CN102426317B - 智能电网故障检测方法 - Google Patents
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Abstract
智能电网故障检测方法，采用感应线圈、整流电路、CPU组成故障指示器，预先设定线路故障判定参数存储在CPU的存储器中，通过感应线圈采集输电线路一次侧的电流，通过整流电路对采集到的电流进行整流处理，通过CPU对整流处理过的电流AD采样，并将采样电流值与预先设定的故障电流阈值进行比较，若达到或超过设定阈值，则CPU启动定时器，在设定的延时确认时间后，CPU继续对整流处理过的电流AD采样，并将采样电流与设定的电路故障确认值进行比较，当采样电流符合设定的故障确认值，则判定线路发生故障，CPU向控制中心发出故障报警信息。
Description
技术领域
本发明涉及电力配电网系统中的故障自动定位及负荷监测，具体涉及一种智能电网故障检测方法。
背景技术
电力系统配电网某段线路如果发生短路或接地等故障，通常通过安装在该段线路上的故障指示器进行故障定位及报警指示。传统的故障指示器不带智能单元，其结构原理如图1所示，检测单元是靠模拟电路检测经过变比后的线路电流、电压等参数，当检测到符合条件的线路故障时，则触发单元触发故障显示功能，如翻盘、发光或面板指示，方便巡线员查找和定位电力线路的故障位置。
现有的另一种带远传功能的故障指示器，其结构原理如图2所示，是在传统的故障指示器的基础上增加了CPU智能单元，并在远方设有监控中心，使其具有遥信、遥测等扩展功能，故障指示器的检测电路、触发机制不变，只是当检测到符合设定条件的电流电压信息时，触发单元向CPU发出触发信号，由CPU将故障信息通过无线或有线方式远传到监控中心，在监控中心即可掌握整个电网每一处线路的故障信息；另外，还可通过处理器实时AD采样经过变比后的线路电流，通过CPU上传到监控中心，以便监控中心实时监控线路的负荷。
现有的故障指示器的检测单元与触发单元都是由模拟电路搭建，其判断线路是否发生故障的参数是固定的，无法根据现场不同线路的运行情况来修改参数，交互性不易实现，上传数据准确度、故障误报率不易控制。
发明内容
本发明的目的在于针对现有的故障指示器参数固定，交互功能不易实现，适应不同现场的能力不强等缺点，提供一种智能电网故障检测方法，使其可根据不同应用现场对故障指示器设置最合理的参数配置，提高故障指示器对线路故障指示的准确度，降低误报率，实现对线路故障及线路实时运行状况更好的监测。
智能电网故障检测方法，其特征在于：
（1）采用感应线圈、整流电路、CPU组成故障指示器，其中感应线圈的输出端与整流电路输入端连接，整流电路的输出端与CPU的输入端连接；CPU输出端通过通信接口连接远程控制中心；
（2）预先设定线路故障判定参数，包括故障电流阈值、故障确认值以及延时确认时间，存储在CPU的存储器中；所述的故障电流阈值，包括短路故障电流阈值和接地故障电流阈值；所述的故障确认值，包括短路故障确认值和接地故障确认值；
（3）通过感应线圈采集输电线路一次侧的电流，包括一次侧的交流电流和零序电流，并通过整流电路对采集到的交流电流和零序电流进行整流处理；
（4）通过CPU以预定的时间间隔对整流处理过的交流电流和零序电流AD采样，并将采样的交流电流值和零序电流值分别与预先设定的短路故障电流阈值和接地故障电流阈值进行比较；若采样的交流电流值达到或超过所述短路故障电流阈值，或者当采样的零序电流值超过所述接地故障电流阈值，则CPU启动定时器；
（5）在设定的延时确认时间后，CPU继续按预定的时间间隔对整流处理过的交流电流和零序电流AD采样，并将采样的交流电流值和零序电流值分别与预先设定的短路故障确认值和接地故障确认值进行比较；所述短路故障确认值为0，若在设定的延时确认时间后，采样的交流电流的当前值为0，则CPU向控制中心发出永久性短路故障告警，否则CPU向控制中心发出瞬时性短路故障告警；所述接地故障确认值等于所述接地故障电流阈值，若在设定的延时确认时间后，采样的零序电流值仍大于所述接地故障电流阈值，则CPU向控制中心发出接地告警。
进一步，上述方法中，步骤（4）中，CPU以1sm为间隔对整流处理过的交流电流AD采样，并将采样电流值与所述短路故障电流阈值进行比较，若达到或超过所述短路故障电流阈值，则CPU启动定时器；步骤（5）中，若在设定的延时确认时间后，CPU在40ms<Ts<3S的时间段内，采样值有40ms以上都是0，而且在此后的1S后继续采样都仍是0，则判定为永久性短路故障，CPU向控制中心发出永久性短路故障告警；否则判定为瞬时短路故障，CPU向控制中心发出瞬时性短路故障告警。
上述方法中，所述步骤（2）中，预先设定一个上传时间间隔存储在CPU存储器中；在所述步骤（4）中，通过CPU对整流处理过的电流AD采样，并将采样电流值转化成一次侧的电流值，按预先设定的上传时间间隔将一次侧的电流值上报控制中心。
本发明采用感应线圈采集一次侧线路中的电流，通过整流电路对采集到的电流进行整流处理，然后采用CPU实时对整流过的电流AD采样，通过对采样值进行分析来判断线路的运行状态和线路中的负荷电流。
本发明采用高性能CPU进行逻辑判断与控制，可以根据现场的实际情况进行实时的参数设置。例如，故障阈值的设定，故障延时确认时间的设定，负荷电流上报时间的设定等，从而适应不同线路的要求，颠覆了传统故障指示器采用硬件电路来进行判断时参数难以改变，不能跟好的根据现场进行参数配置的问题。
本发明感应线圈采用高性能的导磁材料，对小电流或电压信号具有比传统故障指示方法更高的灵敏度，可以采集到更微弱的电流或电压变化，提高了故障指示器在小负荷线路中对故障判断的可靠性。
传统的故障指示器采用电池供电，当电池电源用完后，指示器便不能工作，这也就决定了传统指示器不能长时间的处于工作状态。本发明具有自取电功能，当指示器卡在线路上后，在一次侧5A时开始取电，一次15A时取到的电能即可满足指示器的正常工作，从而减少了对指示器自带电池能量的消耗，大大延长了指示器的寿命。
附图说明
图1是一种现有的故障指示器的结构原理图
图2是另一种现有的故障指示器的结构原理图
图3是本发明的逻辑结构原理图
图4所示为瞬时性短路故障时线路中电流变化状态示意图；
图5所示为永久性短路故障时线路中电流变化状态示意图；
图6所示为接地故障时线路中电流变化状态示意图；
图7是应用本发明的方法判断电路短路故障的流程图。
图8是应用本发明的方法判断电路接地故障的流程图。
图9是应用本发明的方法上报线路负荷信息的流程图。
具体实施方式
以下结合附图，并通过具体实施例，对本发明的方法进一步说明。
图3是本发明的逻辑结构原理图。
本发明采用感应线圈采集线路一次侧的电流，通过整流电路对采集到的电流进行整流处理，然后采用CPU实时对整流过的电流AD采样，通过对采样值与预设值进行比较来判断线路是否发生故障及线路中的负荷电流。
具体方式如下：
智能电网故障检测方法，其特征在于：
（1）采用感应线圈、整流电路、CPU组成故障指示器，其中感应线圈的输出端与整流电路输入端连接，整流电路的输出端与CPU的输入端连接；CPU输出端通过通信接口连接远程控制中心；
（2）预先设定线路故障判定参数，包括故障电流阈值、故障确认值以及延时确认时间，存储在CPU的存储器中；所述的故障电流阈值，包括短路故障电流阈值和接地故障电流阈值；所述的故障确认值，包括短路故障确认值和接地故障确认值；
（3）通过感应线圈采集输电线路一次侧的电流，包括一次侧的交流电流和零序电流，并通过整流电路对采集到的交流电流和零序电流进行整流处理；
（4）通过CPU以预定的时间间隔对整流处理过的交流电流和零序电流AD采样，并将采样的交流电流值和零序电流值分别与预先设定的短路故障电流阈值和接地故障电流阈值进行比较；若采样的交流电流值达到或超过所述短路故障电流阈值，或者当采样的零序电流值超过所述接地故障电流阈值，则CPU启动定时器；
（5）在设定的延时确认时间后，CPU继续按预定的时间间隔对整流处理过的交流电流和零序电流AD采样，并将采样的交流电流值和零序电流值分别与预先设定的短路故障确认值和接地故障确认值进行比较；所述短路故障确认值为0，若在设定的延时确认时间后，采样的交流电流的当前值为0，则CPU向控制中心发出永久性短路故障告警，否则CPU向控制中心发出瞬时性短路故障告警；所述接地故障确认值等于所述接地故障电流阈值，若在设定的延时确认时间后，采样的零序电流值仍大于所述接地故障电流阈值，则CPU向控制中心发出接地告警。
上述方法中的故障判定参数，其中所述的故障电流阈值，可以包括短路故障电流阈值和接地故障电流阈值；所述的故障确认值，可以包括短路故障确认值和接地故障确认值。
由于上述方法是采用CPU进行处理，所以可以根据现场不同线路的运行情况来预先设定故障判定参数，并可随时修改，使其达到最佳值，从而更好的实现对线路的监测。上述方法中的CPU，可采用市场上常见的PIC16F883系列或其它类型。
以下对本发明对线路各种故障的判断原理进行说明。
电力线路故障常见的有短路故障和接地故障。线路中的短路故障从持续时间上又可分为两种类型分类：永久性短路故障和瞬时性短路故障。
本发明判断短路故障的原理如下：
图4所示为瞬时性短路故障时线路中电流变化状态示意图；
图5所示为永久性短路故障时线路中电流变化状态示意图；
其中，t1为涌流延时，当线路加电时，会产生中压/低压变压器磁化电流，即所谓的涌流；t2为故障延时确认时间。
当感应线圈采集到一个瞬时的突变增大交流电流后，经整理电路处理，CPU定时对整流处理过的电流AD采样，并将采样电流值与预先已经设定的短路故障电流阀值比较，当达到或超过了设定阀值，CPU定时器启动，计时t2时间后，CPU继续对整流处理过的电流AD采样，并查看采集到的当前电流值是否为0，若为0，则CPU向控制中心发出永久性短路故障告警，若不为0则CPU向控制中心发出瞬时性短路故障告警。
上述判断短路故障的参数，如故障电流阈值、短路故障确认值、故障确认延时时间等预先设定并存储在CPU的存储器中，并可根据现场线路随时设置和修改。上述实施方式中，短路故障确认值预设为0。
本发明接地故障判断原理如下：
图6所示为接地故障时线路中电流变化状态示意图；
感应线圈实时采集电缆的零序电流，经整流电路处理，CPU定时对整流处理过的零序电流AD采样，并将采样电流与预先已经设定的接地故障电流阀值比较，当线路的零序电流值超过设定的阀值后，CPU定时器启动，计时t2时间后，CPU继续采样比较，若采样到的零序电流值仍大于阀值，则发出接地告警。
上述接地故障的参数，如接地故障电流阈值、接地故障确认值、故障确认延时时间可以根据现场线路设置和修改。上述实施例方式中，可设定接地故障确认值等于接地故障电流阈值。
本发明线路负荷电流的采集与上报原理如下：
预先设定一个上传时间间隔存储在CPU存储器中，感应线圈实时的采集线路中的负荷电流，经整流电路处理，通过CPU对整流处理过的电流AD采样，CPU做出采样值与实际一次侧电流值之间的函数，根据函数将采样电流值转化成一次侧的电流值，按预先设定的上传时间间隔将一次侧的电流值上报控制中心，便于控制中心随时掌握和监控电路的负荷情况。
控制中心可以对上传时间间隔随时设置和更改。
以下通过几个具体实施例，对本发明进一步详细说明。
图7是应用本发明的方法判断电路短路故障的流程图。
预先设定短路电流阈值、短路故障确认值、以及延时确认时间Ts，存储在CPU存储器中；通过感应线圈采集输电线路一次侧的交流电流，通过整流电路对采集到的交流电流进行处理。通过CPU按预定时间间隔，如以1ms为间隔，对整流处理过的交流电流AD采样，当连续采集到3个波的最大值S1、S2、S3后，将S1与S3进行比较，当S3减S1大于预先设定的短路电流阈值后，CPU启动定时器开始计时Ts，在计时时间Ts后，CPU继续采集线路中下一个波并将S1丢掉，此时S2变为S1，S3变为S2，新采集到的成为S3，继续进行S3与S1的比较。若在一个大于40ms小于3s的时间段内，采样值有40ms以上都是0，说明线路断电，如果断电1s后继续采样的值仍都是0，则判定为永久性短路故障，CPU向控制中心发出永久性短路故障告警；若不为0，则判定为瞬时短路故障，CPU向控制中心发出瞬时性短路故障告警。若在大于40ms小于3s的时间段内没有采集到40ms以上的0值，则返回继续采样。
图8是应用本发明的方法判断电路接地故障的流程图。
预先设定接地故障电流阈值、接地故障确认值延时确认时间Ts，存储在CPU存储器中；通过感应线圈采集输电线路一次侧的零序电流，通过整流电路对采集到的零序电流进行处理。CPU以预定的时间间隔对整流处理过的零序电流AD采样，并将采样值与预设的接地故障电流阈值进行比较，当采样的零序电流值达到或超过预设的接地故障电流阀值后，CPU定时器启动，计时Ts后，CPU继续对零序电流采样并与预设的接地故障确认值比较，这里接地故障确认值可设置为等于接地故障电流阈值；如果CPU采样的零序电流值仍大于预设的接地故障电流阈值，则判定为发生接地故障，CPU向控制中心发出接地告警。
图9是应用本发明的方法上报线路负荷信息的流程图。
预先设定一个上传时间间隔，存储在CPU存储器中；通过感应线圈采集输电线路一次侧的电流，通过整流电路对采集到的电流进行处理。通过CPU对整流处理过的电流AD采样，CPU做出采样值与实际一次侧电流值之间的转换函数，按函数将采样值转化成一次侧的电流值，并按预先设定的上传时间间隔将一次侧的电流值上报控制中心。控制中心可根据需要对上传时间间隔随时设定或修改。
Claims (3)
1.智能电网故障检测方法，其特征在于：
（1）采用感应线圈、整流电路、CPU组成故障指示器，其中感应线圈的输出端与整流电路输入端连接，整流电路的输出端与CPU的输入端连接；CPU输出端通过通信接口连接远程控制中心；
（2）预先设定线路故障判定参数，包括故障电流阈值、故障确认值以及延时确认时间，存储在CPU的存储器中；所述的故障电流阈值，包括短路故障电流阈值和接地故障电流阈值；所述的故障确认值，包括短路故障确认值和接地故障确认值；
（3）通过感应线圈采集输电线路一次侧的电流，包括一次侧的交流电流和零序电流，并通过整流电路对采集到的交流电流和零序电流进行整流处理；
（4）通过CPU以预定的时间间隔对整流处理过的交流电流和零序电流AD采样，并将采样的交流电流值和零序电流值分别与预先设定的短路故障电流阈值和接地故障电流阈值进行比较；若采样的交流电流值达到或超过所述短路故障电流阈值，或者当采样的零序电流值超过所述接地故障电流阈值，则CPU启动定时器；
（5）在设定的延时确认时间后，CPU继续按预定的时间间隔对整流处理过的交流电流和零序电流AD采样，并将采样的交流电流值和零序电流值分别与预先设定的短路故障确认值和接地故障确认值进行比较；所述短路故障确认值为0，若在设定的延时确认时间后，采样的交流电流的当前值为0，则CPU向控制中心发出永久性短路故障告警，否则CPU向控制中心发出瞬时性短路故障告警；所述接地故障确认值等于所述接地故障电流阈值，若在设定的延时确认时间后，采样的零序电流值仍大于所述接地故障电流阈值，则CPU向控制中心发出接地告警。
2.根据权利要求1所述的智能电网故障检测方法，其特征在于：步骤（4）具体为，CPU以1ms为间隔对整流处理过的交流电流AD采样，并将采样电流值与所述短路故障电流阈值进行比较，若达到或超过所述短路故障电流阈值，则CPU启动定时器；步骤（5）具体为，若在设定的延时确认时间后，CPU在一个大于40ms小于3s的时间段内，采样值有40ms以上都是0，而且在此时间段后的1s后继续采样都仍是0，则判定为永久性短路故障，CPU向控制中心发出永久性短路故障告警；否则判定为瞬时短路故障，CPU向控制中心发出瞬时性短路故障告警。
3.根据权利要求1所述的智能电网故障检测方法，其特征在于：所述步骤（2）中，预先设定一个上传时间间隔存储在CPU存储器中；在所述步骤（4）中，通过CPU对整流处理过的电流AD采样，并将采样电流值转化成一次侧的电流值，按预先设定的上传时间间隔将一次侧的电流值上报控制中心。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20140226 |