專利名稱：一種自適應零序電流故障特征的小電流接地選線裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)低壓配電網(wǎng)的設備制造技術領域，尤其涉及一種自適應零序電流故障特征的小電流接地選線裝置。
背景技術：
我國低壓配電網(wǎng)大都采用中性點非有效接地方式，這類電網(wǎng)在發(fā)生單相接地故障時，接地故障處僅流過線路的電容電流，其數(shù)值只是幾安到二、三十安，因此這類電網(wǎng)屬于小接地電流電網(wǎng)；由于不產(chǎn)生短路電流，且線電壓仍是對稱的，不影響對用戶的正常供電， 按規(guī)程要求允許繼續(xù)運行I 2小時；此時，非故障相對地電壓升至線電壓水平，可能導致其絕緣薄弱處發(fā)生對地擊穿，形成兩相短路，從而事故擴大，尤其是以電纜為主的配電網(wǎng)， 由于相間間距短，電纜一旦發(fā)生單相接地，多發(fā)展為永久性的相間或三相故障。更為嚴重的，系統(tǒng)長時間帶故障運行，容易引發(fā)人畜傷害事件。針對小接地電流電網(wǎng)的單相接地故障，傳統(tǒng)的做法是當母線絕緣監(jiān)視裝置發(fā)出單相接地故障信號后，由值班人員采取順序拉閘的方式尋找故障線路，轉移負荷后將故障線路切除。這種方法使得一些非故障線路的用戶也會短時停電，降低了供電可靠性，延長了系統(tǒng)帶故障運行的時間，增大了擴大故障和誤操作的可能性，也無法滿足變電站無人值班和實現(xiàn)綜合自動化的要求。隨著微機保護技術的發(fā)展和應用，微機型小電流接地選線裝置得到應用和推廣， 選線技術不斷發(fā)展，選線準確率逐步在提升，但直至今天，選線準確率仍不夠理想，達不到用戶的要求，造成這一現(xiàn)象的主要原因有I)單相接地故障零序電流太小，不容易檢測；2)受消弧線圈補償影響，信號故障特征不明顯，容易引起誤選；3)受互感器精度和硬件采樣精度影響，可靠性得不到保證；為了實現(xiàn)小電流接地選線技術的突破，人們提出多種選線理論，尤其是近年來，由于單相接地暫態(tài)過程的暫態(tài)分量信號大且不受消弧線圈影響，基于暫態(tài)信號的選線理論成為人們研究的重點，也取得了較大突破，但目前現(xiàn)有產(chǎn)品在技術上仍存在兩個重要缺陷第一,米樣率偏低現(xiàn)有產(chǎn)品采樣率每周波大多數(shù)在128點以下，由于單相接地故障暫態(tài)過程時間非常短，最短情況小于0. 2ms,因此采樣率偏低就捕捉不到暫態(tài)過程，捕捉不到暫態(tài)過程就無法分析事情的本質(zhì)，無法分析事情的本質(zhì)就找不到故障特征，找不到故障特征就無法正確選線。第二，采用綜合加權平均算法無論哪種算法，都只適合某種或某幾種故障類型，靠單一的算法不可能做到100% 的選線正確率，哪怕是目前效果最好的暫態(tài)選線算法也不例外。因此，人們在一臺選線裝置中集成了多種甚至數(shù)十種選線算法，將各種算法通過加權平均方式綜合選線。這種處理方式相當于“開會舉手表決制，與會每個人都有表決權，不管個人對表決問題是否專業(yè)，以多數(shù)贊成為通過”。這種處理方式能夠避免単一算法的不可靠性，但有可能會使得本次故障最有效的選線算法在其它不當算法的影響下權重弱化而失效，導致選線結錯誤。
發(fā)明內(nèi)容針對上述問題，本實用新型提供了ー種自適應零序電流故障特征的小電流單相接地選線裝置，該裝置具有51. 2kHz的高速采樣系統(tǒng)，能夠有效捕捉故障暫態(tài)過程，并且根據(jù)毎次接地過程的零序電流故障特征自動選擇最佳的選線算法，從而給出最可靠的選線結果，有近100%的選線正確率，能夠有效解決小電流系統(tǒng)單相接地故障選線問題。本實用新型的實現(xiàn)技術方案如下I)硬件設計主要由信號采集模塊、中央處理模塊、繼電器模塊、人機模塊組成。信號采集模塊主要用于采集零序電壓和零序電流。每ー個所述的信號采集模塊的輸入的信號依次經(jīng)過變換器、濾波電路、運算放大器后進入AD轉換器，該轉換器采樣速率為51. 2kHz ;所述中央處理模塊核心是CPU處理器，該處理器通過數(shù)據(jù)總線接收來自信號采集模塊的采樣數(shù)據(jù)，然后進行計算，井根據(jù)計算結果進行向繼電器模塊發(fā)出動作信號；所述繼電器模塊主要由繼電器組成，用于發(fā)出告警信號；所述人機模塊包含有顯示器和鍵盤，用于信息顯示和參數(shù)設置等。2)軟件設計主要由ー個故障分析元件和六個選線元件組成，所述故障分析元件用于分析故障特征，得到故障特征后自動選擇相應的選線算法；所述選線元件用于完成選線功能，每種選線算法適用于ー種故障類型。具體算法如下算法I :針對暫態(tài)信號豐富的故障類型；算法原理故障線路高頻信號與非故障線路相位相反。算法2 :針對穩(wěn)態(tài)信號量大的故障類型；算法原理故障線路穩(wěn)態(tài)信號與非故障線路穩(wěn)態(tài)信號相反；為了躲過消弧線圈補償影響，當相位相同時，選線結果無效。算法3 :針對有效出線數(shù)少于3條情況；算法原理故障線路電流基波信號相位滯后電壓基波信號90度。算法4 :針對弧光接地和瞬時接地類型；算法原理比較波形變化，故障線路波形與非故障線路波形反相。算法5 :針對高阻接地類型；算法原理利用該故障發(fā)生瞬間的故障線路暫態(tài)信號與非故障線路反相關系進行選線。算法6 :針對CT極性未校驗情況；算法原理比較各線路幅值，取最大者。裝置采集到故障信息后，首先對數(shù)據(jù)進行計算處理，分析其暫態(tài)量、穩(wěn)態(tài)量、波形變化、啟動點特征等信息，提取其故障特征量，然后將特征量與裝置設定進行比較，若符合條件則認為該特征有效，程序自動采用相應的選線算法。算法的處理流程如圖2所示。本實用新型的突出優(yōu)點在于I、硬件上實現(xiàn)51. 2kHz的高速采樣系統(tǒng)。是目前國內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品中采樣率最高的， 能夠有效捕捉接地故障過程，為進ー步選線分析奠定基礎。[0029]2、軟件選線算法實現(xiàn)自適應零序電流故障特征。設計了六種選線算法，每種算法針對一種故障類型。裝置根據(jù)每次接地故障信息找到其故障特征，并自動選擇相應的選線算法進行選線，“讓合適的人做合適的事”，比傳統(tǒng)做法的舉手表決制具有無可比擬的優(yōu)勢。

圖I是本實用新型的硬件結構圖；圖2是本實用新型的軟件流程圖；圖3是本實用新型的應用案例-算法I有效圖4是本實用新型的應用案例-算法2有效圖5是本實用新型的應用案例-算法4有效
具體實施方式
以下結合附圖和實施例對本實用新型的技術方案作進一步說明。圖I為本實用新型的硬件結構圖，包括以下有一個交流采樣模塊1，設有多對信號采集輸入端口，接收電網(wǎng)系統(tǒng)的零序電壓和零序電流信號，變換出來的信號通過濾波器和運算放大器處理后送到模/數(shù)(A/D)轉換器， 經(jīng)模/數(shù)(A/D)轉換器轉換后送到現(xiàn)場可編程門陣列FPGA單元；為了實現(xiàn)高速采樣，F(xiàn)PGA 開辟了兩個內(nèi)存空間RAMl和RAM2，輪流存放最新的采樣數(shù)據(jù)，當其中一個空間存滿，則將新數(shù)據(jù)存到另一個空間，同時通知CPU來讀取。有一個由顯不器和鍵盤構成的人機模塊2 ；有一個電源供電模塊3，用于提供工作需要的5V和24V電源；有一個中央處理模塊，由中央處理器4、存儲單元5和包含有通訊串口，以太網(wǎng)接口的通信模塊6構成。圖2為本實用新型算法處理流程，當裝置接收到故障信號后，首先對故障信號進行分析處理，提取故障特征，然后進入選線流程，在流程中會根據(jù)故障特征自動選擇相應的選線算法，具體如下首先，檢測CT極性是否已經(jīng)過校驗，若沒有校驗，則采用算法6 ;若已經(jīng)校驗，則依次判斷特征I、特征2……特征5的有效性，若其中某個算法有效，則采用該算法進行選線。圖3為本實用新型的應用案例，該故障類型下，暫態(tài)過程信號量很大，持續(xù)時間很短，故障線路I中的高頻信號相位與非故障線路相反，算法I適用于該故障類型。圖4為本實用新型的應用案例，該故障類型下，暫態(tài)過程信號量很小，穩(wěn)態(tài)量信號比較大，故障線路2中的基波信號相位與非故障線路相反，算法2適用于該故障類型。圖5為本實用新型的應用案例，該故障類型下，波形呈周期性放射狀，屬于弧光接地過程，故障線路3中的波形相位與非故障線路相反，算法4適用于該故障類型。
權利要求1.一種自適應零序電流故障特征的小電流接地選線裝置，其特征在于該裝置包括信號采集模塊、中央處理模塊、繼電器模塊以及液晶模塊；所述信號采集模塊用于采集零序電壓和零序電流，輸入的信號依次經(jīng)過變換器、濾波電路、運算放大器后進入AD轉換器，該轉換器采樣速率為51. 2kHz ；所述中央處理模塊核心是CPU處理器，該處理器通過數(shù)據(jù)總線接收來自信號采集模塊的采樣數(shù)據(jù)，然后進行計算，并根據(jù)計算結果進行向繼電器模塊發(fā)出動作信號；所述繼電器模塊主要由繼電器組成，用于發(fā)出告警信號；所述人機模塊包含有顯示器和鍵盤，用于信息顯示和參數(shù)設置。
專利摘要一種自適應零序電流故障特征的小電流接地選線裝置，硬件由信號采集模塊、中央處理模塊、繼電器模塊和液晶模塊組成；軟件有一個故障分析元件和六種選線算法，每種算法僅適用于某種特定的故障類型。本實用新型能夠根據(jù)每次故障特征自適應地選擇對應的選線算法，應用結果表明選線準確率近100％，有效解決配電網(wǎng)系統(tǒng)單相接地故障選線難題。
文檔編號G01R31/08GK202351371SQ20112046476
公開日2012年7月25日 申請日期2011年11月21日 優(yōu)先權日2011年11月21日
發(fā)明者劉海鋒, 楊先林, 閻海山 申請人:廣西星宇智能電氣有限公司