CN102928737A

CN102928737A - 一种故障检测系统及方法

Info

Publication number: CN102928737A
Application number: CN2012104286988A
Authority: CN
Inventors: 王国罡; 张海明; 刘金涛
Original assignee: Aerospace Science and Industry Shenzhen Group Co Ltd
Current assignee: Aerospace Science and Industry Shenzhen Group Co Ltd
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2012-11-01
Publication date: 2013-02-13

Abstract

本发明公开一种故障检测系统及方法，该系统用以检测配电线路的故障点，所述故障检测系统包括主控器、及分别与其连接的A/D转换器和光纤收发器；A/D转换器，用于将互感器按照设定的第一时间间隔采集的所述配电线路的电压数据转换为数字电压信号；主控器，用于对所述数字电压信号进行求平均值的处理；光纤收发器，用于将处理后的数字电压信号以数据帧的形式通过光纤上传至配电终端。通过光纤作为数据传输介质，有效避免了信号受到外界环境因素的干扰，并比较平均缓冲区内相邻两个平均值，有效滤除了非故障点；另外增加温度传感器，解决了受到极端温度环境影响，确保采集数据的准确性。

Description

一种故障检测系统及方法

技术领域

本发明涉及配电网络领域，尤其涉及一种故障检测系统及方法。

背景技术

目前中国大多数10kV配电网采用的是中性点不直接接地系统。这类系统发生单相接地故障时，因故障电流较小，故障特征复杂，因而故障点的查找非常困难。不对称电流法检测单接地故障的原理就是按照小电流接地系统单相接地故障的特点，通过检测使故障线路上产生的不对称电流信号的特征来实现故障选线和故障点定位的。当线路上任何一点发生单相接地故障时，装在变电站内或线路上的不对称电流源检测到故障信息后,首先判断出故障相,然后对故障相施加特定信号。

一般情况下，将安装在线路上的故障检测系统检测流过本线路的特定信号，若满足故障特征则故障检测系统给出报警，从而指示出故障位置。

现有的故障检测系统大部分采用现场总线以及串行总线进行电气信号传输，这不仅受到距离上的限制，而且在特殊环境下周围的电磁干扰会影响数据的准确性。此外在故障判断过程中滤波效果并不理想，大部分产品局限于利用电压突变时间来进行故障判断，因此有些瞬时故障点在未到达预定突变时间的情况下可能会产生漏报，因此实际应用中不能满足需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术信号易受外界因素干扰的缺陷，提供一种有效避免信号受外界因素干扰的故障检测系统及方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种故障检测系统，其用以检测配电线路的故障点，所述故障检测系统包括主控器、及分别与其连接的A/D转换器和光纤收发器；其中：

所述A/D转换器，用于将互感器按照设定的第一时间间隔采集的所述配电线路的电压数据转换为数字电压信号；

所述主控器，用于对所述数字电压信号进行求平均值的处理；

所述光纤收发器，用于将处理后的数字电压信号以数据帧的形式通过光纤上传至配电终端。

优选地，对所述数字电压信号进行求平均值的处理具体为：

将所述数字电压信号依次填充至所述主控器中的采样缓冲区内，当所述采用缓冲区填满后，按照设定的第二时间间隔计算所述采样缓冲区内的数字电压信号的当前平均值；

将所述当前平均值填充至所述主控器中的平均缓冲区，并对所述当前平均值与所述平均缓冲区内前一个平均值进行比较；

若所述当前平均值与前一个平均值之差的绝对值大于预设值，则判定为故障点，

若所述当前平均值与前一个平均值之差的绝对值不大于预设值，则判定为非故障点。

优选地，所述配电线路的电压数据包括A相、B相和C相的电压数据，所述A/D转换器分别将采集的A相、B相和C相的电压数据转换为A相、B相和C相的数字电压信号。

优选地，若判定为故障点，则所述光纤收发器将所述故障点的当前数字电压信号以数据帧的形式发送至所述配电终端。若判定为非故障点，则所述光纤收发器等到预设发送时刻到达时将该时刻的数字电压信号以数据帧的形式发送至所述配电终端。

优选地，所述故障检测系统还包括与所述主控器连接的温度传感器，其中：

所述温度传感器，用于在极端温度环境下对所述数字电压信号进行补偿；其中，所述极端环境温度包括极端高温环境和极端低温环境。

优选地，在极端温度环境下对所述数字电压信号进行补偿具体为：

若为极端高温环境，则所述数字电压信号的值相应的减少；

若为极端低温环境，则所述数字电压信号的值相应的增加。

本发明还提供一种故障检测方法，所述方法包括以下步骤：

S1.互感器按照第一时间间隔分别采集配电线路的电压数据，A/D转换器将其转换为数字电压信号；

S2.将所述数字电压信号依次填充至采样缓冲区内，当所述采用缓冲区填满后，按照设定的第二时间间隔计算所述采样缓冲区内数字电压信号的当前平均值；

S3.将所述当前平均值填充至平均缓冲区，并对所述当前平均值与所述平均缓冲区内前一个平均值进行比较；

S4.判断所述当前平均值与前一个平均值之差的绝对值是否大于预设值；若否，则执行步骤S5，若是，则执行步骤S62；

S5.判断发送所述数字电压信号的预设时间是否到达，若是，则执行步骤S61，若否，返回步骤S1;

S61.将当前数字电压信号以数据帧的形式通过光纤上传至配电终端；

S62.判定为故障点，并将当前数字电压信号以数据帧的形式通过光纤上传至所述配电终端。

优选地，所述互感器为光学电压互感器。

优选地，所述数据帧包括有效位、校验位以及停止位。

优选地，所述数据帧采用自定义编码方式。

实施本发明的技术方案，具有以下有益效果：通过光纤作为数据传输介质，有效避免了信号受到外界环境因素的干扰，并通过平均值算法处理所采集的数据，有效滤除了非故障点；另外，增加温度传感器，解决了受到极端温度环境影响，确保采集数据的准确性。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明故障检测系统的结构示意图；

图2是本发明故障检测方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1是本发明故障检测系统的结构示意图，如图1所示，应当说明的是，该故障检测系统用以检测配电线路的故障点，配电线路就是指配电网络中的各条线路，具体来说，所述故障检测系统包括主控器1、及分别与其连接的A/D转换器2、光纤收发器3温度传感器4，需要注意的是，在其他的实施例中，若环境温度属于正常环境温度，该温度传感器4可省去，下述所涉及的极端温度一般为高温60℃~70℃或者低温-20℃~30℃，也就是下面所提到的极端高温环境和极端低温环境，在此不再赘述。

下面具体介绍各个部分的作用：

A/D转换器2，用于将互感器按照设定的第一时间间隔分别采集的所述配电线路的A相、B相和C相上的电压数据转换为数字电压信号；在本实施例中，所述互感器为光学电压互感器。需要说明的是，对A相、B相和C相上的电压数据的采集是独立进行的，并独立的转换成A相数字电压信号、B相数字电压信号和C相数字电压信号。在之后主控器中对数字电压信号的处理中也是独立的对A相、B相和C相的数字电压信号进行处理。第一时间间隔可以设定为1S，则每间隔1秒都对A相、B相和C相分别进行电压采集。

主控器1，用于对所述数字电压信号进行求平均值处理；需要说明的是，本发明所说的求平均值处理指的是广义的平均值处理方法，既包括单纯的算术平均算法，也可以采用加权的算术平均或者几何平均。在本实施例中，考虑到计算速度等，选择单纯的算术平均。

在本实施例中，主控器1采用的是芯片MSP430，其中，对所述数字电压信号通过平均值算法进行处理具体为：

将所述数字电压信号依次填充至主控器的采样缓冲区内，在所述采样缓冲区填满后，按照设定的第二时间间隔计算所述采样缓冲区内数字电压信号的当前平均值，其中，该采样缓冲区为主控器中暂存采样数据的区域；例如，采样缓冲区有16位，对应的A相的数字电压信号填充到A相的采样缓冲区，16S后即填满了A相的采样缓冲区，此后再采样1个新的数字电压信号进入采样缓冲区，则当前采样缓冲区内最前面的1个数字电压信号被挤出。第二时间间隔可设定为1秒，则在采样缓冲区填满后，每隔1秒计算一次平均值。B相、C相的数字信号的处理是类似的，三者在独立的采用缓冲区中进行。第一时间间隔与第二时间间隔可以相同也可以不同。

将所述当前平均值填充至平均缓冲区，并对所述当前平均值与所述平均缓冲区内前一个平均值进行比较，该平均缓冲区为主控器中暂存平均值的区域；在本实施例中，A相、B相和C相都有各自独立的平均缓冲区，对应各自的采样缓冲区。即A相数字电压信号填充入A相采用缓冲区，计算的A相平均值放入A相平均缓冲区，判断A相上是否发生了故障。同样的，对B相和C相上的数字电压信号也独立进行相同的操作。

若所述当前平均值与前一个平均值之差的绝对值大于预设值，则为故障点，并将所述故障点以数据帧的形式通过光纤上传至所述配电终端；

若所述当前平均值与前一个平均值之差的绝对值不大于预设值，则将所述数字电压信号以数据帧的形式通过光纤上传至所述配电终端，用户可自行设定该预设值，在本实施例中，该预设值为15%。通过对数字电压信号进行上述处理，可有效滤除非故障点。

光纤收发器3，用于将处理后的数字电压信号以数据帧的形式通过光纤上传至配电终端；应当说明的是，通过光纤发送的数据一个位为100us，发送速度快，数据准确且不受周围环境干扰。

温度传感器4，用于在极端温度环境下对所述数字电压信号进行补偿；因为在极端温度环境下，所采集的数字电压信号的值会产生一定的漂移，为确保数据准确，采用该温度传感器对该值进行补偿，其中，在极端温度环境下对所述电压数据进行补偿具体为：

若为极端高温环境，则所述电压数字电压信号的值相应的减少；在本实施例中，以高温60℃-70℃为例，需要对所述数字电压信号的值相应的减少2%。

若为极端低温环境，则所述数字电压信号的值相应的增加，在本实施例中，以低温-20℃-30℃为例，需要对所述数字电压信号的值相应的增加3%。

所述数据帧包括有效位、校验位以及停止位；在本实施例中，以采集的电压数据为例，该数据帧包括10位有效位、1位有效位和1位停止位。

为了有效防止相邻两个数据间的连码，所述数据帧采用自定义编码方式，例如“1100”，防止接收端判断成“10”，采用自定义编码之后，二进制“1”编码为“100”，二进制“0”编码为“10”，并且码间时间长度为100us，正好与光纤所发送的数据位相吻合，本领域的技术人员应当了解，在此不再赘述。

请参阅图2，图2是本发明故障检测方法的流程图，所述方法包括以下步骤：

在步骤S1中，互感器按照第一时间间隔分别采集配电线路的电压数据，A/D转换器将其转换为数字电压信号。

在步骤S2中，将所述数字电压信号依次填充至采样缓冲区内，当所述采用缓冲区填满后，按照设定的第二时间间隔计算所述采样缓冲区内数字电压信号的当前平均值。

在步骤S3中，将所述当前平均值填充至平均缓冲区，并对所述当前平均值与所述平均缓冲区内前一个平均值进行比较。

在步骤S4中，判断所述当前平均值与前一个平均值之差的绝对值是否大于预设值；若否，则执行步骤S5，若是，则执行步骤S62。

在步骤S5中，判断发送所述数字电压信号的预设时间是否到达，若是，则执行步骤S61，若否，返回步骤S1; 该预设时间可根据用户需求自行定时，在本实施例中，该预设时间为1S,在此不再赘述。

在步骤S61中，将当前数字电压信号以数据帧的形式通过光纤上传至配电终端。

在步骤S62中，判定为故障点，并将当前数字电压信号以数据帧的形式通过光纤上传至所述配电终端。

相较于现有技术，通过光纤作为数据传输介质，有效避免了信号受到外界环境因素的干扰，并通过平均值算法处理所采集的数据，有效滤除了非故障点；另外增加温度传感器，解决了受到极端温度环境影响，确保采集数据的准确性。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。

Claims

1.一种故障检测系统，其用以检测配电线路的故障点，其特征在于，所述故障检测系统包括主控器、及分别与其连接的A/D转换器和光纤收发器；其中：

2.根据权利要求1所述的故障检测系统，其特征在于，对所述数字电压信号进行求平均值的处理具体为：

3.根据权利要求2所述的故障检测系统，其特征在于，所述配电线路的电压数据包括A相、B相和C相的电压数据，所述A/D转换器分别将采集的A相、B相和C相的电压数据转换为A相、B相和C相的数字电压信号。

4.根据权利要求2所述的故障检测系统，其特征在于，若判定为故障点，则所述光纤收发器将所述故障点的当前数字电压信号以数据帧的形式发送至所述配电终端；若判定为非故障点，则所述光纤收发器等到预设发送时刻到达时将该时刻的数字电压信号以数据帧的形式发送至所述配电终端。

5.根据权利要求1所述的故障检测系统，其特征在于，所述故障检测系统还包括与所述主控器连接的温度传感器，其中：

6.根据权利要求5所述的故障检测系统，其特征在于，在极端温度环境下对所述数字电压信号进行补偿具体为：

若为极端高温环境，则所述数字电压信号的值相应的减少；

若为极端低温环境，则所述数字电压信号的值相应的增加。

7.一种故障检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1.互感器按照第一时间间隔采集配电线路的电压数据，A/D转换器将其转换为数字电压信号；

8.根据权利要求7所述的实现方法，其特征在于，所述互感器为光学电压互感器。

9.根据权利要求7所述的实现方法，其特征在于，所述数据帧包括有效位、校验位以及停止位。

10.根据权利要求9所述的实现方法，其特征在于，所述数据帧采用自定义编码方式。