一种自适应零序电流故障特征的小电流接地选线装置的制作方法

文档序号:5930492阅读:220来源:国知局
专利名称:一种自适应零序电流故障特征的小电流接地选线装置的制作方法
技术领域
本发明涉及电力系统低压配电网的设备制造技术领域,尤其涉及一种自适应零序电流故障特征的小电流接地选线装置。
背景技术
我国低压配电网大都采用中性点非有效接地方式,这类电网在发生单相接地故障时,接地故障处仅流过线路的电容电流,其数值只是几安到二、三十安,因此这类电网属于小接地电流电网;由于不产生短路电流,且线电压仍是对称的,不影响对用户的正常供电, 按规程要求允许继续运行I 2小时;此时,非故障相对地电压升至线电压水平,可能导致其绝缘薄弱处发生对地击穿,形成两相短路,从而事故扩大,尤其是以电缆为主的配电网, 由于相间间距短,电缆一旦发生单相接地,多发展为永久性的相间或三相故障。更为严重的,系统长时间带故障运行,容易引发人畜伤害事件。针对小接地电流电网的单相接地故障,传统的做法是当母线绝缘监视装置发出单相接地故障信号后,由值班人员采取顺序拉闸的方式寻找故障线路,转移负荷后将故障线路切除。这种方法使得一些非故障线路的用户也会短时停电,降低了供电可靠性,延长了系统带故障运行的时间,增大了扩大故障和误操作的可能性,也无法满足变电站无人值班和实现综合自动化的要求。随着微机保护技术的发展和应用,微机型小电流接地选线装置得到应用和推广, 选线技术不断发展,选线准确率逐步在提升,但直至今天,选线准确率仍不够理想,达不到用户的要求,造成这一现象的主要原因有I)单相接地故障零序电流太小,不容易检测;2)受消弧线圈补偿影响,信号故障特征不明显,容易引起误选;3)受互感器精度和硬件采样精度影响,可靠性得不到保证;为了实现小电流接地选线技术的突破,人们提出多种选线理论,尤其是近年来,由于单相接地暂态过程的暂态分量信号大且不受消弧线圈影响,基于暂态信号的选线理论成为人们研究的重点,也取得了较大突破,但目前现有产品在技术上仍存在两个重要缺陷第一,米样率偏低现有产品采样率每周波大多数在128点以下,由于单相接地故障暂态过程时间非常短,最短情况小于0. 2ms,因此采样率偏低就捕捉不到暂态过程,捕捉不到暂态过程就无法分析事情的本质,无法分析事情的本质就找不到故障特征,找不到故障特征就无法正确选线。第二,采用综合加权平均算法无论哪种算法,都只适合某种或某几种故障类型,靠单一的算法不可能做到100% 的选线正确率,哪怕是目前效果最好的暂态选线算法也不例外。因此,人们在一台选线装置中集成了多种甚至数十种选线算法,将各种算法通过加权平均方式综合选线。这种处理方式相当于“开会举手表决制,与会每个人都有表决权,不管个人对表决问题是否专业,以多数赞成为通过”。这种处理方式能够避免単一算法的不可靠性,但有可能会使得本次故障最有效的选线算法在其它不当算法的影响下权重弱化而失效,导致选线结错误。
发明内容针对上述问题,本实用新型提供了ー种自适应零序电流故障特征的小电流单相接地选线装置,该装置具有51. 2kHz的高速采样系统,能够有效捕捉故障暂态过程,并且根据毎次接地过程的零序电流故障特征自动选择最佳的选线算法,从而给出最可靠的选线结果,有近100%的选线正确率,能够有效解决小电流系统单相接地故障选线问题。本实用新型的实现技术方案如下I)硬件设计主要由信号采集模块、中央处理模块、继电器模块、人机模块组成。信号采集模块主要用于采集零序电压和零序电流。每ー个所述的信号采集模块的输入的信号依次经过变换器、滤波电路、运算放大器后进入AD转换器,该转换器采样速率为51. 2kHz ;所述中央处理模块核心是CPU处理器,该处理器通过数据总线接收来自信号采集模块的采样数据,然后进行计算,井根据计算结果进行向继电器模块发出动作信号;所述继电器模块主要由继电器组成,用于发出告警信号;所述人机模块包含有显示器和键盘,用于信息显示和參数设置等。2)软件设计主要由ー个故障分析元件和六个选线元件组成,所述故障分析元件用于分析故障特征,得到故障特征后自动选择相应的选线算法;所述选线元件用于完成选线功能,每种选线算法适用于ー种故障类型。具体算法如下算法I :针对暂态信号丰富的故障类型;算法原理故障线路高频信号与非故障线路相位相反。算法2 :针对稳态信号量大的故障类型;算法原理故障线路稳态信号与非故障线路稳态信号相反;为了躲过消弧线圈补偿影响,当相位相同时,选线结果无效。算法3 :针对有效出线数少于3条情况;算法原理故障线路电流基波信号相位滞后电压基波信号90度。算法4 :针对弧光接地和瞬时接地类型;算法原理比较波形变化,故障线路波形与非故障线路波形反相。算法5 :针对高阻接地类型;算法原理利用该故障发生瞬间的故障线路暂态信号与非故障线路反相关系进行选线。算法6 :针对CT极性未校验情况;算法原理比较各线路幅值,取最大者。装置采集到故障信息后,首先对数据进行计算处理,分析其暂态量、稳态量、波形变化、启动点特征等信息,提取其故障特征量,然后将特征量与装置设定进行比较,若符合条件则认为该特征有效,程序自动采用相应的选线算法。算法的处理流程如图2所示。本实用新型的突出优点在于I、硬件上实现51. 2kHz的高速采样系统。是目前国内现有产品中采样率最高的, 能够有效捕捉接地故障过程,为进ー步选线分析奠定基础。[0029]2、软件选线算法实现自适应零序电流故障特征。设计了六种选线算法,每种算法针对一种故障类型。装置根据每次接地故障信息找到其故障特征,并自动选择相应的选线算法进行选线,“让合适的人做合适的事”,比传统做法的举手表决制具有无可比拟的优势。

图I是本实用新型的硬件结构图;图2是本实用新型的软件流程图;图3是本实用新型的应用案例-算法I有效图4是本实用新型的应用案例-算法2有效图5是本实用新型的应用案例-算法4有效
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步说明。图I为本实用新型的硬件结构图,包括以下有一个交流采样模块1,设有多对信号采集输入端口,接收电网系统的零序电压和零序电流信号,变换出来的信号通过滤波器和运算放大器处理后送到模/数(A/D)转换器, 经模/数(A/D)转换器转换后送到现场可编程门阵列FPGA单元;为了实现高速采样,FPGA 开辟了两个内存空间RAMl和RAM2,轮流存放最新的采样数据,当其中一个空间存满,则将新数据存到另一个空间,同时通知CPU来读取。有一个由显不器和键盘构成的人机模块2 ;有一个电源供电模块3,用于提供工作需要的5V和24V电源;有一个中央处理模块,由中央处理器4、存储单元5和包含有通讯串口,以太网接口的通信模块6构成。图2为本实用新型算法处理流程,当装置接收到故障信号后,首先对故障信号进行分析处理,提取故障特征,然后进入选线流程,在流程中会根据故障特征自动选择相应的选线算法,具体如下首先,检测CT极性是否已经过校验,若没有校验,则采用算法6 ;若已经校验,则依次判断特征I、特征2……特征5的有效性,若其中某个算法有效,则采用该算法进行选线。图3为本实用新型的应用案例,该故障类型下,暂态过程信号量很大,持续时间很短,故障线路I中的高频信号相位与非故障线路相反,算法I适用于该故障类型。图4为本实用新型的应用案例,该故障类型下,暂态过程信号量很小,稳态量信号比较大,故障线路2中的基波信号相位与非故障线路相反,算法2适用于该故障类型。图5为本实用新型的应用案例,该故障类型下,波形呈周期性放射状,属于弧光接地过程,故障线路3中的波形相位与非故障线路相反,算法4适用于该故障类型。
权利要求1.一种自适应零序电流故障特征的小电流接地选线装置,其特征在于该装置包括信号采集模块、中央处理模块、继电器模块以及液晶模块;所述信号采集模块用于采集零序电压和零序电流,输入的信号依次经过变换器、滤波电路、运算放大器后进入AD转换器,该转换器采样速率为51. 2kHz ;所述中央处理模块核心是CPU处理器,该处理器通过数据总线接收来自信号采集模块的采样数据,然后进行计算,并根据计算结果进行向继电器模块发出动作信号;所述继电器模块主要由继电器组成,用于发出告警信号;所述人机模块包含有显示器和键盘,用于信息显示和参数设置。
专利摘要一种自适应零序电流故障特征的小电流接地选线装置,硬件由信号采集模块、中央处理模块、继电器模块和液晶模块组成;软件有一个故障分析元件和六种选线算法,每种算法仅适用于某种特定的故障类型。本实用新型能够根据每次故障特征自适应地选择对应的选线算法,应用结果表明选线准确率近100%,有效解决配电网系统单相接地故障选线难题。
文档编号G01R31/08GK202351371SQ20112046476
公开日2012年7月25日 申请日期2011年11月21日 优先权日2011年11月21日
发明者刘海锋, 杨先林, 阎海山 申请人:广西星宇智能电气有限公司
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