一种新型低功耗低成本检测单相接地系统

摘要：低成本低功耗测试单相接地系统主要是根据目前10kV输电线路的单相接地研究的成果，利用单片机的低成本低功耗优势，开发出来的判断线路是否发生单相接地的系统。本文主要论述该系统的合理性和可推广性，阐述了该系统的开发理论依据以及软硬件的处理方案。
关键词：单相接地；单片机；低功耗；低成本

0 引言
    目前全国普遍在变电所采用小电流接地选线装置，现有的小电流接地选线装置的传感环节仅仅是零序电流，选线的特征量很小，测量数值不稳定，所选用的处理器为DSP，硬件成本高、功耗大。本系统分布在各条线路上，以各条线路上的零序电流作为启动值，再通过测量各条线路上的零序功率方向，进行单相接地保护，选用低成本低功耗单片机作为主处理单元，较好地完成单相接地测试功能。该系统具有实用性，可广泛推广。

1 判断单相接地的原理
    中性点不接10kV配电系统，发生单相接地时，故障相电压为0，非故障相对地电压升高到相电压的√3倍，即等于线电压；变压器初级各相间的电压大小和相位仍然不变，变压器初级三相系统的平衡仍然保持；变压器次级各相对地电压发生变化。正常运行时和A相接地的时候相量图1所示。

   正常运行时， Ua=Ub=Uc=5．773 k V，Uab=Ubc=Uca=10kV，B相滞后A相120°，C相滞后B相120°，零序电压U0≈0(实际线路中三相电压不可能完全保持平衡)。
    当A相完全接地时，Ua=0，Ub=Uc=1 0kV，Uab=Ubc=Uca=10kV，C相滞后B相60°，零序电压3U0=Ub*cos30°+Uc*cos30°=17．32kV，当A相不完全接地时，3U0<17．32kV。由于实际线路中三相电压不可能完全保持平衡，但也不应偏差太大。

2 零序电流基波IO作为保护启动值
    对于中心点不接地和经电阻接地的系统，非故障线路零序电流的大小等于本线路的接地电容电流，其电容性的无功功率由母线指向线路；故障线路零序电流的大小等于所有非故障线路的零序电流之和，也就是所有非故障线路的接地电容电流之和，其电容性的无功功率由线路指向母线。
    由于接地电容电流与线路长度密切相关，实际线路中所有线路长度之和及各条分支线路的长度不一样，对于同样大小的接地电容电流，有些可能已经是所有线路的接地电容电流之和(故障电流)，有些只是本条线路的接地电容电流(非故障电流)。有些线路扩容后或改建后，接地电容电流之和(故障电流)还会发生变化。但所有线路的接地电容电流之和(故障电流)总归应该大些，所以单相接地保护中还是将零序电流数值作为保护启动值，还需要进一步针对故障相进行判断。

3 零序基波功率方向作为判断依据
    对于中心点不接地和经电阻接地的系统，非故障线路的零序电流IO超前其零序电压U0 90°；故障线路零序电流IO滞后其零序电压U0 90°，据此可以判断出故障线路。xx断路器在单相接地保护投入的情况下会保护跳闸。如果单相接地通讯告警允许，不管单相接地保护是否投入，本系统所在断路器控制器中会通过GSM发出单相接地告警信号到指定的手机上。

4 系统硬件构成
    系统的硬件构成如图2所示。

    本系统主处理器采用低功耗8位单片机STC11F60XE，内部存储器FLASH 60kB，EEPROM 1kB，具有高速、高可靠、低功耗、超低价、无法解密、强抗静电等一系列特点，特别适合用于单相接地系统。

5 数据处理
    本系统主支程序流程图如图3所示。
    本系统采用C语言编写软件。由于发生单相接地时，系统允许继续运行2小时，所以不像过流保护那么需要快速反应。同时可以节省下时间处理其他问题。该系统采样速率为每周波64点。

6 结语
    本系统作为本公司智能高压真空永磁断路器中控制器的一部分用于单相接地检测告警以及执行出口，自产品在现场运行以来，表现良好。在对其使用继电测试保护仪进行测试中，完全可以按要求进行动作。该产品成本低廉、操作方便、适合于推广。