專利名稱：一種差分濾波抑制不平衡電流的小電流選線裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)低壓配電網(wǎng)故障檢測領(lǐng)域，尤其涉及一種差分濾波抑制不平衡電流的小電流選線裝置及控制方法。
背景技術(shù)：
在變電站(所)、開關(guān)站和發(fā)電廠中，66千伏、35千伏、10千伏、6千伏和3千伏配電線路，是電力系統(tǒng)的主要組成部分。在這些電壓等級的系統(tǒng)中，大多采用小電流接地系統(tǒng)的運(yùn)行方式，既是變壓器和發(fā)電機(jī)的中性點都采取了不接地或經(jīng)過消弧線圈、電阻接地的方式進(jìn)行輸配電。并且在同一電壓等級的母線上又有多條輸出或輸入配電線路相連接， 大部分采用鋁或銅排架空引出或高壓電力電纜線引出；線路數(shù)量一般有五六條、十幾條或二三十條不等；每一條配電線路又有很多分支，按“輻射”狀架設(shè)，再與各配電變壓器連接， 由配電變壓器降成“低壓”后供給廣大的用戶使用。在這類配電系統(tǒng)中，經(jīng)常會發(fā)生相間短路、過電流或過負(fù)荷和單相接地等故障現(xiàn)象，其中單相接地的發(fā)生率最為頻繁。單相接地是一種常見的臨時性故障，多發(fā)生在潮濕、多雨天氣，樹障、配電線路絕緣子單相擊穿、單相斷線及小動物危害等諸多因素均可引發(fā)。發(fā)生單相接地后，故障相對地電壓降低，非故障兩相的相電壓升高，但線電壓卻依然對稱，因而不影響對用戶的連續(xù)供電，系統(tǒng)可運(yùn)行I 2h， 這也是小電流系統(tǒng)的最大優(yōu)點。但是若發(fā)生單相接地故障時電網(wǎng)長期運(yùn)行，因非故障的兩相對地電壓升高，可能引起絕緣的薄弱環(huán)節(jié)被擊穿，發(fā)展成為相間短路，使事故擴(kuò)大，影響用戶的正常用電。還可能使電壓互感器鐵心嚴(yán)重飽和，導(dǎo)致電壓互感器嚴(yán)重過負(fù)荷而燒毀。 同時弧光接地還會弓I起全系統(tǒng)過電壓，進(jìn)而損壞設(shè)備，破壞系統(tǒng)安全運(yùn)行。小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線問題為多年來困擾配電網(wǎng)運(yùn)行的難題。早在國內(nèi)從上世紀(jì)初期就有許多電力工程技術(shù)人員和高等院校對此項目進(jìn)行過大量的研究，到了上世紀(jì)80年代，微機(jī)的出現(xiàn)給小電流接地選線研制提供了硬件條件，90年代初掀起了 “小電流接地選線技術(shù)”的應(yīng)用高潮，小電流接地選線裝置問世以來，已經(jīng)經(jīng)歷了幾次更新?lián)Q代，研究的認(rèn)識度不但深入，技術(shù)理論和方案也越來越多，準(zhǔn)確率逐步在提高。目前在現(xiàn)場應(yīng)用的選線理論主要有以下幾種I、穩(wěn)態(tài)分量法包括群體比幅比相法、補(bǔ)償法、時序鑒別法、諧波法、移相法、導(dǎo)納法、功率法等。2、暫態(tài)分量法包括首半波法、小波分析法、能量法、譜功率法等。3、外部影響法包括殘余電流增量法、信號注入法等。雖然眾多基于新一代選線理論的小電流接地選線裝置已在現(xiàn)場運(yùn)行并取得一定的運(yùn)行效果，但選線的準(zhǔn)確率還不能令人滿意。究其原因除了各種算法的局限性、系統(tǒng)鐵磁諧振的擾動和零序電流互感器的精度外，影響選線裝置準(zhǔn)確性的關(guān)鍵原因就在于一個“小”。因為接地時的電流很小，從幾毫安到幾十毫安或幾百毫安，最大也只有幾安培，與供電線路中的幾百安培或數(shù)千安培的負(fù)荷電流相比，相差數(shù)千倍或數(shù)萬倍。尤其是在一些因為沒有配置零序CT而采用三相電流合成零序電流的測量誤差比較大的供電系統(tǒng)和一些工礦企業(yè)等在正常運(yùn)行中不平衡電流比較大的供電系統(tǒng)中，線路中故障時的電流與非故障時的電流相比沒有十分明顯的區(qū)別，造成故障時的零序電流信號被非故障時就存在的不平衡電流信號所干擾，往往把零序電流信號給淹沒了，選線裝置無法有效的分離和識別故障時的零序電流信號。另外，當(dāng)接地故障發(fā)生時，不僅故障線路對地有電容電流，而非故障線路對地同時也有電容電流，這樣不僅要測量故障線路的電容電流，還要測量非故障線路的電容電流，并要進(jìn)行區(qū)分，難度更大。所以在正常運(yùn)行時不平衡電流比較大的供電系統(tǒng)中如何有效的識別系統(tǒng)單相接地時的故障信號，這也是影響選線裝置準(zhǔn)確率的其中一個重要原因。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上問題，本發(fā)明提供了一種差分濾波抑制不平衡電流的小電流選線裝置及控制方法，能夠解決在現(xiàn)有選線技術(shù)中對正常運(yùn)行時不平衡電流比較大的供電系統(tǒng)中如何有效地識別系統(tǒng)單相接地時的故障信號的問題，提高小電流接地選線裝置的選線準(zhǔn)確率。本發(fā)明的實現(xiàn)技術(shù)方案如下一種差分濾波抑制不平衡電流的小電流選線裝置及控制方法，該小電流接地選線裝置包括多路交流采樣信號輸入接口、運(yùn)放濾波模塊、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、中央處理器模塊、 電源模塊、人機(jī)模塊以及通訊模塊，其中多路交流采樣信號輸入接口、運(yùn)放濾波模塊、模/ 數(shù)轉(zhuǎn)換模塊依次連接，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)模塊、通訊模塊分別與中央處理器模塊雙向連接，電源模塊連接各個部分提供電源。所述中央處理器模塊為多處理器結(jié)構(gòu)，由主控CPU芯片、DSP芯片、FPGA芯片、存儲器及外圍電路構(gòu)成，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與FPGA芯片連接，人機(jī)模塊、通訊模塊與主控CPU芯片連接。所述多路交流采樣輸入接口與運(yùn)放濾波模塊的連接之間設(shè)有TV/TA隔離電路。每一路信號采集對應(yīng)一個交流變換器，變換出來的信號通過濾波器和運(yùn)算放大器處理后送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后送到現(xiàn)場可編程門陣列FPGA單元；所述中央處理器模塊的主控CPU芯片連接人機(jī)模塊，人機(jī)模塊由顯示器和鍵盤構(gòu)成；所述中央處理器模塊的主控CPU芯片連接通信模塊，通信模塊包括串行通信接口和以太網(wǎng)通信接口；所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊由多個并行的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器組成；所述人機(jī)模塊由顯示器和鍵盤構(gòu)成；所述電源模塊向上述模塊供電。一種差分濾波抑制不平衡電流的小電流選線裝置的控制方法，包括如下步驟在選線流程中設(shè)有一個電流差分處理程序模塊，在不平衡電流較大的故障信號中提取零序電流故障分量。I)裝置檢測到零序電壓變化的條件達(dá)到保護(hù)設(shè)定的門檻值，程序啟動。
2)裝置讀取實時零序電壓，進(jìn)行零序電壓元件判斷，如果達(dá)到則執(zhí)行下一步驟； 如果沒達(dá)到則返回上一步驟。3)置故障啟動有效標(biāo)志。4)裝置檢測內(nèi)部控制字是否投入“電流差分處理”功能，如果投入“電流差分處理” 功能，執(zhí)行零序電流差分濾波處理后再進(jìn)行零序電流元件判斷；如果沒有投入“電流差分處 理”功能，則直接執(zhí)行零序電流元件判斷。5)零序電流故障分量進(jìn)行電流元件判斷，如果符合判據(jù)則執(zhí)行選線邏輯判斷；如 果不符合判據(jù)則執(zhí)行系統(tǒng)擾動判斷并輸出擾動判斷結(jié)果。6)裝置執(zhí)行選線邏輯判據(jù)判斷選擇故障線路，選線后進(jìn)行故障信號告警或故障線 路跳閘，并輸出選線判斷結(jié)果。本發(fā)明所述方案具體工作原理及算法，包括如下確認(rèn)所應(yīng)用的現(xiàn)場工況為系統(tǒng)正常運(yùn)行時不平衡電流會比較大，把小電流接地選 線裝置的控制字中的“電流差分處理”項目選擇投入。當(dāng)供電系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，小電流接地選線裝置采集到的系統(tǒng)零序電壓大 于電壓元件判據(jù)后，小電流接地選線裝置程序置故障啟動有效標(biāo)志，而后對所采集饋線的 零序電流信號進(jìn)行差分濾波。濾波差分方程如下y (n) = x (n) _x (x_K)(1-1)K是步長，為事先確定的常數(shù)，K >= 1，可根據(jù)不同的濾波要求進(jìn)行補(bǔ)償。設(shè)輸入
信號為
x(t) = xm sin(2# + (Px)(1_2)式中，Xm，0x，f代表輸入信號的幅值，相位和頻率，那么在tn = nTs時刻的采樣值
為
x(n) = Xm sin(27iftn +(px) = Xm sin(2nfnTs + (px)則x (n-K)則表在tn_K = tn_KTs = (n_K) Ts時刻的采樣值，即
x{n-K) = Xm sm[27if{tn -KTs) + (px](1-3)經(jīng)過差分濾波計算后，輸出信號序列為
y(n) = sin(2機(jī) +(px)~Xm sin[2<{tn -KTs) + (px] (1-4)
= 2Xmsm^i)cos^7ftn +cpx即少(《)= Ym sin(2# + (py)式中};
權(quán)利要求
1.一種差分濾波抑制不平衡電流的小電流選線裝置，其特征在于，該裝置由多路交流采樣信號輸入接口、運(yùn)放濾波模塊、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、中央處理器模塊、電源模塊、人機(jī)模塊以及通訊模塊組成，其中多路交流采樣信號輸入接口、運(yùn)放濾波模塊、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊依次連接，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)模塊、通訊模塊分別與中央處理器模塊雙向連接，電源模塊連接各個部分提供電源。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小電流接地選線裝置，其特征在于，所述中央處理器模塊由主控CPU芯片、DSP芯片、FPGA芯片、存儲器及外圍電路構(gòu)成，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與FPGA芯片連接，人機(jī)模塊、通訊模塊與主控CPU芯片連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小電流接地選線裝置，其特征在于，所述多路交流采樣輸入接口與運(yùn)放濾波模塊的連接之間設(shè)有TV/TA隔離電路，每一路信號采集對應(yīng)一個交流變換器，變換出來的信號通過濾波器和運(yùn)算放大器處理后送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，經(jīng)模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換后送到現(xiàn)場可編程門陣列FPGA單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小電流接地選線裝置，其特征在于，所述人機(jī)模塊由顯示器和鍵盤構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小電流接地選線裝置，其特征在于，所述通信模塊包括串行通信接口和以太網(wǎng)通信接口。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的小電流接地選線裝置，其特征在于，所述模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊由多個并行的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器組成。
7.一種差分濾波抑制不平衡電流的小電流選線裝置的控制方法，其特征在于，包括如下步驟在選線流程中設(shè)有一個電流差分處理程序模塊，在不平衡電流較大的故障信號中提取零序電流故障分量，1)在步驟101，裝置檢測到零序電壓變化的條件達(dá)到保護(hù)設(shè)定的門檻值，轉(zhuǎn)入下一步處理，2)在步驟102，裝置讀取實時零序電壓，提供數(shù)據(jù)給下一個步驟作判斷，3)在步驟103，判斷零序電壓的幅值U是否達(dá)到設(shè)定值，如果達(dá)到則執(zhí)行步驟104，如果沒達(dá)到則繼續(xù)執(zhí)行步驟102實時計算電壓，4)在步驟104，置故障啟動有效標(biāo)志轉(zhuǎn)入下一步的判斷，5)在步驟105，裝置檢測裝置內(nèi)部控制字是否投入“電流差分處理”，如果投入“電流差分處理”，執(zhí)行步驟106 ;如果沒有投入“電流差分處理”，執(zhí)行步驟107，6)在步驟106，裝置采集故障電流信號，通過電流差分處理后得到零序電流故障分量，7)在步驟107，裝置讀取通過電流差分處理后得到零序電流故障分量或讀取實時零序電流，提供數(shù)據(jù)給下一個步驟作判斷，8)在步驟108，判斷零序電流是否達(dá)到設(shè)定值。如果達(dá)到則執(zhí)行步驟110選線邏輯判斷；如果沒有則執(zhí)行步驟109系統(tǒng)擾動判斷，9)在步驟109，裝置通過系統(tǒng)擾動判據(jù)判斷擾動類型，得出結(jié)果并轉(zhuǎn)入步驟112，10)在步驟110，裝置通過選線邏輯判據(jù)判斷故障線路，得出結(jié)果并轉(zhuǎn)入步驟111，11)在步驟111，裝置通過已設(shè)定的內(nèi)部定值來選擇處理選線結(jié)果，如上傳告警信號或跳閘出口。
全文摘要
一種差分濾波抑制不平衡電流的小電流選線裝置及控制方法。小電流接地選線裝置包括多路交流采樣信號輸入接口、運(yùn)放濾波模塊、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、中央處理器模塊、電源模塊、人機(jī)模塊以及通訊模塊，其中多路交流采樣信號輸入接口、運(yùn)放濾波模塊、模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊依次連接，模/數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、人機(jī)模塊、通訊模塊分別與中央處理器模塊雙向連接，電源模塊連接各個部分提供電源。該裝置采用能夠?qū)α阈螂娏鞴收戏至坑行崛〉牧阈螂娏鞑罘譃V波算法，能夠在正常運(yùn)行時不平衡電流比較大的供電系統(tǒng)中有效的提取零序電流故障分量，提高小電流接地選線裝置的選線準(zhǔn)確率。
文檔編號G05B19/05GK102608499SQ201210096269
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月3日
發(fā)明者李晶, 邰世福, 郭征南 申請人:云南電網(wǎng)公司紅河供電局