CN109901014A - 电网接地故障的电压波形采集方法及其监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网接地故障的电压波形采集方法及其监测系统，所述方法包括以下步骤：判断电网线路累计预定时刻是否无故障，若无故障，发送第一信号至上位机，并将所述时间数据清零，然后重新计时，若有故障，采集电容分压器上的三相电压信号以及时间信号t；滤波所述三相电压信号，然后对滤波后的三相电压信号相模变换以得到零模电压u₀(t)，判断零模电压u₀(t)是否大于常数k，当零模电压u₀(t)大于k，判断发生接地故障，将故障的三相电压信号以及对应时间数据传递至4G传输模块，4G传输模块发送第二信号至上位机，并将数据打包发送至上位机，然后清零所述时间数据，返回第一步骤。

Description

电网接地故障的电压波形采集方法及其监测系统

技术领域

本发明属于电网技术领域，特别是一种电网接地故障的电压波形采集方法及其监测系统。

背景技术

我国中压配电网以架空线为主，接地故障比较多，单相接地故障是主要故障形式。双端行波测距法由于不受过渡电阻以及消弧线圈的干扰，在单相接地故障测距领域具有很好的应用前景。但是这种方法需要在线路两端装设检测装置和两端时间的精确同步。现用的配电自动化系统时间精度不高，导致定位精度有限，而且利用GPRS的无线传输速度有限，不能快速批量传输故障数据，容易造成故障数据丢失。

在背景技术部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本发明背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的缺点，提供了一种电网接地故障的电压波形采集方法及检测系统，适用于配电网接地故障双端行波定位领域，显著提高了精度。

本发明的目的是通过以下技术方案予以实现，一种电网接地故障的电压波形采集方法包括以下步骤：

第一步骤中，判断电网线路累计预定时刻是否无故障，若无故障，发送第一信号至上位机，并将时间数据清零，然后重新计时，若有故障，采集电容分压器上的三相电压信号以及时间信号t；

第二步骤中，滤波所述三相电压信号，然后对滤波后的三相电压信号相模变换以得到零模电压u₀(t)，

第三步骤中，判断零模电压u₀(t)是否大于常数k，当零模电压u₀(t)大于k，判断发生接地故障，将故障的三相电压信号以及对应时间数据传递至4G传输模块，4G传输模块发送第二信号至上位机，并将数据打包发送至上位机，然后清零所述时间数据，返回第一步骤。

所述的方法中，预定时刻为4小时，所述第一信号为“线路正常”，所述第二信号为“发生故障”。

所述的方法中，时间信号t来自GPS授时系统。

所述的方法中，滤波后的三相电压信号Karenbuaer相模变换以得到零模电压u₀(t)。

所述的方法中，第二步骤中，所述三相电压信号进行数字滤波。

本发明的另一方面，一种实施所述方法的监测系统包括，

电容分压器，其并联于电网架空线路，

数据采集卡，其连接所述电容分压器以采集三相电压信号，

计时单元，其配置成可控地计时以生成时间信号，

滤波单元，其连接所述数据采集卡，所述滤波单元滤波所述三相电压信号且相模变换以得到零模电压，

处理单元，其连接所述滤波单元和计时单元，所述处理单元判断零模电压是否大于常数k，当零模电压u₀(t)大于k，处理单元判断发生接地故障，将故障的三相电压信号以及来自计时单元的对应时间数据发送至上位机。

所述监测系统中，所述监测系统还包括经由数据传输模块连接处理单元的上位机，当处理单元判断未发生接地故障，处理单元发送第一信号至上位机，当处理单元判断发生接地故障，处理单元发送第二信号至上位机。

所述监测系统中，电容分压器为三相电容分压器，滤波单元包括DSP处理模块，所述数据传输模块是基于4G的数据传输模块。

所述监测系统中，计时单元的时间精度为纳秒级别时间精度，时间误差小于等于30ns。

所述监测系统中，所述处理单元为数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述处理单元包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM，所述电容分压器为陶瓷电容芯绝缘子。

有益效果

本发明可以为双端行波定位提供精确的时间数据，以及精度足够的故障电压波形，采用4G的无线传输，相比GPRS具有速度快，能够快速上传故障数据，实用性强等优点。

附图说明

通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本发明各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。

在附图中：

图1为本发明的一种配电网时间高精度接地故障电压波形采集方法流程图；

图2是本发明的利用电网接地故障电压波形采集方法的监测系统总体结构图。

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的解释。

具体实施方式

下面将参照附图1至图2更详细地描述本发明的具体实施例。虽然附图中显示了本发明的具体实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。

需要说明的是，在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可以理解，技术人员可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名词的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”或“包括”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。说明书后续描述为实施本发明的较佳实施方式，然所述描述乃以说明书的一般原则为目的，并非用以限定本发明的范围。本发明的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个附图并不构成对本发明实施例的限定。

为了更好地理解，如图1所示，一种电网接地故障的电压波形采集方法包括以下步骤：

第一步骤S1中，判断电网线路累计预定时刻是否无故障，若无故障，发送第一信号至上位机，并将时间数据清零，然后重新计时，若有故障，采集电容分压器上的三相电压信号以及时间信号t；

第二步骤S2中，滤波所述三相电压信号，然后对滤波后的三相电压信号相模变换以得到零模电压u₀t，

第三步骤S3中，判断零模电压u₀t是否大于常数k，当零模电压u₀t大于k，判断发生接地故障，将故障的三相电压信号以及对应时间数据传递至4G传输模块，4G传输模块发送第二信号至上位机，并将数据打包发送至上位机，然后清零所述时间数据，返回第一步骤S1。

所述的方法的一个实施方式中，预定时刻为4小时，所述第一信号为“线路正常”，所述第二信号为“发生故障”。

所述的方法的一个实施方式中，时间信号t来自GPS授时系统。

所述的方法的一个实施方式中，滤波后的三相电压信号Karenbuaer相模变换以得到零模电压u₀t。

所述的方法的一个实施方式中，第二步骤S2中，所述三相电压信号进行数字滤波。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，步骤为：

步骤1，开始计时；

步骤2，判断是否线路累计4小时无故障。若是，则向上位机报告“线路正常”，并将所述时间数据清零，然后进入步骤1；若否，则进入步骤3；

步骤3，数据采集卡采集电容分压器上的三相电压信号u_a(t)，u_b(t)，u_c(t)，以及来自GPS授时系统的高精度时间信号t。

其中：

u_a(t)--A相电压信号；

u_b(t)--B相电压信号；

u_c(t)--C相电压信号；

t–实时时间数据；

对三相电压信号u_a(t)，u_b(t)，u_c(t)进行数字滤波；

使用DSP对u_a(t)，u_b(t)，u_c(t)进行Karenbuaer相模变换，得到零模电压u₀t，变换矩阵如下：

u₀t＝(u_a(t)+u_b(t)+u_c(t))/3 式1

式中：

u_a(t)--A相电压信号；

u_b(t)--B相电压信号；

u_c(t)--C相电压信号；

u₀(t)–零模电压信号；

判断零模电压u₀t是否符合式2：

u₀t＞k， 式2

式中：

k--为接近0的一个常数，需要根据具体线路确定数值。

若符合式2，则表明发生故障，进入步骤7，否则，返回步骤2；

DSP将故障电压数据u_a(t)，u_b(t)，u_c(t)以及对应时间数据t传递至数据传输模块，数据传输模块向上位机报告“发生故障”，并将数据打包发送至上位机，然后将所述时间数据清零，返回步骤1。

本发明中，利用4路同步数据采集卡采集并联在架空线路上的电容分压器上的三相电压信号和来自GPS的纳秒级时间信号，电压数据经DSP进行滤波处理，判断线路是否发生单相接地故障，若故障发生，则通过4G网络上报“线路故障”并上传故障数据给上位机；若没有故障发生，则不上传数据，每过4小时，向上位机上传“线路正常”信号。

参见图2，一种利用所述方法的监测系统包括，

电容分压器，其并联于电网架空线路，

数据采集卡，其连接所述电容分压器以采集三相电压信号，

计时单元，其配置成可控地计时以生成时间信号，

滤波单元，其连接所述数据采集卡，所述滤波单元滤波所述三相电压信号且相模变换以得到零模电压，

处理单元，其连接所述滤波单元和计时单元，所述处理单元判断零模电压是否大于常数k，当零模电压u₀t大于k，处理单元判断发生接地故障，将故障的三相电压信号以及来自计时单元的对应时间数据发送至上位机。

所述监测系统的一个实施例中，所述监测系统还包括经由数据传输模块连接处理单元的上位机，当处理单元判断未发生接地故障，处理单元发送第一信号至上位机，当处理单元判断发生接地故障，处理单元发送第二信号至上位机。

所述监测系统的一个实施例中，电容分压器为三相电容分压器，可以同时对三相线路电压进行分压，方便后续采集。滤波单元包括DSP处理模块，所述数据传输模块是基于4G的数据传输模块。

所述监测系统的一个实施例中，计时单元的时间精度为纳秒级别时间精度，时间误差≦30ns。

所述监测系统的一个实施例中，所述处理单元为数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述处理单元包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM，所述电容分压器为陶瓷电容芯绝缘子。陶瓷电容芯绝缘子，既有绝缘支撑功能，又可以采集线路电压信号。

所述监测系统的一个实施例中，数据采集卡为4通道同步采集卡，可同时用于采集来自三相电容分压器的三相电压数据，以及来自GPS授时模块的时间数据；采样精度为16位。数据采集卡为4通道同步采集卡，可同时用于采集来自三相电容分压器的三相电压数据，以及来自GPS授时模块的时间数据；采样精度为16位。

所述监测系统的一个实施例中，GPS授时模块为一块可以接受来自GPS导航系统信号的集成电路板，其可为数据采集卡提供纳秒级别秒脉冲。

为了进一步理解本发明，在一个实施例中，监测系统包括：架空线路1、电容分压器2、数据采集卡3、GPS授时模块4、DSP处理模块5、数据传输模块6以及上位机7。利用数据采集卡3采集并联在架空线路1上的电容分压器2上的三相电压信号，以及来自GPS授时模块4的纳秒级时间信号，经DSP处理模块5进行滤波处理，判断是否发生单相接地故障，若故障发生，则通过数据传输模块6上报“线路故障”并上传故障数据给上位机7；若没有故障发生，则不上传数据，每过4小时，向上位机7上传“线路正常”信号。

尽管以上结合附图对本发明的实施方案进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体实施方案和应用领域，上述的具体实施方案仅仅是示意性的、指导性的，而不是限制性的。本领域的普通技术人员在本说明书的启示下和在不脱离本发明权利要求所保护的范围的情况下，还可以做出很多种的形式，这些均属于本发明保护之列。

Claims (10)

1.一种电网接地故障的电压波形采集方法，所述方法包括以下步骤：

第一步骤(S1)中，判断电网线路累计预定时刻是否无故障，若无故障，发送第一信号至上位机，并将时间数据清零，然后重新计时，若有故障，采集电容分压器上的三相电压信号以及时间信号t；

第二步骤(S2)中，滤波所述三相电压信号，然后对滤波后的三相电压信号相模变换以得到零模电压u₀(t)，

第三步骤(S3)中，判断零模电压u₀(t)是否大于常数k，当零模电压u₀(t)大于k，判断发生接地故障，将故障的三相电压信号以及对应时间数据传递至4G传输模块，4G传输模块发送第二信号至上位机，并将数据打包发送至上位机，然后清零所述时间数据，返回第一步骤(S1)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，优选的，预定时刻为4小时，所述第一信号为“线路正常”，所述第二信号为“发生故障”。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，时间信号t来自GPS授时系统。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，滤波后的三相电压信号Karenbuaer相模变换以得到零模电压u₀(t)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，第二步骤(S2)中，所述三相电压信号进行数字滤波。

6.一种利用权利要求1-5中任一项所述方法的监测系统，所述监测系统包括，

电容分压器，其并联于电网架空线路，

数据采集卡，其连接所述电容分压器以采集三相电压信号，

计时单元，其配置成可控地计时以生成时间信号，

滤波单元，其连接所述数据采集卡，所述滤波单元滤波所述三相电压信号且相模变换以得到零模电压，

处理单元，其连接所述滤波单元和计时单元，所述处理单元判断零模电压是否大于常数k，当零模电压u₀(t)大于k，处理单元判断发生接地故障，将故障的三相电压信号以及来自计时单元的对应时间数据发送至上位机。

7.根据权利要求6所述监测系统，其中，所述监测系统还包括经由数据传输模块连接处理单元的上位机，当处理单元判断未发生接地故障，处理单元发送第一信号至上位机，当处理单元判断发生接地故障，处理单元发送第二信号至上位机。

8.根据权利要求7所述监测系统，其中，电容分压器为三相电容分压器，滤波单元包括DSP处理模块，所述数据传输模块是基于4G的数据传输模块。

9.根据权利要求6所述检测系统，其中，计时单元的时间精度为纳秒级别时间精度，时间误差小于等于30ns。

10.根据权利要求6所述检测系统，其中，所述处理单元为数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，所述处理单元包括存储器，所述存储器包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM，所述电容分压器为陶瓷电容芯绝缘子。