CN107144767B - 一种故障指示装置及故障信号检测方法 - Google Patents

一种故障指示装置及故障信号检测方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及配电网故障定位技术领域，具体涉及一种故障指示装置及故障信号检测方法。现有的故障指示装置和故障信号检测方法均不能有效避开基波，而使得其故障定位结果的准确性受到影响。本申请提供一种故障指示装置，包括场强采集单元、负荷电流采集单元和反馈单元；所述场强采集单元包括场强采集模块、场强模数转换模块和微控制模块；所述负荷电流采集单元包括负荷电流采集模块，电流电压转换模块、差分模块和模数转换模块；所述反馈单元包括数模转换模块、低通滤波模块和幅度调整模块。较好地提取故障特征；增强判断故障的发生及定位的准确性。本申请还涉及一种故障信号检测方法。

Description

一种故障指示装置及故障信号检测方法
技术领域
本申请涉及配电网故障定位技术领域，具体涉及一种故障指示装置及故障信号检测方法。
背景技术
线路故障多发生于配电网，配电网结构复杂，分支众多，一旦发生故障，难以迅速确定故障点，针对故障电流较大的相间短路故障，故障指示装置具有一定的准确性；线路故障指示装置是应用在输配电线路、电力电缆及开关柜进出线上，用于指示故障电流流通的装置。一旦线路发生故障，巡线人员可借助指示装置的报警显示，迅速确定故障点，排除故障。彻底改变过去盲目巡线，分段合闸送电查找故障的落后做法。
我国配电网广泛采用小电流接地***，即中性点不接地，中性点经消弧线圈接地，或中性点经高阻接地，在小电流接地***中，发生单相接地故障时，特征不明显，难以对故障定位，尤其在消弧线圈接地时，消弧线圈对电容电流进行了补偿，使得常规故障电流几乎消失，影响故障定位的准确性。此时，能对故障定位给予信息的是高次谐波，暂态电流，稳态电流变化值等特征量，但是由于50Hz的基波能量极大，其它特征量幅度很小，基波对信号产生严重干扰。
现有的故障指示装置和故障信号检测方法均不能有效避开基波，而使得其故障定位结果的准确性受到影响。
发明内容
本申请的目的是为了解决上述现有的故障指示装置和故障信号检测方法均不能有效避开基波，而使得其故障定位结果的准确性受到影响的问题。
为此，本发明实施例提供了如下技术方案：一种故障指示装置，包括场强采集单元、负荷电流采集单元和反馈单元；
所述场强采集单元包括场强采集模块，所述场强采集模块与场强模数转换模块相接，所述场强模数转换模块与微控制模块相接；
所述负荷电流采集单元包括负荷电流采集模块，所述负荷电流采集模块与电流电压转换模块相连接，所述电流电压转换模块与差分模块相连接，所述差分模块与模数转换模块相连接，所述模数转换模块与微控制模块相接；
所述反馈单元包括微控制模块，所述微控制模块与数模转换模块相连接，所述数模转换模块与低通滤波模块相连接，所述低通滤波模块与幅度调整模块相连接。
可选地，还包括数据传输单元，所述数据传输单元包括微控制模块，所述微控制模块与通讯模块相连接，所述通讯模块与数据汇集模块相连接。
可选地，所述数模转换模块输出包括50Hz的工频信号，所述数模转换模块与负荷电流采样模块的输出同相。
可选地，所述模数转换模块输出包括故障暂态电流、高次谐波分量或者稳态突变电流的合成值。
可选地，所述差分模块的输入包括电流电压转换模块的输出或者数模转换模块的输出。
可选地，所述高次谐波包括5次谐波。
一种故障信号检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
S1初始化，设置数模转换模块输出为0，将负荷电流采样模块的输出经电流电压转换模块转换成电压量输入至差分模块，差分模块的输出的负荷信号经模数转换模块输入至微控制模块；
S2正常采样,将每20*N毫秒设置为一个时间片，微控制模块根据上一时间片的模数转换模块的差分输出信号输出计算得到差分信号的50Hz基波及其谐波的分量大小；同时参考上一时间片的数模转换模块的输出，计算得到当前时间片的数模转换模块的输出，在负荷电流采样模块的输出不变时，使得当前时间片的模数转换模块的50Hz基波输出最小化，数模转换模块的输出通过低通滤波模块，滤除数模转换模块的高频跳变分量，微控制模块得到滤除了50Hz工频的差分信号；
S3模数转换模块的输入超出阈值时，对差分负荷电流启动录波；
S4场强变化超出阈值时，对差分负荷电流启动录波。
可选地，所述检测方法还包括如下步骤：所述录波数据经通讯模块上传至汇集模块。
可选地，所述故障录波数据上传至汇集模块后，由汇集模块判断故障位置，或汇集模块把故障录波数据上传至故障指示器主站***，由故障指示器主站***综合所有汇集模块的录波数据综合判断故障位置。
可选地，所述时间片参数N包括任意正整数。
本发明实施例提供的技术方案包括以下有益效果：本申请通过设置差分模块，使用差分方法滤除50Hz基波，通过低通滤波模块，滤除数模转换模块的高频跳变分量，得到5次谐波分量、暂态电流和稳态突变电流的合成值等特征量，较好地提取故障特征；增强判断故障的发生及定位的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种故障指示装置原理示意图；
图1中的符号表示为：
1-场强采集模块，2-场强模数转换模块，3-微控制模块，4-负荷电流采集模块，5-电流电压转换模块，6-差分模块，7-模数转换模块，8-数模转换模块，9-低通滤波模块，10-幅度调整模块，11-通讯模块。
具体实施方式
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
实施例一
参见图1，本发明实施例提供一种故障指示装置，包括场强采集单元、负荷电流采集单元和反馈单元；
所述场强采集单元包括场强采集模块1，所述场强采集模块1与场强模数转换模块2相接，所述场强模数转换模块2与微控制模块3相接；
所述负荷电流采集单元包括负荷电流采集模块4，所述负荷电流采集模块4与电流电压转换模块5相连接，所述电流电压转换模块5与差分模块6相连接，所述差分模块6与模数转换模块7相连接，所述模数转换模块7与微控制模块3相接；
所述反馈单元包括微控制模块3，所述微控制模块3与数模转换模块8相连接，所述数模转换模块8与低通滤波模块9相连接，所述低通滤波模块9与幅度调整模块10相连接。
具体地讲，场强采集模块1，用于检测负荷线路的场强信号模拟量采样；场强模数转换模块2，用于场强信号模拟量数字化。负荷电流采集模块4，用于检测负荷电流采样；电流电压转换模块5，用于负荷电流采样值转换成电压量；差分模块6，用于电压化后的负荷电流值与微控制模块产生的同相工频电压相减，滤除负荷电流中的工频稳态分量，得到差分负荷电流值，即故障暂态电流，高次谐波分量，稳态突变电流的合成值；模数转换模块7，用于差分负荷电流值数字化，所述模数转换单元的采样速率可设；数模转换模块8，用于微控制模块产生的同相工频电压进行数模转换，所述数模转换单元的采样速率可设；低通滤波模块9，对微控制模块产生的同相工频电压滤除高频分量；幅度调整模块10，对微控制模块3产生的同相工频电压的幅度进行调整，微控制模块3，用于计算输入差分负荷电流，电场信号及计算输出工频电压信号。
实施例二
参见图1，本发明实施例提供一种故障指示装置，包括场强采集单元、负荷电流采集单元和反馈单元；
所述场强采集单元包括场强采集模块1，所述场强采集模块1与场强模数转换模块2相接，所述场强模数转换模块2与微控制模块3相接；
所述负荷电流采集单元包括负荷电流采集模块4，所述负荷电流采集模块4与电流电压转换模块5相连接，所述电流电压转换模块5与差分模块6相连接，所述差分模块6与模数转换模块7相连接，所述模数转换模块7与微控制模块3相接；
所述反馈单元包括微控制模块3，所述微控制模块3与数模转换模块8相连接，所述数模转换模块8与低通滤波模块9相连接，所述低通滤波模块9与幅度调整模块10相连接。
可选地，还包括数据传输单元，所述数据传输单元包括微控制模块3，所述微控制模块3与通讯模块11相连接，所述通讯模块11与数据汇集模块相连接。
可选地，所述数模转换模块8输出包括50Hz的工频信号，所述数模转换模块8与负荷电流采样模块4的输出同相。
可选地，所述模数转换模块7输出包括故障暂态电流、高次谐波分量或者稳态突变电流的合成值。
可选地，所述差分模块6的输入包括电流电压转换模块5的输出或者数模转换模块8的输出。
可选地，所述高次谐波包括5次谐波。
具体地讲，场强采集模块1，用于检测负荷线路的场强信号模拟量采样；场强模数转换模块2，用于场强信号模拟量数字化。负荷电流采集模块4，用于检测负荷电流采样；电流电压转换模块5，用于负荷电流采样值转换成电压量；差分模块6，用于电压化后的负荷电流值与微控制模块产生的同相工频电压相减，滤除负荷电流中的工频稳态分量，得到差分负荷电流值，即故障暂态电流，高次谐波分量，稳态突变电流的合成值；模数转换模块7，用于差分负荷电流值数字化，所述模数转换单元的采样速率可设；数模转换模块8，用于微控制模块产生的同相工频电压进行数模转换，所述数模转换单元的采样速率可设；低通滤波模块9，对微控制模块产生的同相工频电压滤除高频分量；幅度调整模块10，对微控制模块3产生的同相工频电压的幅度进行调整，微控制模块3，用于计算输入差分负荷电流，电场信号及计算输出工频电压信号，同时通过通讯模块11，将差分负荷电流值和电场强度上传汇集单元。
实施例三
参见图1，本发明实施例提供一种故障信号检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
S1初始化，设置数模转换模块8输出为0，将负荷电流采样模块4的输出经电流电压转换模块5转换成电压量输入至差分模块6，此时，差分模块6的另一输入端为零，差分模块6的输出为原始的负荷信号，经模数转换模块7，输出至微控制模块3；
S2正常采样,将每20*N毫秒设置为一个时间片，微控制模块3根据上一时间片的模数转换模块7的差分输出信号输出计算得到差分信号的50Hz基波及其谐波的分量大小；同时参考上一时间片的数模转换模块8的输出，计算(使得差分信号的基波最小化，同时也可根据需要滤除n次谐波)得到当前时间片的数模转换模块8的输出，在负荷电流采样模块4的输出不变时，使得当前时间片的模数转换模块7的50Hz基波输出最小化，数模转换模块8的输出通过低通滤波模块9，滤除数模转换模块8的高频跳变分量，此时微控制模块3得到的输入就是滤除了50Hz工频(根据需要也可同时滤除n次谐波)的差分信号，；
S3故障触发-电流触发，模数转换模块7的输入超出阈值时，对差分负荷电流启动录波；
S4故障触发-场强触发，场强变化超出阈值时，对差分负荷电流启动录波。
具体的，步骤一，在第一个时间片，第一个20*N毫秒，故障指示器初始化，微控制模块3控制数模转换模块8输出零，此时差分模块6的一端输入为0，另一端输入为负荷电流采样值。微控制模块3得到的模数转换模块7的输出为负荷电流波形数据，微控制模块3对第一个时间片的20*M毫秒内的数字化采样数据进行处理(M为不大于N，不小于1的整数)，得到输入信号的相位信息及幅度的均方根信息，同时依据输入信号的相位信息及幅度的均方根信息，生成工频输出信号，在第二个时间片经数模转换模块8，幅度调整模块10，连至差分模块6的一个输入端。
步骤二，在第二个时间片，第二个20*N毫秒，微控制模块3对第二个时间片的20*M毫秒内的数字化采样数据(差分负荷电流)进行处理(M为不大于N，不小于1的整数)，得到差分负荷电流的相位信息及幅度的均方根信息，同时对当前输出工频信号的幅度，相位进行调整，使得工频信号的相位，幅度与负荷电流的相位，幅度一致，并在下一个时间片经数模转换模块8，幅度调整模块10，连至差分模块6的一个输入端。
步骤三，重复步骤二。
步骤四，微控制模块3得到的差分负荷电流就是故障暂态电流，高次谐波分量，稳态突变电流的合成值。
步骤五，微控制模块3得到的差分负荷电流的幅度超出阈值，对差分负荷电流启动录波。
步骤六，场强模数转换模块2输出至微控制模块3，当场强变化值超出阈值时，对差分负荷电流启动录波。
实施例四
参见图1，本发明实施例提供一种故障信号检测方法，所述检测方法包括如下步骤：
S1初始化，设置数模转换模块8输出为0，将负荷电流采样模块4的输出经电流电压转换模块5转换成电压量输入至差分模块6，此时，差分模块6的另一输入端为零，差分模块6的输出为原始的负荷信号，经模数转换模块7，输出至微控制模块3；
S2正常采样,将每20*N毫秒设置为一个时间片，微控制模块3根据上一时间片的模数转换模块7的差分输出信号输出计算得到差分信号的50Hz基波及其谐波的分量大小；同时参考上一时间片的数模转换模块8的输出，计算(使得差分信号的基波最小化，同时也可根据需要滤除n次谐波)得到当前时间片的数模转换模块8的输出，在负荷电流采样模块4的输出不变时，使得当前时间片的模数转换模块7的50Hz基波输出最小化，数模转换模块8的输出通过低通滤波模块9，滤除数模转换模块8的高频跳变分量，此时微控制模块3得到的输入就是滤除了50Hz工频(根据需要也可同时滤除n次谐波)的差分信号，；
S3故障触发-电流触发，模数转换模块7的输入超出阈值时，对差分负荷电流启动录波；
S4故障触发-场强触发，场强变化超出阈值时，对差分负荷电流启动录波。
可选地，所述录波数据经通讯模块11上传至汇集模块。
可选地，所述故障录波数据上传至汇集模块后，由汇集模块判断故障位置，或汇集模块把故障录波数据上传至故障指示器主站***，由故障指示器主站***综合所有汇集模块的录波数据综合判断故障位置。
可选地，所述时间片参数N包括任意正整数。
具体的，步骤一，在第一个时间片，第一个20*N毫秒，故障指示器初始化，微控制模块3控制数模转换模块8输出零，此时差分模块6的一端输入为0，另一端输入为负荷电流采样值。微控制模块3得到的模数转换模块7的输出为负荷电流波形数据，微控制模块3对第一个时间片的20*M毫秒内的数字化采样数据进行处理(M为不大于N，不小于1的整数)，得到输入信号的相位信息及幅度的均方根信息，同时依据输入信号的相位信息及幅度的均方根信息，生成工频输出信号，在第二个时间片经数模转换模块8，幅度调整模块10，连至差分模块6的一个输入端。
步骤二，在第二个时间片，第二个20*N毫秒，微控制模块3对第二个时间片的20*M毫秒内的数字化采样数据(差分负荷电流)进行处理(M为不大于N，不小于1的整数)，得到差分负荷电流的相位信息及幅度的均方根信息，同时对当前输出工频信号的幅度，相位进行调整，使得工频信号的相位，幅度与负荷电流的相位，幅度一致，并在下一个时间片经数模转换模块8，幅度调整模块10，连至差分模块6的一个输入端。
步骤三，重复步骤二。
步骤四，微控制模块3得到的差分负荷电流就是故障暂态电流，高次谐波分量，稳态突变电流的合成值。
步骤五，微控制模块3得到的差分负荷电流的幅度超出阈值，对差分负荷电流启动录波并通过通讯模块11上传至汇集模块。
步骤六，场强模数转换模块2输出至微控制模块3，当场强变化值超出阈值时，对差分负荷电流启动录波并通过通讯模块11上传至汇集模块。
本申请通过设置差分模块6，使用差分方法滤除50Hz基波，通过低通滤波模块9，滤除数模转换模块的高频跳变分量，得到5次谐波分量、暂态电流和稳态突变电流的合成值等特征量，较好地提取故障特征；增强判断故障的发生及定位的准确性。
以上所述仅是本发明实施例的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的内容，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (6)

1.一种故障指示装置，其特征在于，包括场强采集单元、负荷电流采集单元和反馈单元；
所述场强采集单元包括场强采集模块，所述场强采集模块与场强模数转换模块相接，所述场强模数转换模块与微控制模块相接；
所述负荷电流采集单元包括负荷电流采集模块，所述负荷电流采集模块与电流电压转换模块相连接，所述电流电压转换模块与差分模块相连接，所述差分模块与模数转换模块相连接，所述模数转换模块与微控制模块相接；
所述反馈单元包括微控制模块，所述微控制模块与数模转换模块相连接，所述数模转换模块与低通滤波模块相连接，所述低通滤波模块与幅度调整模块相连接；
所述故障指示装置被配置为执行下列方法：
将每20*N毫秒设置为一个时间片，在第一个时间片，故障指示装置初始化，微控制模块控制数模转换模块输出零，此时差分模块的一端输入为0，另一端输入为负荷电流采样值；微控制模块得到的模数转换模块的输出为负荷电流波形数据，微控制模块对第一个时间片的20*M毫秒内的数字化采样数据进行处理，M为不大于N且不小于1的整数，得到输入信号的相位信息及幅度的均方根信息，同时依据输入信号的相位信息及幅度的均方根信息，生成工频输出信号，在第二个时间片经数模转换模块，幅度调整模块，连至差分模块的一个输入端；
在第二个时间片，微控制模块对第二个时间片的20*M毫秒内的数字化采样数据进行处理，得到差分负荷电流的相位信息及幅度的均方根信息，同时对当前输出工频信号的幅度，相位进行调整，使得工频信号的相位，幅度与负荷电流的相位，幅度一致，并在下一个时间片经数模转换模块，幅度调整模块，连至差分模块的一个输入端；
当微控制模块得到的差分负荷电流的幅度超出阈值时，对差分负荷电流启动录波；
场强模数转换模块输出至微控制模块，当场强变化值超出阈值时，对差分负荷电流启动录波。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括数据传输单元，所述数据传输单元包括微控制模块，所述微控制模块与通讯模块相连接，所述通讯模块与数据汇集模块相连接。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述数模转换模块输出包括50Hz的工频信号，所述数模转换模块与负荷电流采样模块的输出同相。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述模数转换模块输出包括故障暂态电流、高次谐波分量或者稳态突变电流的合成值。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述差分模块的输入包括电流电压转换模块的输出或者数模转换模块的输出。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述高次谐波包括5次谐波。
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