模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統的製作方法

2023-05-21 06:05:01 1

專利名稱：模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種故障選線系統，尤其涉及一種模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統。
背景技術：
目前，我國配電網多數採用中性點不接地或經消弧線圈接地方式，因為當發生接地故障時，流過的接地電流一般很小，所以稱其為小電流接地系統，可分為中性點不接地系統和中性點經消弧線圈接地系統。我國電力規程規定，小電流接地系統可允許帶單相接地故障繼續運行1-2小時，但是這就容易使故障持續存在並擴大，可能會對輸變電設備和用戶造成很多危害，如金屬性接地引起的單相過電壓可能燒毀母線的電壓互感器；間歇性弧光接地產生的過電壓可能擊穿線路絕緣子，引發相間短路；短路點入地電流可能造成人身傷害事故；以及高壓電網對通信線路的電磁幹擾等等。因此實際運行中應該儘量在保證不間斷供電的情況下迅速找到故障位置並排除故障。·為此，人們針對這個問題做了大量的研究與探索，並提出了基於不同方面故障特徵的多種原理的選線方案，現有的自動選線方法有穩態零序電流幅值比較法、穩態零序電流相位比較法、群體比幅比相方法、有功分量法、五次諧波分量法、首半波法、信號注入法、小波算法、突變量選線方法及其它各種選線方法。以上各個方案均具有一定的可行性，並且研製的相應裝置在電力系統中發揮相應作用，然而由於配電網小電流接地系統複雜，零序阻抗大，受故障接地過渡電阻的影響故障電流小，故障線路與非故障線路的區別不明顯；以及由於受各種幹擾因素的影響，故障選線裝置測量到的故障特徵量具有很大的模糊性和不確定性，所以它們都存在著各自的使用局限性和動作死區，即基於任何一種原理的單相接地故障單一選線方法，都有其各自的針對性，在某些情況下有效，在另外的情況下就可能失效。而且從實際運行的使用情況來看，這些方法的選線效果並不是十分理想，普遍存在著誤選、漏選的情況。

實用新型內容本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統，它彌補了單一選線判據的不足，可以有效地消除幹擾等因素的影響，且綜合判據適應各種情況下的單相接地故障，不受系統中性點接地方式、出線路數、運行方式及接地位置的影響，有效地提高了選線結果正確判斷的概率，從而提高故障選線的可靠性。為了實現上述目的，本實用新型採用如下技術方案一種模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統，包含多路零序電流CT信號模塊、多路零序電壓PT信號模塊、數據採集模塊、信號調理模塊、A/D轉換模塊、復位電源模塊、數據存儲器RAM模塊、CPU、鍵盤和印表機；所述多路零序電流CT信號模塊、多路零序電壓PT信號模塊都連接到數據採集模塊上，所述數據採集模塊都連接到信號調理模塊上，所述信號調理模塊連接到A/D轉換模塊上，所述CPU與A/D轉換模塊、復位電源模塊、數據存儲器RAM模塊、鍵盤和印表機都能進行雙向通信。所述數據採集模塊負責採集多路零序電流CT信號和多路零序電壓PT信號。所述信號調理模塊對不同狀態下零序電流和電壓的輸入信號進行處理，對輸入零序電流通過CT隔離變換為裝置可以處理的小信號，而對於PT信號進行採樣保持，通過一系列的判據，完成特徵量的分析以及選線邏輯判斷，選出接地故障線路。所述CPU將選出的故障信息保存到存儲器RAM的相應的單元。所述數據存儲器RAM模塊用於實現CPU中數據的存儲。一種用於模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統的選線方法，其具體工作步驟可以分為以下幾步 步驟一數據採樣；步驟二 判斷是中性點不接地方式還是中性點經消弧線圈接地方式；如果是中性點不接地方式就進入步驟三；如果是中性點經消弧線圈接地方式就進入步驟四；步驟三依據中性點不接地系統的基波零序電流群體比幅判據、無功功率分量判據、暫態分量判據、能量函數判據這四種判據建立模糊模型，設定隸屬度函數及其有效區間；步驟四依據中性點經消弧線圈接地的五次諧波零序電流群體比幅判據、有功功率分量判據、暫態分量判據、能量函數判據建立模糊模型，設定隸屬度函數及其有效區間；步驟五計算各判據隸屬度計算；步驟六模糊理論綜合；步驟七判斷採樣計數器滿否，如果已滿就進入步驟八；如果未滿就返回步驟一；步驟八最終選線結果。所述步驟三中的中性點不接地系統的基波零序電流群體比幅判據和無功功率分量判據，前者把接於同一電壓母線的所有線路視為一個群體，當故障發生時，該群體中所有線路同時參與零序電流幅值相對比較，感受最大幅值即判定為故障線路。其優點是採用相對幅值比較，避免了絕對值整定等不確定因素，選線精度較高，但對於出線長度及負荷相差懸殊的系統有可能出現誤判。而後者由於當接地故障發生時，故障線路零序電流滯後零序電壓為90度，非故障線路零序電流超前零序電壓90度，因此故障線路無功功率方向與非故障線路相反，因此設判據為無功功率Q > O的出線則為故障線路。但是由於無功功率方向原理相當於進行相位比較，當某條出線零序電流過小時可能出現時針效應而造成誤判。所述步驟四中的中性點經消弧線圈接地的五次諧波零序電流群體比幅判據和有功功率分量判據，當發生單相接地故障時，故障電流中存在一定量的諧波信號，其中以五次諧波為主，由於消弧線圈對五次諧波的補償作用僅相當於工頻時很小，故可以忽略消弧線圈的作用，因此針對中性點不接地系統的基波零序電流中的群體比幅判據對零序五次諧波電流依然有效。但是該判據的弊端是五次諧波含量較小，且易受負荷及其他諧波源幹擾。經消弧線圈接地系統多加裝限壓電阻，當發生接地故障後，限壓電阻被短接之前，非故障線路不與消弧線圈構成低阻抗迴路，故其零序電流為本身接地電容電流，而故障線路經接地點與消弧線圈構成迴路，其零序電流為所有非故障線路電容電流與線圈電阻支路電流之向量和，且故障線路的有功電流遠大於非故障線路的，因此通過檢測各出線有功功率即可選出故障線路。[0022]所述步驟三、四中的暫態分量判據，在接地故障發生瞬間，系統存在著劇烈的暫態過程，故障線路分布電容和分布電感具有衰減振蕩特性，接地電流的暫態分量等於電容電流和電感電流的暫態自由振蕩分量之和，且在相電壓接近最大值瞬間，故障線路中接地電感電流極小，電容電流達到最大值，無論是中性點接地系統還是中性點經消弧線圈接地系統，該暫態過程是相似的，因此根據故障線路暫態零序電流首半波幅值遠大於非故障線路且極性相反，能夠實現選線。該判據不受是否經消弧線圈接地的影響，對弧光暫態接地故障尤為適用，但是對發生在相電壓過零附近的故障則失去選擇性。所述步驟三、四中的能量函數判據，從能量的觀點來看，當故障發生時，等效於t=0時刻在其零序網絡突然加上一個假想電源，此時故障分量系統中各元件上所消耗和吸收的能量都由該假想電源提供。由於故障分量網絡是無源網絡，所以只能從等效電源吸收能量，考慮電流的參考方向，非故障線路的能量函數總是大於零，故障線路的能量函數小於 零。本實用新型的有益效果I本文所提出的基於模糊理論的多判據綜合決策的單相接地系統選線方法，其優越性在於充分利用了模糊數學工具和模糊綜合決策理論，應用了常見的幾種選線判據的綜合併考慮了其隸屬度和有效區間，然後進行模糊綜合評判，最終得到較為可信的判斷結果。2此方法彌補了單一選線判據的不足，可以有效地消除幹擾等因素的影響，且綜合判據適應各種情況下的單相接地故障，不受系統中性點接地方式、出線路數、運行方式及接地位置的影響，有效地提高了選線結果正確判斷的概率，從而提高故障選線的可靠性。

圖I為本實用新型的選線系統硬體框圖；圖2為本實用新型的選線過程流程圖；其中，I、多路零序電流CT信號模塊，2、多路零序電壓PT信號模塊，3、數據採集模塊，4、信號調理模塊，5、A/D轉換模塊，6、復位電源模塊，7、CPU，8、數據存儲器RAM模塊，9、鍵盤和印表機。
具體實施方式
以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。如圖I所示，該裝置採用高速多通道數據採集系統。裝置的輸入信號有小電流接地系統的母線零序電壓(PT)和各線路的零序電流(CO。信號經前端調理，到達數據採集系統轉換部分，充分利用各晶片的優點，實現對信號的高速採集與存儲，對不同狀態下零序電流和電壓的輸入信號進行處理，通過一系列的判據，完成特徵量的分析以及選線邏輯判斷，選出接地故障線路，同時CPU將選出的故障信息保存到存儲器RAM的相應的單元，單片機根據用戶的選擇可以將RAM裡的各種信息顯示到顯示器上或者列印出來。裝置包括數據採集與分析板、RAM、人機互動板。它們共同實現根據A/D採樣值進行故障啟動判斷、數據存儲、進行數據處理、人機互動、與監控系統通信等功能。如圖2所示，此選線方法充分利用單相接地故障引起的不同電氣特徵，選取相對較完善的幾種不同判據，對故障信息進行有機融合，設置其隸屬度函數及有效區間，確定其判線的可信程度。當故障發生時，同時啟動以上判據進行選線，求出其相應的隸屬度，並由分解定理求得對隸屬度集合的截集；再根據系統的預先設定參數及重要的實時數據對隸屬度集合中的元素進行模糊綜合判決，從而輸出得到最終的故障選線結果。選線裝置具有顯示輸出及報警功能等，可以區分出接地故障、PT—次斷線以及鐵磁諧振，並能自動跟蹤並消除諧振。提出的綜合判據將採用能分別適用於中性點不接地系統及中性點經消弧線圈接地系統，將兩種中性點接地方式應用中較為成熟的各選線方法進行分析。對於中性點不接地系統的基波零序電流群體比幅判據和無功功率分量判據，前者把接於同一電壓母線的所有線路視為一個群體，當故障發生時，該群體中所有線路同時參與零序電流幅值相對比較，感受最大幅值即判定為故障線路。其優點是採用相對幅值比較，避免了絕對值整定等不確定因素，選線精度較高，但對於出線長度及負荷相差懸殊的系統有可能出現誤判。而後者由於當接地故障發生時，故障線路零序電流滯後零序電壓為90 度，非故障線路零序電流超前零序電壓90度，因此故障線路無功功率方向與非故障線路相反，因此設判據為無功功率Q > O的出線則為故障線路。但是由於無功功率方向原理相當於進行相位比較，當某條出線零序電流過小時可能出現時針效應而造成誤判。對於中性點經消弧線圈接地的五次諧波零序電流群體比幅判據和有功功率分量判據，當發生單相接地故障時，故障電流中存在一定量的諧波信號，其中以五次諧波為主，由於消弧線圈對五次諧波的補償作用僅相當於工頻時很小，故可以忽略消弧線圈的作用，因此針對中性點不接地系統的基波零序電流中的群體比幅判據對零序五次諧波電流依然有效。但是該判據的弊端是五次諧波含量較小，且易受負荷及其他諧波源幹擾。經消弧線圈接地系統多加裝限壓電阻，當發生接地故障後，限壓電阻被短接之前，非故障線路不與消弧線圈構成低阻抗迴路，故其零序電流為本身接地電容電流，而故障線路經接地點與消弧線圈構成迴路，其零序電流為所有非故障線路電容電流與線圈電阻支路電流之向量和，且故障線路的有功電流遠大於非故障線路的，因此通過檢測各出線有功功率即可選出故障線路。對於暫態分量判據，在接地故障發生瞬間，系統存在著劇烈的暫態過程，故障線路分布電容和分布電感具有衰減振蕩特性，接地電流的暫態分量等於電容電流和電感電流的暫態自由振蕩分量之和，且在相電壓接近最大值瞬間，故障線路中接地電感電流極小，電容電流達到最大值，無論是中性點接地系統還是中性點經消弧線圈接地系統，該暫態過程是相似的，因此根據故障線路暫態零序電流首半波幅值遠大於非故障線路且極性相反，能夠實現選線。該判據不受是否經消弧線圈接地的影響，對弧光暫態接地故障尤為適用，但是對發生在相電壓過零附近的故障則失去選擇性。對於能量函數判據，從能量的觀點來看，當故障發生時，等效於t=0時刻在其零序網絡突然加上一個假想電源，此時故障分量系統中各元件上所消耗和吸收的能量都由該假想電源提供。由於故障分量網絡是無源網絡，所以只能從等效電源吸收能量，考慮電流的參考方向，非故障線路的能量函數總是大於零，故障線路的能量函數小於零。由以上判據分析建立各模糊模型並設定其隸屬度函數及其有效區間，最終對所有判據的數值屬性進行融合，得出一個綜合選線結果。應該指出，以上幾種常用選線判據的模糊模型的隸屬度函數的確定並不是絕對規定的，在應用中根據各種情況可以進行調整。上述雖然結合附圖對本實用新型的具體實施方式
進行了描述，但並非對本實用新型保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實 用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護範圍以內。
權利要求1.一種模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統，其特徵是，包含多路零序電流CT信號模塊、多路零序電壓PT信號模塊、數據採集模塊、信號調理模塊、A/D轉換模塊、復位電源模塊、數據存儲器RAM模塊、CPU、鍵盤和印表機；所述多路零序電流CT信號模塊、多路零序電壓PT信號模塊都連接到數據採集模塊上，所述數據採集模塊都連接到信號調理模塊上，所述信號調理模塊連接到A/D轉換模塊上，所述CPU與A/D轉換模塊、復位電源模塊、數據存儲器RAM模塊、鍵盤和印表機都能進行雙向通信。
2.如權利要求I所述的一種模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統，其特徵是，所述數據採集模塊負責採集多路零序電流CT信號和多路零序電壓PT信號。
3.如權利要求I所述的一種模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統，其特徵是，所述信號調理模塊對不同狀態下零序電流和電壓的輸入信號進行處理，對輸入零序電流通過CT隔離變換為裝置處理的小信號，而對於PT信號進行採樣保持，通過一系列的判據，完成特徵量的分析以及選線邏輯判斷，選出接地故障線路。
4.如權利要求I所述的一種模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統，其特徵是，所述CPU將選出的故障信息保存到存儲器RAM的相應的單元。
5.如權利要求I所述的一種模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統，其特徵是，所述數據存儲器RAM模塊用於實現CPU中數據的存儲。
專利摘要本實用新型公開了一種模糊綜合決策配電網單相接地故障選線系統，包含多路零序電流CT信號模塊、多路零序電壓PT信號模塊、數據採集模塊、信號調理模塊、A/D轉換模塊、復位電源模塊、數據存儲器RAM模塊、CPU、鍵盤和印表機；所述多路零序電流CT信號模塊、多路零序電壓PT信號模塊都連接到數據採集模塊上，所述數據採集模塊、信號調理模塊、A/D轉換模塊順次連接，所述CPU與A/D轉換模塊、復位電源模塊、數據存儲器RAM模塊、鍵盤和印表機都能進行雙向通信。本實用新型彌補了單一選線判據的不足，可以有效地消除幹擾，且綜合判據適應各種情況下的單相接地故障，不受系統中性點接地方式、出線路數、運行方式及接地位置的影響，提高故障選線的可靠性。
文檔編號G01R31/08GK202676854SQ20122027833
公開日2013年1月16日 申請日期2012年6月13日 優先權日2012年6月13日
發明者張源森, 崔德民, 劉朝章, 趙金勇, 劉建, 鄭春峰 申請人:山東電力集團公司德州供電公司