CN112098738A - 一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法 - Google Patents

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吴雪梅
卢峰
林志超
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Abstract

本发明公开了一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法，具体涉及电力设备相关领域，其中暂态录波型故障指示器包含一个汇集单元和三个采集单元，汇集单元需要对三个采集单元组网，进行精确的时钟同步。采集单元上需要标记明显的相位和电流方向，然后安装于架空线A、B、C相上，启动录波后三相采集单元可同步采集电流电场数据。该方法通过采集到的电流电场数据，对各相电流电场数据分别进行处理变换，得到对应的极性和相序，进而进行采集单元的自校准和自适应。该方法能够克服现场安装环境不明造成的不良影响，并能在实际应用中拥有良好的效果，对推动智能电网发展，保证电网运行可靠具有重要的意义。

Description

一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法
技术领域
本发明涉及到电力设备相关领域，特别是涉及到一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法。
背景技术
暂态录波型故障指示器是一种安装在架空线上指示线路故障的装置，可以实时监测线路的运行情况，在线路出现短路、接地等故障后能闪烁告警，并将故障信息及波形上传远端的服务器主站，服务器主站判断定位后及时发送短信通知调度人员和电力运维人员进行故障处理。
为了实现对运行数据的监控，暂态录波型故障指示器包含一个汇集单元和三个采集单元，汇集单元需要先对三个采集单元从机组网，并用明显的标记标注相位和电流方向。汇集单元挂于电线杆上，采集单元安装于架空线A、B、C相上，启动录波后采集单元同步采样，将电流电场波形通过无线的形式上传汇集单元，汇集单元再将数据上传服务器主站分析。但是现场安装情况复杂多变，有的现场施工人员也不清除线路电流方向和线路的相序，挂上去后只能保证三个采集单元从机流过的电流同向，且A,C相在两边，最终导致现场发生故障时无法正确选线，无疑为故障判断造成了更大的阻碍。而且一旦错误发生后，错误发现和错误纠正都极为困难，这样就可能会导致故障时零序电流的暂态方向错误，最终导致故障判断定位失败。
目前相序自适应多使用硬件电路实现，例如全桥，整流器等，但是其都有一个致命的缺点，其设备必须保证电力线路停电然后才能在与电力设备并网，造成高额的停电成本，并且不易维护。而基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法免去停电安装的缺点，使用软件算法实现极性和相序的自适应，大幅降低成本，安装简单免维护。在实际应用中，配电线路还存在一种电源转供现象，即之前的上游在转供之后变成下游的情况，这对故障判断造成了很大的影响，所以该方法是故障准确定位的基石之一，并能在实际应用中拥有良好的效果，对推动智能电网发展，保证电网运行可靠具有重要的意义。
因此，需要一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法，能够克服现场安装环境不明造成的不良影响，并能在实际应用中拥有良好的效果，对推动智能电网发展，保证电网运行可靠具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法，该方法通过技术手段完成采集单元电流方向自动识别和采集单元相序自动判断，对实现精确故障判断，提高电网供电稳定性，维护可靠的用电环境具有重要的意义。
本发明针对上述问题，提出一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法，用于对暂态录波型故障指示器进行相序判断，该方法首先需要通过电流互感器和电压互感器得到架空线上三相采集单元电流电场同步录波数据，其中录波数据包含电流波形及电场波形，采集单元本地通过采集到的电流电场计算得到电流电场相位差，并判断是否超过阈值范围，当超出阈值范围则说明此相采集单元反相，进行极性的取反校准；汇集单元收集三相采集单元的电流电场同步录波数据，如果采集单元实际极性反向，则采集单元上传录波数据时将电流数据取反，对电流波形进行校正，保证汇集单元收到数据的极性正确；汇集单元分别计算AB,BC两相电流合成的相位差的超前滞后关系，判断是否在阈值范围以内，当和阈值范围不一致时则说明相位A、C两相挂反，否则相序正常，然后将A、C两相录波数据换相后上传主站以完成故障类型及故障位置的判断。
其中，暂态录波型故障指示器采集单元电流电场同步录波，利用离散傅里叶算法合成电流电场相位差。
当采集单元计算的电流电场相位差为0～90度，说明采集单元挂装与电场方向一致，则电流相位系数为1，不对上传的电流波形进行矫正。
当采集单元计算的电流电场相位差为90～180度，说明采集单元挂装与电场方向相反，则电流相位系数为-1，对上传的电流波形进行矫正。
当汇集单元收集三相采集单元上传的波形，通过利用离散傅里叶算法合成AB,BC电流相位差。
进一步地，根据相位差确认架空线相位实际情况进行相序调整。
本发明的有益效果是：
1.电流方向自适应，能够依托已有的故障指示器设备，解决现场线路情况复杂、施工人员无法分辨电流方向问题，降低对传统安装方式的要求，方便工人安装，无需了解电流实际方向，只要保证挂装时同向即可。
2.解决现场线路拓扑复杂，施工人员无法分辨线路相序问题，减少安装判断时间，只需要采集单元B相安装在中间架空线B上即可。
附图说明
图1为本发明基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法的暂态录波型故障指示器应用示意图。
图2为本发明基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法的相序自适应判断流程示意图
其中，1为采集单元A，2为采集单元B,3为采集单元C,4为架空线A，5为架空线B，6为架空线C，7是主机汇集单元，8为架空线电流方向。
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，故对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，暂态录波型故障指示器主机汇集单元先通过对三个采集单元从机组网，区分线路相序。汇集单元对采集单元组网后，会对采集单元进行对时，采集单元同步采集各架空线电流和电压数据，确保在任一时刻，三相采样的电流和电场数据是同步的。汇集单元可以通过无线方式发送录波命令，采集单元同时触发录波，并将矫正后的电流数据和电压数据发送到汇集单元，以下步骤可以由汇集单元或主站完成。
在现场架空线A、C无法确定，但B相架空线居中，极容易确定，故B相采集单元不会挂错。所以以B相电流为基准，分别计算A相与B相之间的相位差
Figure BDA0002671902990000031
和B相与C相之间的相位差
Figure BDA0002671902990000032
由公式6得:
Figure BDA0002671902990000033
Figure BDA0002671902990000034
Figure BDA0002671902990000035
汇集单元分别得到A,B,C三相相位
Figure BDA0002671902990000036
并计算相位差
Figure BDA0002671902990000037
得到相位差开始判断，由一般的在电力系统中电流相位可知：
1、
Figure BDA0002671902990000038
度且
Figure BDA0002671902990000039
则A相采集单元所在线路的相位为C相架空线，C相采集单元所在线路的相位为A相架空线；
2、
Figure BDA00026719029900000310
度且
Figure BDA00026719029900000311
则A相采集单元所在线路的相位为A相架空线，C相采集单元所在线路的相位为C相架空线；
但是在实际中不可能没有误差，考虑到三相同步误差等影响，允许数值在指定的范围里面波动。
最后，若AC相采集单元挂装错误，则波形数据需要调整A、C相序，将A、C相序反向。若AC相挂装无误，则不需要。
如图2所示，暂态录波型故障指示器的从机采集单元通过电压、电流互感器实时、同步采集电压和电流数据，计算电流与电压之间的相位差，从而得到的电流相位系数，判断是否挂反(极性相反)，如果挂反则重新校准电流方向。
采集单元同步采集各相电流和电压数据，假设由数据采集环节得到的电压、电流信号可表示为：
Figure BDA0002671902990000041
Figure BDA0002671902990000042
其中：T为电压和电流信号周期；Um,Im分别为电压电流的幅值；
Figure BDA0002671902990000043
为电压电流的初始相位；TS为采样间隔。
un的DFT为：
Figure BDA0002671902990000044
因为为同步采样，所以
NTS＝PT (4)
其中：N为采样频率；TS为采样间隔；P为电压和电流信号频率；T为电压和电流信号周期。
那么可以得到：
Figure BDA0002671902990000045
同理可得：
Figure BDA0002671902990000046
所以un,in的相位差为
Figure BDA0002671902990000047
得到电压电流相位差开始判断：
1)若
Figure BDA0002671902990000048
说明采集单元挂装与电场方向一致，则电流相位系数为1；
2)若
Figure BDA0002671902990000049
说明采集单元挂装与电场方向相反，则电流相位系数为-1；
最后，将得到的电流相位系数乘以对应的电流数据，就可以得到极性校正后的采集单元电流数据了。
以上实施例是对本发明的具体实施方式的说明，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变换和变化而得到相对应的等同的技术方案，因此所有等同的技术方案均应该归入本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1.一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法，用于对暂态录波型故障指示器进行相序判断，其特征在于，首先需要通过电流互感器和电压互感器得到架空线上三相采集单元电流电场同步录波数据，其中录波数据包含电流波形及电场波形，采集单元本地通过采集到的电流电场计算得到电流电场相位差，并判断是否超过阈值范围，当超出阈值范围则说明此相采集单元反相，进行极性的取反校准；汇集单元收集三相采集单元的电流电场同步录波数据，如果采集单元实际极性反向，则采集单元上传录波数据时将电流数据取反，对电流波形进行校正，保证汇集单元收到数据的极性正确；汇集单元分别计算AB,BC两相电流合成的相位差的超前滞后关系，判断是否在阈值范围以内，当和阈值范围不一致时则说明相位A、C两相挂反，否则相序正常，然后将A、C两相录波数据换相后上传主站以完成故障类型及故障位置的判断。
2.根据权利要求1所述的一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法，其特征在于，暂态录波型故障指示器采集单元电流电场同步录波，利用离散傅里叶算法合成电流电场相位差。
3.根据权利要求2所述的一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法，其特征在于，当采集单元计算的电流电场相位差为0～90度，说明采集单元挂装与电场方向一致，则电流相位系数为1，不对上传的电流波形进行矫正。
4.根据权利要求2所述的一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法，其特征在于，当采集单元计算的电流电场相位差为90～180度，说明采集单元挂装与电场方向相反，则电流相位系数为-1，对上传的电流波形进行矫正。
5.根据权利要求1所述的一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法，其特征在于，当汇集单元收集三相采集单元上传的波形，通过利用离散傅里叶算法合成AB,BC电流相位差；根据相位差确认架空线相位实际情况进行相序调整。
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