CN102221662A - 一种小电流接地***单相接地故障行波选线及测距装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种小电流接地***单相接地故障行波选线及测距装置，包括信号转换板，将母线零序电压和线路电流经隔离变换成0～10伏电压信号。连接信号转换板的高速采集板，完成模拟信号转换成数字信号，并进行高速采集和缓存，同时接收同步对时信号，将数据打上绝对时标，高速采集板的DSP数字信号处理器计算零序电压是否超过启动设定值，超过设定值表示线路发生故障，DSP将自动查找并计算行波波头大小及方向，通过连接高速采集板的开关量输出板输出选线结果。同时启动录波，记录故障数据，再将数据通过高速总线传输到中央管理机，中央管理机根据录波数据，自动查找故障线路的初始波头，及故障点反射波头的时间，计算故障点的距离。最后将故障数据及故障报告通过WEB SERVER平台发布故障信息。

Description

一种小电流接地***单相接地故障行波选线及测距装置

技术领域

本发明属于电力***领域，涉及小电流接地***单相接地故障行波选线及行波测距装置。

背景技术

配电网中性点采用小电流接地方式有着一系列的优点，所以被很多国家的配电***采用。当小电流接地***发生单相接地故障时，由于中性点不直接接地，所以，不能形成短路回路，因此没有短路电流，只有数值不大的电容电流流向故障点。但是，这种情况不能长期存在。一方面非故障相电压会升高，对线路绝缘造成威胁；另一方面接地点的电弧电流会烧坏线路，造成线路永久损坏。中国电力运行规程规定：单相接地持续时间不得超过2小时，否则故障线路必须从电网退出。

因此，就提出了哪一条线路是接地线路即故障选线问题。围绕这个问题，各国进行了无数的研究，也研制出了许多方法与装置。由于工频零序电流数值很小，难以和正常运行时的不平衡零序电流相区别，所以围绕工频电流量选线无法正确选择出故障线。

近年来，采用零序电流故障行波信号选线已有较为成熟的应用。检测每条线路的电流行波，根据故障线路行波幅值大于非故障线路，且方向相反，选择故障线路。现有装置能够满足一般电站选线要求。

现有行波选线装置的问题：

1、只能记录几百个采样点，不能反映故障时刻的工频变化，即只能局部不能全面了解故障过程，不具备录波功能，给运行人员不知道行波选线结果是否是故障还是干扰引起的。

2、不具备行波打绝对时标的功能，当选线路数较多需增加多台装置时，无法实现不同选线装置同步比较，也就无法应用出线路数多的场合。

3、不具备行波测距功能，只选线而不知道故障在具体地点，无疑给查找故障点带来不便。

发明内容

本发明提供了一种小电流接地***单相接地故障行波选线及测距装置，针对目前小电流接地故障线路选择问题，采取高速采集、高分辨率采样及高精度同步的硬件技术，结合独创的故障启动判别算法，使装置故障后准确启动录波，避免了采用硬件提取暂态扰动判启动容易受干扰信号影响的问题，并结合小波变换理论实现初始行波的检测，经比较行波幅值、相位及行波初始时间等，得出故障线路。加上录波数据的支持，可以在初始波头后找到故障点的反射波头，实现故障测距。

本发明的技术问题通过以下技术方案予以解决。

这种小电流接地***单相接地故障行波选线及测距装置，包括：

信号转换板，将母线零序电压和线路电流包括相电流、零序电流等，经隔离变换成0～10伏电压信号，传输到与信号转换板连接的高速采集板。

高速采集板，接收信号转换板的0～10伏电压信号后，完成模拟信号转换成数字信号，然后进行高速采集和缓存。高速采集板同时接收GPS、北斗卫星等授予的秒脉冲或B码等时间作为各装置的同步采样信号，将数据打上绝对时标。再由高速采集板的DSP数字信号处理器计算零序电压是否超过录波启动设定值，超过设定值表示线路发生故障，DSP将自动查找并计算初始行波波头大小及方向，通过连接高速采集板的开关量输出板输出选线结果。同时启动录波，高速采集板启动录波后，将记录采集故障前和故障后各两个周波的故障数据。再将数据通过高速总线传输到连接高速采集板的中央管理机。

中央管理机接收高速采集板发送的故障数据，通过小波变换计算故障线路电流行波的幅值，查找初始行波及故障点反射的波头时间，计算故障点的距离。误差在300米以内。最后将故障数据及故障报告通过内置WEB SERVER平台发布故障信息，用户通过IE浏览器，实现故障报告及故障数据的查阅等网络通信功能。

本发明的技术问题通过以下进一步的技术方案予以解决。

1、高速采集板DSP自动查找并计算初始行波波头大小及方向，输出选线结果。选线方法是：

●故障线路上所出现的初始暂态电流行波数值最大，其它非接地线路的暂态行波电流数值很小；

●故障线路电流行波的极性和非故障线路相反；

●非故障线路的电流行波极性相同。

2、中央管理机接收高速采集板发送的故障数据，经过小波变换计算故障线路初始行波及故障点反射的波头时间，计算故障点的距离。测距方法是：

利用故障点产生的行波传输到测量点(测量行波第一次到达时刻)，然后由测量点母线反射的行波传向故障点，又在故障点发生反射，重新传向测量点(测量行波第二次到达时刻)，根据测量点到故障点往返一次的时间和行波波速可确定故障点距离。

对于故障线路来说，设输电线路全长L，故障点初始行波达到测量点S端母线及由此反射到故障点后二次到达S端的时间分别为TS1，TS2，则故障点距测量点S端的距离为：

$L_S=\frac{1}{2}(\mathrm{TS}2-\mathrm{TS}1)v$

式中v为行波波速，L为线路全长。

这种小电流接地***单相接地故障行波选线及测距装置的主要性能指标是：

1、故障后准确选线，且选线路数不限，从故障开始到选线结果输出不超过100ms。

2、故障后启动录波，可记录故障故障前和故障后各两个周波的故障数据。

3、故障后准确测出故障距离，误差小于300米。

4、本装置适用范围广泛，既适用于零序电流互感器，也适用于三相电流互感器，还适合于只配置AC两相电流互感器的现场情况。

本发明与现有技术对比的有益效果是：

1、能准确选择故障线路，不论是瞬时性还是永久接地故障，也不论是金属性还是非金属性接地故障。

2、具备录波功能，装置以1MHz-5MHz的采样率采集故障前和故障后各两个周波的故障数据，相当于80000个采样点。不仅能反映故障时刻的工频变化，能全面了解故障过程，让运行人员知道行波选线结果是否是故障还是干扰引起的。

3、能够准确测量故障距离。录波功能记录的行波数据，可以在初始波头后找到故障点的反射波头，实现故障测距。

4、具备行波打绝对时标的功能，该时标实现了对***内其他装置数据在时间上统一，当选线路数较多需增加多台装置时，可实现不同行波选线装置同步比较，解决了行波选线因为接入量少而不能应用于多回路出线的问题，同时为低压长线路双端故障行波测距提供必要条件。

5、装置内置WEB SERVER平台发布故障信息。用户只需要IE浏览器，不用考虑管理机在通信规约和数据记录格式上的不统一，且使得客户端不再需要任何客户端软件，免除了客户端软件的开发和维护成本。

附图说明

图1是本发明小电流接地***单相接地故障行波选线及测距装置工作原理图；

图2是本发明小电流接地***单相接地故障行波选线及测距装置的采集板工作原理框图；

具体实施方式

下面结合具体实施方式并对照附图对本发明作进一步的说明。

本发明的工作原理图，如图1所示。信号转换板，将母线零序电压和线路电流包括相电流、零序电流等，经隔离变换成0～10伏电压信号，传输到与信号转换板连接的高速采集板。

高速采集板，接收信号转换板的0～10伏电压信号后，完成模拟信号转换成数字信号，然后进行高速采集和缓存。高速采集板同时接收GPS、北斗卫星等授予的秒脉冲或B码等时间作为各装置的同步采样信号，将数据打上绝对时标。再由高速采集板的DSP数字信号处理器计算零序电压是否超过录波启动设定值，超过设定值表示线路发生故障，DSP将自动查找并计算初始行波波头大小及方向，通过连接高速采集板的开关量输出板输出选线结果。同时启动录波，高速采集板启动录波后，将记录采集故障前和故障后各两个周波的故障数据。再将数据通过高速总线传输到连接高速采集板的中央管理机。

中央管理机接收高速采集板发送的故障数据，通过小波变换计算故障线路电流行波的幅值，查找初始行波及故障点反射的波头时间，计算故障点的距离。误差在300米以内。最后将故障数据及故障报告通过内置WEB SERVER平台发布故障信息，用户通过IE浏览器，实现故障报告及故障数据的查阅等网络通信功能。

本发明的采集板工作原理图，如图2所示。高速数据采集板完成行波信号的高速采集和缓存，接收信号转换板传输的0～10伏电压信号，进行A/D采样，完成模拟信号转换成数字信号，正常运行情况下，以1MHz-5MHz的频率并在FPGA的控制下写入SDRAM，SDRAM被分为以80毫秒为单位的若干块存储区域，以块为控制单元，同时接收GPS、北斗卫星等获得时间基准，以GPS、北斗卫星等授予的秒脉冲或B码等时间作为装置的同步采样时标。数据在写入时被打上绝对时标，时间信号误差为1×10^-8秒。该时标实现对***内其他装置数据在时间上统一。

采样数据采用循环存储方式存放于一块数据区中，当收到外部选线启动信号后，该数据存储区停止刷新，启动后的采样数据存入另一块数据区，数据块没被读完时不允许刷新，但可外部控制刷新信号。选线数据记录缓冲区的长度为80毫秒。为保证电网发生连续性故障时不丢失故障数据，在高速采集DSP板上共开辟了多块的数据缓冲区。当前次录波数据转存过程中发生故障时，仍可继续记录当前的故障数据。当某块数据传给中央管理机后，由中央管理机给出刷新信号以及对应的选线数据块序号，高速采集DSP板接到刷新信号后，可对相应数据块进行刷新操作。

高速采集板带有线路故障的检测判断功能，在线路正常运行时，***对模拟量进行采集，计算零序电压是否超过录波启动设定值，当线路发生接地故障时，母线上零序电压量越限启动，再由高速采集板的DSP数字信号处理器自动计算并比较行波波头大小及方向，通过连接高速采集板的开关量输出板输出选线结果。同时启动录波，存储故障前和故障后各两个周波的故障数据共80毫秒。并采用浮动门槛启动方式，以提高故障检测判断的灵敏性和可靠性。再将数据通过高速总线传输到连接高速采集板的中央管理机。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干等同替代或明显变型，而且性能或用途相同，则应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定的保护范围。

Claims (8)

1.一种小电流接地***单相接地故障行波选线及测距装置，其特征在于：

信号转换板，将母线零序电压和线路电流经隔离变换成0～10伏电压信号，传输到与信号转换板连接的高速采集板；

高速采集板，完成模拟信号转换成数字信号，进行高速采集和缓存，同时接收同步对时信号，将数据打上绝对时标，再由高速采集板的DSP数字信号处理器计算零序电压是否超过启动设定值，超过设定值表示线路发生故障，DSP将自动查找并计算初始行波波头大小及方向，通过连接高速采集板的开关量输出板输出选线结果。同时启动录波，记录故障数据，再将数据通过高速总线传输到连接高速采集板的中央管理机；

中央管理机接收高速采集板发送的故障数据，查找故障线路初始行波及故障点反射的波头时间，计算故障点的距离。最后将故障数据及故障报告通过WEB SERVER平台发布故障信息。

2.根据权利要求1所述的行波选线及测距装置，其特征在于：

所述的信号转换板，将母线零序电压和线路电流经隔离变换成0～10伏电压信号，传输到高速采集板。线路电流包括相电流、零序电流等。

3.根据权利要求1所述的行波选线及测距装置，其特征在于：

所述的高速采集板，完成模拟信号转换成数字信号，以1MHz-5MHz的采样率进行高速采集和缓存。

4.根据权利要求1所述的行波选线及测距装置，其特征在于：

所述的高速采集板接收GPS、北斗卫星等信号获得时间基准，以GPS、北斗卫星等授予的秒脉冲或B码等时间作为各装置的同步采样信号，将数据打上绝对时标。

5.根据权利要求1所述的行波选线及测距装置，其特征在于：

所述的高速采集板的DSP数字信号处理器通过小波变换算法自动查找并计算初始行波波头大小及方向，输出选线结果。

6.根据权利要求1所述的行波选线及测距装置，其特征在于：

所述的高速采集板启动录波后，将记录采集故障前和故障后各两个周波的故障数据。

7.根据权利要求1所述的行波选线及测距装置，其特征在于：

所述的中央管理机接收高速采集板发送的故障数据，通过小波变换计算故障线路电流行波的幅值，查找初始行波及故障点反射的波头时间，计算故障点的距离。误差在300米以内。

8.根据权利要求1所述的行波选线及测距装置，其特征在于：

所述的中央管理机将故障数据及故障报告通过管理机内置WEBSERVER平台发布故障信息。用户通过IE浏览器，实现故障报告及故障数据的查阅等网络通信功能。

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