一种分布式录波装置及小电流接地选线方法与流程

本公开属于电力系统监测技术领域，涉及一种分布式录波装置及小电流接地选线方法。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

6～35kv中压配电网中单相接地故障是发生频次最多的一种故障类型。单相接地故障后，允许系统最长不超过2小时。不影响线电压幅值和相位，电机等设备运行不受影响。但是长时间运行容易造成非故障相电压升高，绝缘薄弱环节容易击穿，造成短路故障。故障点产生电弧，会烧毁设备并易发展为相间短路等问题。因此需要尽快处理。但是目前6～35kv系统馈线保护均存在零序保护无法使用，接地选线正确率不高等问题，目前许多现场依然使用拉路法或经验切除故障。

目前的选线装置大都采用集中式设计，选线方法也是在此基础上应用进行的。一般采用基于稳态法比幅法、群体比幅比相、5次谐波等算法，其基本原理是基于故障线路的零序电流是非故障线路之和这一理论的，但这一原理基于零序电流的稳态幅值，接地电流小是接地选线的软肋且容易受外界如三相不平衡的影响等因素，所以基于稳态量的装置一直无法准确选线。随着电子技术及选线理论的丰富，基于暂态法的小电流接地选线成为主流，其主要是利用接地瞬间存在的3-5ms的明显的暂态特征量来达到选线的目的，发生接地故障时，故障线路的暂态零序电流流向母线，非故障线路的暂态零序电流流出母线，暂态零序电流相位相差180度。目前主流的小电流接地选线基本上基于此原理，接地选线灵敏且选线率较高。但此算法受过渡电阻影响较大，在发生高阻故障等特殊情况时，信号特征量不明显，会造成选线错误。

技术实现要素：

本公开为了解决上述问题，提出了一种分布式录波装置及小电流接地选线方法，本公开可以解决不接地、经消弧线圈接地及小电阻接地状态下单相接地高阻故障的判断问题。

根据一些实施例，本公开采用如下技术方案：

一种分布式录波装置，包括管理单元和多个采集终端，每个采集终端包括pt/ct，以及滤波电路、a/d转换电路和处理器，其中：

所述pt/ct用于采集a/b/c/零序电压或电流；

所述滤波电路被配置为对采集的电压或电流分别进行低通滤波和高频带通滤波作用；

所述a/d转换电路被配置为将滤波处理后的信号进行ad转换，转换后的数字信号进入处理器，所述处理器被配置为对经过低通滤波的信号进行基波正交积分，计算实部、虚部及直流部分；对经过高频带通滤波作用的采样信号经过限带滤波处理，对零序信号计算多次谐波的正交积分，计算虚部和实部；

以周波为单位计算采样波形，通过光纤传输到管理单元中做进一步处理；

所述管理单元被配置为采用正交积分变换的互相关信号处理算法处理数据，得到母线电压和馈线电流的冲击相位关系，进而确定故障定位与选线。

作为进一步的限定，所述滤波电路包括低通滤波电路和高频带通采样电路，所述低通滤波电路滤除高频信号将基波信号送入a/d转换电路；所述高频带通采样硬件电路对基波信号产生衰减，且对高频信号产生增益。

作为进一步的限定，所述管理单元采用移动固定点数的办法实现相移计算。

作为进一步的限定，所述管理单元被配置为计算馈线电压和母线电压，根据故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流暂态波头相位偏差，确定馈线接地概率和母线接地概率，进一步利用高频电压与高频电流的关系进行馈线故障选线。

作为进一步的限定，对于馈线故障，中性点是消弧线圈时，接地馈线与非接地馈线相位相差180度，而与冲击电压则分别相差+90度和-90度，计算时将冲击电压移动到90度与接地馈线冲击电流同相，则分离出接地馈线。

对于馈线故障，中性点是小电阻时，接地馈线电流与电压同相而非地馈线电流与电压相差90度，此时高频冲击电压不需要移动相位即完成正交计算

作为进一步的限定，对于母线故障，不论中性点是消弧线圈抑或是小电阻，其零序高频冲击电压的相位都是与零序高频冲击电流相差90度，冲击电压＝0度，冲击电流＝-90度，与冲击电流同相即可实现能量利用最大化，对其处理则计算两条最大冲击能量馈线的相位，对于消弧线圈其偏差应小于90度，对于小电阻其偏差小于45度。

一种基于上述装置的小电流接地选线方法，包括以下步骤：

采集各支路的a/b/c/零序电压或电流；

对采集的电压或电流分别进行低通滤波和高频带通滤波作用；

将滤波处理后的信号进行ad转换，对经过低通滤波的信号进行基波正交积分，计算实部、虚部及直流部分；对经过高频带通滤波作用的采样信号经过限带滤波处理，对零序信号计算多次谐波的正交积分，计算虚部和实部；

以周波为单位计算采样波形，采用正交积分变换的互相关信号处理算法处理数据，得到母线电压和馈线电流的冲击相位关系计算馈线电压和母线电压，根据故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流暂态波头相位偏差，确定馈线接地概率和母线接地概率，进一步利用高频电压与高频电流的关系进行馈线故障选线。

与现有技术相比，本公开的有益效果为：

本公开采用高频特征量算法处理数据，可以解决不接地、经消弧线圈接地及小电阻接地状态下单相接地高阻故障的判断问题。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开的流程示意图；

图2是本实施例的故障时的相电压及线电压情况；

图3是本实施例的跳闸过程示意图；

图4是本实施例的工频故障波形；

图5是本实施例的高频特征量故障波形；

图6是本实施例的选线结果。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

分布式录波装置的小电流接地选线方法，将pt/ct输出的波形分别经过直接采样硬件电路和高频带通采样硬件电路进行处理，处理后的波形送入ad中进行采样，然后在采集终端fpga中进行计算。在fpga中对直接采样电路和高频带通采样电路的信号分别处理，直接采样电路的数字信号经过采样后，通过正交积分算法计算，得到实部、虚部及直流部分，高频带通采样电硬件路的采样信号经过限带滤波器进行处理，零序信号还要计算3、5和7次谐波的虚部和实部。也要经过冲击滤波器和峰值滤波器进行信号处理；管理单元中收到各采集终端上送的数据后，采用正交积分变换的互相关信号处理算法处理数据。管理单元中经过电压、电流数据预处理计算结果，分别计算馈线和母线接地概率，并最终得出选线结果。本发明解决了不接地、经消弧线圈接地及小电阻接地状态下单相接地高阻故障的判断问题。

具体的，图1是具体实施流程图，其具体实施过程如下：

首先在采集终端中，接入a/b/c/零序电压(或电流)的信号经过pt(或ct)后分别接入直接采样硬件电路和高频带通采样硬件电路。直接采样硬件电路为5khz低通滤波电路，其主要作用为滤除高频信号将基波信号送入ad。高频带通采样硬件电路为130hz高频带通滤波电路，其主要作用为对基波信号产生40db的衰减，且为了提高系统的动态范围对高频信号产生20db增益。

将工频信号及高频信号进行处理后，再由ad芯片进行ad转换，转换后的数字信号在采集终端fpga进行下一步处理。

在fpga中对直接采样电路和高频带通采样电路的信号分别处理，直接采样电路的数字信号经过10khz采样后，通过基波正交积分，计算实部、虚部及直流部分，计算公式为：

高频带通采样电路的采样信号经过以192.3hz为中心频率的5阶限带滤波器进行处理。

高频带通采样电路的零序信号还要计算3、5和7次谐波的正交积分，计算虚部和实部。也要经过冲击滤波器和峰值滤波器进行信号处理。

采集终端的fpga最终以周波为单位计算采样波形，包括各通道有效值、直流成分和判决值等，通过光纤传输到管理单元中做进一步处理。

管理单元中收到各采集终端上送的数据后，采用正交积分变换的互相关信号处理算法处理数据。此算法可以在满足在抑制噪声干扰的同时在一定时间内保持限定的相位偏差，能够充分利用信号的能量，特别是对施加高斯噪声的微弱信号处理，可以显著增加信噪比，使系统在判决时刻输出信噪比达到最大。

其中v和i分别为采集终端上送的零序电压和零序电流正交积分计算结果，m为需要调整的相移。

由于母线电压和馈线电流的冲击相位关系反应了故障状态，所以使用母线电压和馈线电流的进行相关计算就能完成故障数据的分析。为了保持使用的算法对干扰有足够的抑制作用，

计算中针对需要选出的判决项，其对应的2个点积数据保持0度或180度，其他项则尽可能保持90度左右的相位差，这样就能使判决分离更容易处理。

对于馈线故障，中性点是消弧线圈时，接地馈线与非接地馈线相位相差180度，而与冲击电压则分别相差+90度和-90度，计算时将冲击电压移动到90度与接地馈线冲击电流同相，则可以容易的分离出接地馈线。中性点是小电阻时，接地馈线电流与电压同相而非地馈线电流与电压相差90度，此时高频冲击电压不需要移动相位即可完成正交计算。

对于母线故障，不论中性点是消弧线圈抑或是小电阻，其零序高频冲击电压的相位都是与零序高频冲击电流相差90度，冲击电压＝0度，冲击电流＝-90度。因此母线处理可以合并。与冲击电流同相即可实现能量利用最大化，对其处理则可以计算两条最大冲击能量馈线的相位，对于消弧线圈其偏差应小于90度，对于小电阻其偏差应小于45度。

以上分析可知正交算法有时需要实现信号的90度相移，本算法采用移动固定点数的办法实现相移计算。在采样频率＝10khz时，中心频率相移90度需要的点数为：

选取的计算点数对应中心频率为2周波约为104点，缓冲区长度取为104+13＝117。

缓冲数据起点：

则管理单元中接地选线具体算法为：

1、电压、电流数据预处理

冲击电压和冲击电流分别表示如下：

冲击电压：sv(0)，sv(1)，sv(2)，…，sv(n-1)；

冲击电流：

馈线0＝si(0，0)，si(0，1)，si(0，2)，…，si(0，(n-1；

馈线1＝si(1，0)，si(1，1)，si(1，2)，…，si(1，(n-1；

:

馈线k＝si(k，0)，si(k，1)，si(k，2)，…，si(k，(n-1；

1)、中性点不接地和消弧线圈接地：

馈线计算电压：vfeeder(n)＝v(n+13)；

其中n＝0，1，2，…，103；

母线计算电压：vbus(n)＝-v(n+13)；

其中n＝0，1，2，…，103；

2)、中性点小电阻接地：

馈线计算电压：vfeeder(n)＝v(n)；

其中n＝0，1，2，…，103；

母线计算电压：vbus(n)＝-v(n+13)；

其中n＝0，1，2，…，103；

3)、计算电压能量：

由于计算的电压起点可能不同，所以馈线电压能量和母线电压能量要分别计算。

馈线电压能量：

母线电压能量：

2、馈线接地概率计算

1)、计算馈线电流能量：

k馈线电流能量：

2)、计算v.i点积：

k馈线：

3)、独立馈线接地概率：

4)、合并馈线接地概率：

其中：m—当前母线的馈线数。

3、母线接地概率计算

1)、流经母线矢量电流：

采样点n:

2)、流经母线绝对值电流：

采样点n:

3)、电压点积矢量电流：

4)、绝对值电流能量：

5)、母线接地概率：

为了更好的说明本发明的方法，以某一现场实际故障波形及选线结果进行说明，具体如下：

某变电站为不接地系统，电压门限启动设置为25v，共有5条馈线，跳闸时间设置为8s，选取2018年6月16日的一个故障，此故障为非金属性接地，故障启动时间为10:19:56，系统记录下了故障时的相电压及线电压情况如图2所示，故障持续超过8s后10：20:04跳闸成功如图3所示，系统在10:20:05检测到故障消失后返回。

图4为工频故障波形，工频故障波形可以记录电压、电流故障前6周期故障后24周期波形，录波数据包括三相电压、零序电压及各馈线零序电流。

由图4中可以看到故障线路的零序电流与非故障线路的零序电流暂态波头相位相差180度，同样的稳态电流的相位也是相差180度，非故障线路零序电流超前零序电压90度，故障线路零序电流滞后零序电压90度，符合不接地系统的特性。

图5为高频特征量故障波形，同样记录故障前6周期故障后24周期的波形。

从以上波形可以得到即使是暂态高频特征量的零序电流与非故障线路零序电流相反，也满足零序电压超前故障线路零序电流90度，滞后非故障线路零序电流90度的关系。可利用高频电压与高频电流的关系实现系统两条馈线时故障选线。

图6为经过计算后的选线结果即接地馈线为1014线。

综上所述，该一种分布式录波装置的小电流接地选线方法，采高频特征量算法。可以解决不接地、经消弧线圈接地及小电阻接地状态下单相接地高阻故障的判断问题。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本公开实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。