专利名称：：基于频谱分析的高压弧光接地识别方法
技术领域：
：本发明属于电气领域，更具体地，涉及高压电网的弧光接地识别方法，特别是一种基于频谱分析的高压弧光接地识别方法。
背景技术：
：在我国6-35kV供电系统中，大部分为中性点不接地系统，这种系统发生单相接地时，电网仍可带故障运行一定时间(一般为O.5—2小时)，这就大大降低了运行成本，提高了供电系统的可靠性，但这种供电方式容易产生不稳定的弧光接地，即接地点的电弧是间隙性地熄灭和重燃。由于系统中存在电容和电感，极易发生振荡，在电网健全相和故障相上会产生很高的过电压。这种过电压波友面比较广，持续时间长，会给供电设备造成了极大的危害。此外，弧光接地故障点处电弧局部温度很高，容易引起短路火突。近年来，国内工程界在研究各种消弧线圈的基础上，提出一种新的消弧及过电压保护概念，即在出现弧光接地时，通过一组可以分相控制的真空接触器或断路器，使故障相金属接地，达到彻底消除弧光的目的。该种i殳备是一些环境较为恶劣的矿山、石灰厂及粉尘、烟雾、潮湿条件下必备的过电压保护设备。而此设备正常工作的前提是及时、准确地分析电网异常，识别故障相的弧光接地。现有技术中，通常是通过分析弧光接地时三相电压的幅值，包括已产生弧光接地的不正常相波形和未发生弧光接地的另二相正常相波形的幅值来判断确定的。它仅从电压波形的幅值来判断，故只能对模糊不清的疑似电压弧光接地进行"火力侦察"一一将疑似相用金属短路法直接接地后，过几秒钟又断开，从而判断弧光接地是否消除，若消除，则原疑似相为瞬时非弧光接地干扰，若仍存在，则判为弧光接地，须再次将故障相用金属接地。这种方法简称为时域分析法。时域分析法虽然能从一定程度上反映实际工况，但由于发生故障时，情况千变万化，造成的波形幅值也大相径庭，有时故障相波形幅值高于或接近正常相波形幅值，但有时故障相波形幅值又可能小于正常相幅值。因此，在实际工作中，仅仅依靠时域分析方法是不充分的，准确性不高。
发明内容本发明要解决的正是时域分析法对高压弧光接地的识别不够准确的4支术问题，提供一种更先进的高压弧光接地识别方法。发明人在实践中发现，发生弧光接地时，必然产生频率远远高于50赫兹的非线性高频弧光。而当电网正常时，其电压的基波频率一般在50赫兹左右。基于这一原理，本发明采用的技术方案是这样的基于频谱分析的高压弧光接地识别方法，它是对三相电压波形进行多点的瞬时采样，并通过时域运算计算其电压有效值，其特征在于它还对采集的时域波形进行快速富理叶(FFT)变换，算得频域内的富氏级数，以此计算总波形畸变含量，从而确定是否产生高压弧光接地。进一步地，基于频谱分析的高压弧光接地识别方法包括如下步骤a,用瞬时采样的方式釆集三相电压，在每个波形周期固定采集2M次方个数据；b，对采集到的数据，用均方根值算法计算出各相电压和电压互感器开口三角电压的真有效值，其运算的数学模型见式ljc,对一个工频周期的电压波形采样N次并经快速富理叶(FFT)变换，算得频域内的富氏级数，其运算的数学模型见式2;d,计算总波形畸变含量，其运算的数学模型见式3;e,如某一相的总波形畸变UTHD>40。/。且该相的电压幅值URMs低于其他两相，则判定该相为故障相；<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式l中URMS............电压真有效值UK...............模拟电压采样瞬时值N.................每周期采样点数N/2<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式2n=l式2中U...............时域电压模拟量UQ.............直流分量Unm............第n次谐波正弦波峰值。n..............第n次谐波初相角N...............每周期采样点数<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>式3中UTHD.....................电压波形畸变含量UK........................第K次电压谐波幅值U,........................基波电压幅值从式l可知，对于电压量，'每周期采才羊N点，将每一点数值UK平方后再加累加，对累加和除以N之后再开平方。由此，可以体现被测量的真有效值。该处理方法精度高且不受谐波千扰影响。当某一相发生弧光接地时，故障相和非故障相的波形都会发生畸变，但畸变率是各不相同的，在本发明中，作为主判断依据，要对已采集的时域波形进行快速富理叶(FFT)变换，可得频域内的富氏级数。从式2可知，对于N个时域采样信号，经过FFT处理后，可获得对应的N个频率样本。式中0-N/2分别代表0-N/2次谐波。其余一半为前者的共辄。更进一步地，步骤a中的!^7,即每周期采集128点；同时，采用锁相环硬件同步采样技术，可保证每周期正好采满128个数据。在步骤a中，每次采集4个周期的数据，然后取其平均值。原有的时域分析法，仅从电压波形的幅值来判断是否发生弧光接地，因此需要根据经验，人为地设定三相电压Ua，Ub，Uc和PT的开口电压U。的不同限值，当电压超出限值时，判定发生了弧光接地。但仅从波形幅值来分析，非弧光接地相与弧光接地相在幅值上是很难区别的。本发明以频域分析为主，以时域分析各相电压波形幅值为辅进行判断，分析结果更加简洁明了，具有受干扰小，迅速准确的优点。在时域瞬时采样时，每次采集4个周期，然后取平均值，可以有效地抑制电网电压的尖脉冲千扰。图l是本发明的流程框图。图2是本发明硬件的系统框图。图3是文献资料中弧光接地过电压波形图。图4a是本发明实施例的三维坐标解析图。图4b是本发明实施例的频谱曲线直方图。具体实施例方式参见图1。在系统初始化l后，对三相电压波形进行每周期1"点的瞬时采样，并计算其电压有效值2，其间依据开关量数值可以判断，是否熔丝熔断3，根据有效值计算值，可判断是否PT断线4，金属接地5，然后经FFT运算6,在频域中判断是否弧光接地7，之后若发生超限，读入时钟，发动作指令8，等待一段时间后，并试着恢复动作9,再次采样计算电压有效值，各相FFT10,根据计算结果再次判断是否超限ll，若还超限，进入超限处理程序12-14。图2是本发明一具体实施例的硬件系统框图。其中，输入模拟信号有4个，分别为三相电压Ua、Ub、Uc和电压互感器开口三角电压U输入开关量有6个，分别为三相刀闸信号，和三相熔断器报警信号。在图2中，各部分配接关系是；三相电压201,电压互感器开口三角电压202，共4个模拟信号，经前置放大器和A/D转换204后，送入单片机;徵控制器205;另外，熔断器及刀闸信号203(开关量)直接进入单片机微控制器205输入接口；与单片机微控制器205相联的另外一些功能模块有实时时钟207;RS232/485/GPRS通讯接口208;输出执行接口09。人机对话参数设定2010;LCD显示器2011。图3出自《供配电安全技术》，牟龙华、孟庆海编著，机械工业出版社2003年8月版。该图为弧光接地过电压波形图，图中为不同电网参数下记录的典型弧光接地过电压波形。弧光接地试验时，均在电网A相上进行。图中电压波形由上至下分别为C、B、A相，四线中的最下一条为中性点对地电压，其中上数第三条曲线为弧光接地相。由图3可见，如果仅从波形幅值来分析，仅仅表现在弧光接地相的幅值较非弧光放电相为低，两者是很难区别的。按照图3中的弧光放电时波形图a)，对Ua、Ub、Uc三相电压进行式2的快速富里叶(FFT)运算和式3的总波形畸变率THD运算。分别得出如表l、表2、表3所列三组频谱曲线数值。由此可见，对于弧光方t电相a相和另二相非弧光^L电相b相和c相，在频语运算的数值上差异很大，其中最明显的表现就是Ua相的THD数值，要远远大于另二相。同时，这三组数据的THD值也远远大于非弧光it电时的三相数值。Ua-THDUb-THDUc-THD表lUa谐波<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表2Ub谐波<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>注因表格所限，表l、2、3中还有些谐波值没列出。参见图4a,图-4b。从频域看，一个畸变的时域波形，可分解为含有n次高次谐波的直方图；显然，与时域判断方法相比较，频域分析更加简洁明了。权利要求1.基于频谱分析的高压弧光接地识别方法，它是对三相电压波形进行多点的瞬时采样，并通过时域运算计算其电压有效值，其特征在于它还对采集的时域波形进行快速富理叶(FFT)变换，算得频域内的富氏级数，以此计算总波形畸变含量，从而确定是否产生高压弧光接地。2.如权利要求l所述的方法，其特征在于它包括如下步骤a,用瞬时采样的方式采集三相电压，在每个波形周期固定采集2M次方个数据；b，对采集到的数据，用均方根值算法计算出各相电压和电压互感器开口三角电压的真有效值，其运算的数学模型见式c，对一个工频周期的电压波形采样N次并经快速富理叶(FFT)变换，算得频域内的富氏级数，其运算的数学模型见式2;d，'计算总波形畸变含量，其运算的数学模型见式3;e，如某一相的总波形畸变UTHD>40%且该相的电压幅值Urms低于其他两相，则判定该相为故障相；<formula>complexformulaseeoriginaldocumentpage2</formula>式1中URMS............电压真有效值UK...............模拟电压采样瞬时值N.................每周期采样点数N/2U=U0+1]UnmSin(noo+*n).....................式2n=l式2中U...............时域电压模拟量U0.............直流分量Unm............第n次谐波正弦波峰值On..............第n次谐波初相角N...............每周期采样点数/W2/UTHD=/eUk2/U,X薩。..................式31/K=1/式3中UTHD.....................电压波形畸变含量UK........................第K次电压谐波幅值........................基波电压幅值。3.如权利要求2所述的方法，其特征在于步骤a中的.M-7，即每周期采集128点；同时，采用锁相环硬件同步采样技术，可保证每周期正好采满128个数据。4.如权利要求2所述的方法，其特征在于在步骤a中，每次采集4个周期的数据，然后取其平均值。全文摘要本发明涉及一种基于频谱分析的高压弧光接地识别方法，它是对三相电压波形进行多点的瞬时采样，并通过时域运算计算其电压有效值，它还对采集的时域波形进行快速富理叶(FFT)变换，算得频域内的富氏级数，以此计算总波形畸变含量，从而确定是否产生高压弧光接地，本发明解决了时域分析法对高压弧光接地的识别不够准确的技术问题，提供了一种更先进的高压弧光接地识别方法。文档编号H02H7/26GK101192752SQ20061015493公开日2008年6月4日申请日期2006年11月30日优先权日2006年11月30日发明者俞慧忠,刘凤敏,沈建位,苏伟民申请人:浙江开关厂有限公司