一种小电流接地故障判断方法和故障录波系统与流程

本发明涉及配网自动化技术领域，具体涉及一种小电流接地故障判断方法和故障录波系统。

背景技术：

输电线路上最常见同时也是最危险的故障时相与相之间或是相与地之间的非正常连接，即短路。这些故障在电力系统中分为单相接地短路、两相相间短路、两相接地短路和三相接地短路。其中以单相接地短路最为常见，而三相短路是比较少见的。短路发生时会产生很大的短路电流，同时使系统中电压大大降低。当线路发生单相接地故障时，故障电流的数值往往较负荷电流小的多，故障相电压降为零，非故障相电压升高为相电压的倍，但三相之间的线电压仍然保持对称，对供电负荷没有影响，因此规程允许继续运行1～2h。但实际运行中可能由于过电压引发电力电缆爆炸、tv保险熔断甚至烧坏、母线短路等事故。

目前现有的小电流接地选线系统是指中性点不接地或经消弧线圈接地或经高阻接地运行方式的输变电系统，主要分布于10kv的输变电的电压等级。80年代后，我国学者提出了群体比幅比相的选线技术和方法进行后，也出现了大量的小电流接地选线装置，因为电流互感器离散性大，装置测量精度低，判定方法单一，判据不够，造成了小电流选线装置的准确率仅为50％左右。虽然近年来推出了比幅、比相、小波法、首半波法，有功分量法、信号注入法等多种方法，应用上有了质的变化，但产品的灵敏度和准确度还是不高，由于系统多样性，在变电站的应用上，根据抽样统计，目前设备投运率仅70％左右。所以现有选线系统故障分析准确率不高。没有录波系统不利于精确分析故障，无法及时有效的区分出故障相别来。同样不利于故障的记录保存。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提出一种小电流接地故障判断方法和故障录波系统。所述小电流接地故障判断方法和故障录波系统具有设计新颖、造价低廉和实用性强的特点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种小电流接地故障录波系统，包括a/d采集模块、dft滤波模块、数据存储模块、无线通信模块、加密模块、主处理器、对外维护通信模块和集成电源模块；所述数据存储模块、加密模块和对外维护通信模块均与所述主处理器连接，所述数据处理模块还与dft滤波模块连接，所述dft滤波模块与所述a/d采集模块连接，所述加密模块还与无线通信模块连接，所述a/d采集模块负责采集零相电压和三相接线的电流电压的原始采集，所述dft滤波模块负责处理原始采样数据、分离谐波和工频采集数值，所述数据存储模块将处理后的数值进行存储,所述无线通信模块可以使用iec61859、tcp协议和主站进行通信，上报故障并将录波文件上传主站，所述加密模块可将信息进行加密处理，所述对外维护模块可用于上位机设置相应参数，故障点阈值、故障录波点数的设置，所述主处理器主要用作数据处理逻辑判断，包括但不限于使用arm，dsp处理核心，所述集成电源模块与所述a/d采集模块、dft滤波模块、数据存储模块、无线通信模块、加密模块、主处理器、对外维护通信模块连接，并提供电源。

一种小电流接地故障判断方法，包括以下步骤：

步骤s1：进行参数设置设定阈值、录波采集点前后波形周期数；

步骤s2：a/d采集模块实时采集零相电压和三相电流电压数据，采集数据后进行dft数据处理；

步骤s3：将采集滤波后的信号数据量存入数据池中，数据池循环记录采样数据；

步骤s4：主处理器对采样点后1/4个波形的零序电压数据进行判断，是否是突变上升的，如果突变上升判断到，对零序电压u0(t)进行希尔伯特变换；

步骤s5：当判断到故障点后，对此故障点按照从维护口设定的参数值进行前n个后m个周波数据进行记录并存入外部存储器中。作为故障记录文件，将n+m+1个点的三相电压电流信号数值记录并保存；

步骤s6：通过加密模块对于数据进行加密，然后通过无线通信模块将故障上报并将录波数据进行上报。

进一步地，所述步骤s2，dft数据处理，步骤如下：

步骤s7：复制待过滤时域信号得到n个待分块时域信号；

步骤s8：按照预设错时分块规则确定所述每个待分块时域信号的分块起点时刻，并基于分块起点时刻和预置数据块值对所述每个待分块时域信号进行分块，得到每个待分块时域信号的数据块时域信号；

步骤s9：对所述每个数据块时域信号分别进行傅里叶变换、滤波以及傅里叶反变换得到反变换数据块时域信号并依据所述待过滤时域信号的时间序列合成所述反变换数据块时域信号，得到合成时域信号；

步骤s10：获取待过滤时域信号的时间序列；

步骤s11：判断所述时间序列是否位于所述反变换数据块时域信号的中部预设阈值内，若是，则提取并合并位于所述反变换数据块时域信号的中部预设阈值内的反变换数据块时域信号，以得到所述时间序列的合并时域信号；

提取并合并所述反变换数据块时域信号的中部两个反变换数据块时域信号。

进一步地，所述步骤s8，预设错时分块规则为相邻待分块时域信号的分块起点时刻的间隔时间相同。

进一步地，所述步骤s4,对零序电压u0(t)进行希尔伯特变换，步骤如下：

步骤s12：对电压电流进行离散化采样；

步骤s13：进行移相滤波；

离散希尔伯特变换频率传递函数：

其幅度和相角分别为：

|h0(ω)|＝1

步骤s14：对所得数据进行无功功率测量，让电压信号u(t)移相-π/2，得到信号u’(t),再采用公式计算

如果q>0视为无功功率流向线路，视为没有故障，q<0视为视为流向母线判断为有故障。

进一步地，所述步骤s3，按照每秒采集6k～10k的采集点数进行记录，存入数据池以便后期处理分析。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.可以实时进行录波数据存储，将数据进行循环存储，在小电流接地故障发生时将录波数据进行截取上报。

2.可以记录故障发生时刻的前后录波数据，对判断故障发生时刻的前后信息，对判断故障发生原因有帮助。

3.本发明所使用的小电流接地故障判断方法，先对采集数据进行傅里叶变换滤波处理，可将其它频次谐波滤除，得到干净的波形数据后进行电压突变判断，对电能量进行希尔伯特变换得出，判断电能量得出小电流接地故障信号。

4.使用低功耗通信系统，可在无故障时进行睡眠，当故障发生时进行唤醒操作，同时对主站发送故障信息，可以实现低功耗待机的通信功能。

5.按照希尔伯特变换方法对数据进行判断是一种计算快速准确率较高的小电流接地判断方法，可以准确识别出故障发生的点位。

6.能够在故障发生后将故障发生的前后数据信号按照设定点数进行记录，形成录波数据。

附图说明

图1为本发明的整体结构的示意图；

图2为本发明的流程示意图；

具体实施方式

下面结合附图及实施例描述本发明具体实施方式：

需要说明的是，本说明书所附图中示意的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

一种小电流接地故障录波系统，包括a/d采集模块、dft滤波模块、数据存储模块、无线通信模块、加密模块、主处理器、对外维护通信模块和集成电源模块；所述数据存储模块、加密模块和对外维护通信模块均与所述主处理器连接，所述数据处理模块还与dft滤波模块连接，所述dft滤波模块与所述a/d采集模块连接，所述加密模块还与无线通信模块连接，所述a/d采集模块负责采集零相电压和三相接线的电流电压的原始采集，所述dft滤波模块负责处理原始采样数据、分离谐波和工频采集数值，所述数据存储模块将处理后的数值进行存储,所述无线通信模块可以使用iec61859、tcp协议和主站进行通信，上报故障并将录波文件上传主站，所述加密模块可将信息进行加密处理，所述对外维护模块可用于上位机设置相应参数，故障点阈值、故障录波点数的设置，所述主处理器主要用作数据处理逻辑判断，包括但不限于使用arm，dsp处理核心，所述集成电源模块与所述a/d采集模块、dft滤波模块、数据存储模块、无线通信模块、加密模块、主处理器、对外维护通信模块连接，并提供电源。

一种小电流接地故障判断方法，包括以下步骤：

步骤s1：进行参数设置设定阈值、录波采集点前后波形周期数；

步骤s2：a/d采集模块实时采集零相电压和三相电流电压数据，采集数据后进行dft数据处理；

步骤s3：将采集滤波后的信号数据量存入数据池中，数据池循环记录采样数据；

步骤s4：主处理器对采样点后1/4个波形的零序电压数据进行判断，是否是突变上升的，如果突变上升判断到，对零序电压u0(t)进行希尔伯特变换；

步骤s5：当判断到故障点后，对此故障点按照从维护口设定的参数值进行前n个后m个数据进行记录并存入外部存储器中。作为故障记录文件，将n+m+1个点的三相电压电流信号数值记录并保存；

步骤s6：通过加密模块对于数据进行加密，然后通过无线通信模块将故障上报并将录波数据进行上报。

具体而言，所述步骤s2，dft数据处理，步骤如下：

步骤s7：复制待过滤时域信号得到n个待分块时域信号；

步骤s8：按照预设错时分块规则确定所述每个待分块时域信号的分块起点时刻，并基于分块起点时刻和预置数据块值对所述每个待分块时域信号进行分块，得到每个待分块时域信号的数据块时域信号；

步骤s9：对所述每个数据块时域信号分别进行傅里叶变换、滤波以及傅里叶反变换得到反变换数据块时域信号并依据所述待过滤时域信号的时间序列合成所述反变换数据块时域信号，得到合成时域信号；

步骤s10：获取待过滤时域信号的时间序列；

步骤s11：判断所述时间序列是否位于所述反变换数据块时域信号的中部预设阈值内，若是，则提取并合并位于所述反变换数据块时域信号的中部预设阈值内的反变换数据块时域信号，以得到所述时间序列的合并时域信号；

提取并合并所述反变换数据块时域信号的中部两个反变换数据块时域信号。

具体而言，所述步骤s8，预设错时分块规则为相邻待分块时域信号的分块起点时刻的间隔时间相同。

具体而言，所述步骤s4,对零序电压u0(t)进行希尔伯特变换，步骤如下：

步骤s12：对电压电流进行离散化采样；

步骤s13：进行移相滤波；

离散希尔伯特变换频率传递函数：

其幅度和相角分别为：

|h0(ω)|＝1

步骤s14：对所得数据进行无功功率测量，让电压信号u(t)移相-π/2，得到信号u’(t),再采用公式计算

如果q>0视为无功功率流向线路，视为没有故障，q<0视为视为流向母线判断为有故障。

具体而言，所述步骤s3，按照每秒采集6k～10k的采集点数进行记录，存入数据池以便后期处理分析。

发明原理：本发明所使用的小电流接地故障判断方法，先对采集数据进行傅里叶变换滤波处理，可将其他频次谐波滤除，得到干净的波形数据后进行电压突变判断，对电能量进行希尔伯特变换得出，判断电能量得出小电流接地故障信号。

上面结合附图对本发明优选实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

不脱离本发明的构思和范围可以做出许多其他改变和改型。应当理解，本发明不限于特定的实施方式，本发明的范围由所附权利要求限定。