TW201518742A - 智慧型饋線故障偵測系統及其方法 - Google Patents

Abstract

一種智慧型饋線故障偵測系統，包含：四組電流偵測器係配置於一FTU中分別用於偵測一饋線電路的三相及零(N)相電路中的電流；四個數位信號處理電路，係用於接收該電流偵測器的電流信號後，對各相的電流計算每一周期的均方根值；一微處理器，接收來自該四組數位信號處理電路的信號，該微處理器將所接收的各相所測得的每一周期的電流均方根值與饋線資訊末端設備FTU(參考電驛)設定之始動電流比較，如果在三個循環的時間，該相的電流均方根值大於該電驛設定之始動電流的一設定範圍，且最終電流值為零，則表是一定有事故跳脫而產生故障旗號；並將處故障旗號傳送到控制中心供控制中心作為判斷饋線事故區段之依據；所以控制中心可以了解在相關的電流自動化開關該電驛處，那一個區段及相別相發生故障，以利迅速自動排除故障點及恢復其它非故障區間之正常供電。

Description

智慧型饋線故障偵測系統及其方法

本發明係有關於饋線故障偵測，尤其是一種智慧型饋線故障偵測系統及其方法。

一般的饋電線路係由一電源經由饋電線路將電能傳送到下游的負載端，其間經過數個自動化開關。在電源與饋電線路的連結點安裝電驛，以做為事故保護開關設備之用，在饋電線路中於各個自動化開關處配置有饋線資訊末端設備(即FTU)。各FTU經過電壓感測器量測到自動化開關上之電壓、電流及透過比壓器、比流器量測到三相電流和N相電流。每個FTU連結到控制中心，以將所偵測之自動化開關處的電壓及電流狀況傳送到控制中心，以令控制中心判斷整體線路的饋電狀況，在故障發生時即時得知故障點以進行檢修作業。

饋線自動化系統中之最重要之功能為故障偵測隔離及轉供恢復(Fault Detection Isolation Restoration，FDIR)該饋線資訊末端設備必需產生及記錄正確無誤之故障旗號，以提供控制中心啟動FDIR作為判斷饋線事故區段之依據。

習知之饋線自動化系統中之饋線資訊末端設備之故障旗標產生方法為採用電流均方根值。FTU在線路過電流截時，對於三相電路取數組電流值及時間值(ABC三相設定值皆相 同)、同時對於接地過電流截取另外的數組電流值及時間值。這些數值與原先所儲存且經模擬而成之過電流、接地過電流保護電驛之「電流-時間特性曲線」做比較。當持續計算所得之電流均方根值均大於FTU所設定模擬「電流-時間特性曲線」之電流值，且持續時間亦超過FTU所設定模擬「電流-時間特性曲線」之時間值(上述FTU之電流值及時間值，須可遙控設定)，則產生該線路之故障旗號。

下文中茲舉有關偵測故障電流並產生故障旗號功能之一例作為說明。目前規範採用電流型故障旗標判斷(無加入電壓判斷因素)：階梯型 電流-時間(4點或8點)故障旗標判斷

- Ia Ib Ic 電流-時間 故障電流判斷與設定

- In 電流-時間 故障電流判斷與設定

- 提供CO及LCO TOC曲線各8組參數設定I1/T1、I2/T2、I3/T3、I4/T4、I5/T5、I6/T6、I7/T7、I8/T8；目前FTU出廠設定值設定為4組(I1/T1、I3/T3、I5/T5、I7/T7)，其值如下

但實際上應用可設定8組，且此設定值須配合各饋線的TAP設定值而有所不同並可從控制中心執行曲線下載功能，來隨時更新FTU內的參數。

目前FTU的參數設定第一組一定要設定，至於其它組設定的組別位置可任意設定。唯一要注意的就是後面組別的電流值一定要大於前面，而時間要相反，須後面組別的值一定要 小於前面。

唯此一習知技術所使用的方法，存在缺點為針對此電流-時間特性曲線需依不同饋線設定不同「電流-時間特性曲線」，常因設定不正確(未依該饋線電驛設定值參考)，且因各自動化開關處的負載狀況不同而致同一饋線上之FTU有的不會產生故故障旗標而導致系統之FDIR無法判斷正確之故障位置。

發明人針對上述習知技術中的問題提出一項解決的方案。其中饋線自動化中饋線資訊末端設備之故障旗標產生之設計概念為一簡單設定且不容易產生誤訊號之設計.亦即當饋線有跳脫時，(饋線線路一定會有無載情形即)電流會歸零，此時故障偵測器才判定有事故跳脫才產生故障旗號，否則則認定為干擾誤訊號不舉旗標。

為解決上述習知技術中所遭遇的問題，本案特提出一種智慧型饋線故障偵測系統及其方法，其中比較用的參考值為電驛設定之始動電流，此一數值相當穩定，所以此一方法不會受線路的變動而有誤判斷的情事。依此產生正確之故障旗號，供控制中心作為判斷饋線事故區段之依據。所以控制中心可以了解在該相關自動化開關處，那一區段及相別發生故障。本案所使用的方法相當的簡易，其準確性高，且可以即時提供故障信號與控制中心，實非上述習知技術可以比擬著。

為達到上述的目的，本案提出一種智慧型饋線故障偵測 系統，係使用在一饋線電路中，該系統包含：四組電流偵測器係配置於一FTU中分別用於偵測一饋線電路的三相及零相電路中的電流；數個數位信號處理單元，每一數位信號處理單元分別連接對應的電流偵測器，係用於接收該電流偵測器的電流信號後，對各相的電流計算每一周期的均方根值；一微處理器，接收來自該四組數位信號處理電路的信號，即各相的電流之每一周期的均方根值；其中該微處理器中包含邏輯處理單元，該邏輯處理單元包含故障判斷邏輯；該微處理器將所接收的各相所測得的每一周期的電流均方根值與FTU(參考電驛)設定之始動電流比較，如果在預設的數個循環的時間，該相的電流均方根值大於該電驛設定之始動電流的一設定範圍，且最終電流值為零，則表示一定有事故跳脫而產生故障旗號；並將處故障旗號傳送到控制中心供控制中心作為判斷饋線事故區段之依據；所以控制中心可以了解在該該相關自動化開關處，那一區段及相別發生故障。

另外本案依據上述系統架構出一種智慧型饋線故障偵測方法，該方法包含步驟為：在一FTU處應用四組電流偵測器分別用於偵測一饋線電路的三相及零相電路中的電流；由四個數位信號處理電路接收該電流偵測器的電流信號後，對各相的電流計算每一周期的均方根值；由一微處理器接收來自該四組數位信號處理電路的信號，即各相的電流之每一周期的均方根值；該微處理器將所接收的各相所測得的每一周期的電流均方根值與FTU(參考電驛)設定之始動電流比較；如果在設定之數個循環的時間，該相的電流均方根值大於該FTU(參考電驛)設定之始動電流的一設定範圍，且最終電流值低於一設定的極低電流，以致可視為電源並沒有提供電力予饋電線路時，則表是一定有事故跳脫而才產生故障旗號；以 及將故障旗號傳送到控制中心；供控制中心作為判斷饋線事故區段之依據；所以控制中心可以了解在該相關自動化開關處，那一個區段及相發生故障。

1‧‧‧電源

2‧‧‧自動化開關

3‧‧‧電驛

10‧‧‧FTU

100‧‧‧編號

20‧‧‧電流偵測器

30‧‧‧數位信號處理電路

40‧‧‧微處理器

45‧‧‧邏輯處理單元

46‧‧‧數位信號處理單元

50‧‧‧控制中心

60‧‧‧記憶體

70‧‧‧顯示單元

圖一的示意圖顯示一饋線電路。

圖二示本案之智慧型饋線故障偵測系統之元件方塊及其連結。

圖三示故障跳脫狀況下之故障節點處之電流及時間周期的關係圖。

圖四示投入失敗狀況下之故障節點處之電流及時間周期的關係圖。

圖五示本案之智慧型饋線故障偵測方法的流程圖。

圖六示本案之智慧型饋線故障偵測系統之另一型式的元件方塊及其連結關係。

圖七示本案之智慧型饋線故障偵測系統之信號傳送方式。

茲謹就本案的結構組成，及所能產生的功效與優點，配合圖式，舉本案之一較佳實施例詳細說明如下。

請參考圖一，本發明之智慧型饋線故障偵測系統係使用在一饋線電路中，其中該饋線電路包含一電源1，經由饋電線路將電能傳送到下游的負載端，其間經過數個自動化開關 2。在電源與饋電線路的連結點安裝電驛3(可為CO或LCO)，以做為跳脫饋線之用。在各個自動化開關2處配置有饋線資訊末端設備10(即為FTU 10)。各饋電線路包含相位相差120度的三相線路及一N(neutral)相電路(圖中沒有顯示)。各FTU經過電壓感測器(圖中沒有顯示)量測到自動化開關上之電壓、電流及透過比壓器、比流器量測到三相電流和N相電流。每個FTU 10連結到控制中心50，以將所偵測之自動化開關2處的電壓及電流狀況傳送到控制中心50，以令控制中心50判斷整體線路的饋電狀況，在故障發生時即時得知故障點以進行檢修作業。本案所適用的系統為單電源系統，也就是在一饋電線路中只有一電源，如圖一所示，在該圖中雖有兩電源，惟如圖七中的編號100所指示者，此兩電源所對應的饋電線路並沒有連結。

請參考圖二，其中顯示本案之裝置的方塊圖及各元件之間的連結。

在本案中，於每一FTU 10中配置有： 四組電流偵測器20分別用於偵測一饋線電路的三相及零相電路中的電流。

四個數位信號處理電路30，每一數位信號處理電路30分別連接對應的電流偵測器20，係用於接收該電流偵測器20的電流信號後，對各相的電流計算每一周期的均方根值。

一微處理器40，接收來自該四組數位信號處理電路30的信號，即各相的電流之每一周期的均方根值。其中該微處理器40中包含邏輯處理單元45，其包含本案中故障之判斷邏輯。該微處理器40將所接收的各相所測得的每一周期的電流均方根值與FTU 10設定之始動電流比較。如果在預設的數 個循環的時間(較佳者為基本最快跳脫時間(3Cycle)50ms)，該相的電流均方根值大於該FTU 10設定之始動電流的一設定範圍，且在另一預設的循環數後，該電流值低於一設定的極低電流(相對於正常通電的電流，如3安培之感應值)，以致可視為系統並沒有提供電力予饋電系統時，則表示一定有事故跳脫而產生故障旗號。並將故障旗號傳送到控制中心50。供控制中心50作為判斷饋線事故區段之依據。所以控制中心50可以了解在該相關線路開關2處，那一個區段及相別發生故障。

如果沒有符合上述條件的情況，則微處理器40檢查當各相電流值超過CO/LCO的第一組設定值，且連續超出一預定的時間(如20秒以上)時，則將重新再判斷檢查系統電力是否符合上述要件。

如圖七所示，在實際的系統中，信號可經由電力網路的光纖到變電所的FRTU(變電所)後再傳送到控制中心，或者是經由GPRS以無線的方式傳送到FRTU(變電所)後再傳送到控制中心。

請參考圖六，在本案中該四個數位信號處理電路30也與該微處理器40形成一體的結構，即在微處理器40中架構一數位信號處理單元46，該四組電流偵測器20所量測的信號值可以直接送到該微處理器40中，數位信號處理單元46對各相的電流計算每一周期的均方根值。然後該微處理器40再進行接續的運算。

一記憶體60其連結該微處理器40，係用於儲存本案中所需要的運算程式，並記憶各相所得到的電流及其周期均方根值，這些數值以對應於時間的方式被儲存起來，以供控制 中心50存取起做為往後的數據分析之用。

其中事故可分為故障跳脫與投入失敗兩種。請參考圖三，故障跳脫係指如果先前饋線在饋電中，有饋線發生短路故障，將使得瞬間電流超過額定值，而導致在預設的數個循環的時間，該相的電流均方根值大於該FTU 10設定之始動電流的一設定範圍，且最終電流值低於一設定的極低電流，以致可視為系統並沒有提供電力予饋電系統時，則可判定為線路發生故障跳脫。

請參考圖四，投入失敗係指如果先前為饋電電流為零，有饋線發生短路故障，將使得瞬間電流超過額定值，而導致在預設的數個個循環的時間，該相的電流均方跟值大於該FTU 10設定之始動電流的一設定範圍，且最終電流值低於一設定的極低電流，以致可視為系統並沒有提供電力予饋電系統時，則可判定為線路發生故障跳脫。

本案尚包含一顯示單元70，連接該處理器，用以顯示該處理器的處理結果，如那一相的電流不正常。

由上述裝置所執行之本案智慧型饋線故障偵測方法包含步驟如下(請參考圖五)：在一FTU處應用四組電流偵測器分別偵測一饋線電路之對應線路開關的三相及零相電路中的電流(步驟300)。由四個數位信號處理電路接收該電流偵測器的電流信號後，對各相的電流計算每一周期的均方根值(步驟305)。由一微處理器接收來自該四組數位信號處理電路的信號，即各相的電流之每一周期的均方根值(步驟310)；該微處理器將所接收的各相所測得的每一周期的電流均方根值與FTU 10設定之始動電流比較(步驟315)。如果在預設的數個循環的時間，該相的電流 均方根值大於該FTU 10之始動電流的一設定範圍(此條件為產生故障旗號的第一要件)，且最終電流值低於一設定的極低電流(相對於正常通電的電流，如3安培之感應值)則表是該對應的線路開關一定有事故跳脫而產生故障旗號(步驟320)。將故障旗號傳送到控制中心。供控制中心作為判斷饋線事故區段之依據。所以控制中心可以了解在該線路開關處那一相發生故障(步驟325)。如果沒有符合上述條件的情況，則微處理器40檢查當各相電流值超過CO/LCO的第一組設定值，且連續超出一預定的時間(如20秒以上)時，則將重新再判斷檢查系統電力是否符合上述要件(步驟330)。

本案係透過FTU提供偵測線路故障電流之功能，其參考值為電驛3設定之始動電流，此一數值相當穩定，所以此一方法不會受線路的變動而有誤判斷的情事。依此產生正確之故障旗號，供控制中心作為判斷饋線事故區段之依據。所以控制中心可以了解在該相關線路開關處，那一個區段及相別發生故障。本案所始的方法相當的簡易，其準確性高，且可以即時提供故障信號與控制中心，實非上述習知技術可以比凝著。

本案相當符合實際需求。其具體改進現有缺失，相較於習知技術明顯具有突破性之進步優點，確實具有功效之增進，且非易於達成。本案未曾公開或揭露於國內與國外之文獻與市場上，已符合專利法規定。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

20‧‧‧電流偵測器

30‧‧‧數位信號處理電路

40‧‧‧微處理器

45‧‧‧邏輯處理單元

50‧‧‧控制中心

70‧‧‧顯示單元

Claims (10)

1. 一種智慧型饋線故障偵測系統，係使用在一饋線電路中，其中該饋線電路包含一電源，經由饋電線路將電能傳送到下游的負載端，其間經過數個線路開關；在電源與饋電線路的連結點安裝電驛，以做為跳脫饋線之用；；在各個線路開關處配置有饋線資訊末端設備(即為FTU)；各饋電線路包含相位相差120度的三相線路及一N相電路；每個FTU連結到控制中心，以將所偵測之線路開關處的電壓及電流狀況傳送到控制中心，該系統包含：四組電流偵測器係配置於一FTU中分別用於偵測一饋線電路中對應之線路開關的的三相及零相電路中的電流；數個數位信號處理單元，分別連接對應的電流偵測器，係用於接收該電流偵測器的電流信號後，對各相的電流計算每一周期的均方根值；一微處理器，接收來自該四組數位信號處理電路的信號，即各相的電流之每一周期的均方根值；其中該微處理器中包含邏輯處理單元，該邏輯處理單元包含故障判斷邏輯；該微處理器將所接收的各相所測得的每一周期的電流均方根值與電驛設定之始動電流比較，如果在第一預設的數個循環的時間，該相的電流均方根值大於該電驛設定之始動電流的一設定範圍，且在另一第二預設的數個循環後，電流值低於一設定的極低電流，以致可視為系統並沒有提供電力予饋線線路時，則表示有事故跳脫，因此產生故障旗號；並將處故障旗號傳送到控制中心供控制中心作為判斷饋線事故區段之依據；所以控制中心可以了解在該相關線路開關處，那一個區段及相別發生故障。
2. 如申請專利範圍第1項之智慧型饋線故障偵測系統，其中預設的數個循環的時間為基本最快跳脫時間。
3. 如申請專利範圍第1項之智慧型饋線故障偵測系統，其中預設的數個循環的時間為3個電流周期。
4. 如申請專利範圍第1項之智慧型饋線故障偵測系統，其中包含四個數位信號處理單元，分別連接對應的電流偵測器。
5. 如申請專利範圍第1項之智慧型饋線故障偵測系統，其中在微處理器中架構該數位信號處理單元，該四組電流偵測器所量測的信號值直接送到該微處理器中，數位信號處理單元對各相的電流計算每一周期的均方根值。
6. 如申請專利範圍第1項之智慧型饋線故障偵測系統，尚包含一記憶體其連結該微處理器，係用於儲存系統需要的運算程式，並記憶各相所得到的電流及其周期均方根值，這些數值以對應於時間的方式被儲存起來，以供控制中心存取起做為往後的數據分析之用。
7. 如申請專利範圍第1項之智慧型饋線故障偵測系統，尚包含一顯示單元，連接該處理器，用以顯示該處理器的處理結果及線路狀況。
8. 如申請專利範圍第1項之智慧型饋線故障偵測系統，其中該故障為故障跳脫，係指如果先前饋線在饋電中，有饋線發生短路故障，將使得瞬間電流超過額定值，而導致在第一預設的數個循環的時間，該相的電流均方根值大於該電驛設定之始動電流的一設定範圍，且最終電流值低於一設定的極低電流，以致可視為系統並沒有提供電力予饋線線路時，則可判定為線路發生故障跳脫。
9. 如申請專利範圍第1項之智慧型饋線故障偵測系統，其中該故障為投入失敗，係指如果先前為饋電電流為零，有饋線發生短路故障，將使得瞬間電流超過額定值，而導致在第一預設的數個循環的時間，該相的電流均方跟值大於該電驛設定之始動電流的一設定範圍，且最終電流值低於一設定的極低電流，以致可視為系統並沒有提供電力予饋線線路時，則可判定為線路發生故障跳脫。
10. 一種智慧型饋線故障偵測方法，係在一饋線電路中偵測故障，其中該饋線電路包含一電源，經由饋電線路將電能傳送到下游的負載端，其間經過數個線路開關；在各個線路開關處配置有饋線資訊末端設備(即為FTU)；各饋電線路包含相位相差120度的三相線路及一N相電路；每個FTU連結到控制中心，以將所偵測之電驛節點處的電壓及電流狀況傳送到控制中心，該方法包含步驟為：在一FTU處應用四組電流偵測器分別用於偵測一饋線電路的三相及零相電路中的電流；由數個數位信號處理電路接收該電流偵測器的電流信號後，對各相的電流計算每一周期的均方根值；由一微處理器接收來自該四組數位信號處理電路的信號，即各相的電流之每一周期的均方根值；該微處理器將所接收的各相所測得的每一周期的電流均方根值與電驛設定之始動電流比較；如果在第一預設的數個循環的時間，該相的電流均方根值大於該電驛設定之始動電流的一設定範圍，且在另一第二預設的數個循環，最終電流值低於一設定的極低電流，以致可視為系統並沒有提供電力予饋電線路時，則表是一定有事 故跳脫而才產生故障旗號；將故障旗號傳送到控制中心；供控制中心作為判斷饋線事故區段之依據；所以控制中心可以了解在該相關線路開關處，那一個區段及相別發生故障；以及如果沒有符合上述條件的情況，則微處理器檢查當各相電流值超過電驛的第一組設定值，且連續超出一預定的時間時，則將重新再判斷檢查系統電力是否符合上述要件。