小電流接地故障選線裝置的製作方法

2023-06-11 04:32:36

專利名稱：：小電流接地故障選線裝置的製作方法
技術領域：
：本實用新型涉及一種選線裝置，特別是涉及一種小電流接地故障選線裝置。
背景技術：
：小電流接地系統是指中性點不接地或經消弧線圈接地的電力系統，我國llOkV以下系統大部分採用這種接地方式。小電流接地系統在發生單相接地故障時，由於故障電流很小，多數情況下能夠自動熄弧，所以不用立即跳閘，即能夠帶故障運行一段時間，極大地提高了供電可靠性。但是發生永久接地故障時，為了防止因非故障相電壓升高而導致故障擴大，必須在12小時內確定故障線路，這就提出了單相接地故障選線問題。目前有很多用於排査接地故障的安全檢測裝置，即小電流選線裝置投入現場運行，但是在運行過程中發現選線正確率很低，其原因在於小電流接地系統發生單相接地時接地電流很小，容易受到幹擾而且故障特徵不易提取。雖然目前已經提出了很多種選線方法，例如利用零序分量進行選線的群體比幅比相法、五次諧波法、有功分量法、能量法、首半波法、小波法、電流突變量法，以及不利用零序分量進行選線的"S"信號注入法，但是上述每種選線方法都只利用了故障某一方面的特徵，當該方法需要的故障特徵不明顯時，這種方法就會出現錯誤判斷。例如五次諧波選線方法利用了零序電流的五次諧波特徵，但是在高阻接地情況下，五次諧波分量很不明顯，這時五次諧波選線方法就失效了。目前的選線裝置僅僅採用一種方法，因此正確率低。另外，目前的小電流接地故障選線裝置也無法實現連續選線，且不能自動重啟、不能適應各種複雜的接地故障類型等問題。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題在於提供一種小電流接地故障選線裝置，可以應用多種選線方法進行綜合選線，並通過連續選線方法，提高選線正確率。為了實現上述目的，本實用新型提供了一種小電流接地故障選線裝置，用於小電流接地系統發生故障時進行選線，排查出故障線路，包括PT/CT變壓器，接收小電流接地系統的母線零序電壓信號和各條線路的零序電流信號，並對其進行PT/CT變換，變換為可採集和測量的低電壓信號；PT/CT濾波板，接收經過PT/CT變換後的小電流接地系統的母線零序電壓信號和各條線路的零序電流信號，並經低通濾波器濾波後變換為平滑的電壓信號輸出；數據採集卡，採集所述PT/CT濾波板輸出的電壓信號，並將所採集到的採樣數據存入寄存器；主板，其具有所述寄存器，並內置有綜合選線和連續選線程序，用於根據所述採樣數據進行綜合選線計算和連續選線，判斷出故障線路；開關量輸出板，用於在故障線路故障排除後控制故障線路的開關量輸出，使故障線路的零序電流信號恢復正常；交流電源，與所述主板相連，提供系統運行所需電源;顯示單元，與所述主板相連，用於顯示系統狀態及結果；以及輸入單元，與所述主板相連，用於進行系統操作輸入。優選地，所述數據採集卡為PCI總線數據採集卡，採用PCI總線與所述寄存器相連。所述數據採集卡的輸入最大電壓為土5V。所述開關量板最多可以提供32路大驅動容量開關量輸出，每路輸出有1000K^的高電壓隔離，集電極開路電壓達到40f^，輸出通道帶有D型鎖存器，有感性負載二極體保護迴路。通道信號以繼電器常開接點形式輸出。開關量輸出根據用戶需要選配。並且，所述PT/CT濾波板、數據採集卡、主板、開關量輸出板採用插拔式即插即用型設計，並安裝在一底板上，連同所述PT/CT變壓器、交流電源、輸入單元安裝在密閉的機箱中。所述輸入單元包括設置在機箱外表面上的部分操作案件以及可相對於機箱抽拉的帶有鎖定功能的鍵盤。另外，該主板內還包括一觸發器，用於接收所採集到的母線零序電壓信號，並在該母線零序電壓超過一上限值時觸發裝置進行綜合選線計算。該主板內還包括一計時器，與所述數據採集卡相連，用於在該主板開始綜合選線計算後計時，並在計時一預定時間後如果母線零序電壓依然超出該上限值，則該觸發裝置進行連續選線。本實用新型的選線裝置可以實時採集系統故障信號，應用多種選線方法進行綜合選線，具體包括智能群體比幅比相法、諧波比幅比相法、小波法、首半波法、有功分量法、能量法等。裝置通過粗糙集理論確定各種選線方法的有效域，根據故障信號特徵自動對每一種選線方法得出的故障選線結果進行可信度量化評估，應用證據理論將多種選線方法融合到一起，最大限度地保證各種選線方法之間實現優勢互補。為了避免故障信號受到幹擾而導致誤選，裝置採用了連續選線方法，每隔一定時間(例如1秒)重新採集數據進行分析，只要故障沒有消失，裝置的選線計算就不停止。本實用新型的裝置還可以具有故障錄波功能，可以提供故障前後的波形，包括故障發生前的一個周期和故障發生後五個周期的波形，可保存現場故障錄波數據和選線結果200萬次。裝置自動檢測，將存滿一年的數據自動刪除。本實用新型的裝置具有控制輸出功能，可與斷路器跳閘迴路相連，實現選線後的故障切除，也可與自動重合閘結合。本實用新型的裝置適用於中性點不接地、經固定消弧線圈接地、經自動調諧式消弧線圈接地和經高阻接地等接地方式；適用於母線加裝消弧裝置的系統；適用於不同電壓等級(66kV、35kV、10kV、6kV、3kV)的系統。本實用新型的裝置能準確識別直接接地、經電阻接地、經弧光接地、間歇性弧光接地等複雜的故障類型，在現場工作人員的配合下可以解決不同線路兩點同相接地故障問題。本實用新型的選線裝置具有自檢功能，死機自動恢復功能，並能監視各線路出口處一次接地電容電流和各段母線零序電壓。選線裝置具有與遠動裝置的接口功能，可以提供遙信無源節點、標準RS232、485、422串口接口。裝置採用標準CDT規約。裝置根據各段母線的零序電壓變化自動判斷系統運行方式，即各段母線並列運行或是分段運行。對於各種原因導致的意外斷電，裝置無須值班人員啟動，當再次通電時，裝置自動啟動，給無人值守變電站帶來很大的方便。因此，本實用新型的選線裝置克服了現有裝置存在的選線判據不充分，選線手段單一，不能適應各種複雜的接地故障類型和測量信號數據處理手段簡單，不能從微弱的信號中準確提取出有用信息等諸多影響選線準確率的問題，將各種選線盤踞有機地集成為充分判據，並於多種數據處理算法和各種選線方法融為一體。構成了各種判據有效域優勢互補，能適應變化多端的單相接地故障形態的多層次全方位的智能化選線系統。以下結合附圖和具體實施例對本實用新型進行詳細描述，但不作為對本實用新型的限定。圖1是本實用新型的小電流接地故障選線裝置的組成結構示意圖2是本實用新型的選線裝置進行綜合選線計算和連續選線的算法流程圖3A為本實用新型的選線裝置進行選線的一算例時第一次選線計算時各條出線的零序電流信號波形；圖3B為本實用新型的選線裝置進行選線的另一算例時第一次選線計算時各條出線的零序電流信號波形。具體實施方式本實用新型的小電流接地故障選線裝置採用了綜合選線和連續選線技術，這兩種技術可以極大的提高選線正確率。綜合選線技術通過為多種選線算法定義有效域，將多種選線算法有效地融合到一起，發揮選線算法之間的互補性，擴大了選線範圍。連續選線技術利用系統可以帶故障運行的特點，充分利用故障信息進行連續選線，避免了故障信號被幹擾。本實用新型的小電流接地選線裝置主要採用工控機為硬體架構，如圖1所示，主要由底板(圖中未示)、PT/CT變壓器10、PT/CT濾波板20、數據採集卡30、主板40、開關量輸出板50、交流電源60、顯示單元70、輸入單元80(如鍵盤等)、金屬機箱(圖中未示)等組成，這些部件可以安裝在密閉的機箱中。並且，各種卡、板可以採用插拔式即插即用型設計，這樣，整套設備集中、緊湊、密封性好、擴展性強、便於維護。其中，所述PT/CT變壓器10，接收小電流接地系統的母線零序電壓信號和各條線路的零序電流信號，並對其進行PT/CT變換，變換為可採集和測量的低電壓信號。所述PT/CT濾波板20，接收經過PT/CT變換後的小電流接地系統的母線零序電壓信號和各條線路的零序電流信號，並經低通濾波器濾波後變換為平滑的電壓信號輸出。所述數據採集卡30，採集所述PT/CT濾波板輸出的電壓信號，並將所採集到的採樣數據存入寄存器41。該數據採集卡30可採用PCI總線數據採集卡，採集速度遠快於ISA總線數據卡。其輸入最大電壓士5V，解析度12位。並具有32路單端輸入(-5至+5V)。多通道時每通道的A/D採樣速度高達2KHz;輸入通道自動掃描，可以程控從任意通道開始到任意通道結束。所述主板40，其具有所述寄存器41，並內置有綜合選線和連續選線程序，用於根據所述採樣數據進行綜合選線計算和連續選線，判斷出故障線路。該主板40內還包括一觸發器42，用於接收所採集到的母線零序電壓信號，並在該母線零序電壓超過一上限值時觸發裝置進行綜合選線計算。以及還包括一計時器43，與所述數據採集卡30相連，用於在該主板開始綜合選線計算後計時，並在計時一預定時間(例如1秒)後如果母線零序電壓依然超出該上限值，則該觸發裝置進行連續選線。所述主板的中央處理器可以採用PIV2.26GHZ以上CPU,在無緩存的板上可配置256MB以上的DDR內存，其它晶片採用市場上通用的工業級晶片和線路板。所述開關量輸出板50，用於在故障線路故障排除後控制故障線路的開關量輸出，使故障線路的零序電流信號恢復正常。所述開關量輸出板最多可以提供32路大驅動容量開關量輸出，每路輸出有1000)^c的高電壓隔離，集電極開路電壓達到40K。c，輸出通道帶有D型鎖存器，有感性負載二極體保護迴路。通道信號以繼電器常開接點形式輸出。開關量輸出根據用戶需要選配。所述交流電源60，與所述主板相連，提供系統運行所需電源；所述顯示單元70，與所述主板相連，用於顯示系統狀態及結果；以及所述輸入單元80，與所述主板相連，用於進行系統操作輸入。在本實用新型一較佳的實施例中，可在機箱前板上配有所述顯示單元70，如8"TFTLCD大屏幕顯示，前板上還可以設置有一些功能按鍵和一個抽拉式的標準87鍵盤。所述裝置還可配有鍵盤鎖定機構，可以有效防止非運行人員誤操作。本實用新型的選線裝置還可配備看門狗電路，這樣可以死機自恢復，確保工控機連續穩定運行。作業系統可以採用Windows2000作業系統，可靠性高，具有良好的人機對話功能，易於操作人員掌握使用。軟硬體的擴展功能能力強，適於二次開發。本實用新型的選線裝置可以實時採集母線零序電壓及各回線路零序電流數據，並按一定長度的數據窗動態存儲。裝置依靠中性點電壓(即母線零序電壓)進行啟動，正常情況下中性點電壓接近零，裝置對採樣數據不做分析。發生單相接地故障後，由母線零序電壓越限信號觸發裝置，裝置隨即保存當前數據窗中的數據，啟動選線運算並給出本次選線結果。計算後間隔ls如果零序電壓依然越限則保存數據窗中的數據重新運算，即進行連續選線，每次選線後計算出連續選線測度最大的線路作為最終的選線結果。本實用新型的選線裝置通過內置的程序可以進行多種方法的綜合選線，每種方法都針對信號的具體特點，不同方法之間具有互補性。例如(1)智能型比幅比相法智能型比幅比相方法的基本原理是對於中性點不接地系統，比較母線的零序電壓和所有線路零序電流的幅值和相位，故障線路零序電流相位應滯後零序電壓90°並與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。傳統比幅比相方法在信號處理、抗幹擾和有效域方面存在一定的缺陷，智能型的比幅比相方法採用高性能數字濾波器，對信號進行有效的數字濾波處理，提取出了更可靠的信號成分，提高了選線正確性。(2)諧波比幅比相法諧波方法的基本原理是對於中性點經消弧線圈接地系統，對諧波分量來說消弧線圈處於欠補償狀態，如果線路零序電流中含有豐富的諧波成分，則比較所有線路零序電流諧波分量的幅值與相位，故障線路零序電流幅值較大且相位應與正常線路零序電流反相，若所有線路零序電流同相，則為母線接地。諧波選線方法採用有效的數字濾波手段，提取出能量最高的諧波頻帶範圍，避免了提取單一諧波頻率而導致的誤差。(3)小波法小波分析是一門現代信號處理理論與方法，它能有效地分析變化規律不確定和不穩定的隨機信號，能夠從信號中提取到局部化的有用成分。利用小波提取單相接地故障暫態信號的選線思路近年來很受重視，國內外刊物上也見到幾篇研究該方法的文獻。但目前這些方法只停留在理論研究水平上，沒有達到實用化程度，也沒有應用實例。經過研究人員深入的理論研究和大量的實驗分析與改進，小波選線方法已經廣泛應用於目前以工控機為硬體架構的選線裝置中。小波選線方法利用單相接地故障產生的暫態電流和諧波電流作為選線判斷的依據。由於小電流接地電網單相接地故障等值電路是一個容性通路，故障的突然作用在電路中產生的暫態電流通常很大。特別是發生弧光接地故障或間歇性接地故障情況下，暫態電流含量更豐富，持續時間更長。暫態電流滿足在故障線路上的數值等於在非故障線路上數值之和且方向相反的關係，可以用來選線。由於電網中的暫態信號呈隨機性、局部性和非平穩性特點，因此利用暫態信息選線的主要困難是，如何準確地提取有用的暫態信號、如何合理地表示信號並構造出能適應信號特點的選線判據。小波選線方法很好地解決了這些問題，使暫態信號得到了充分利用。小波選線方法的優點是，第一、該方法對中性點不接地和中性點經消弧線圈接地的電網都適用；.第二、該方法特別適應於故障狀況複雜、故障波形雜亂的情況，這與穩態量選線方法形成優勢互補。(4)首半波法小電流接地電網單相接地故障產生的暫態電流雖然很複雜，但是發生故障的最初半個周波內，一定滿足故障線路零序電流與正常線路零序電流極性相反的特點，因此可以通過比較首半波的零序電流極性進行故障選線，該方法對中性點不接地和中性點經消弧線圈接地的電網都適用。(5)有功分量法、能量法這兩種方法的原理相同，對於中性點經消弧線圈接地系統，消弧線圈智能補償零序電流的無功分量，不能補償零序電流的有功分量，因此故障線路的零序電流的有功分量與正常線路極性相反，可以用這個特點進行選線。由於有功分量的含量較小，所以裝置採用零序電流與零序電壓的乘積，即零序能量來度量零序電流的有功分量，實際上是把有功分量進行了累加，零序能量最大的線路就是故障線路。很明顯，對於不同的故障信號特徵，上述各種選線方法都有一定的適用條件。當適用條件滿足時，該選線方法選線結果一定正確，否則，選線結果可能出現錯誤。因此，定義選線方法能夠可靠選線的適用條件為該方法的有效條件，滿足有效條件的故障區域，稱為該選線方法的有效域。因此，本實用新型的選線裝置就是利用了這種有效域技術來進行綜合選線。在進行綜合選線時，對每一種選線方法都界定了有效域，當一個故障落在某方法的有效域內時，該方法對該故障的選線結果一定是正確的，否則給這種方法的選線結果乘以一個係數n((KiKl)。再把這些信息組合起來，使最終選線結果反映了各種方法共同的支持點，選線結果非常可靠。另外，小電流接地系統的一個重要特徵就是在發生單相接地故障時可以帶故障運行一段時間，這樣從故障發生到故障結束這段時間的信息都可以用來進行選線，但是目前運行的選線裝置只能計算一次，這不僅忽視了許多有用的信息，更增加了誤判的可能性。本實用新型的選線裝置採用了連續選線技術，能夠有效地利用故障信息，避免了故障信號被幹擾。其中，連續選線的原理是給每條線路和母線定義一個連續選線的度量值sum(bus)、sum(l)、sum(2)…，在故障發生後，選線算法進行一次運算判斷故障線路，此後如果故障沒有消失，選線算法間隔一定時間(例如l秒)後重新進行運算，直到故障消失為止，如果第k次選線的結果為Ik，則sum(Ik)二sum(Ik)+l，這樣度量值最大的線路就是故障線路。利用連續選線技術，大量的有用故障信息得到了充分的利用，即使少數幾次故障信息被幹擾，選線裝置仍然可以得到正確的選線結果。連續判斷技術是針對小電流接地系統單相接地故障中故障信號微弱、容易受幹擾的特點而採取的技術措施。該技術不完全依賴於一次判斷的結果，而是綜合考慮全過程的情況。裝置在故障沒有消失的情況下每隔1秒鐘重複進行選線計算，直至故障消失，這樣可以有效地排除少數幾次誤判。如圖2所示，示出了本實用新型的選線裝置進行綜合選線和連續選線的算法流程。首先，對母線零序電壓及各線路零序電流數據進行監測。接著，判斷是否發生故障，如果有，則保存故障數據，否則繼續監測。然後，根據保存的故障數據，計算各種選線方法的結果及方法有效性，並選擇有效性最高的方法，計算連續選線度量值，輸出選線結果，得到故障線路信息以便於排除故障。同時，判斷故障是否消失，如果已經消失，則繼續監測，否則繼續保存新的故障數據，重新進行計算。目前依據綜合選線方法和連續選線方法設計的裝置已經投入運行，運行效果很好。由於本實用新型選線裝置具有故障錄波功能，因此可以保存大量的故障數據進行分析，下面給出現場實際故障數據說明選線方法的有效性。算例l:現場故障數據，中性點不接地系統，共6條線路。圖3A為第一次選線計算時各條出線的零序電流信號波形，很明顯這是電弧接地的情況，波形較亂。對其進行綜合選線計算，計算結果如表3-l所示。表3-l綜合選線計算結果tableseeoriginaldocumentpage12由表3-1可以判斷諧波方法的有效性最高，因此認為線路5為故障線路。故障發生後間隔2s連續選線500次，結果如表3-2所示。連續選線結果表明，線路5是故障線路，這與實際故障情況一致。表5—2連續選線計算結果tableseeoriginaldocumentpage12算例2:現場故障數據，中性點經消弧線圈接地系統，共10條線路。圖3B為第一次選線計算時各條出線的零序電流信號波形。對其進行綜合選線計算，計算結果如表3-3所示。表3-3綜合選線計算結果tableseeoriginaldocumentpage12tableseeoriginaldocumentpage13由表3-3可以判斷有功分量方法的有效性最高，其他方法都已失效，因此認為線路1為故障線路。故障發生後間隔2s連續選線500次，結果如表3-4所示。連續選線結果表明，線路l是故障線路，這與實際故障情況一致。表3-4連續選線計算結果tableseeoriginaldocumentpage13當然，本實用新型還可有其他多種實施例，在不背離本實用新型精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本實用新型作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本實用新型所附的權利要求的保護範圍。權利要求1、一種小電流接地故障選線裝置，用於小電流接地系統發生故障時進行選線，排查出故障線路，其特徵在於，包括PT/CT變壓器，接收小電流接地系統的母線零序電壓信號和各條線路的零序電流信號，並對其進行PT/CT變換，變換為可採集和測量的低電壓信號；PT/CT濾波板，接收經過PT/CT變換後的小電流接地系統的母線零序電壓信號和各條線路的零序電流信號，並經低通濾波器濾波後變換為平滑的電壓信號輸出；數據採集卡，採集所述PT/CT濾波板輸出的電壓信號，並將所採集到的採樣數據存入寄存器；主板，其具有所述寄存器，並內置有綜合選線和連續選線程序，用於根據所述採樣數據進行綜合選線計算和連續選線，判斷出故障線路；開關量輸出板，用於在故障線路故障排除後控制故障線路的開關量輸出，使故障線路的零序電流信號恢復正常；交流電源，與所述主板相連，提供系統運行所需電源；顯示單元，與所述主板相連，用於顯示系統狀態及結果；以及輸入單元，與所述主板相連，用於進行系統操作輸入。2、根據權利要求1所述的小電流接地故障選線裝置，其特徵在於，所述數據採集卡為PCI總線數據採集卡，採用PCI總線與所述寄存器相連。3、根據權利要求2所述的小電流接地故障選線裝置，其特徵在於，所述數據採集卡的輸入最大電壓為±5V。4、根據權利要求1所述的小電流接地故障選線裝置，其特徵在於，所述開關量板最多可以提供32路大驅動容量開關量輸出，每路輸出有1000f^的高電壓隔離，集電極開路電壓達到40^e，輸出通道帶有D型鎖存器，有感性負載二極體保護迴路，通道信號以繼電器常開接點形式輸出，開關量輸出根據用戶需要選配。5、根據權利要求1所述的小電流接地故障選線裝置，其特徵在於，所述PT/CT濾波板、數據採集卡、主板、開關量輸出板採用插拔式即插即用型設計，並安裝在一底板上，連同所述PT/CT變壓器、交流電源、輸入單元安裝在密閉的機箱中。6、根據權利要求1所述的小電流接地故障選線裝置，其特徵在於，所述輸入單元包括設置在機箱外表面上的部分操作案件以及可相對於機箱抽拉的帶有鎖定功能的鍵盤。7、根據權利要求1所述的小電流接地故障選線裝置，其特徵在於，該主板內還包括一觸發器，用於接收所採集到的母線零序電壓信號，並在該母線零序電壓超過一上限值時觸發裝置進行綜合選線計算。8、根據權利要求7所述的小電流接地故障選線裝置，其特徵在於，該主板內還包括一計時器，與所述數據採集卡相連，用於在該主板開始綜合選線計算後計時，並在計時一預定時間後如果母線零序電壓依然超出該上限值，則該觸發裝置進行連續選線。專利摘要本實用新型涉及一種小電流接地選線裝置，主要採用工控機為硬體架構，由PT/CT變壓器、PT/CT濾波板、數據採集卡、主板、開關量輸出板、交流電源、顯示單元、輸入單元等組成。本實用新型可以應用多種選線方法進行綜合選線，並通過連續選線方法，提高選線正確率。文檔編號H02H7/26GK201226022SQ20082012639公開日2009年4月22日申請日期2008年7月4日優先權日2008年7月4日發明者勇張,李榮華申請人:北京星火逐原科技有限公司