CN202676854U - 模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统，包含多路零序电流CT信号模块、多路零序电压PT信号模块、数据采集模块、信号调理模块、A/D转换模块、复位电源模块、数据存储器RAM模块、CPU、键盘和打印机；所述多路零序电流CT信号模块、多路零序电压PT信号模块都连接到数据采集模块上，所述数据采集模块、信号调理模块、A/D转换模块顺次连接，所述CPU与A/D转换模块、复位电源模块、数据存储器RAM模块、键盘和打印机都能进行双向通信。本实用新型弥补了单一选线判据的不足，可以有效地消除干扰，且综合判据适应各种情况下的单相接地故障，不受系统中性点接地方式、出线路数、运行方式及接地位置的影响，提高故障选线的可靠性。

Description

模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统

技术领域

本实用新型涉及一种故障选线系统，尤其涉及一种模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统。

背景技术

目前,我国配电网多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地方式，因为当发生接地故障时,流过的接地电流一般很小,所以称其为小电流接地系统,可分为中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。我国电力规程规定，小电流接地系统可允许带单相接地故障继续运行1-2小时，但是这就容易使故障持续存在并扩大，可能会对输变电设备和用户造成很多危害，如：金属性接地引起的单相过电压可能烧毁母线的电压互感器；间歇性弧光接地产生的过电压可能击穿线路绝缘子，引发相间短路；短路点入地电流可能造成人身伤害事故；以及高压电网对通信线路的电磁干扰等等。因此实际运行中应该尽量在保证不间断供电的情况下迅速找到故障位置并排除故障。

为此，人们针对这个问题做了大量的研究与探索,并提出了基于不同方面故障特征的多种原理的选线方案,现有的自动选线方法有：稳态零序电流幅值比较法、稳态零序电流相位比较法、群体比幅比相方法、有功分量法、五次谐波分量法、首半波法、信号注入法、小波算法、突变量选线方法及其它各种选线方法。以上各个方案均具有一定的可行性,并且研制的相应装置在电力系统中发挥相应作用，然而由于配电网小电流接地系统复杂，零序阻抗大，受故障接地过渡电阻的影响故障电流小，故障线路与非故障线路的区别不明显；以及由于受各种干扰因素的影响，故障选线装置测量到的故障特征量具有很大的模糊性和不确定性，所以它们都存在着各自的使用局限性和动作死区，即基于任何一种原理的单相接地故障单一选线方法,都有其各自的针对性,在某些情况下有效,在另外的情况下就可能失效。而且从实际运行的使用情况来看,这些方法的选线效果并不是十分理想,普遍存在着误选、漏选的情况。

实用新型内容

本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统，它弥补了单一选线判据的不足，可以有效地消除干扰等因素的影响，且综合判据适应各种情况下的单相接地故障，不受系统中性点接地方式、出线路数、运行方式及接地位置的影响，有效地提高了选线结果正确判断的概率，从而提高故障选线的可靠性。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统，包含多路零序电流CT信号模块、多路零序电压PT信号模块、数据采集模块、信号调理模块、A/D转换模块、复位电源模块、数据存储器RAM模块、CPU、键盘和打印机；所述多路零序电流CT信号模块、多路零序电压PT信号模块都连接到数据采集模块上，所述数据采集模块都连接到信号调理模块上，所述信号调理模块连接到A/D转换模块上，所述CPU与A/D转换模块、复位电源模块、数据存储器RAM模块、键盘和打印机都能进行双向通信。

所述数据采集模块负责采集多路零序电流CT信号和多路零序电压PT信号。

所述信号调理模块对不同状态下零序电流和电压的输入信号进行处理，对输入零序电流通过CT隔离变换为装置可以处理的小信号，而对于PT信号进行采样保持，通过一系列的判据，完成特征量的分析以及选线逻辑判断，选出接地故障线路。

所述CPU将选出的故障信息保存到存储器RAM的相应的单元。

所述数据存储器RAM模块用于实现CPU中数据的存储。

一种用于模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统的选线方法，其具体工作步骤可以分为以下几步：

步骤一：数据采样；

步骤二：判断是中性点不接地方式还是中性点经消弧线圈接地方式；如果是中性点不接地方式就进入步骤三；如果是中性点经消弧线圈接地方式就进入步骤四；

步骤三：依据中性点不接地系统的基波零序电流群体比幅判据、无功功率分量判据、暂态分量判据、能量函数判据这四种判据建立模糊模型，设定隶属度函数及其有效区间；

步骤四：依据中性点经消弧线圈接地的五次谐波零序电流群体比幅判据、有功功率分量判据、暂态分量判据、能量函数判据建立模糊模型，设定隶属度函数及其有效区间；

步骤五：计算各判据隶属度计算；

步骤六：模糊理论综合；

步骤七：判断采样计数器满否，如果已满就进入步骤八；如果未满就返回步骤一；

步骤八：最终选线结果。

所述步骤三中的中性点不接地系统的基波零序电流群体比幅判据和无功功率分量判据，前者把接于同一电压母线的所有线路视为一个群体，当故障发生时，该群体中所有线路同时参与零序电流幅值相对比较，感受最大幅值即判定为故障线路。其优点是采用相对幅值比较，避免了绝对值整定等不确定因素，选线精度较高，但对于出线长度及负荷相差悬殊的系统有可能出现误判。而后者由于当接地故障发生时，故障线路零序电流滞后零序电压为90度，非故障线路零序电流超前零序电压90度，因此故障线路无功功率方向与非故障线路相反，因此设判据为无功功率Q＞0的出线则为故障线路。但是由于无功功率方向原理相当于进行相位比较，当某条出线零序电流过小时可能出现时针效应而造成误判。

所述步骤四中的中性点经消弧线圈接地的五次谐波零序电流群体比幅判据和有功功率分量判据，当发生单相接地故障时，故障电流中存在一定量的谐波信号，其中以五次谐波为主，由于消弧线圈对五次谐波的补偿作用仅相当于工频时很小，故可以忽略消弧线圈的作用，因此针对中性点不接地系统的基波零序电流中的群体比幅判据对零序五次谐波电流依然有效。但是该判据的弊端是五次谐波含量较小，且易受负荷及其他谐波源干扰。经消弧线圈接地系统多加装限压电阻，当发生接地故障后，限压电阻被短接之前，非故障线路不与消弧线圈构成低阻抗回路，故其零序电流为本身接地电容电流，而故障线路经接地点与消弧线圈构成回路，其零序电流为所有非故障线路电容电流与线圈电阻支路电流之向量和，且故障线路的有功电流远大于非故障线路的，因此通过检测各出线有功功率即可选出故障线路。

所述步骤三、四中的暂态分量判据，在接地故障发生瞬间，系统存在着剧烈的暂态过程，故障线路分布电容和分布电感具有衰减振荡特性，接地电流的暂态分量等于电容电流和电感电流的暂态自由振荡分量之和，且在相电压接近最大值瞬间，故障线路中接地电感电流极小，电容电流达到最大值，无论是中性点接地系统还是中性点经消弧线圈接地系统，该暂态过程是相似的，因此根据故障线路暂态零序电流首半波幅值远大于非故障线路且极性相反，能够实现选线。该判据不受是否经消弧线圈接地的影响，对弧光暂态接地故障尤为适用，但是对发生在相电压过零附近的故障则失去选择性。

所述步骤三、四中的能量函数判据，从能量的观点来看，当故障发生时，等效于t=0时刻在其零序网络突然加上一个假想电源,此时故障分量系统中各元件上所消耗和吸收的能量都由该假想电源提供。由于故障分量网络是无源网络，所以只能从等效电源吸收能量，考虑电流的参考方向，非故障线路的能量函数总是大于零，故障线路的能量函数小于零。

本实用新型的有益效果：

1本文所提出的基于模糊理论的多判据综合决策的单相接地系统选线方法，其优越性在于充分利用了模糊数学工具和模糊综合决策理论，应用了常见的几种选线判据的综合并考虑了其隶属度和有效区间，然后进行模糊综合评判，最终得到较为可信的判断结果。

2此方法弥补了单一选线判据的不足，可以有效地消除干扰等因素的影响，且综合判据适应各种情况下的单相接地故障，不受系统中性点接地方式、出线路数、运行方式及接地位置的影响，有效地提高了选线结果正确判断的概率，从而提高故障选线的可靠性。

附图说明

图1为本实用新型的选线系统硬件框图；

图2为本实用新型的选线过程流程图；

其中，1、多路零序电流CT信号模块，2、多路零序电压PT信号模块，3、数据采集模块，4、信号调理模块，5、A/D转换模块，6、复位电源模块，7、CPU，8、数据存储器RAM模块，9、键盘和打印机。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，该装置采用高速多通道数据采集系统。装置的输入信号有小电流接地系统的母线零序电压（PT）和各线路的零序电流（CT）。信号经前端调理，到达数据采集系统转换部分，充分利用各芯片的优点，实现对信号的高速采集与存储，对不同状态下零序电流和电压的输入信号进行处理，通过一系列的判据，完成特征量的分析以及选线逻辑判断，选出接地故障线路，同时CPU将选出的故障信息保存到存储器RAM的相应的单元，单片机根据用户的选择可以将RAM里的各种信息显示到显示器上或者打印出来。装置包括数据采集与分析板、RAM、人机交互板。它们共同实现根据A/D采样值进行故障启动判断、数据存储、进行数据处理、人机交互、与监控系统通信等功能。

如图2所示，此选线方法充分利用单相接地故障引起的不同电气特征,选取相对较完善的几种不同判据，对故障信息进行有机融合,设置其隶属度函数及有效区间，确定其判线的可信程度。当故障发生时，同时启动以上判据进行选线，求出其相应的隶属度，并由分解定理求得对隶属度集合的截集；再根据系统的预先设定参数及重要的实时数据对隶属度集合中的元素进行模糊综合判决，从而输出得到最终的故障选线结果。选线装置具有显示输出及报警功能等,可以区分出接地故障、PT一次断线以及铁磁谐振，并能自动跟踪并消除谐振。提出的综合判据将采用能分别适用于中性点不接地系统及中性点经消弧线圈接地系统，将两种中性点接地方式应用中较为成熟的各选线方法进行分析。

对于中性点不接地系统的基波零序电流群体比幅判据和无功功率分量判据，前者把接于同一电压母线的所有线路视为一个群体，当故障发生时，该群体中所有线路同时参与零序电流幅值相对比较，感受最大幅值即判定为故障线路。其优点是采用相对幅值比较，避免了绝对值整定等不确定因素，选线精度较高，但对于出线长度及负荷相差悬殊的系统有可能出现误判。而后者由于当接地故障发生时，故障线路零序电流滞后零序电压为90度，非故障线路零序电流超前零序电压90度，因此故障线路无功功率方向与非故障线路相反，因此设判据为无功功率Q＞0的出线则为故障线路。但是由于无功功率方向原理相当于进行相位比较，当某条出线零序电流过小时可能出现时针效应而造成误判。

对于中性点经消弧线圈接地的五次谐波零序电流群体比幅判据和有功功率分量判据，当发生单相接地故障时，故障电流中存在一定量的谐波信号，其中以五次谐波为主，由于消弧线圈对五次谐波的补偿作用仅相当于工频时很小，故可以忽略消弧线圈的作用，因此针对中性点不接地系统的基波零序电流中的群体比幅判据对零序五次谐波电流依然有效。但是该判据的弊端是五次谐波含量较小，且易受负荷及其他谐波源干扰。经消弧线圈接地系统多加装限压电阻，当发生接地故障后，限压电阻被短接之前，非故障线路不与消弧线圈构成低阻抗回路，故其零序电流为本身接地电容电流，而故障线路经接地点与消弧线圈构成回路，其零序电流为所有非故障线路电容电流与线圈电阻支路电流之向量和，且故障线路的有功电流远大于非故障线路的，因此通过检测各出线有功功率即可选出故障线路。

对于暂态分量判据，在接地故障发生瞬间，系统存在着剧烈的暂态过程，故障线路分布电容和分布电感具有衰减振荡特性，接地电流的暂态分量等于电容电流和电感电流的暂态自由振荡分量之和，且在相电压接近最大值瞬间，故障线路中接地电感电流极小，电容电流达到最大值，无论是中性点接地系统还是中性点经消弧线圈接地系统，该暂态过程是相似的，因此根据故障线路暂态零序电流首半波幅值远大于非故障线路且极性相反，能够实现选线。该判据不受是否经消弧线圈接地的影响，对弧光暂态接地故障尤为适用，但是对发生在相电压过零附近的故障则失去选择性。

对于能量函数判据，从能量的观点来看，当故障发生时，等效于t=0时刻在其零序网络突然加上一个假想电源,此时故障分量系统中各元件上所消耗和吸收的能量都由该假想电源提供。由于故障分量网络是无源网络，所以只能从等效电源吸收能量，考虑电流的参考方向，非故障线路的能量函数总是大于零，故障线路的能量函数小于零。

由以上判据分析建立各模糊模型并设定其隶属度函数及其有效区间，最终对所有判据的数值属性进行融合，得出一个综合选线结果。应该指出，以上几种常用选线判据的模糊模型的隶属度函数的确定并不是绝对规定的，在应用中根据各种情况可以进行调整。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统，其特征是，包含多路零序电流CT信号模块、多路零序电压PT信号模块、数据采集模块、信号调理模块、A/D转换模块、复位电源模块、数据存储器RAM模块、CPU、键盘和打印机；所述多路零序电流CT信号模块、多路零序电压PT信号模块都连接到数据采集模块上，所述数据采集模块都连接到信号调理模块上，所述信号调理模块连接到A/D转换模块上，所述CPU与A/D转换模块、复位电源模块、数据存储器RAM模块、键盘和打印机都能进行双向通信。

2.如权利要求1所述的一种模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统，其特征是，所述数据采集模块负责采集多路零序电流CT信号和多路零序电压PT信号。

3.如权利要求1所述的一种模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统，其特征是，所述信号调理模块对不同状态下零序电流和电压的输入信号进行处理，对输入零序电流通过CT隔离变换为装置处理的小信号，而对于PT信号进行采样保持，通过一系列的判据，完成特征量的分析以及选线逻辑判断，选出接地故障线路。

4.如权利要求1所述的一种模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统，其特征是，所述CPU将选出的故障信息保存到存储器RAM的相应的单元。

5.如权利要求1所述的一种模糊综合决策配电网单相接地故障选线系统，其特征是，所述数据存储器RAM模块用于实现CPU中数据的存储。

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