專利名稱：電網接地選線的總線型零序電流現(xiàn)場處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電網單相接地故障選線技術，特別是涉及6kv_35kv的零序電流現(xiàn)場 處理的電網單相接地故障選線技術。
背景技術：
現(xiàn)在大型企業(yè)配電網(6kv_35kv)廣泛采用中性點不直接接地系統(tǒng)，即小電流接 地系統(tǒng)。這種接地方式的優(yōu)點是當發(fā)生單相接地故障時對電力設備和人身危害小，可允許 電網在此情況下繼續(xù)運行1小時 2小時。但由于此時非故障相對地電壓升高了 倍(穩(wěn) 態(tài))，如果伴隨有電弧現(xiàn)象則可能使非故障線路的最高暫態(tài)電壓達到相電壓的3倍左右，增 加了對線路的絕緣性能的要求，容易發(fā)生非故障相對地閃絡，造成兩相接地短路，其危害較 大。因此，發(fā)生單相接地故障后迅速確定故障線路、故障位置并及時排除對配電系統(tǒng)的安全 運行意義重大。小電流接地系統(tǒng)自動選線技術是一項難度較高的技術問題，單相接地故障時，故 障電流小，信號弱，且單相接地故障的類型復雜，可能發(fā)生不穩(wěn)定接地，產生間隙性弧光等 干擾信號，增加了接地故障檢測的難度。雖從上世紀八十年代，國內開始小電流接地系統(tǒng)故障選線的研究，提出了許多選 線方法，九十年代初，開始推出單片機為控制器的接地故障選線裝置，到目前為止，國內多 家公司相繼推出小電流接地故障選線裝置，均采用集中式結構，配電網多條線路的現(xiàn)場模 擬信號(零序電壓、零序電流、線電壓等)通過信號傳輸線送至故障選線裝置集中采集，集 中處理。這種方法由于現(xiàn)場到故障選線裝置之間是模擬信號傳輸，極易受到干擾，且CPU或 一個環(huán)節(jié)出故障會引起整個系統(tǒng)癱瘓，故弊端多。它們的診斷正確率在50%左右，使用效果 仍然不是很理想。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種電網接地選線的總線型零序電流現(xiàn)場處 理系統(tǒng)，該系統(tǒng)用來解決小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時，信號弱，干擾多、模擬信號傳輸 易受干擾致使測量不準的問題，以提高選線正確率。為了解決上述技術問題，本發(fā)明提出一種配電網接地選線的總線型零序電流現(xiàn)場 處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括故障選線單元、數(shù)據(jù)采集單元、FPGA單元、外擴數(shù)據(jù)存儲器及現(xiàn)場總 線接口 ；其中，數(shù)據(jù)采集單元包括用于獲取變、配電站母線零序電壓的電壓互感器和安裝 在饋線上、用來獲取一次側零序電流信號的零序電流互感器；FPGA單元包括存儲器，分別用于存取零序電流低速采樣信號、零序電流高速采樣信號、零序電壓 采樣信號；處理器，用于控制數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分離，并通過總線接口與故障選線單元進行通
選頻器，用于提取零序電流的基波以及五次諧波；小波包分析模塊，用于計算零序電流暫態(tài)分量各頻帶對應的能量；數(shù)據(jù)采集及順序移位控制模塊，用于控制數(shù)據(jù)采樣和數(shù)據(jù)的存?。凰鲭妷夯ジ衅鲗z測到的零序電壓經隔離變壓器變成合適的電壓信號，經放 大、低通濾波后，一路經低速采樣、A/D轉換后，由FPGA單元控制存入所述存儲器中，另一路 經過整形后輸入到FPGA單元進行邏輯判斷；所述零序電流互感器將檢測到的零序電流經負載電阻轉換成電壓信號，再經過放 大和低通濾波后，分別進行高速采樣和低速采樣，經A/D轉換后，由FPGA單元控制存入所述 存儲器中；處理器從所述存儲器中提取故障零序電壓存入所述外擴數(shù)據(jù)存儲器中，從所述存 儲器中提取故障零序穩(wěn)態(tài)電流送選頻器獲得基波以及諧波分別存入所述外擴數(shù)據(jù)存儲器 中，從所述存儲器中提取故障暫態(tài)電流送所述小波分析模塊分析，獲得帶各頻帶信號的能 量存入所述外擴數(shù)據(jù)存儲器，同時，處理器將存入所述外擴數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場 總線接口發(fā)給故障選線單元。優(yōu)選地所述存儲器為雙口順序移位存儲器，其包括零序電壓低速采樣雙口順序 移位存儲器、零序電流低速采樣雙口順序移位存儲器和零序電流高速采樣雙口順序移位存 儲器；零序電壓低速采樣數(shù)據(jù)存入所述零序電壓低速采樣雙口順序移位存儲器，零序電 流低速采樣的數(shù)據(jù)存入所述零序電流低速采樣雙口順序移位存儲器，零序電流高速采樣的 數(shù)據(jù)存入所述零序電流高速采樣雙口順序移位存儲器。優(yōu)選地所述選頻器包括基波選頻器和五次諧波選頻器。優(yōu)選地所述數(shù)據(jù)采集單元、FPGA單元和外擴數(shù)據(jù)存儲器及現(xiàn)場總線接口設于一 現(xiàn)場FPGA數(shù)據(jù)盒內。本發(fā)明的有益效果如下相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明在需要進行故障選線時，每條線路現(xiàn)場配置一個FPGA數(shù)據(jù) 盒，即可在現(xiàn)場完成信號放大、濾波、數(shù)據(jù)采集，數(shù)字信號處理及分析，通過工業(yè)現(xiàn)場總線完 成現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸。從而有效解決小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時，信號弱，干擾多、模擬信 號傳輸易受干擾致使測量不準的難題，提高選線正確率至80%以上。


圖1是本發(fā)明的電路原理方框圖。圖2是線路現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理的軟件流程圖。
具體實施例方式本發(fā)明提供一種電網接地選線的總線型零序電流現(xiàn)場處理系統(tǒng)，其實施例結構如 圖1所示。圖1中虛線框內為現(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA單元。與FPGA單元連接的是數(shù)據(jù) 采集單元，模擬信號處理電路連接著數(shù)據(jù)采集單元。FPGA單元還連接著外擴數(shù)據(jù)存儲器及 現(xiàn)場總線接口。
數(shù)據(jù)采集單元包括用于獲取變、配電站母線零序電壓的電壓互感器PT和安裝在 饋線上、用來獲取一次側零序電流的零序電流互感器CT。FPGA單元包括雙口數(shù)據(jù)順序移位存儲器，用于存取零序電流低速采樣信號、零序電流高速采樣 信號、零序電壓采樣信號；雙口數(shù)據(jù)順序移位存儲器包括零序電壓低速采樣數(shù)據(jù)存儲器A、 零序電流低速采樣數(shù)據(jù)存儲器B和零序電流高速采樣數(shù)據(jù)存儲器C。處理器，用于控制數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分離，并通過總線接口與故障選線單元進行通 信。處理器可以選用NiosII的處理器。選頻器，用于提取零序電流的基波以及五次諧波。選頻器包括基波選頻器和五 次諧波選頻器，其中基波選頻器為FIR50HZ選頻器，五次諧波選頻器為FIR250HZ選頻器。小波包分析模塊，用于計算零序電流暫態(tài)分量各頻帶對應的能量。數(shù)據(jù)采集及順序移位控制模塊，用于控制采樣數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)的存取。其中，電壓互感器PT將檢測到的零序電壓經隔離變壓器變成合適的電壓信號后， 再經第一差分放大器、第一低通濾波器、低速通道采樣保持器、第一 A/D轉換器依次處理 后，由FPGA單元控制存入零序電壓低速采樣雙口順序移位存儲器A中，經過低通濾波后的 零序電壓信號的另一路經過整形電路后輸入到FPGA單元進行邏輯判斷。零序電流互感器CT將檢測到的零序電流經負載電阻轉換成電壓信號，再經過第 二差分放大器和第二低通濾波器后，分別進入高速通道采樣保持器和低速通道采樣保持 器，其中，低速通道采樣信號經第一 A/D轉換器轉換后由FPGA單元控制存入零序電流低速 采樣雙口順序移位存儲器B中；高速采樣信號經第二 A/D轉換器轉換后，由FPGA單元控制 存入零序電流高速采樣雙口順序移位存儲器C中。在發(fā)生單相接地故障時，處理器從零序電壓低速采樣雙口順序移位存儲器A中提 取故障零序電壓存入外擴數(shù)據(jù)存儲器中，從零序電流低速采樣雙口順序移位存儲器B中提 取故障零序穩(wěn)態(tài)電流，經50Hz選頻器獲得基波以及250Hz選頻器獲得的諧波分別存入外擴 數(shù)據(jù)存儲器中，從零序電流高速采樣雙口順序移位存儲器C中提取的故障暫態(tài)電流送小波 分析模塊分析，獲得帶各頻帶信號的能量存入外擴數(shù)據(jù)存儲器，同時，處理器將存入外擴數(shù) 據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)通過總線接口發(fā)給故障選線單元。本發(fā)明數(shù)據(jù)采集處理單元采用電壓互感器PT、零序電流互感器CT來分別獲取變、 配電站母線零序電壓信號和第i條出線的零序電流信號，經信號調理電路(隔離、放大、濾 波等)后，由FPGA單元控制采樣、A/D轉換、數(shù)據(jù)移位存儲。FPGA單元內集成NiosII系統(tǒng) 及相關算法的硬件模塊，軟核處理器NiosII可以宏觀控制數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分離、并通過現(xiàn) 場總線接口與故障選線單元通信?？梢蕴崛×阈螂娏鞯幕ā⑽宕沃C波，計算零序電流暫態(tài) 分量各頻帶對應的能量。同時NiosII系統(tǒng)通過現(xiàn)場總線(PR0FIBUS)接口及現(xiàn)場總線將處 理的數(shù)據(jù)傳送給故障選線裝置的選線單元。在開發(fā)任何現(xiàn)場總線型故障選線裝置時，每條線路現(xiàn)場安裝一個基于FPGA的數(shù) 據(jù)盒，數(shù)據(jù)盒內的數(shù)據(jù)采集處理工作過程如下來自安裝在各饋線的零序電流互感器的二次側零序電流信號，經負載電阻轉換成 電壓信號，再經放大和低通濾波后，送至高、低速通道采樣保持器。其中低速采樣的信號經 A/D變換后由FPGA單元控制存入零序電流低速采樣雙口順序移位存儲器B中，高速采樣的信號經A/D變換后，由FPGA單元控制存入零序電流高速采樣雙口順序移位存儲器C中。零 序電壓來自電壓互感器二次開口三角，經隔離變壓器變?yōu)楹线m的電壓信號，再經低通濾波 器后，一路經低速采樣、A/D變換后由FPGA單元控制存入零序電壓低速采樣雙口順序移位 存儲器A中，零序電壓的另一路輸入到FPGA單元進行邏輯判斷，實時檢測線路是否發(fā)生了 單相接地故障。當發(fā)生單相接地故障時，F(xiàn)PGA單元輸出一觸發(fā)信號，通知NiosII從雙口 順序移位存儲器中取出一定長度的故障數(shù)據(jù)，進行分析、計算，并把相關結果經過Profibus 總線傳至故障選線單元，進行故障選線。低頻采樣的采樣頻率取為3. 2KHz,因而要求低頻采樣保持器的采樣頻率大于 3.2KHz。因為有2路低頻采樣的信號，要求A/D轉換速度大于6. 4KHz。高頻采樣的采樣頻 率取為51. 2KHz。線路現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理單元軟件流程如圖2。先對數(shù)據(jù)采集單元進行初始化；然后進行數(shù)據(jù)采集、控制數(shù)據(jù)移位存儲；再對采 集上來的數(shù)據(jù)進行判斷，判斷是否發(fā)生單相接地故障。如果是，則讀取零序電壓低速采樣雙口順序移位存儲器A，提取故障零序電壓，并 存入外擴數(shù)據(jù)存儲器；并讀取零序電流低速采樣雙口順序移位存儲器B、零序電流高速采 樣雙口順序移位存儲器C，提取故障零序穩(wěn)態(tài)電流及暫態(tài)電流；然后將故障穩(wěn)態(tài)零序電流 送至選頻器，獲得基波以及五次諧波，將它們存入外擴數(shù)據(jù)存儲器，故障暫態(tài)電流送小波包 分析模塊，獲取各頻帶信號的能量存入外擴數(shù)據(jù)存儲器，并將信號通過現(xiàn)場總線接口向上 級傳送數(shù)據(jù)；完成后再重新對采集上來、存儲在數(shù)據(jù)存儲器中的新數(shù)據(jù)進行判斷。如果否，則重新對采集上來、存儲在數(shù)據(jù)存儲器中的新數(shù)據(jù)進行判斷。
權利要求
一種電網接地選線的總線型零序電流現(xiàn)場處理系統(tǒng)，包括故障選線單元，其特征在于包括數(shù)據(jù)采集單元、FPGA單元、外擴數(shù)據(jù)存儲器及現(xiàn)場總線接口；其中，數(shù)據(jù)采集單元包括用于獲取變、配電站母線零序電壓的電壓互感器和安裝在饋線上的、用來獲取一次側零序電流的零序電流互感器；FPGA單元包括存儲器，用于存取零序電流低速采樣信號、零序電流高速采樣信號、零序電壓采樣信號；處理器，用于控制數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分離，并通過所述現(xiàn)場總線接口與所述故障選線單元進行通信；選頻器，用于提取零序電流的基波以及五次諧波；小波包分析模塊，用于計算零序電流暫態(tài)分量各頻帶對應的能量；數(shù)據(jù)采集及順序移位控制模塊，用于控制數(shù)據(jù)采樣和數(shù)據(jù)的存?。凰鲭妷夯ジ衅鲗z測到的零序電壓經隔離變壓器變成合適的電壓信號，經放大、低通濾波后，一路經低速采樣、A/D轉換后，由FPGA單元控制存入所述存儲器中；另一路經過整形后輸入到FPGA單元進行邏輯判斷；所述零序電流互感器將檢測到的零序電流經負載電阻轉換成電壓信號，再經過放大和低通濾波后，分別進行高速采樣和低速采樣，經A/D轉換后，由FPGA單元控制存入所述存儲器中；處理器從所述存儲器中提取故障零序電壓存入所述外擴數(shù)據(jù)存儲器中，從所述存儲器中提取故障零序穩(wěn)態(tài)電流送選頻器獲得基波以及諧波分別存入所述外擴數(shù)據(jù)存儲器中，從所述存儲器中提取故障暫態(tài)電流送所述小波分析模塊分析，獲得各頻帶信號的能量存入所述外擴數(shù)據(jù)存儲器，同時，處理器將存入所述外擴數(shù)據(jù)存儲器中的數(shù)據(jù)通過現(xiàn)場總線接口發(fā)給故障選線單元。
2.根據(jù)權利要求1所述的電網接地選線的總線型零序電流現(xiàn)場處理系統(tǒng)，其特征在 于所述存儲器為雙口順序移位存儲器，其包括零序電壓低速采樣雙口順序移位存儲器、零 序電流低速采樣雙口順序移位存儲器和零序電流高速采樣雙口順序移位存儲器；零序電壓低速采樣數(shù)據(jù)存入所述零序電壓低速采樣雙口順序移位存儲器，零序電流低 速采樣的數(shù)據(jù)存入所述零序電流低速采樣雙口順序移位存儲器，零序電流高速采樣的數(shù)據(jù) 存入所述零序電流高速采樣雙口順序移位存儲器。
3.根據(jù)權利要求1所述的電網接地選線的總線型零序電流現(xiàn)場處理系統(tǒng)，其特征在 于所述選頻器包括基波選頻器和五次諧波選頻器。
4.根據(jù)權利要求1所述的電網接地選線的總線型零序電流現(xiàn)場處理系統(tǒng)，其特征在 于所述數(shù)據(jù)采集單元、FPGA單元和外擴數(shù)據(jù)存儲器及現(xiàn)場總線接口設于一現(xiàn)場FPGA數(shù)據(jù) 盒內。
全文摘要
本發(fā)明提供一種配電網接地選線的總線型零序電流現(xiàn)場處理系統(tǒng)，該現(xiàn)場處理系統(tǒng)于每條線路現(xiàn)場配置基于FPGA的數(shù)據(jù)盒，在現(xiàn)場完成信號放大、濾波、數(shù)據(jù)采集、儲存，同時完成數(shù)字信號處理及分析，實現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)字通信。從而有效解決小電流接地系統(tǒng)單相接地故障時，信號弱，干擾多、模擬信號傳輸易受干擾致使測量不準的難題，提高了選線正確率。適用于6-35KV電網接地選線。
文檔編號G01R19/25GK101995511SQ20091011596
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月17日 優(yōu)先權日2009年8月17日
發(fā)明者劉祥印, 歐陽偉, 沈力軍, 王時勝 申請人:中國瑞林工程技術有限公司