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，3U017．32kV。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。