专利名称：小电流接地系统配电线路的故障选线装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统故障选线技术领域，尤其涉及小电流接地系统配电线路的故
障选线装置。
背景技术：
小电流系统单相接地故障检测一直是电力系统继电保护理论和技术的一个难题。小电流系统发生单相接地故障时，工频故障电流为电路对地电容泄露电流，电流值小，故障特征不明显。而且小电流系统正常运行时，不平衡电流相对较大。因此，已有的基于工频电流的故障选线方法难以准确区分故障电流和不平衡电流，无法正确选线。但一方面，单相接地暂态过程包含了丰富的故障信息，暂态行波电流能正确反映故障时间、故障线路和故障位置。另一方面，系统正常运行时的不平衡电流为稳态电流，其与故障暂态可以天然区分开。所以，利用暂态行波电流的选线研究为进行小电流系统单相接地故障检测开辟了一条新途径。 现有的行波选线装置接收来自电流互感器的行波信号，监控每一回线路上的电流行波，根据故障线路的电流行波大于非故障线路，极性相反的原理选择故障线路，判断结果通过信号电缆或者点对点的通信协议上传给控制室。另外，为了区分系统中的干扰与故障，现有的行波选线装置还利用信号电缆引入了母线上的电压互感器的开口三角侧电压。现有的装置能够满足传统变电站的应用要求，但是随着变电站技术的发展，数字化变电站的出现和推广，变电站内的通信采用公用串口网络通信取代现有的私有点对点通信，现有的行波选线装置已不能满足数字化变电站的要求。
发明内容
本发明的目的是提出一种基于数字化变电站的行波选线装置，解决小电流接地系统的故障选线问题，并满足数字化变电站的通信要求。本发明采用故障后产生的暂态行波电流来选择故障线路，基于故障线路的行波幅值最大，极性与非故障线路相反原理来实现。本发明实现了一种符合IEC61850标准的通信，满足数字化变电站自动化系统的要求。
本发明提供了一种小电流接地系统配电线路的故障选线装置，包括变换器，与零序电流互感器连接，将来自所述零序电流互感器的大电流变换成预定值的模拟电压信号，并将所述模拟电压信号输出给数据采集器；数据采集器，将来自所述变换器的所述模拟电压信号转成数字信号，并将所述数字信号存储在数据存储器中，在故障发生后将所述数字信号输出给中央处理器；所述中央处理器，用于对来自所述数据采集器的所述数字信号进行处理，执行故障线路判断，并将判断结果输出给通信接口装置，由所述通信接口装置输出；所述通信接口装置，用于输出所述判断结果。 在上述技术方案中，优选地，所述中央处理器采用小波变换分析行波信号，提取行波信号幅值特征和极性，并将行波幅值最大，极性与其他线路相反的线路选择为故障线路。
在上述技术方案中，优选地，所述通信接口装置将接收到的判断结果转换成符合IEC61850标准的选线结果，并通过网络上传给变电站自动化系统。 在上述技术方案中，优选地，所述变换器与24个零序电流互感器连接。 在上述技术方案中，优选地，所述数据采集器包括接地故障硬件启动单元和数据
采集单元。所述接地故障硬件启动单元用于比较输入电流和门槛值，如果所述输入电流中
的预定频率的分量达到所述门槛值，则输出低电平，判断系统中发生了接地。所述数据采集
单元包括多路转换开关、高速数模转换器和数据存储器。 在上述技术方案中，优选地，所述通信接口装置监听所述中央处理器发出的串口数据，处理所述串口数据后，查找是否发生故障及故障线路，并将经过处理的串口数据通过通用面向变电站事件对象报文和制造报文规范报文形式发送。 在上述技术方案中，优选地，所述通信接口装置监听网络数据包，当监听到发向所述通信接口装置的简单网络时间协议对时报文时，启动系统对时模块，进行所述通信接口装置的系统对时，并通过串口将对时数据发送给所述中央处理器，从而实现所述故障选线装置的对时功能。 在上述技术方案中，优选地，所述通信接口装置采用wi即c即访问网络底层，捕捉原始数据，解析通用面向变电站事件对象报文，实现信息通信，采用socket实现网络数据发送，完成基于TCP/IP的制造报文规范报文发送。
在上述技术方案中，优选地，所述预定值为5伏。 优选地，所述中央处理器结合电压信号判断系统是否发生了故障，如果发生了故障，将结果输出给结果通信接口装置。 优选地，所述中央处理器对来自所述数据采集器的暂态电流进行滤波处理和小波转换处理，判断故障线路，并将结果输出给所述通信接口装置。并将故障记录上传远方控制系统。 优选地，进一步包括电源，用于为所述变换器、所述数据采集器、所述中央处理器、所述通信接口装置供电。 优选地，所述数据采集器循环不断地采集数据，所述接地故障硬件启动单元启动
后，从循环存储器中读取每回线路上的零序电流行波数据128个采样点。 本发明还提供了一种小电流接地系统配电线路故障选线装置，其特征在于该装置
包括 变换器板，它与零序电流互感器的二次侧相联，将来自于零序电流互感器的大电流变换成5伏的电压信号，并将该电压信号输出给数据采集板； 数据采集板它把来自变换器板的模拟电压信号转换成数字信号，并存储在数据
存储器中，故障发生后输出给中央处理器板；所提数据采集板采集电流行波； 中央处理器板它处理来自数据采集板的数据，执行故障线路判断，并将判断结果
输出给通信接口板；所提中央处理器板采用小波变换分析行波信号，提取行波信号幅值特
征和极性，并将行波幅值最大，极性与其他线路相反的线路选择为故障线路； 通信接口板该板接收来自中央处理器板的选线结果，将其转换为符合IEC61850
标准的数据，通过网络接口将选线结果上传给变电站自动化系统； 电源板为整套装置提供工作电源。 采用上述技术方案，可以实现以下技术效果
1、能够准确选择出故障线路，不论是金属性故障还是瞬时性故障。 2、能够实时选择出故障线路，从接地故障发生开始，到故障线路被选择出来，时间
不超过50毫秒。 3、能够同时监测多达24回配电线路。 4、能够应用于各种中性点接地系统中性点不接地系统；中性点经消弧线圈接地 系统；中性点经高阻接地系统；中性点经中阻接地系统；中性点经低阻接地系统以及中性 点直接接地系统。 5、能够满足符合IEC61850标准的数字化变电站的变电站自动化系统的要求。
图1示出了根据本发明的一个实施例的小电流接地系统配电线路的故障选线装 置的框图； 图2示出了根据本发明的一个实施例的小电流接地系统配电线路的故障选线装 置的结构图； 图3示出了根据本发明的一个实施例中所采用的数据采集器的框图；以及
图4示出了根据本发明的一个实施例中所采用的中央处理器的框图。
具体实施例方式
下面将结合附图，具体描述本发明。 图1示出了根据本发明的一个实施例的配电线路故障选线装置的框图。
用于小电流接地系统配电线路的配电线路故障选线装置100包括变换器102、数 据采集器104、中央处理器106以及通信接口装置108。变换器102与零序电流互感器1022 连接，将来自所述零序电流互感器1022的大电流变换成模拟电压信号，并将所述模拟电压 信号输出给数据采集器104。数据采集器104用于将来自所述变换器的所述模拟电压信号 转换成数字电压信号，并存储在数据存储器中，在故障发生后输出给中央处理器106。中央 处理器106用于处理来自所述数据采集器104的数字信号，执行故障线路判断，并将判断结 果输出给通信接口装置108，由通信接口装置108输出。通信接口装置108将接收到的判 断结果转换成符合IEC61850标准的选线结果，并通过网络上传给变电站自动化系统。优选 地，所述预定值为5伏。优选地，所述中央处理器采用小波变换分析行波信号，提取行波信 号幅值特征和极性，并将行波幅值最大，极性与其他线路相反的线路选择为故障线路。
优选地，所述中央处理器106结合电压信号判断系统是否发生了故障，如果发生 了故障，将结果输出给通信接口装置108。 优选地，所述数据采集器104包括接地故障硬件启动单元1042和数据采集单元
1044。所述接地故障硬件启动单元1042用于比较输入电流和门槛值，如果所述输入电流中
的预定频率的分量达到所述门槛值，则输出低电平，判断系统中发生了接地。 优选地，所述数据采集单元1044包括多路转换开关、高速数模转换器和数据存储器。 优选地，所述中央处理器106对来自所述数据采集器的暂态电流进行滤波处理和 小波转换处理，判断故障线路，并将结果输出给所述通信接口装置，将故障记录上传远方控
5制系统。 优选地，配电线路故障选线装置100进一步包括电源110，用于为所述变换器102、
所述数据采集器104、所述中央处理器106、所述通信接口装置108供电。 优选地，所述数据采集器104循环不断地采集数据，所述接地故障硬件启动单元
启动后，从循环存储器中读取每回线路上的零序电流行波数据128个采样点。 优选地，所述通信接口装置监听所述中央处理器发出的串口数据，处理所述串口
数据后，查找是否发生故障及故障线路，并将经过处理的串口数据通过通用面向变电站事
件对象报文和制造报文规范报文形式发送。 优选地，所述通信接口装置监听网络数据包，当监听到发向所述通信接口装置的 简单网络时间协议对时报文时，启动系统对时模块，进行所述通信接口装置的系统对时，并 通过串口将对时数据发送给所述中央处理器，从而实现所述故障选线装置的对时功能。
优选地，所述通信接口装置采用winpc即访问网络底层，捕捉原始数据，解析通用 面向变电站事件对象报文，实现信息通信，采用socket实现网络数据发送，完成基于TCP/ IP的制造报文规范报文发送。 图2示出了根据本发明的一个实施例的小电流接地故障选线装置的结构图。
该小电流接地故障选线装置包括变换器板202、数据采集板204、中央处理器板 206、通信接口板208、电源板210以及电源板、蜂鸣器、液晶屏幕等(未示出)，如图2所示。
各个板子的组成与连接如下 1.变换器板它把来自于零序电流互感器的大电流变换成5伏的模拟电压信号， 最多可接24个零序电流互感器，并将该模拟信号提供给数据采集板使用。
2.数据采集板它把来自于变换器板21的所有5伏模拟电压信号转换成数字信 号，并存储在数据存储器中； 该板子由两个单元组成接地故障硬件启动单元I和数据采集单元II，如图3。
其中 硬件启动单元比较输入电流和一个门槛值(定值)，如果输入电流中的3 10Khz 暂态分量达到门槛值时，比较器输出低电平。判断系统中发生了接地。 数据采集单元由多路转换开关、高速模数转换器芯片、数据存储器和相应的控制 电路组成。高速模数转换器循环不停地采集(模数转换)24路电流数据，并存储到数据存 储器中。 8个模数转换器芯片采用AD公司生产的AD803，8个多路开关(每个多路开关把 四路模拟信号分时接通给8个AD)采用该公司生产的AD9300。循环数据存储器采用双口 廳。
3.中央处理器板它把来自于数据采集板的暂态电流行波数据进行滤波处理和
小波变换处理，判断故障线路，并将判断结果输出给通信接口板，如图4。 该板由数字信号处理器芯片和相应的外围电路组成。它主要执行小波变换处理，
获得24回线路的零序电流行波幅值和极性特征，并将行波幅值最大，极性与其他线路相反
的线路选择为故障线路。 数字信号处理器采用TI公司的TMS320C32数字信号处理器芯片。图4中，RAM为 数据存储器，Flash为程序存储器。16D、32D分别表示16位、或者32位的数据总线或程序总线。 4.通信接口板该板接收来自中央处理器板的选线结果，将其转换为符合 IEC61850标准的数据，通过网络接口将故障结果上传给变电站自动化系统。
在本实施例中，该板采用研祥工业计算机主板EC5-1714CLDNA。中央处理器采用 Intel ULV Celeron-M超低功耗处理器，主频600MHz ;芯片组采用Intel 852GM+82801DB芯 片组；内存采用2GB DDR内存。该板与中央处理板通过串口进行通信，与外部设备通过以太 网进行通信。该板监听中央处理板发出的串口数据，处理数据后，查找是否发生故障以及故 障线路，并将数据通过GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event通用面向变电 站事件对象)报文和匪S (Manufacturing Message Specif ication制造报文规范)报文形 式发送出去。同时，该板监听网络数据包，当监听到发向自己的SNTP (Simple Network Time Protocol简单网络时间协议)对时报文时，启动系统对时模块，完成通信接口板的系统对 时，并通过串口将对时数据发送至中央处理板，从而实现整体装置的对时功能。
本板采用Winpc即访问网络底层，捕捉原始数据包，解析GOOSE报文，实现信息通 信；采用Socket实现网络数据发送，完成基于TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol)的匪S矛艮文发送。 5.电源板提供整套装置的工作电源，电源模块采用上海衡孚实业有限公司生产 的开关电源。 根据本发明的技术方案的工作过程如下
本发明工作过程 如果一条线路发生了单相接地，本装置将启动工作，其工作过程如下 1.通过安装于每回线路上的零序电流互感器，每回线路的零序电流(可多达24回
线路的电流)被引入变换器板； 2.每个变换器把来自于电流互感器的5安培(或l安培)左右的电流变换成5伏 特的模拟电压信号； 3.数据采集板前面的启动单元将检测到扰动发生，硬件启动单元启动，输出触发 电平； 4.数据采集板循环不断采集数据，硬件启动元件启动后，从循环存储器中读取每
回线路上的零序电流行波数据128个采样点； 5.对这多达24回的每回128点行波数据进行小波变换； 6.根据每回线路对应的小波变换特征值，比较选择出故障线路。 7.把选择结果(数字量，0代表不是故障线，1代表故障线)输出到通信接口板。 8.通信接口板将接收到的选线结果，转换为符合IEC61850标准的数据，通过网络
上传给变电站自动化系统。 采用上述技术方案，可以实现以下技术效果 1、能够准确选择出故障线路，不论是金属性故障还是瞬时性故障。 2、能够实时选择出故障线路，从接地故障发生开始，到故障线路被选择出来，时间
不超过50毫秒。 3、能够同时监测多达24回配电线路。
4、能够应用于各种中性点接地系统中性点不接地系统；中性点经消弧线圈接地系统；中性点经高阻接地系统；中性点经中阻接地系统；中性点经低阻接地系统以及中性 点直接接地系统。 5、能够满足符合IEC61850标准的数字化变电站的变电站自动化系统的要求。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修 改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种小电流接地系统配电线路的故障选线装置，其特征在于，包括变换器，与零序电流互感器连接，将来自所述零序电流互感器的大电流变换成预定值的模拟电压信号，并将所述模拟电压信号输出给数据采集器；数据采集器，将来自所述变换器的所述模拟电压信号转成数字信号，并将所述数字信号存储在数据存储器中，在故障发生后将所述数字信号输出给中央处理器；所述中央处理器，用于对来自所述数据采集器的所述数字信号进行处理，执行故障线路判断，并将判断结果输出给通信接口装置，由所述通信接口装置输出；以及所述通信接口装置，用于输出所述判断结果。
2. 根据权利要求1所述的故障选线装置，其特征在于，所述中央处理器采用小波变换 分析行波信号，提取行波信号幅值特征和极性，并将行波幅值最大，极性与其他线路相反的 线路选择为故障线路。
3. 根据权利要求1所述的故障选线装置，其特征在于，所述通信接口装置将接收到的 判断结果转换成符合IEC61850标准的选线结果，并通过网络上传给变电站自动化系统。
4. 根据权利要求1所述的故障选线装置，其特征在于，所述变换器与24个零序电流互 感器连接。
5. 根据权利要求1所述的故障选线装置，其特征在于，所述数据采集器包括接地故障 硬件启动单元和数据采集单元。
6. 根据权利要求5所述的故障选线装置，其特征在于，所述接地故障硬件启动单元用 于比较输入电流和门槛值，如果所述输入电流中的预定频率的分量达到所述门槛值，则输 出低电平，判断系统中发生了接地。
7. 根据权利要求5所述的故障选线装置，其特征在于，所述数据采集单元包括多路转 换开关、高速数模转换器和数据存储器。
8. 根据权利要求1至7中任一项所述的故障选线装置，其特征在于，所述通信接口装置 监听所述中央处理器发出的串口数据，处理所述串口数据后，查找是否发生故障及故障线 路，并将经过处理的串口数据通过通用面向变电站事件对象报文和制造报文规范报文形式 发送。
9. 根据权利要求1至7中任一项所述的故障选线装置，其特征在于，所述通信接口装置 监听网络数据包，当监听到发向所述通信接口装置的简单网络时间协议对时报文时，启动 系统对时模块，进行所述通信接口装置的系统对时，并通过串口将对时数据发送给所述中 央处理器，从而实现所述故障选线装置的对时功能。
10. 根据权利要求1至7中任一项所述的故障选线装置，其特征在于，所述通信接口装 置采用winpc即访问网络底层，捕捉原始数据，解析通用面向变电站事件对象报文，实现信 息通信，采用socket实现网络数据发送，完成基于TCP/IP的制造报文规范报文发送。
全文摘要
本发明提供了一种小电流接地系统配电线路的故障选线装置，包括变换器，与零序电流互感器连接，将来自所述零序电流互感器的大电流变换成预定值的模拟电压信号，并将所述模拟电压信号输出给数据采集器；数据采集器，将来自所述变换器的所述模拟电压信号转成数字信号，并将所述数字信号存储在数据存储器中，在故障发生后将所述数字信号输出给中央处理器；所述中央处理器，用于对来自所述数据采集器的所述数字信号进行处理，执行故障线路判断，并将判断结果输出给通信接口装置，由所述通信接口装置输出；所述通信接口装置，用于输出所述判断结果。
文档编号G01R31/02GK101719662SQ20091023697
公开日2010年6月2日 申请日期2009年11月6日 优先权日2009年11月6日
发明者刘崇静, 齐天来 申请人:北京衡天北斗科技有限公司