(fù)電壓相對(duì)于地線(xiàn)來(lái)說(shuō)是低電位，LED電源指示燈的正極任然是和負(fù)電壓相連接，這就導(dǎo)致了做電路板模擬測(cè)試的時(shí)候，負(fù)電壓沒(méi)有電流的輸出，LCD小燈不亮。經(jīng)過(guò)這次的兩個(gè)小失誤，第一次做出的電路板子是不成功的，但是也為以后的設(shè)計(jì)工作總結(jié)了經(jīng)驗(yàn)，在重新對(duì)PCB圖的連接加粗、加寬后，并改正了LED小燈正負(fù)極的連接，換取了更大容量的大電容，使得電源電路模塊更加趨向于合理穩(wěn)定，工作情況良好，沒(méi)有因?yàn)檩^大了壓差產(chǎn)生過(guò)熱現(xiàn)象，總體性能穩(wěn)定、良好。 因?yàn)榕潆娋W(wǎng)輸出的220V交流電對(duì)人體是非常危險(xiǎn)的，所以在安全保護(hù)上，用熱熔膠槍把強(qiáng)電部分各個(gè)接口作了絕緣保護(hù)措施，防止因?yàn)閷?shí)驗(yàn)過(guò)程中的誤操作而發(fā)生觸電危險(xiǎn)。 3.4.2電流互感器和精密整流濾波處理模塊 本設(shè)計(jì)中選用的互感器的型號(hào)是 DL-CT525BW臥式電流互感器，它的輸入變比K是2000：1，樣機(jī)部分使用200W白熾燈線(xiàn)路中的電流，去模擬10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)上的大電流，經(jīng)過(guò)電流互感器的轉(zhuǎn)變，測(cè)出的電流值為：I=P/U=200/220A=0.91A，所以二次側(cè)輸出的電流值IN為0.455mA。把感應(yīng)出來(lái)的電流值經(jīng)過(guò)I-V變化成為電壓信號(hào)，輸出給精密整流電路去整流。其中，精密可調(diào)電位器可以對(duì)示波器上顯示的波形進(jìn)行調(diào)節(jié)。必須特別要注意的是，在裝置運(yùn)行中的電流互感器是禁止開(kāi)路。 在配電網(wǎng)輸電系統(tǒng)工作時(shí)，通過(guò)線(xiàn)路上的各種互感器和采樣電路，工作人員就可以檢測(cè)出線(xiàn)路電流信號(hào)、零序電流和絕緣電阻信號(hào)等最主要的參數(shù)。對(duì)于采集信號(hào)的電路中，因?yàn)閱纹瑱C(jī)最后要用到的是數(shù)字信號(hào)，所以單單只經(jīng)過(guò)I-V變換所得到的低電壓信號(hào)是不行的，這還不滿(mǎn)足單片機(jī)A/D采集處理器的要求，所以設(shè)計(jì)電路上要對(duì)需要采樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，，也就是精密整流濾波，使最終經(jīng)過(guò)處理的信號(hào)滿(mǎn)足單片機(jī)的計(jì)算要求，也就是信號(hào)大小與單片機(jī)處理范圍相同。 如圖3-3所示（詳見(jiàn)附錄2），為了檢測(cè)變換較快、幅值很小、存在干擾的電流信號(hào)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)選裝了帶有運(yùn)算放大器的I-V變換電路作為電路采樣，輸出直流電源電壓+12V和-12V，使用價(jià)格便宜的LM358運(yùn)算放大器做電壓跟隨，利用電壓跟隨器作為中間級(jí)，以“隔離”前后級(jí)之間的相互影響，起到隔離、緩沖、提升電路帶負(fù)載能力的能力。在將初步整流的脈動(dòng)較大的直流電壓信號(hào)經(jīng)過(guò)全波整流電路轉(zhuǎn)變?yōu)槊}動(dòng)較小的直流電壓信號(hào)，末尾部分把信號(hào)再經(jīng)過(guò)低通濾波器電路進(jìn)行濾波，得到近乎直線(xiàn)的直流信號(hào)輸出到STC12C5A60S2增強(qiáng)型單片機(jī)中進(jìn)行A/D模數(shù)量的轉(zhuǎn)換。如圖3-3所示配電網(wǎng)輸入信號(hào)處理。 圖3-3 配電網(wǎng)輸入信號(hào)處理 （1）在I/V變換電路中，配電網(wǎng)輸出的電流信號(hào)經(jīng)電流互感器轉(zhuǎn)換變小測(cè)出，并接入到電路中，將測(cè)出的小電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗妷盒盘?hào)。 方案一：選用LM358雙運(yùn)算放大器電路來(lái)進(jìn)行I-V變換； 方案二：選用電阻來(lái)進(jìn)行來(lái)進(jìn)行I-V變換。 方案分析： 對(duì)于方案一，選用LM358雙運(yùn)算放大器可以在I-V轉(zhuǎn)換電路中作為隔離前級(jí)和后級(jí)的的電路，提供I-V電路的帶后級(jí)能力，它的工作電壓為+-1.5V至+-15V，電壓范圍較寬，工作時(shí)低功耗、低輸入失調(diào)電壓和失調(diào)電流，是最常用的運(yùn)放，價(jià)格便宜。這樣就可以有效防止信號(hào)干擾，采樣時(shí)可以取較大值，通過(guò)精密可調(diào)電位器，還可以調(diào)節(jié)I-V變換電路輸出的電壓值； 對(duì)于方案二，要是使用的是電阻來(lái)進(jìn)行電流到電壓的I-V變換，就要選用阻值很小的電阻以降低對(duì)主電路的影響，但是這樣一來(lái)就會(huì)使輸出的電壓信號(hào)很弱，精度也不高，抗干擾能力也弱。 因此本模塊運(yùn)用的是LM358雙運(yùn)算放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的I-V變換。 （2）在全波整流電路中，處于第一級(jí)的運(yùn)大N1、二極管D1、D2和電阻R5、R6構(gòu)成半波整流電路。 當(dāng)輸入信號(hào)時(shí)，運(yùn)放N1輸出為正電壓，二極管D1導(dǎo)通、D2截止；當(dāng)時(shí)，運(yùn)放1輸出為負(fù)，D2導(dǎo)通，D1截止，。 輸入的信號(hào)是正弦波電壓，在R3上并聯(lián)兩個(gè)電容C1、C2，構(gòu)成低通濾波器，用兩個(gè)電容并聯(lián)的方式，