CN105158644A - 一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端 - Google Patents

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张维
郭上华
谭卫斌
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  • Emergency Protection Circuit Devices (AREA)
  • Testing Of Short-Circuits, Discontinuities, Leakage, Or Incorrect Line Connections (AREA)
  • Remote Monitoring And Control Of Power-Distribution Networks (AREA)

Abstract

本发明公开了一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，包括：采集单元，用于同步采集配电线路单相接地故障的零序电压、零序电流的暂态分量；数字滤波单元，用于对所采集的零序电压、零序电流的暂态分量进行滤波处理并获取对应的模拟量的带通频带信号；FFT处理单元，用于对所获取的模拟量的带通频带信号进行FFT运算；保护逻辑运算单元，用于运算所述FFT处理单元数据分析的结果，实现对对地电容参数的分析计算；控制动作单元：当对地电容参数为负时，判定为区内故障，控制驱动开关分闸；电源模块，用于提供工作电源。本发明具有单相接地故障检测功能，性能优越，灵敏度高，提高了检测技术定值设定的精确度和效率。

Description

一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端
技术领域
本发明涉及配电自动控制设备领域，尤其涉及一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端。
背景技术
10kV配电网架空线路馈线自动化经过十余年的发展，其技术和产品（如电压时间型、电流计数型等）已发展得非常成熟并得到广泛应用，其中相间短路故障也得到了有效的诊断。但单相接地故障受制于中性点运行方式及运行环境恶劣如雷电、大风等，该类故障的判断和指示是各供电公司普遍关注的重点，也是配电自动化行业技术上的难点。据统计10kV架空线路的单相接地故障占故障总数的70%以上，采用以往凭经验，分段逐段推拉，逐级杆塔检查等传统方法进行排查，耗时费力、停电范围大、时间长，很难快速准确查到故障点，特别对于发生在绝缘子顶部的单相接地故障，即使在停电后采取常规方式也很难发现。
另一方面，我国城市相对于发达国家城市电缆化率明显偏低，随着智能配电网和新城镇化的深入建设，城市电缆化率将逐年提高，架空和电缆混合网必将增多。随着供电网络的蔓延，电缆及架空线路分布在城市的各个居民和企业用电区域，分布地域广而散。由于线路分支繁杂，配电终端投运后线路改造常常再扩增分支，各种检测技术的定值设定工作量大，难度大，经常出现原理正确但由于定值设定不精确导致检测结果错误，故障定位错误，导致停电范围扩大。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其性能优越，灵敏度高，提高了检测技术定值设定的的精确度和效率。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：
一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其特征在于，包括：
采集单元，用于同步采集配电线路单相接地故障的零序电压、零序电流的暂态分量；
数字滤波单元，用于对所采集的零序电压、零序电流的暂态分量进行滤波处理并获取对应的模拟量的带通频带信号；
FFT处理单元，用于对所获取的模拟量的带通频带信号进行FFT运算后，采用最小二乘拟合方法，实现对地电容的离散性计算；
保护逻辑运算单元，用于运算所述FFT处理单元数据分析的结果，采用高频零序模型识别法，实现对对地电容参数的分析计算，计算的基本公式为；
其中，i0k为零序电流采样值，u0k为零序电压采样值，C0j为线路对地电容参数；
控制动作单元：当对地电容参数为负时，判定为区内故障，控制驱动开关分闸；
电源模块，用于向所述采集单元、数字滤波单元和FFT处理单元提供工作电源。
作为上述技术方案的改进，所述采集单元为16位同步采样ADC，所述采集单元输入端分别连接电压传感器和电流传感器。
作为上述技术方案的改进，所述电压传感器为EVTV2.0，所述电流传感器为SPT20。
作为上述技术方案的改进，所述数字滤波单元采用FIR数字带通滤波器。
作为上述技术方案的改进，还包括报警单元，用于当发生配电线路故障时发出报警信号。
作为上述技术方案的改进，所述开关分合闸可以为手动分合闸或遥控分合闸。
作为上述技术方案的改进，还包括通信单元，用于与主站或其他终端进行双向数据交互。
作为上述技术方案的改进，所述通信单元为GPRS3G单元。
作为上述技术方案的改进，还包括后备电源模块，所述后备电源模块采用蓄电池和超级对地电容，用于当线配电路停电后保证配电终端工作。
本发明的有益效果有：
本发明一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其包括采集单元，所述采集单元同步采集配电线路单相接地故障的零序电压、零序电流的暂态分量。根据零序电压大于启动门阀值，启动滤波单元对零序电压、零序电流进行数字滤波，计算出线路对地对地电容参数，根据对地对地电容参数的正负特性，识别被保护线路是否发生单相接地故障。
本发明还采用电压、电流传感技术，无需外接零序PT，成本低，同时不受接地方式和线路网架结构的制约，可适用于架空线路、电缆线路或者混合线路，性能优越，灵敏度高，可检测的接地电阻达到1K欧姆，而且在实际工程应用中，定值设定工作量小。
附图说明
下面结合附图及具体实施例对发明作进一步说明，其中：
图1是本发明实施例的结构示意图；
图2是本发明实施例的电路框图。
具体实施方式
参见图1和图2，本发明包括ADC7606、FIR数字带通滤波器、FFT处理单元、保护逻辑运算单元、通信单元、控制动作及报警单元、电源模块以及后备电源模块。
ADC7606输入端连接电压互感器、电流互感器，所述电压互感器、电流互感器用于检测线路运行参数和状态，当发生故障时，采集单元同步采集配电线路单相接地故障的零序电压和零序电流的暂态分量；本发明具体实施例中所述ADC7606采用ADI公司的8通道16位AD7606完成电压电流采集，整体精度优于0.5%。
当零序电压大于启动门阀值，启动FIR数字带通滤波器对零序电压、零序电流进行数字滤波；所述滤波单元，对所采集的零序电压、零序电流的暂态分量进行滤波处理并获取对应的模拟带通频带信号；本发明具体实施例中FIR数字带通滤波器采用lattice公司的CPLD完成I/O扩展，采用日本东芝的光耦器件进行重要DI\DO的隔离及RC滤波。
FFT处理单元对所获取的模拟带通频带信号进行FFT运算后，采用最小二乘拟合方法，实现对地对地电容的离散化计算，并得到一系列序列数组；基本原理如下：配电终端对采集的故障发生之初始20ms的暂态过程中的零序电压信号U0、零序电流信号I0进行带通滤波处理：
。
保护逻辑运算单元，用于运算所述FFT处理单元数据分析的结果，采用高频零序模型识别法，实现对对地电容参数的分析计算，计算的基本公式为；
其中，i0k为零序电流采样值，u0k为零序电压采样值，C0j为线路对地电容参数。
控制动作及报警单元，用于当发生配电线路故障时驱动开关分闸并发出报警信号，基于零序电压启动条件，其中零压阀值可设，当对地电容参数为负时，判定被保护线路（即区内）发生单相接地故障；当发生单相接地故障时，控驱动开关分闸并发出报警信号，所述开关分合闸可以为手动分合闸或遥控分合闸。
电源模块，向所述采集单元、滤波单元和处理单元提供工作电源；后备电源模块，所述后备电源模块采用蓄电池和超级对地电容，用于当线配电路停电后保证配电终端工作。通信单元，用于与主站或其他终端进行双向数据交互，所述通信单元为3G（GPRS）通信模块。
以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其特征在于，包括：
采集单元，用于同步采集配电线路单相接地故障的零序电压、零序电流的暂态分量；
数字滤波单元，用于对所采集的零序电压、零序电流的暂态分量进行滤波处理并获取对应的模拟量的带通频带信号；
FFT处理单元，用于对所获取的模拟量的带通频带信号进行FFT运算后，采用最小二乘拟合方法，实现对地电容的离散性计算；
保护逻辑运算单元，用于运算所述FFT处理单元数据分析的结果，采用高频零序模型识别法，实现对对地电容参数的分析计算，计算的基本公式为；
其中，i0k为零序电流采样值，u0k为零序电压采样值，C0j为线路对地电容参数；
控制动作单元：当对地电容参数为负时，判定为区内故障，控制驱动开关分闸；
电源模块，用于向所述采集单元、数字滤波单元和FFT处理单元提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其特征在于：所述采集单元为16位同步采样ADC，所述采集单元输入端分别连接电压传感器和电流传感器。
3.根据权利要求2所述的一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，所述电压传感器为EVTV2.0，所述电流传感器为SPT20。
4.根据权利要求1所述的一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其特征在于：所述数字滤波单元采用FIR数字带通滤波器。
5.根据权权利1所述的一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其特征在于：还包括报警单元，用于当发生配电线路故障时发出报警信号。
6.根据权权利1所述的一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其特征在于：所述开关分合闸可以为手动分合闸或遥控分合闸。
7.根据权权利1所述的一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其特征在于：还包括通信单元，用于与主站或其他终端进行双向数据交互。
8.根据权权利1或7所述的一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其特征在于：所述通信单元为GPRS3G单元。
9.根据权权利1所述的一种具有配网单相接地故障检测功能的配电自动化终端，其特征在于：还包括后备电源模块，所述后备电源模块采用蓄电池和超级对地电容，用于当线配电路停电后保证配电终端工作。
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