三相标准接地电信号生成方法、装置及一二次融合开关接地故障检测功能的测试方法及系统与流程

本发明属于配电网技术领域，具体的，涉及一种三相标准接地电信号生成方法、装置及一二次融合开关接地故障检测功能的测试方法及系统。

背景技术：

一二次融合开关设备是将一次开关类设备与二次电压电流互感器、状态传感器及智能终端等设备进行统一设计、相互融合而形成的新型智能化设备，具有测量及传动功能、故障检测与处理功能、防抖动功能、馈线自动化功能等。

为保证一二次融合开关设备可靠性，应当对一二次融合成套开关设备进行一次精度检测(互感器精度检测)、成套精度检测(开关设备本体与智能终端一体化精度检测)、接地故障检测功能测试等试验。

对于上述各检测项目，目前尚无符合要求的检测系统。具体的：对于一二次融合开关设备接地故障检测功能，其检测逻辑主要通过分析零序电压电流波形的相位关系进行判断。因此对于该功能准确性的验证上，需要提供高精度、高稳定性、高时序一致性的三相标准接地电信号，解决由检测系统频率特性及信道噪声引入的相位误差及时序误差的校正技术。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种三相标准接地电信号生成方法、装置及一二次融合开关接地故障检测功能的测试方法及系统，能够对一二次融合开关设备接地故障检测功能的准确性进行验证，提高检测结果的可靠性。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

第一方面，本发明提供了一种三相标准接地电信号生成方法，所述方法包括：

对接地故障典型电信号波形进行调制，获取数字调制信号；

对所述数字调制信号进行误差补偿，获取相应的三相波形序列；

依次对所述三相波形序列进行数模转换、放大处理及pi环节调节校正处理，获取三相标准接地电信号。

第二方面，本发明提供了一种三相标准接地电信号生成装置，所述装置包括：

dsp模块：用于对接地故障典型电信号波形进行调制，获取数字调制信号；

fpga模块：对所述数字调制信号进行误差补偿，获取相应的三相波形序列；

da转换模块：用于对所述三相波形序列进行数模转换；

信号放大单元：用于对数模转换后的三相波形序列进行放大处理；

所述fpga模块还用于对放大处理后的三相波形序列进行pi环节调节校正处理。

第三方面，本发明提供了一种一二次融合开关接地故障检测功能的测试方法，所述测试方法包括：

将三相标准接地电信号加载在被测一二次融合开关设备的互感器一次侧；

将被测一二次融合开关设备的互感器二次侧输出的电信号传送至所述被测一二次融合开关设备的智能终端；

根据智能终端输出的soe数据判断被测一二次融合开关设备接地故障检测功能的准确性。

第四方面，本发明还提供了一种一二次融合开关接地故障检测功能的测试系统，所述系统包括：

主控台：用于输出接地故障典型电信号波形；

三相标准接地电信号输出单元：用于根据接地故障典型电信号波形为被测一二次融合开关设备的互感器一次侧提供三相标准接地电信号；

所述主控台还用于根据被测一二次融合开关设备的智能终端输出的soe数据判断被测一二次融合开关设备接地故障检测功能的准确性。

综上，本发明提供的一种三相标准接地电信号生成方法、装置及一二次融合开关接地故障检测功能的测试方法及系统，能够根据接地故障典型电信号波形生成三相标准接地电信号，能够保证接地电信号的高精度及高稳定性，并能够验证一二次融合开关接地故障检测功能，提高检测结果的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需使用的附图作简单介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是一种被测一二次融合开关设备的结构示意图；

图2是根据本发明实施例提供的一种三相标准接地电信号生成装置的原理框图；

图3是根据本发明实施例提供的三相标准接地电信号生成方法中误差补偿环节的流程图；

图中：1、开关本体；2、3：电压互感器；4、智能终端；5、一次连接电缆；6、二次连接电缆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

应当理解，本发明实施例中所述电信号包括电压信号和电流信号，所述三相标准接地电信号指的是配网发生接地故障时(通常为单相)对应的三相电压、电流信号。被测一二次融合开关设备应当包括：开关本体1、电压互感器2，3、智能终端4、一次连接电缆5及二次连接电缆6，开关本体1内置电流互感器，具体如图1所示。其中，开关本体1具有闭合和开断正常电流和故障电流的功能，电流互感器的二次侧缠绕在环形铁芯上并套在开关本体1内各相上，用于采集流过开关本体1的一次电流信号并转换为二次电流信号，经开关本体1的二次连接电缆传递给智能终端4；电压互感器2的一次侧并联连接开关本体1的a、b相接头，用于采集a、b相间的线电压信号并转换为二次电压信号，电压互感器3的一次侧并联连接开关本体1的b、c相接头，用于采集b、c相间的线电压信号并转换为二次电压信号；二次电压信号经二次连接电缆传递给智能终端4；智能终端4具有数据采集、控制、保护等功能。

本发明实施例提供的三相标准接地电信号生成装置，如图2所示，包括：

dsp模块：用于对接地故障典型电信号波形进行调制，获取数字调制信号；

fpga模块：对所述数字调制信号进行误差补偿，获取相应的三相波形序列；

da转换模块：用于对所述三相波形序列进行数模转换；

信号放大单元：用于对数模转换后的三相波形序列进行放大处理；

所述fpga模块还用于对放大处理后的三相波形序列进行pi环节调节校正处理。

其中，所述信号放大单元包括：

功率放大器：用于对模数转换后的三相波形序列进行初步放大及噪声抑制处理，同时功率放大器具有平滑调节的性能；

升压器：用于对功率放大器输出的三相电压波形序列进行升压处理；

升流器：用于对功率放大器输出的三相电流波形序列进行升流处理。

其中，所述三相标准接地电信号生成装置还包括：

标准互感器：用于按时序回采放大处理后的三相波形序列，并对回采的三相波形序列进行降压或降流处理；

ad回采模块：用于回采所述标准互感器输出的二次电信号，并将所述二次电信号转换成数字回采电信号。

为了解决输出回路间相互干扰的技术问题，本发明实施例提供的三相标准接地电信号生成装置设置了相互独立的电压输出回路和电流输出回路。所述电压输出回路包括两组两相输出端子，所述电流输出回路包括两组三相输出端子。电流输出回路的高压侧与电压输出回路的高压侧进行等电位连接，以使电流输出回路整体对地呈现高电位，从而实现同时提供高电压和大电流的试验环境。

因此，本发明实施例提供的三相标准接地电信号生成装置，根据预设指令经信号处理获取三相标准接地电信号，能够保证电信号的高精度、高稳定性及高时序一致性；设置了相互独立的电流输出回路和电压输出回路，并将电流输出回路与电压输出回路高压侧进行了等电位连接，能够实现同时提供高电压大电流的试验环境。

本发明实施例还提供了一种三相标准接地电信号生成方法，所述方法可采用前述的三相标准接地电信号生成装置执行，具体包括如下步骤：

步骤101：对接地故障典型电信号波形进行调制，获取数字调制信号；

具体的，接地故障典型电信号波形可通过实际录波波形、故障波形库、或故障仿真波形获得。

步骤102：对所述数字调制信号进行误差补偿，获取相应的三相波形序列；

具体的，误差补偿包括相位误差补偿及时序误差补偿。

步骤103：依次对所述三相波形序列进行数模转换、放大处理及pi环节调节校正处理，获取三相标准接地电信号。

具体的，所述放大处理包括：对模数转换后的三相波形序列进行初步放大及噪声抑制处理后，再进行升压或升流处理。

所述pi环节调节校正包括：

s310：按时序回采放大处理后的三相波形序列，并对回采的三相波形序列进行降压或降流处理；

s311：将降压或降流处理的三相波形序列与接地故障典型电信号波形按时序比较，获取相应的相位误差及时序误差；

s312：根据相位误差及时序误差进行pi环节调节，直至输出三相波形序列为三相标准接地电信号波形。

为详细说明所述三相标准接地电信号生成方法中关于误差校正的过程，下面结合图3，以某配网中发生b相接地故障为例，对三相标准接地电信号生成方法中误差补偿环节做进一步详细描述。故障过程中电信号拥有丰富的频率分量，受检测系统固有频率特性及信道噪声的影响，一方面，单一波形信号中不同频率分量在检测系统中产生的相位偏移不同，使得总体波形产生相位误差，如本实施例中，三次谐波经信号变换、传输后相位滞后，使得总体波形波峰滞后δθ；另一方面，多个波形间由于信道差异及信道噪声影响，传输时间不同，使得波形序列间产生时序误差，如本实施例中，a相电流波形传输时间较长，c相电流波形传输时间较短，使得输出电流波形序列时序上a相比b相提前δtab，b相比c相提前δtbc。

为校正上述误差，需进行相位补偿及时序补偿。具体的，通过对比接地故障典型电信号波形与经转换、传输后的三相电信号波形序列，获得由系统频率特性及信道噪声产生的相位误差δθ及时序误差δtab、δtbc，并在信号传输过程中进行与之相反的补偿实现误差校正。如在本实施例中，对相位滞后的三次谐波进行超前相位补偿，即总体波形波峰前移δθ′；对时序滞后的a相电流波形进行超前时序补偿，即提前δt′ab传输a相电流；对时序超前的c相电流波形进行滞后时序补偿，即延迟δt′bc传输c相电流。上述校正过程可通过pi环节实现。

综上，本发明实施例提供的三相标准接地电信号生成方法，根据接地故障典型电信号波形电信号，经波形调制、误差补偿、数模转换、信号放大、信号回采、pi调节等信号处理，结合功率放大器的噪声抑制、平滑调节及fpga的时序补偿、相位补偿获取三相标准接地电压、电流信号，具有信号精度高、稳定性强、时序一致性好的特点。

进一步，如图2所示，是本发明实施例提供的一种一二次融合开关接地故障检测功能的准确性测试系统，所述系统可用于一二次融合开关接地故障检测功能的验证，所述系统包括：

主控台：用于输出波形库中接地故障典型电信号波形，同时用于根据被测一二次融合开关设备的智能终端输出的soe数据，判断被测一二次融合开关设备接地故障检测功能的准确性；

三相标准接地电信号输出单元：用于根据接地故障典型电信号波形为被测一二次融合开关设备的互感器一次侧提供三相标准接地电信号；

其中，三相标准接地电信号生成单元可以采用前述的三相标准接地电信号生成装置，具体包括：顺序连接的dsp模块、fpga模块(具有pi环节调节校正功能)、da转换模块、功率放大器及升压器/升流器，还应当包括标准互感器、ad回采模块及相互独立的电流输出回路和电压输出回路。

同时，采用本实施例所述的三相标准接地电信号生成装置对一二次融合开关设备的接地故障检测功能进行测试时，电流输出回路的两组三相输出端子分别与开关本体两侧的三相端子连接；电压输出回路的一组两相输出端子与三相标准接地电信号生成装置的外壳共同接地，另一组两相输出端子分别与被测一二次融合开关设备的电压互感器2和3的一端连接，电压互感器2和3的另一端接地。

综上，本发明实施例提供的一二次融合开关设备接地故障检测功能的测试系统，可用于一二次融合开关设备接地故障检测功能的准确性验证，填补了一二次融合开关设备接地故障检测功能缺乏有效检验设备的技术空白，采用三相标准接地电信号生成单元提供标准接地电信号，能够保证用于检测的电信号具有高精度、高稳定性及高时序一致性，有助于提高检测结果的准确性。

本发明实施例提供的一二次融合开关设备接地故障检测功能的测试方法，包括如下步骤：

步骤201：根据主控台指令，将对应的三相标准接地电信号加载在被测一二次融合开关设备的互感器一次侧；

步骤202：将被测一二次融合开关设备的互感器二次侧输出的电信号传送至所述被测一二次融合开关设备的智能终端；

步骤203：根据智能终端输出的soe数据判断被测一二次融合开关设备接地故障检测功能的准确性。

本发明实施例所提供的一二次融合开关接地故障检测功能的测试方法可以采用前述一二次融合开关接地故障检测功能的测试系统执行，用于对一二次融合开关设备进行接地故障检测功能准确性测试。下面详述采用本发明实施例的测试方法：

检测要求：测试在一二次融合开关正向，系统发生b相接地故障时，一二次融合开关能否正确检测到后方的接地故障信息；

相关参数：一二次融合开关设备的电压互感器2和3带有额定负载75va，内置电流互感器带有额定负载0.5ω，

环境搭建：将三相标准接地信号生成装置的电流输出回路的两组三相端子分别接在开关本体两侧的三相端子上，电压输出回路的一组两相输出端子与三相标准接地电信号生成装置的外壳共同接地，另一组两相输出端子分别与被测一二次融合开关设备的电压互感器2和3一次侧的一端连接，电压互感器2和3一次侧的另一端接地。

一二次融合设备的电压互感器2和3二次端子及开关本体均通过二次连接电缆6连接智能终端4，智能终端4和主控台之间通过104规约通信。

根据检测要求，主控台从波形库中调取某配网中，开关正向发生b相接地故障的典型电信号波形，并下发对应指令；

三相标准接地电信号生成装置接收上述b相接地故障典型电信号预设指令，输出对应的三相标准接地电压、三相标准接地电流。通过电压输出回路将三相标准接地电压加载在一二次融合开关电压互感器2和3一次侧上，通过电流输出回路将三相标准接地电流加载在一二次融合开关本体及其内置电流互感器上。电压互感器2和3二次侧及内置电流互感器二次侧通过二次连接电缆6将二次电压、二次电流传递给智能终端4；智能终端4根据二次电压、二次电流采样分析判断系统是否发生接地故障及接地故障的具体信息，并通过104规约上送soe事件至主控台。主控台读取soe事件，并判断被测一二次融合开关设备接地故障检测功能的准确性。具体的，若该soe事件为开关后方发生b相接地故障，则在该检测要求下，被测一二次融合开关接地故障检测功能准确；若该soe事件为其它信息，如开关后方未发生接地故障或开关后方发生a相接地故障，则在该检测要求下，被测一二次融合开关接地故障检测功能不准确。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。