CN104333143B - 一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置 - Google Patents

Abstract

一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置，其特征在于它包括通讯模块、故障检测模块、主控模块、数据处理模块和电源模块；其工作方法包括：检测、采集、对比、处理分析、判断故障；其优越性在于：①变电站出口不需跳闸和重合闸；②瞬时性故障处理迅速；③隔离故障、恢复非故障区域不依赖通讯；④整个故障处理时间接近甚至短于电流型故障检测方式。

Description

一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置

(一)技术领域:

本发明属于电力系统配电网故障检测技术领域，特别是一种集硬件技术和软件编程于一体的智能型配电网馈线终端装置(即FTU)。

(二)背景技术:

配电系统是电力生产中发电、变电、输电、配电最后一个面向用户供电的环节，是电力生产者与用户直接联系的纽带，因此它是电力系统电能质量与供电服务好坏的体现者其中。随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，人们对配电系统的可靠性提出了越来越高的要求，所以减少配电网的故障发生和快速地故障恢复就显得十分重要。

配电网中最常见的故障是短路故障和接地故障，此外还有断线故障等等。对这些故障的正确检测，作为底层的馈线终端，FTU的故障检测功能是实现配电网自动化的关键。

实施配电自动化的目的在于能对配电网正常运行状态进行监控，对故障状态进行快速地故障定位、故障隔离、非故降区域供电恢复，在于最大限度地减少故障引起的停电范围、缩短故障恢复时间。伴随着配网自动化,配网故障检测技术先后出现了电压型故障检测技术和电流型故障检测技术。电压型故障检测方式在实现了故障检测和处理的同时，但需要对国内现有线路和运行模式做比较大的改动，处理时间上也比较长，故障处理的局限性比较大。而电流型检测方式在实现了故障检测和处理的同时，却不得不依赖通讯，同时需要后备电源的支持，而目前通讯和作为后备电源使用的蓄电池在户外可靠性不高，这是很大的制约。

以上述问题为切入点，本文提出了智能型故障检测原理下的智能型故障检测方式，即主动的检测故障、主动的判断故障乃至主动的处理故障。并且设计开发了一种智能型配电终端。

(三)发明内容:

本发明的目的在于设计开发一种基于智能型故障检测原理下的配电终端，使配电终端可以尽可能快的检测出故障、隔离故障、恢复非故障区域供电，使得变电站出线开关不跳或少跳，尽量使靠近电源侧的开关少动作，并且短路电流没有流过的开关尽量不动作。

本发明的技术方案：一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置，其特征在于它包括通讯模块、故障检测模块、主控模块、数据处理模块和电源模块；其中，所述数据处理模块的输入端分别连接通讯模块和故障检测模块的输出端；同时，所述数据处理模块与主控模块呈双向连接；所述电源模块为主控模块和数据处理模块提供电源；所述通讯模块和故障检测模块的输入端分别与数据处理模块单向连接。

所述电源模块是由输入EMC(Electro Magnetic Compatibility——抗电磁干扰)、高压整流滤波、PWM控制、功率转换、输出整流滤波、输出检测保护、按键功能转换、电池活化管理、电池充电管理、电池放电管理、电池输入输出检测保护、告警信号和LED显示构成；其中，所述输入EMC、高压整流滤波、PWM控制、功率转换、输出整流滤波、输出检测保护依此呈顺序单向相连；所述输入EMC的输入端接收配电网传输线路上电压电流信号；所述输出检测保护的输出端输出所检测线路故障模拟信号给数据处理模块；所述输出整流滤波的输出端分别与电池充电管理的输入端和电池放电管理的输入端呈单向相连；所述电池活化管理的输入端接收人工给定PWM控制的要求信号，其输出端与PWM控制的输入端连接；所述电池输入输出检测保护的输入端连接电池充电管理的输出端，其输出端则与电池放电管理的输入端及电池活化管理的输入端连接；所述电池输入输出检测保护与数据处理模块呈双相连接。

所述主控模块是由处理器、存储器、同步采样转换器、看门狗、接口和电池组成；其中，所述处理器上包含有RESET复位和数据地址；所述看门狗分别与电源和处理器的复位之间呈双向连接；所述处理器的数据地址分别与存储器和同步采样转换器之间呈双向相连；所述同步采样转换器和数据接口呈双向连接。

所述数据处理模块是由嵌入式数据库层、嵌入式实时操作系统层、板级支持包层和功能应用层构成；其中，所述嵌入式数据库层与嵌入式实时操作系统层呈双向连接；所述嵌入式实时操作系统层与板级支持包层呈双向连接；所述嵌入式数据库层与功能应用层呈双向连接。

所述功能应用层由故障检测模块和通讯模块构成；所述故障检测模块和通讯模块与嵌入式数据层呈双向连接。

一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置的工作方法，其特征在于它包括以下步骤：

(1)当配电网馈线部分出现故障时，故障检测模块可以检测出电网电流和电压，并通过与参考电压电流的比较判断出配电网是否发生故障；

(2)主控模块发出信号给数据处理模块，让其采集故障电流和电压；数据处理模块通过通讯模块将采集到故障电流和电压采用主动的动作方式传送给主控模块；

(3)主控模块对故障电流和电压进行处理分析并将相应的数据存储在存储器中；并向数据处理模块发出指令；再由数据处理模块发出指令，从而指导故障检测模块发出期望动作；

(4)主控模块通过通讯模块将所采集到的开关状态和闭锁状态上报到工作站，显示出故障类型和故障地点。

本发明的工作原理：从智能型故障检测方式可以看出,智能型故障检测设备依靠主动的检测故障时检测到比正常运行时的电流大很多的故障电流,当确认为故障电流时,会将信号传递给开关设备，使其主动的进行开关跳闸以隔离故障，并利用开关状态检测故障的类型,当故障为瞬时性故障时,重合闸成功；当故障为永久性故障时,再次跳闸隔离永久性故障。同时,故障后的开关依靠检测到瞬时的电压恢复为依据跳开开关隔离故障。根据流过的故障电流比正常电流大的多的依据,检测到故障后,迅速主动跳开开关,隔离故障区域；隔离故障后,经过1S左右的延时智能设备控制开关主动进行重合闸操作,如重合闸成功,则确认故障为瞬时性故障,则通过这次重合闸操作迅速处理瞬时性故障；重合闸后,如果再次检测到比正常电流大的多的电流,则确认为此次故障为永久性故障，对于永久性故障,启动后加速功能,立即跳开开关,隔离永久性故障；检测到开关一侧带电,延时确认电压恢复有效,则进行合闸操作，检测到开关失电后,跳开开关。

本发明的优越性在于：①变电站出口不需跳闸和重合闸；②瞬时性故障处理迅速；③隔离故障、恢复非故障区域不依赖通讯；④整个故障处理时间接近甚至短于电流型故障检测方式。

(四)附图说明：

图1为本发明所涉一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置的整体结构示意图。

图2为本发明所涉一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置中电源模块的结构示意图。

图3为本发明所涉一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置中主控模块的结构示意图。

图4为本发明所涉一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置中数据处理模块的工作结构示意图。

(五)具体实施方式：

实施例：一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置(见图1)，其特征在于它包括通讯模块、故障检测模块、主控模块、数据处理模块和电源模块；其中，所述数据处理模块的输入端分别连接通讯模块和故障检测模块的输出端；同时，所述数据处理模块与主控模块呈双向连接；所述电源模块为主控模块和数据处理模块提供电源；所述通讯模块和故障检测模块的输入端分别与数据处理模块单向连接。

所述电源模块(见图2)是由输入EMC、高压整流滤波、PWM控制、功率转换、输出整流滤波、输出检测保护、按键功能转换、电池活化管理、电池充电管理、电池放电管理、电池输入输出检测保护、告警信号和LED显示构成；其中，所述输入EMC、高压整流滤波、PWM控制、功率转换、输出整流滤波、输出检测保护依此呈顺序单向相连；所述输入EMC的输入端接收配电网传输线路上电压电流信号；所述输出检测保护的输出端输出所检测线路故障模拟信号给数据处理模块；所述输出整流滤波的输出端分别与电池充电管理的输入端和电池放电管理的输入端呈单向相连；所述电池活化管理的输入端接收人工给定PWM控制的要求信号，其输出端与PWM控制的输入端连接；所述电池输入输出检测保护的输入端连接电池充电管理的输出端，其输出端则与电池放电管理的输入端及电池活化管理的输入端连接；所述电池输入输出检测保护与数据处理模块呈双相连接。

所述主控模块(见图3)是由处理器、存储器、同步采样转换器、看门狗、接口和电池组成；其中，所述处理器上包含有RESET复位和数据地址；所述看门狗分别与电源和处理器的复位之间呈双向连接；所述处理器的数据地址分别与存储器和同步采样转换器之间呈双向相连；所述同步采样转换器和数据接口呈双向连接。

所述数据处理模块(见图4)是由嵌入式数据库层、嵌入式实时操作系统层、板级支持包层和功能应用层构成；其中，所述嵌入式数据库层与嵌入式实时操作系统层呈双向连接；所述嵌入式实时操作系统层与板级支持包层呈双向连接；所述嵌入式数据库层与功能应用层呈双向连接。

所述功能应用层(见图4)由故障检测模块和通讯模块构成；所述故障检测模块和通讯模块与嵌入式数据层呈双向连接。

一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置的工作方法，其特征在于它是由以下的步骤所构成的：

(1)当配电网馈线部分出现故障时，故障检测模块可以检测出电网电流和电压，并通过与参考电压电流的比较判断出配电网是否发生故障；

(2)主控模块发出信号给数据处理模块，让其采集故障电流和电压；数据处理模块通过通讯模块将采集到故障电流和电压采用主动的动作方式传送给主控模块；

(3)主控模块对故障电流和电压进行处理分析并将相应的数据存储在存储器中；并向数据处理模块发出指令；再由数据处理模块发出指令，从而指导故障检测模块发出期望动作；

(4)主控模块通过通讯模块将所采集到的开关状态和闭锁状态上报到工作站，显示出故障类型和故障地点。

Claims (3)

1.一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置，其特征在于它包括通讯模块、故障检测模块、主控模块、数据处理模块和电源模块；其中，所述数据处理模块的输入端分别连接通讯模块和故障检测模块的输出端；同时，所述数据处理模块与主控模块呈双向连接；所述电源模块为主控模块和数据处理模块提供电源；所述通讯模块和故障检测模块的输入端分别与数据处理模块单向连接；所述电源模块是由输入EMC、高压整流滤波、PWM控制、功率转换、输出整流滤波、输出检测保护、按键功能转换、电池活化管理、电池充电管理、电池放电管理、电池输入输出检测保护、告警信号和LED显示构成；其中，所述输入EMC、高压整流滤波、PWM控制、功率转换、输出整流滤波、输出检测保护依次呈顺序单向相连；所述输入EMC的输入端接收配电网传输线路上电压电流信号；所述输出检测保护的输出端输出所检测线路故障模拟信号给数据处理模块；所述输出整流滤波的输出端分别与电池充电管理的输入端和电池放电管理的输入端呈单向相连；所述电池活化管理的输入端接收人工给定PWM控制的要求信号，其输出端与PWM控制的输入端连接；所述电池输入输出检测保护的输入端连接电池充电管理的输出端，其输出端则与电池放电管理的输入端及电池活化管理的输入端连接；所述电池输入输出检测保护与数据处理模块呈双相连接；所述主控模块是由处理器、存储器、同步采样转换器、看门狗、接口和电池组成；其中，所述处理器上包含有RESET复位和数据地址；所述看门狗分别与电源和处理器的复位之间呈双向连接；所述处理器的数据地址分别与存储器和同步采样转换器之间呈双向相连；所述同步采样转换器和数据接口呈双向连接；所述数据处理模块是由嵌入式数据库层、嵌入式实时操作系统层、板级支持包层和功能应用层构成；其中，所述嵌入式数据库层与嵌入式实时操作系统层呈双向连接；所述嵌入式实时操作系统层与板级支持包层呈双向连接；所述嵌入式数据库层与功能应用层呈双向连接。

2.根据权利要求1所述一种用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置，其特征在于所述功能应用层由故障检测模块和通讯模块构成；所述功能应用层的故障检测模块和通讯模块与嵌入式数据库层呈双向连接。

3.一种权利要求1所述用于配电网故障检测的智能型馈线终端装置的工作方法，其特征在于它是由以下的步骤所构成的：

(1)当配电网馈线部分出现故障时，故障检测模块可以检测出电网电流和电压，并通过与参考电压电流的比较判断出配电网是否发生故障；

(2)主控模块发出信号给数据处理模块，让其采集故障电流和电压；数据处理模块通过通讯模块将采集到故障电流和电压采用主动的动作方式传送给主控模块；

(3)主控模块对故障电流和电压进行处理分析并将相应的数据存储在存储器中；并向数据处理模块发出指令；再由数据处理模块发出指令，从而指导故障检测模块发出期望动作；

(4)主控模块通过通讯模块将所采集到的开关状态和闭锁状态上报到工作站，显示出故障类型和故障地点。