CN103941079B - 配电网pt在线监测及故障诊断*** - Google Patents
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Abstract
一种配电网PT在线监测及故障诊断***，该***能够测量配电网PT的三个相电流、三个相电压、三个线电压和零序电压数据。通过实测数据可以准确判断***是否发生单相接地故障、铁磁谐振故障、PT断线故障。***由电流测量终端、采集器、后台服务器三个部分组成。所述电流测量终端安装在配电网PT三相线路上，利用电磁感应原理测量配电网PT的三相电流。所述采集器安装在PT柜的面板上，接收终端的数据，同时测量PT的相电压、线电压和零序电压，再把数据上传到后台服务器。所述后台服务器安装在变电站内，接收采集器的数据，对配电网PT进行在线监测及故障诊断。本发明技术成熟、可靠性高。
Description
技术领域
本发明属于电力监测技术领域，具体涉及一种电力设备，适用于3～35kV配电网。能够在线监测PT三相的电压和电流，基于粗糙集理论通过实测数据可以准确判断***是否发生单相接地故障、铁磁谐振故障、PT断线故障。
背景技术
我国3～35kV配电网容易发生单相接地故障、铁磁谐振故障、PT断线故障。由于这几种故障的现象很类似，运行人员只能根据经验进行分析，往往很难准确诊断出故障类型，如果运行人员判断失误并采取错误的操作，有可能导致故障扩大。
为了更准确的分析***故障类型，现场迫切需要实用的技术来对PT进行在线监测和故障诊断。由于PT在铁磁谐振故障情况下会出现多种频率，因此在测量过程中要特别考虑到频率测量技术的兼容性问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术上的不足，提出一种配电网PT在线监测与故障诊断***。该***能够实时、准确地测量配电网PT的三个相电流、三个相电压、三个线电压和零序电压数据。该***通过实测数据可以准确判断***是否发生单相接地故障、铁磁谐振故障、PT断线故障。该***能够为运行人员提供正确指导。
本发明的技术方案如下：
一种配电网PT在线监测及故障诊断***，由终端、采集器、后台服务器三个部分组成，其特征为：
所述终端安装在配电网PT三相线路上，利用电磁感应原理测量配电网PT的三相的电流，终端包含内置AD功能的低功耗CPU模块和射频通信模块；
所述采集器安装在PT柜的面板上，接收终端所测量的配电网PT的三相的电流数据，同时测量PT的相电压、线电压和零序电压，再把所述电流数据、相电压、线电压和零序电压数据上传到后台服务器；
所述后台服务器安装在变电站内，具有光纤通信模块，接收采集器的数据，对配电网PT进行在线监测及故障诊断。
所述的终端采用放大电路和高精度AD芯片，能够测量10-1000mA的电流。
所述的终端能够测量25-250Hz范围的频率，可以对分频谐振、基本谐振和倍频谐振进行准确的测量。
所述采集器包括电压变换器、电压测量模块、射频通信模块和光纤通信模块。射频通信模块和光纤通信模块连接，射频通信模块接收终端的数据，并通过串口通信方式发送给光纤通信模块。电压变换器和电压测量模块将PT相电压、线电压和零序电压分别转换为数字量，并通过串口通信方式发送给光纤通信模块。光纤通信模块将电压、电流数据发送给位于变电站内的后台服务器。每个采集器只接收自己间隔的终端数据，以及测量自己间隔的电压。
本申请还公开了一种基于前述配电网PT在线监测及故障诊断***的诊断方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)利用粗糙集理论建立配电网PT故障诊断的决策表，具体包括单相接地故障决策表、铁磁谐振故障决策表、PT断线故障决策表；
(2)将PT的三个相电流、三个相电压、三个线电压和零序电压数据进行离散化处理，形成条件属性值；
(3)将PT电压、电流条件属性值在上述四种决策表中查询，得到对应的决策属性，即诊断结果；
(4)如果判断发生故障，立即发出报警。
本申请能够实现以下功能：
(1)准确测量PT的三个相电流、三个相电压、三个线电压和零序电压数据。
(2)利用粗糙集理论建立配电网PT故障诊断的决策表，具体包括单相接地故障决策表、铁磁谐振故障决策表、PT断线故障决策表。利用决策表实现故障诊断。
本发明的优点如下：
1、能够利用实测电流电压数据对故障类型进行诊断。
2、实时监测PT的运行状况，发生异常时能够及时报警。
3、测量精度高。
4、功耗低，满足长期运行的要求。
5、技术成熟、可靠性高，适用于3～35kV配电***。
附图说明
图1是本发明的在线监测及故障诊断***结构示意图；
图2是终端101的原理图；
图3是采集器102的原理图；
图4是基于粗糙集的故障诊断流程图；
其中101为终端，101-A、101-B、101-C表示安装在PT三相线路上的终端，102为采集器，103为后台服务器，104为变电站母线，105为射频通信，106为电缆，107为光纤通信，201为感应线圈，202为测温模块，203为射频通信模块，303为光纤通信模块，304为电压变换器，305为电压测量模块。
具体实施方式
下面结合说明书附图，通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。
本申请公开了一种配电网PT在线监测及故障诊断***，该***能够测量配电网PT的三个相电流、三个相电压、三个线电压和零序电压数据。通过实测数据可以准确判断***是否发生单相接地故障、铁磁谐振故障、PT断线故障。***由电流测量终端、采集器、后台服务器三个部分组成。所述电流测量终端安装在配电网PT三相线路上，利用电磁感应原理测量配电网PT的三相电流。所述采集器安装在PT柜的面板上，接收终端的数据，同时测量PT的相电压、线电压和零序电压，再把数据上传到后台服务器。所述后台服务器安装在变电站内，接收采集器的数据，对配电网PT进行在线监测及故障诊断。
本发明的结构如图1所示，***由终端101、采集器102和后台服务器103三个部分组成。101-A、101-B、101-C表示安装在PT三相线路上的终端，102表示安装在PT柜面板上的采集器。终端101和采集器102都为低功耗嵌入式微机型装置，终端101和采集器102之间采用射频通信105方式进行数据传输。采集器102除了接收终端101的数据外，还能够测量PT相电压、线电压和零序电压。103表示后台服务器，为一台工业控制计算机，安装于变电站内，用于接收采集器102的数据并进行分析计算。
终端的原理如图2所示，终端101套接在配电网PT三相线路上，201表示感应线圈，通过电磁感应可以在感应线圈201的副边获得-5V与+5V之间的低压模拟量信号，该电压信号与配电网PT的电流成正比。模拟量电压信号进入主板后首先进行低通滤波，然后经过AD转换后变为数字信号，数字信号通过数据总线传送给CPU计算，CPU对数字信号进行计算得到电压有效值和频率，进而折算出对应的配电网PT电流有效值和频率。202表示测温模块，用来将温度转化为电平信号，通过IO口传送给CPU计算。203表示射频通信模块，CPU通过数据总线将电流和温度数据发送给射频通信模块203，通过射频通信105将配电网PT的电流有效值上传到采集器102。
采集器的原理如图3所示，射频通信模块203用于接收终端101上传的数据。303表示光纤通信模块，用于将数据上传给后台服务器103。射频通信模块203和光纤通信模块303之间通过232串口进行数据传递。304表示电压变换器，电压变换器的输入端通过电缆106连接至PT二次侧，电压变换器的输出端与电压测量模块的输入端相连，能够将PT二次电压变换为5V以内的低电压。305为电压测量模块，电压测量模块305的输出端连接至光纤通信模块303，将PT相电压、线电压和零序电压分别转换为数字量，并通过串口通信方式发送给光纤通信模块303。光纤通信模块303将相电压、线电压和零序电压、电流数据发送给位于变电站内的后台服务器103。
如图4为配电网PT在线诊断方法流程图，诊断方法包括以下步骤：
(1)利用粗糙集理论建立配电网PT故障诊断的决策表，具体包括单相接地故障决策表、铁磁谐振故障决策表、PT断线故障决策表，单相接地故障决策表如表1所示，单相接地故障决策表具体属性如下，{Ua，Ub，Uc}为三个相电压条件属性，{Uab，Uac，Ubc}为三个线电压条件属性，{Ia，Ib，Ic}为三个相电流条件属性，U0表示零序电压条件属性，“1”表示条件属性值越限升高，“-1”表示条件属性值降低越限，“0”表示条件属性值在正常范围内。{Fault}为决策属性，“JD”表示***发生单相接地故障。铁磁谐振故障决策表如表2所示，铁磁谐振决策表具体属性如下，{Ua，Ub，Uc}为三个相电压条件属性，{Uab，Uac，Ubc}为三个线电压条件属性，{Ia，Ib，Ic}为三个相电流条件属性，U0表示零序电压条件属性，{f}为频率条件属性，相位差表示零序电压与电压升高相或降低相之间的角度。其条件属性值中，对于三相电压、线电压、相电流以及零序电压条件属性来说，“1”表示在基频下测量值升高越限，“-1”在基频下测量值降低越限，“0”表示测量值处在正常的额定范围内；对于频率条件属性“f”而言，“1”表示该条件属性的测量值的频率为基频，“2”表示该条件属性的测量值的频率为基频的分数倍，“3”表示该条件属性的测量值频率为倍频。“*”表示该条件属性的取值对分类没有影响。{Fault}为决策属性，“JP”表示***发生基频谐振故障，“FP”表示发生分频谐振故障，“BP”表示发生倍频谐振故障。PT断线故障决策表如表3所示，PT断线决策表具体属性如下，{Ua，Ub，Uc}为三个相电压条件属性，{Uab，Uac，Ubc}为三个线电压条件属性，{Ia，Ib，Ic}为三个相电流条件属性，U0表示零序电压条件属性，“1”表示条件属性值越限升高，“-1”表示条件属性值降低越限，“0”表示条件属性值在正常范围内。{Fault}为决策属性，“DX”表示***发生PT一次回路三相断线故障，“DX-I”表示***发生PT一次回路断线故障，“DX-II”表示***发生PT二次回路断线故障。
表1
表2
表3
(2)将PT的三个相电流、三个相电压、三个线电压和零序电压数据进行离散化处理，形成条件属性值。如果电压、电流值越限升高，则设置属性值为“1”；如果电压、电流值越限减低，则设置属性值为“-1”；如果电压、电流值在正常范围内，则设置属性值为“0”。如果频率为基频，则设置条件属性值为“1”；如果频率为分频频，则设置条件属性值为“2”；如果频率为倍频，则设置条件属性值为“0”。
(3)将PT电压、电流条件属性值在上述三种决策表中查询，得到对应的决策属性，即诊断结果。
由表1可以形成如下的决策：
Rule1：if(Ua=-1and Ub=Uc=1)and(Ia=1and Ib=Ic=-1)Then Fault=JD（***发生A相接地故障）；
Rule2：if(Ub=-1and Ua=Uc=1)and(Ib=1and Ia=Ic=-1)Then Fault=JD（***发生B相接地故障）；
Rule3：if(Uc=-1and Ua=Ub=1)and(Ic=1and Ia=Ib=-1)Then Fault=JD（***发生C相接地故障）；
由表2可以形成如下的规则：
Rule1：if Ua=Ub=Uc=1and f=1Then Fault=JP（***发生基频谐振故障）；
Rule2：if Ua=1and Ub=Uc=-1and f=1and相位差=0Then Fault=JP（***发生基频谐振故障）；
Rule3：if Ub=1and Ua=Uc=-1and f=1and相位差=0Then Fault=JP（***发生基频谐振故障）；
Rule4：if Uc=1and Ua=Ub=-1and f=1and相位差=0Then Fault=JP（***发生基频谐振故障）；
Rule5：if Ua=Ub=1and Uc=-1and f=1and相位差=180Then Fault=JP（***发生基频谐振故障）；
Rule6：if Ua=Uc=1and Ub=-1and f=1and相位差=180Then Fault=JP（***发生基频谐振故障）；
Rule7：if Ub=Uc=1and Ua=-1and f=1and相位差=180Then Fault=JP（***发生基频谐振故障）；
Rule8：if f=2Then Fault=FP（***发生分频谐振故障）；
Rule9：if f=3Then Fault=BP（***发生倍频谐振故障）；
表3可以形成如下的规则：
Rule1：if Ua=Ub=Uc=U0=-1Then Fault=DX（***发生PT一次回路三相断线故障）；
Rule2：if Ua=-1and Uab=Uac=-1and U0=-1Then Fault=DX-II（***发生PT二次回路一相断线故障）；
Rule3：if Ub=-1and Uab=Ubc=-1and U0=-1Then Fault=DX-II（***发生PT二次回路一相断线故障）；
Rule4：if Uc=-1and Ubc=Uac=-1and U0=-1Then Fault=DX-II（***发生PT二次回路一相断线故障）；
Rule5：if Ua=Ub=-1and Uab=Ubc=Uac=-1and U0=-1Then Fault=DX-II（***发生PT二次回路两相断线故障）；
Rule6：if Ua=Uc=-1and Uab=Ubc=Uac=-1and U0=-1Then Fault=DX-II（***发生PT二次回路两相断线故障）；
Rule7：if Ub=Uc=-1and Uab=Ubc=Uac=-1and U0=-1Then Fault=DX-II（***发生PT二次回路两相断线故障）；
Rule8：if Ua=-1and Uab=Uac=-1and U0=0Then Fault=DX-I（***发生PT一次回路一相断线故障）；
Rule9：if Ub=-1and Uab=Ubc=-1and U0=0Then Fault=DX-I（***发生PT一次回路一相断线故障）；
Rule10：if Uc=-1and Ubc=Uac=-1and U0=0Then Fault=DX-I（***发生PT一次回路一相断线故障）；
Rule11：if Ua=Ub=-1and Uab=Ubc=Uac=-1and U0=0Then Fault=DX-I（***发生PT一次回路两相断线故障）；
Rule12：if Ua=Uc=-1and Uab=Ubc=Uac=-1and U0=0Then Fault=DX-I（***发生PT一次回路两相断线故障）；
Rule13：if Ub=Uc=-1and Uab=Ubc=Uac=-1and U0=0Then Fault=DX-I（***发生PT一次回路两相断线故障）；
（4）如果判断发生故障，立即发出报警。
Claims (4)
1.一种配电网PT在线监测及故障诊断***，由终端、采集器、后台服务器三个部分组成，其特征为：
所述终端安装在配电网PT三相线路上，利用电磁感应原理测量配电网PT的三相的电流，终端包含内置AD功能的低功耗CPU模块和射频通信模块；
所述采集器安装在PT柜的面板上，接收终端所测量的配电网PT的三相的电流数据，同时测量PT的相电压、线电压和零序电压，再把所述电流数据、相电压、线电压和零序电压数据上传到后台服务器；
所述后台服务器安装在变电站内，具有光纤通信模块，接收采集器的数据，对配电网PT进行在线监测及故障诊断。
2.根据权利要求1所述的配电网PT在线监测及故障诊断***，其特征在于：
所述的终端采用放大电路和高精度AD芯片，能够测量10-1000mA的电流；
所述的终端能够测量25-250Hz范围的频率，可以对分频谐振、基本谐振和倍频谐振进行准确的测量。
3.根据权利要求1所述的配电网PT在线监测及故障诊断***，其特征在于：
所述采集器包括电压变换器、电压测量模块、射频通信模块和光纤通信模块；射频通信模块和光纤通信模块连接，射频通信模块接收终端的数据，并通过串口通信方式发送给光纤通信模块；
电压变换器的输入端通过电缆连接至PT二次侧，电压变换器的输出端与电压测量模块的输入端相连，电压测量模块的输出端连接至光纤通信模块；
电压变换器和电压测量模块将PT相电压、线电压和零序电压分别转换为数字量，并通过串口通信方式发送给光纤通信模块；光纤通信模块将相电压、线电压和零序电压、电流数据发送给位于变电站内的后台服务器。
4.一种基于权利要求1-3任一项权利要求所述配电网PT在线监测及故障诊断***的诊断方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)利用粗糙集理论建立配电网PT故障诊断的决策表，包括单相接地故障决策表、铁磁谐振故障决策表、PT断线故障决策表；
(2)将PT的三个相电流、三个相电压、三个线电压和零序电压数据进行离散化处理，形成条件属性值；
(3)将PT电压、电流条件属性值在上述三种决策表中查询，得到对应的决策属性，即诊断结果；
(4)如果判断发生故障，立即发出报警。
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20160831 |
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