一种配网故障选线用七次谐波提取装置的制作方法

本实用新型涉及电力系统的配电技术领域，具体涉及一种配网故障选线用七次谐波提取装置。

背景技术：

配电网是指从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网，通常由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成，在电力网中起重要分配电能作用的网络。配电网一般采用闭环设计、开环运行，其结构呈辐射状，采用闭环结构是为了提高运行的灵活性和供电可靠性；开环运行一方面是为了限制短路故障电流，防止断路器超出遮断容量发生爆炸，另一方面是控制故障波及范围，避免故障停电范围扩大。

单相接地是10kV(35kV)小电流接地系统单相接地，单相接地故障是配电系统最常见的故障，多发生在潮湿、多雨天气。由于树障、配电线路上绝缘子单相击穿、单相断线以及小动物危害等诸多因素引起的。单相接地不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。熟悉接地故障的处理方法对值班人员十分重要。目前，配网发生单相接地时，工作人员需要采用人工拉线的方法进行故障线路判断，这样的拉闸操作会对电网造成冲击。

技术实现要素：

本实用新型实施例的目的在于提供一种配网故障选线用七次谐波提取装置，基于配网发生单相接地故障时，故障线路的七次谐波和正常线路的七次谐波的波形极性是相反，且故障线路的能量大于正常线路的原理，实现配网各线路的七次谐波的提取，用于故障线路的筛选，可以直接用在电网上。

为实现上述目的，本实用新型实施例提供一种：一种配网故障选线用七次谐波提取装置，所述提取装置包括减法器、鉴相器、环路滤波器、压控振荡器、90度移相器、幅值调节器、滤波器、积分器和乘法器；所述减法器的信号输出端与所述鉴相器的信号输入端连接；所述鉴相器的信号输出端与所述环路滤波器的信号输入端连接；所述环路滤波器的信号输出端与所述压控振荡器的信号输入端连接；所述压控振荡器的信号输出端与所述鉴相器的信号输入端连接，压控振荡器的信号输出端还与所述90度移相器的信号输入端连接；所述90度移相器的信号输出端与所述乘法器的信号输入端连接；所述幅值调节器的信号输出端与所述滤波器的信号输入端连接；所述滤波器的信号输出端与所述积分器的信号输入端连接；所述积分器的信号输出端与所述乘法器的信号输入端连接；所述乘法器的信号输出端与所述减法器的信号输入端连接。

作为配网故障选线用七次谐波提取装置的优选方案，配网线路零序电路信号通过所述减法器的信号输入端输入到提取装置。优选的，通过设置七次谐波提取装置的参考频率为250Hz，直接将线路中的零序电流输入到装置的减法器中，可以提取出配网各条线路的七次谐波。减法器的减法电路是基本集成运放电路的一种，减法电路可以由反相加法电路构成，也可以由差分电路构成，基本集成运放电路有加、减、积分和微分等四种运算，可以由集成运放外加反馈网络所构成的运算电路来实现。

作为配网故障选线用七次谐波提取装置的优选方案，所述鉴相器、环路滤波器和压控振荡器之间形成锁相环。鉴相器是能够鉴别出输入信号的相差的器件，使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系。常见的鉴相特性有余弦型、锯齿型与三角型等，鉴相器可以分为模拟鉴相器和数字鉴相器两种。

锁相环是一种反馈控制电路，利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，一般用于闭环跟踪电路。锁相环的工作原理是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号通过鉴相器转换成电压信号输出，经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制，再通过反馈通路把压控振荡器输出信号的频率、相位反馈到鉴相器。

作为配网故障选线用七次谐波提取装置的优选方案，所述环路滤波器包括线性元件电阻，电容及运算放大器。环路滤波器一般是线性电路，由线性元件电阻，电容及运算放大器组成。环路滤波器用于衰减由输入信号噪声引起的快速变化的相位误差和平滑相位检测器泄露的高频分量，即滤波，以便在其输出端对原始信号进行精确的估计，环路滤波的阶数和噪声带宽决定了环路滤波器对信号的动态响应。

作为配网故障选线用七次谐波提取装置的优选方案，所述压控振荡器采用LC压控振荡器、RC压控振荡器或晶体压控振荡器。压控振荡器的技术要求有频率稳定度好、控制灵敏度高、调频范围宽、频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄；RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间，指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)，频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO，振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。

作为配网故障选线用七次谐波提取装置的优选方案，所述减法器的信号输出端还与所述幅值调节器的信号输入端连接。

作为配网故障选线用七次谐波提取装置的优选方案，所述90度移相器的信号输出端还与所述幅值调节器的信号输入端连接。移相器能够对波的相位进行调整，任何传输介质对在其中传导的波动都会引入相移，移相器一般是多相的，通常定子绕组作为原绕组，转子绕组为副绕组。在移相器的转子转轴上装有一套蜗轮蜗杆。转动蜗轮蜗杆，能使移相器的转子相对于定子在一定范围内转动。当定子上的原绕组接三相交流电源后，气隙里产生的旋转磁场将在原、副绕组中分别感应出电动势E1和E2。其大小与各绕组的有效匝数成正比，而相位决定于原、副绕组轴线之间的相对位置。

作为配网故障选线用七次谐波提取装置的优选方案，所述压控振荡器将输出信号Io1输送到90度移相器后输出移相后的输出信号Io2，压控振荡器将输出信号Io1还输送到鉴相器。

本实用新型涉及的滤波器，是一种对信号有处理作用的器件或电路。滤波器主要分为有源滤波器和无源滤波器。主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以选通通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波器的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。滤波器中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。最基本的滤波器，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波。所有各型的滤波器，都是集合L型单节滤波器而成。基本单节式滤波器由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂为电感器，并联臂为电容器。在电源及声频电路中之滤波器，最通用者为L型及π型两种。就L型单节滤波器而言，其电感抗XL与电容抗XC，对任一频率为一常数，其关系为XL·XC＝K2。

本实用新型涉及的乘法器是一种完成两个互不相关的模拟信号相乘作用的电子器件。它可以将两个二进制数相乘，它是由更基本的加法器组成的。乘法器可以通过使用一系列计算机算数技术来实现。乘法器不仅作为乘法、除法、乘方和开方等模拟运算的主要基本单元，而且还广泛用于电子通信系统作为调制、解调、混频、鉴相和自动增益控制；另外还可用于滤波、波形形成和频率控制等场合，是一种用途广泛的功能电路。

本实用新型涉及的积分器是将两个输入之差加以累计的器件。这些输入可以是变化率，或者是由脉冲计数器来的累加值。累加值与释放动作值进行比较，两个分离的输出是由累加值控制；当累加值达到释放限值时，其中一个输出起作用，另一个输出是当达到预释放值时起作用。通过对两个输人信号的分析，积分器能告诉操作员累加值是否可靠。

本实用新型实施例具有如下优点：基于配网发生单相接地故障时，故障线路的七次谐波和正常线路的七次谐波的波形极性是相反，且故障线路的能量大于正常线路的原理，通过提取各条线路的七次谐波选出故障线路，不需要人工拉线判断故障线路，避免了电网冲击，可以直接用在电网上，正确地在线选出故障线路。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的配网故障选线用七次谐波提取装置示意图；

图2为本实用新型实施例提供的配网故障选线用七次谐波提取装置原理图；

图3采用本实用新型的配网故障选线操作流程图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1、图2和图3所示，一种配网故障选线用七次谐波提取装置，所述提取装置包括减法器1、鉴相器2、环路滤波器3、压控振荡器4、90度移相器5、幅值调节器6、滤波器7、积分器8和乘法器9；所述减法器1的信号输出端与所述鉴相器2的信号输入端连接；所述鉴相器2的信号输出端与所述环路滤波器3的信号输入端连接；所述环路滤波器3的信号输出端与所述压控振荡器4的信号输入端连接；所述压控振荡器4的信号输出端与所述鉴相器2的信号输入端连接，压控振荡器4的信号输出端还与所述90度移相器5的信号输入端连接；所述90度移相器5的信号输出端与所述乘法器9的信号输入端连接；所述幅值调节器6的信号输出端与所述滤波器7的信号输入端连接；所述滤波器7的信号输出端与所述积分器8的信号输入端连接；所述积分器8的信号输出端与所述乘法器9的信号输入端连接；所述乘法器9的信号输出端与所述减法器1的信号输入端连接。

配网故障选线用七次谐波提取装置的一个实施例中，配网线路零序电路信号通过所述减法器1的信号输入端输入到提取装置，所述减法器1的信号输出端还与所述幅值调节器6的信号输入端连接。优选的，通过设置七次谐波提取装置的参考频率为250Hz，直接将线路中的零序电流输入到装置的减法器1中，可以提取出配网各条线路的七次谐波。减法器1的减法电路是基本集成运放电路的一种，减法电路可以由反相加法电路构成，也可以由差分电路构成，基本集成运放电路有加、减、积分和微分等四种运算，可以由集成运放外加反馈网络所构成的运算电路来实现。

配网故障选线用七次谐波提取装置的一个实施例中，所述鉴相器2、环路滤波器3和压控振荡器4之间形成锁相环。鉴相器2是能够鉴别出输入信号的相差的器件，使输出电压与两个输入信号之间的相位差有确定关系。常见的鉴相特性有余弦型、锯齿型与三角型等，鉴相器2可以分为模拟鉴相器2和数字鉴相器2两种。

锁相环是一种反馈控制电路，利用外部输入的参考信号控制环路内部振荡信号的频率和相位，实现输出信号频率对输入信号频率的自动跟踪，一般用于闭环跟踪电路。锁相环的工作原理是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号通过鉴相器2转换成电压信号输出，经低通滤波器7滤波后形成压控振荡器4的控制电压，对振荡器输出信号的频率实施控制，再通过反馈通路把压控振荡器4输出信号的频率、相位反馈到鉴相器2。

配网故障选线用七次谐波提取装置的一个实施例中，所述环路滤波器3包括线性元件电阻，电容及运算放大器。环路滤波器3一般是线性电路，由线性元件电阻，电容及运算放大器组成。环路滤波器3用于衰减由输入信号噪声引起的快速变化的相位误差和平滑相位检测器泄露的高频分量，即滤波，以便在其输出端对原始信号进行精确的估计，环路滤波的阶数和噪声带宽决定了环路滤波器3对信号的动态响应。

配网故障选线用七次谐波提取装置的一个实施例中，所述压控振荡器4采用LC压控振荡器、RC压控振荡器或晶体压控振荡器，所述压控振荡器将输出信号Io1输送到90度移相器5后输出移相后的输出信号Io2，压控振荡器4将输出信号Io1还输送到鉴相器2。压控振荡器4的技术要求有频率稳定度好、控制灵敏度高、调频范围宽、频偏与控制电压成线性关系并宜于集成等。晶体压控振荡器的频率稳定度高，但调频范围窄；RC压控振荡器的频率稳定度低而调频范围宽，LC压控振荡器居二者之间，指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路(VCO)，频率是输入信号电压的函数的振荡器VCO，振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压的控制，就可构成一个压控振荡器。

配网故障选线用七次谐波提取装置的一个实施例中，所述90度移相器5的信号输出端还与所述幅值调节器6的信号输入端连接。移相器能够对波的相位进行调整，任何传输介质对在其中传导的波动都会引入相移，移相器一般是多相的，通常定子绕组作为原绕组，转子绕组为副绕组。在移相器的转子转轴上装有一套蜗轮蜗杆。转动蜗轮蜗杆，能使移相器的转子相对于定子在一定范围内转动。当定子上的原绕组接三相交流电源后，气隙里产生的旋转磁场将在原、副绕组中分别感应出电动势E1和E2。其大小与各绕组的有效匝数成正比，而相位决定于原、副绕组轴线之间的相对位置。

配网故障选线用七次谐波提取装置的一个实施例中涉及的滤波器7，是一种对信号有处理作用的器件或电路。滤波器7主要分为有源滤波器7和无源滤波器7。主要作用是让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的反射。滤波器7一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号，利用这个特性可以选通通过滤波器7的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。滤波器7的功能就是允许某一部分频率的信号顺利的通过，而另外一部分频率的信号则受到较大的抑制，它实质上是一个选频电路。滤波器7中，把信号能够通过的频率范围，称为通频带或通带；反之，信号受到很大衰减或完全被抑制的频率范围称为阻带；通带和阻带之间的分界频率称为截止频率；滤波器7是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。最基本的滤波器7，是由一个电容器和一个电感器构成，称为L型滤波。所有各型的滤波器7，都是集合L型单节滤波器7而成。基本单节式滤波器7由一个串联臂及一个并联臂所组成，串联臂为电感器，并联臂为电容器。在电源及声频电路中之滤波器7，最通用者为L型及π型两种。就L型单节滤波器7而言，其电感抗XL与电容抗XC，对任一频率为一常数，其关系为XL·XC＝K2。

配网故障选线用七次谐波提取装置的一个实施例中涉及的乘法器9是一种完成两个互不相关的模拟信号相乘作用的电子器件。它可以将两个二进制数相乘，它是由更基本的加法器组成的。乘法器9可以通过使用一系列计算机算数技术来实现。乘法器9不仅作为乘法、除法、乘方和开方等模拟运算的主要基本单元，而且还广泛用于电子通信系统作为调制、解调、混频、鉴相和自动增益控制；另外还可用于滤波、波形形成和频率控制等场合，是一种用途广泛的功能电路。

配网故障选线用七次谐波提取装置的一个实施例中涉及的积分器8是将两个输入之差加以累计的器件。这些输入可以是变化率，或者是由脉冲计数器来的累加值。累加值与释放动作值进行比较，两个分离的输出是由累加值控制；当累加值达到释放限值时，其中一个输出起作用，另一个输出是当达到预释放值时起作用。通过对两个输人信号的分析，积分器8能告诉操作员累加值是否可靠。

本实用新型基于配网发生单相接地故障时，故障线路的七次谐波和正常线路的七次谐波的波形极性是相反，且故障线路的能量大于正常线路的原理，设置七次谐波提取器的参考频率为250Hz，直接将线路中的零序电流输入到七次谐波提取装置中，就可以提取出各条线路的七次谐波，本实用新可以实时、准确地提取七次谐波，不需要麻烦的数学变换。通过提取各条线路的七次谐波选出故障线路，不需要人工拉线判断故障线路，避免了电网冲击，可以直接用在电网上，正确地在线选出故障线路。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。