CN202975238U - 一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置，工频启动元件、工频采样单元、高速采样单元均与中央处理器相连接。工频启动元件用于提供工频启动信号；工频采样单元用于对工频零序电压故障分量进行采样，收到暂态行波启动信号时，将采样到的工频信息传输至高速采样单元和中央处理单元；否则，仅向中央处理单元传送采样到的工频信息；高速采样单元用于对每条线路上的暂态行波电流信号进行采样，收到工频启动信号时，根据工频零序电压故障分量和暂态行波电流信号对相应线路上的电流行波进行小波变换；中央处理单元，用于接收各个线路上的高速采样单元计算获得的结果，根据该结果查找故障线路；否则，根据工频信息查找故障线路。
Description
技术领域
本实用新型涉及小电流接地系统故障检测，特别涉及一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置。
背景技术
目前，国内外配电系统的中性点大多采用非有效接地方式，这样的配电系统习惯上被称为小电流接地系统。该系统最大的优点是发生单相接地故障时，并不破坏系统线电压的对称性，系统可继续运行1h~2h，运行人员务必在规定时间内判定出故障线路使之与系统隔离，以防止故障的进一步扩大。
但小电流接地系统中的接地故障如果长时间存在，故障电弧可能烧坏故障点，引起短路故障，造成事故扩大。对于电缆网络，尤其如此。由于非故障线路对地电压升高了√3倍（稳态），如果伴随有电弧现象则可能使非故障线路的最高暂态电压达到相电压的3倍左右，增加了对线路绝缘性能的要求，容易发生非故障相对地闪络；特别在接地故障时又发生另外一点故障，容易造成两相接地短路，这就严重威胁到系统安全运行。因此应及时找到故障线路予以切除，避免进一步故障造成的更大的危害，增加供电的可靠性，是十分必要并有现实意义的。
目前，对于小电流接地系统故障行波检测来说，中性点非有效接地系统接地选线总结起来主要包括：拉路法和注入信号法。
拉路法：当发生接地时，运行人员通过逐条线路拉合闸的办法寻找接地电路。该方法是一种古老的人工方法，但目前的实际运行中仍常被采用。拉路法由于无选择性拉闸，必然造成电流、电压冲击，缩短了断路器的使用寿命，增加了对线路绝缘性能的要求，容易使故障加剧，进而损坏电力设备，破坏系统安全运行，此外还造成非故障线的计划外停电，降低了供电可靠性。
注入信号法：利用单相接地时原边被短接、暂时处于不工作状态的故障相PT向接地线路注入一个特定的电流信号（不同于故障时线路中已有的信号特征），由于注入的信号会沿着接地线路经接地点注入大地，用信号寻迹原理即可实现选线。注入信号法的注入信号强弱受PT或消弧线圈容量限制，当注入信号功率不够大时，高压侧所测到的信号较弱， 难以准确选线；接地电阻较大时，线路上分布电容会对注入的信号分流，给选线和定点带来干扰；如果接地点存在电弧现象，注入的信号在线路中将不连续且会破坏信号特征，无论是电缆线路、架空线路在定点时线路中的信号都不易被识别。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对上述问题，提出一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置，使得快速选出故障线路。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置，包括：工频启动元件、工频采样单元、高速采样单元和中央处理单元。
所述工频启动元件，与所述中央处理单元相连接，用于提供工频启动信号；
所述工频采样单元，与所述中央处理单元相连接，用于收到工频启动信号时对工频零序电压故障分量进行采样，收到暂态行波启动信号时，将采样到的工频信息传输至高速采样单元和中央处理单元；否则，仅向中央处理单元传送采样到的工频零序电压故障分量；
所述高速采样单元，与所述中央处理单元相连接，用于对每条线路上的暂态行波电流信号进行采样，收到工频启动信号时，则故障发生，根据工频零序电压故障分量和暂态行波电流信号对相应线路上的电流行波进行小波变换，并传至中央处理单元；
所述中央处理单元，用于接收各个线路上的高速采样单元计算获得的结果，根据该结果查找故障线路；否则，根据稳态故障分量查找故障线路。
可选地，在本实用新型一实施例中，还包括与所述中央处理单元相连接的故障显示单元。
可选地，在本实用新型一实施例中，所述中央处理单元为通用处理器。
可选地，在本实用新型一实施例中，所述高速采样单元为数字信号处理器，或专用集成电路ASIC，或现场可编程门阵列FPGA。
可选地，在本实用新型一实施例中，所述工频采样单元为数字信号处理器，或专用集成电路ASIC，或现场可编程门阵列FPGA。
可选地，在本实用新型一实施例中，所述故障显示单元包括液晶显示屏、指示灯和蜂鸣器。
上述技术方案具有如下有益效果：该装置基于小波变换来获取行波信号的幅值和极性特性，利用故障线路和非故障线路行波幅值和极性的差别，形成查找故障线路的判据，该装置在方便找到故障线路的基础上，提高准确性和速度。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。
图1为本实用新型基于小电流接地系统故障暂态行波检测原理示意图；
图2为本实用新型提出的一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置结构框图之一；
图3为本实用新型提出的一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置中高速采样单元结构示意图；
图4为本实用新型提出的一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置结构框图之二；
图5为本实用新型提出的一种小电流接地系统故障暂态行波检测方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
为提高找出故障线路的准确率和速度，本实用新型提出一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置。该装置利用小波变换具有频域和时域同时变换的特点，能够检测到信号的奇异性，用小波变换对暂态行波进行处理，可以得到行波信号的幅值和极性特性。利用故障线路和非故障线路行波幅值和极性的差别，形成查找故障线路的判据，可以方便找到故障线路，提高准确性和速度，为配网故障查找提出新的思路和出发点。
在配电线路中，当线路某点发生单相短路，则该故障点的电压为零。根据叠加原理，故障状态等效于在故障点增加了两个大小相等方向相反的电压源，其电源电压的数值等于故障前该点的电压值。故障后的线路可视为非故障状态线路和故障附加状态线路的迭加，其中，非故障状态线路就是故障前正常运行的线路，故障附加线路只在故障发生后才出现。作用于故障附加线路的电源就是故障前该点电压数值相等、方向相反的等效电源，在该电源的作用下，故障附加电路中只包含故障分量的电压和电流。当把故障后的电路分解成正常运行的状态电路和故障附加状态电路后，对故障后电路的分析可视为对故障附加电路的分析；对故障后电压电流的变化的研究转化为对故障分量电压电流的研究。
如图1所示，为本实用新型基于小电流接地系统故障暂态行波检测原理示意图。从图1可知，故障发生时，在故障附加电路的故障点处突然施加一个电压源，在该电压源的作用下，故障点将产生向母线运动的暂态行波，在节点处发生反射和折射，通过对暂态行波特性的分析，可利用这一特性来设计查找故障线路的方案。
利用暂态行波的选线判据，来自于故障点的电流行波经过故障线路运动到变电站母线，在母线处将发生折反射。由于配电网母线上一般接有许多进出线路，所以，行波反射非常强烈。其中，故障线路上的行波最强：它是来自于故障点的初始反向行波和反射后改变了方向的前行波的和。而其它线路上的行波是来自于故障点和故障线路上的行波折射分量，而且仅有这一个分量。所以，数值很小，极性和故障线路相反。
根据这个特征，记录每回线路的电流行波，其中数值最大、极性和其它线路电流行波极性相反者，就是故障线路。在实际三相线路中，各线路的相电流应当和对应线路的相电流进行比较。
基于上述利用电流行波的小电流接地系统故障选线判据可以表述为：
①故障线路上所出现的初始暂态电流行波数值最大，其它非接地线路的暂态行波电流数值很小；
②故障线路电流行波的极性和非故障线路相反；
③非故障线路的电流行波极性相同。
具体的选线原理是：首先用零序电压来判断故障是否发生，故障发生后，利用故障线路和非故障线路电流行波的幅值和极性的差异，选出故障线路。
特别需要说明的是，电流行波是一个突变的信号，为了度量和检测它必须使用合适的数学方法。小波变换具有时频局部化特性，适合于暂态突变信号的分析和检测。选择二进小波变换、并选择二次中心函数的导函数作为小波函数对各相的初始电流行波进行小波变换，求取它们的小波变换模极大值，再根据这个模极大值选择故障线，选线判据可表述如下：
故障线路初始电流行波的小波变换模极大值幅值最大，极性和非故障线路的初始电流行波的小波变换模极大值相反；所有非故障线路的初始电流行波的小波变换模极大值极性相同。
基于上述工作原理，本实用新型提出一种装置，如图2所示，为本实用新型提出的一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置结构框图之一。包括：高速采样单元203、工频采样单元204、工频启动元件201和中央处理单元202；其中，工频启动元件201与高速 采样单元203、相连接，高速采样单元203、工频采样单元204均与中央处理单元202相连接。如图3所示，为本实用新型提出的一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置中高速采样单元203结构示意图。所述高速采样单元包括N个高速采样器，N为小电流接地系统中线路条数。
如图4所示，为本实用新型提出的一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置结构框图之二。在图2所示的装置基础上，增加了与中央处理单元202相连接的故障显示单元205。
在硬件实现方面，中央处理单元202优选通用处理器；高速采样单元203和工频采样单元204均可选数字信号处理器、专用集成电路ASIC、或现场可编程门阵列FPGA实现；故障显示单元205包括液晶显示屏、指示灯和蜂鸣器。
如图5所示，为本实用新型提出的一种小电流接地系统故障暂态行波检测方法流程图。该方法包括：
步骤501：提供工频启动信号；
步骤502：收到工频启动信号时对工频零序电压故障分量进行采样，收到暂态行波启动信号时，将采样到的工频信息传输至高速采样单元和中央处理单元；否则，仅向中央处理单元传送采样到的工频零序电压故障分量；
步骤503：对每条线路上的暂态行波电流信号进行采样，收到工频启动信号时，则故障发生，根据工频零序电压故障分量和暂态行波电流信号对相应线路上的电流行波进行小波变换，并传至中央处理单元；
步骤504：接收各个线路上的高速采样单元计算获得的结果，根据该结果查找故障线路；否则，根据稳态故障分量查找故障线路。
本实用新型实施例基于小电流接地系统故障暂态行波检测方法探讨小电流接地系统故障暂态行波检测装置方案。正常运行时，高速采样单元203连续地对暂态行波电流信号进行采样，将采样数据存放在采样缓存区。如没有暂态行波启动信号，采样数据在采样缓存区循环存放，后批数据自动覆盖前批数据；如有暂态行波启动信号，高速采样单元203自动将存放着的暂态行波采样数据转存到故障缓冲区，然后等待工频启动信号。如设定时间内没有收到工频启动信号，则放弃本次记录数据，认为是干扰信号；如设定时间内收到工频启动信号，则认为接地发生，对电流暂态行波进行小波变换，计算模极大值，并主动将初始数据的模极大值上传给中央处理单元202。
正常运行时，工频采样单元204连续地对工频零序电压故障分量进行采样，根据工频启动元件201判断工频启动，如果工频启动元件201启动时，收到暂态行波启动信号，工 频采样单元204将工频信息传送给高速采样单元203和中央处理单元202，指示单相接地发生，如未收到暂态行波启动信号，只向中央处理单元202传送工频电流故障分量数据。
中央处理单元202在收到工频启动信号后，如果有收到暂态行波启动信号，就等待高速采样单元203中各个高速采样器计算出的模极大值信息，接到所有线路的模极大值后，启动选线判据；如没有收到行波启动信号，启动稳态故障分量选线方案。通过故障显示单元205中的液晶显示屏、指示灯和蜂鸣器的指示接地信息来报警，并形成故障报告，根据需要决定是否将接地信息上传控制中心。完成选线后中央处理单元202向工频采样单元204请求工频采样数据和高速采样单元203请求电流暂态行波采样数据。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种小电流接地系统故障暂态行波检测装置，其特征在于，包括：工频启动元件、工频采样单元、高速采样单元和中央处理单元；
所述工频启动元件，与所述中央处理单元相连接，用于提供工频启动信号；
所述工频采样单元，与所述中央处理单元相连接，用于收到工频启动信号时对工频零序电压故障分量进行采样，收到暂态行波启动信号时，将采样到的工频信息传输至高速采样单元和中央处理单元；否则，仅向中央处理单元传送采样到的工频零序电压故障分量；
所述高速采样单元，与所述中央处理单元相连接，用于对每条线路上的暂态行波电流信号进行采样，收到工频启动信号时，则故障发生，根据工频零序电压故障分量和暂态行波电流信号对相应线路上的电流行波进行小波变换，并传至中央处理单元；
所述中央处理单元，用于接收各个线路上的高速采样单元计算获得的结果，根据该结果查找故障线路；否则，根据稳态故障分量查找故障线路。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括与所述中央处理单元相连接的故障显示单元。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述中央处理单元为通用处理器。
4.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述高速采样单元为数字信号处理器，或专用集成电路ASIC，或现场可编程门阵列FPGA。
5.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述工频采样单元为数字信号处理器，或专用集成电路ASIC，或现场可编程门阵列FPGA。
6.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述故障显示单元包括液晶显示屏、指示灯和蜂鸣器。
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