專利名稱：一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種電力設備，特別涉及一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置。
背景技術(shù)：
長久以來，配電網(wǎng)接地故障檢測裝置大部分是基于故障信號穩(wěn)態(tài)分量的檢測原理，但工程應用現(xiàn)場效果顯示，基于穩(wěn)態(tài)分量的檢測原理均有其局限性，其主要缺點在于作為檢測依據(jù)的特征信號含量較低，導致信噪比相對過低而容易造成檢測精度較低。到目前為止，基于穩(wěn)態(tài)分量的故障檢測方法檢測效果難以令人滿意。因此，為了提高選線技術(shù)和準確性，多年來已經(jīng)開始研究利用暫態(tài)分量進行故障檢測?！づ潆娋W(wǎng)發(fā)生接地故障時，暫態(tài)信號特征蘊含豐富的故障信息。配電網(wǎng)發(fā)生故障產(chǎn)生的暫態(tài)信號的幅值可以達到穩(wěn)態(tài)信號的幾倍到十幾倍，其幅值遠大于穩(wěn)態(tài)信號，因此基于暫態(tài)分量的故障檢測方法可靠性及靈敏度較高。雖然采用故障后的暫態(tài)分量進行故障檢測比利用穩(wěn)態(tài)信號優(yōu)越性大，但其主要存在缺點是暫態(tài)過程迅速，暫態(tài)信號受外界干擾影響較大，其頻率較高也難以檢測，受當前技術(shù)條件限制，對暫態(tài)信號實時檢測依然存在困難。因此，基于故障暫態(tài)分量原理的檢測裝置大部分停留在試驗和理論分析階段，投入使用的產(chǎn)品很少。

實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，該裝置不僅能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)接地故障選線、選相，并能夠快速準確地檢測出接地故障所發(fā)生的區(qū)域，接地故障定位結(jié)果準確、可靠。為解決上述問題，本實用新型所設計的一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，主要由2個電流互感器、諧振濾波單元和故障定位單元組成。2個電流互感器分別接在所需檢測的配電線路的兩端；每個電流互感器一次側(cè)串接在配電線路上，電流互感器二次側(cè)與故障定位單元的信號輸入端相連。諧振濾波單元包括變壓器、高壓電容器組、采樣電阻和濾波電容；變壓器原邊側(cè)的其中一端經(jīng)高壓電容器組接于2個電流互感器之間的配電線路上，變壓器原邊側(cè)的另一端則與電源地相連；變壓器副邊側(cè)與濾波電容及采樣電阻相并聯(lián)；采樣電阻的兩端與故障定位單元的信號輸入端相連。故障定位單元包括信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、存儲器、宏功能處理器、主控制器、故障指示器、人機界面和通信模塊；信號調(diào)理模塊的輸入端分別連接2個電流互感器和諧振濾波單元；信號調(diào)理模塊的輸出端經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與存儲器的輸入端相連；存儲器的輸出端連接宏功能處理器的輸入端；宏功能處理器的輸出端連接主控制器的輸入端；主控制器的輸出端分別連接故障指示器、人機界面和通信模塊。上述方案中，所述2個電流互感器之間的配電線路上最好還串接有一隔離開關(guān)，該隔離開關(guān)的控制端與故障定位單元的主控制器輸出端相連。[0007]上述方案中，所述故障定位單元的通信模塊最好為無線通信模塊。上述方案中，所述故障定位單元的通信模塊最好為全球移動通訊系統(tǒng)模塊即GSM無線通信模塊。上述方案中，所述存儲器為最好為先進先出存儲器即FIFO存儲器。上述方案中，宏功能處理器最好為現(xiàn)場可編程門陣列芯片即FPGA芯片。上述方案中，主控制器最好為數(shù)字信號處理芯片即DSP芯片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有如下特點 I.本實用新型的故障定位方法采用故障暫態(tài)電流特征頻帶內(nèi)電流能量的幅值和暫態(tài)電流能量衰減系數(shù)相結(jié)合的判斷方法，判斷依據(jù)為檢測裝置兩側(cè)的能量相關(guān)特性而不是暫態(tài)信號的幅值和方向，克服了傳統(tǒng)幅值法和方向法判據(jù)不足等缺點，除了比較暫態(tài)電流信號特征頻帶內(nèi)能量幅值，還增加了一個衰減系數(shù)作為故障定位依據(jù)，有效提高了判斷的正確率性和可靠性；2.充分結(jié)合基于現(xiàn)代信號處理技術(shù)的小波理論，利用諧波小波算法簡單、頻域緊支撐特性強等特點，對暫態(tài)信號進行快速地完成特征頻帶提取和計算，能夠很好滿足系統(tǒng)對接地故障處理實時性處理的要求；且諧波小波變換是基于FFT及IFFT的快速算法，其算法快，精度高，其算法過程在現(xiàn)有的硬件平臺上易于實現(xiàn)；3.整個故障檢測裝置采用FPGA+DSP的并行處理結(jié)構(gòu)，并結(jié)合無線網(wǎng)絡實現(xiàn)整個檢測裝置的功能；利用DSP靈活的尋址方式和方便的控制及通信功能實現(xiàn)程序的主要控制工作；利用現(xiàn)場可編程門陣列FPGA作為DSP的宏功能協(xié)處理器，完成數(shù)據(jù)采集及諧波小波分析等耗費大量時間的任務，從而提高整體速度和可靠性，并有利于模塊化設計和系統(tǒng)升級；4.本實用新型不受配電系統(tǒng)接地方式、運行方式、故障時刻、故障類型等因素影響，不僅可以實現(xiàn)接地故障選線、選相，而且能快速準確地檢測出接地故障區(qū)域，具有較高的工程應用價值。

圖I為一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置安裝在所檢測配電網(wǎng)線路上裝設結(jié)構(gòu)圖。圖2為一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置的連接示意框圖。圖3為故障定位單元的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
如圖I所示，一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置安裝在所檢測配電網(wǎng)線路上裝設結(jié)構(gòu)圖，圖中FLOC為本實用新型基于暫態(tài)信號的配電網(wǎng)接地故障檢測裝置。沿著配電線路裝設的FLOC把檢測線路分割成不同的檢測區(qū)域。如圖2所示，一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，主要由2個電流互感器、諧振濾波單元和故障定位單元組成。2個電流互感器分別接在所需檢測的配電線路的兩端；每個電流互感器一次側(cè)串接在配電線路上，電流互感器二次側(cè)與故障定位單元的信號輸入端相連。諧振濾波單元包括變壓器、高壓電容器組、采樣電阻和濾波電容；變壓器原邊側(cè)的其中一端經(jīng)高壓電容器組接于2個電流互感器之間的配電線路上，變壓器原邊側(cè)的另一端則與電源地相連；變壓器副邊側(cè)與濾波電容及采樣電阻相并聯(lián)；采樣電阻的兩端與故障定位單元的信號輸入端相連。2個電流互感器沿用現(xiàn)有配電線路上在線電流互感器，沿著配電線路上的電流互感器采集電流信號。電壓信號可通過諧振濾波單元獲取，采集到的信號流入故障定位裝置進行相關(guān)的算法及判據(jù)運算。諧振濾波單元并聯(lián)在所要檢測的線路上。變壓器的原邊與高壓電容器組串聯(lián)，組成了對諧振特征頻帶的高頻暫態(tài)信號濾波的諧振回路，變壓器副邊側(cè)并聯(lián)的采樣電阻及濾波電容，可用于對工頻穩(wěn)態(tài)電壓信號的采集。線路中安裝諧振濾波單元不僅能實現(xiàn)對特殊頻帶信號的濾波功能，而且能夠方便地提取工頻電壓信號，并不需要安裝電壓互感器。為了能夠?qū)Τ霈F(xiàn)故障的配電線路進行關(guān)斷處理、以避免故障范圍的進一步擴大，所述2個電流互感器之間的配電線路上還串接有一隔離開關(guān)，該隔離開關(guān)的控制端與故障定位單元的主控制器輸出端相連。在本實用新型用，該隔離開關(guān)可沿用現(xiàn)有配電線路上的隔尚開關(guān)。如圖3所示，故障定位單元包括信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、存儲器、宏功能處理器、主控制器、故障指示器、人機界面和通信模塊；信號調(diào)理模塊的輸入端分別連接2個電流互感器和諧振濾波單元；信號調(diào)理模塊的輸出端經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與存儲器的輸入端相連；存儲器的輸出端連接宏功能處理器的輸入端；宏功能處理器的輸出端連接主控制器的輸入端；主控制器的輸出端分別連接故障指示器、人機界面和通信模塊。故障定位單元中的宏功能處理器主要由可編程邏輯控制(FPGA)芯片構(gòu)成，它為測控裝置宏功能處理器和算法實現(xiàn)核心，利用其硬件實現(xiàn)復雜算法的優(yōu)勢能出色完成高速數(shù)據(jù)采集、諧振小波變換及暫態(tài)電流特征頻帶能量計算等耗費大量時間的任務。故障定位單元中的主控制器選用DSP芯片，它作為裝置的主控芯片的DSP的基本任務是工頻電流電壓有效值計算、故障判據(jù)計算、控制FPGA停止或開始采樣等，并實現(xiàn)人機接口、故障報警、顯示故障狀態(tài)、利用串行通信實現(xiàn)故障狀態(tài)數(shù)據(jù)上傳和遠程參數(shù)設定等功能。在本實用新型優(yōu)選實施例中，DSP芯片的型號為TMS320LF2812A。故障定位單元中的存儲器采用了一片先進先出存儲(FIFO)存儲器作為高速采樣數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)。故障定位單元中的通信模塊采用無線通信模塊。在本實用新型優(yōu)選實施例中，所述通信模塊為GSM無線通訊模塊，其型號為西門子TC35i，用于實現(xiàn)與其它區(qū)域段檢測裝置及PC機通信功能。本實用新型工作的基本流程為諧振濾波單元和電流互感器采集的各相電壓和電流信號首先經(jīng)過信號調(diào)理模塊進行電壓跟隨及抗混疊低通濾波等信號預處理，并送ADC采樣芯片實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換，為實現(xiàn)裝置信號采集和信號處理的實時性及快速性。在信號進入FPGA前采用了一片先進先出存儲芯片作為高速采樣數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)，采樣芯片及FIFO芯片的工作時序由FPGA產(chǎn)生時序控制。FPGA對前端采集信號實現(xiàn)諧振小波算法，完成對特征頻帶的提取及能量計算等復雜算法過程，并將結(jié)果送入DSP，由DSP實現(xiàn)對運算結(jié)果的判斷并根據(jù)結(jié)果發(fā)出相關(guān)控制指令，最后檢測結(jié)果相關(guān)故障數(shù)據(jù)通過GSM無線網(wǎng)絡傳送回計算機控制界面，隨時對故障信息進行記錄，同時通過GSM網(wǎng)絡還可以實現(xiàn)與其它故障檢測裝置通信。本實用新型運用提出的新的定位方法實現(xiàn)選線及故障區(qū)域定位步驟a.以配電網(wǎng)各線路故障后的工頻電壓與電流有效值超過設定值作為故障發(fā)生的依據(jù)，并以此作為故障啟動條件。b.將采樣到故障電流信號進行諧波小波分解，求出的暫態(tài)電流信號各個頻帶小波系數(shù)。以中心頻率為30kHz，范圍為28-32kHz的頻帶為故障特征頻帶c.根據(jù)暫態(tài)電流信號小波系數(shù)確定故障起始時刻。d.根據(jù)特征頻帶小波系數(shù)計算檢測裝置兩側(cè)特征頻帶的能量。e.根據(jù)特征頻帶的能量求取能量衰減系數(shù)。f.選線判據(jù)運算，根據(jù)各線路情況設置能量閾值Sth及能量衰減系數(shù)閾值Qth，其故障定位判據(jù)為S > K1 · STHandQF>K2 · Qth, S與QF較大的兩個檢查裝置之間的線路。其中，K1, K2為可靠系數(shù)，可根據(jù)每條線路的情況設置。通過以上技術(shù)手段可以使本實用新型在正常工作的情況下能夠?qū)崿F(xiàn)配電網(wǎng)接地故障選線、選相，并能夠快速準確地檢測出接地故障所發(fā)生的區(qū)域。
權(quán)利要求1.一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，其特征在于主要由2個電流互感器、諧振濾波單元和故障定位單元組成；2個電流互感器分別接在所需檢測的配電線路的兩端；其中每個電流互感器一次側(cè)串接在配電線路上，電流互感器二次側(cè)與故障定位單元的信號輸入端相連；諧振濾波單元包括變壓器、高壓電容器組、采樣電阻和濾波電容；變壓器原邊側(cè)的其中一端經(jīng)高壓電容器組接于2個電流互感器之間的配電線路上，變壓器原邊側(cè)的另一端則與電源地相連；變壓器副邊側(cè)與濾波電容及采樣電阻相并聯(lián)；采樣電阻的兩端與故障定位單兀的信號輸入端相連；故障定位單元包括信號調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、存儲器、宏功能處理器、主控制器、故障指示器、人機界面和通信模塊；信號調(diào)理模塊的輸入端分別連接2個電流互感器和諧振濾波單元；信號調(diào)理模塊的輸出端經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊與存儲器的輸入端相連；存儲器的輸出端連接宏功能處理器的輸入端；宏功能處理器的輸出端連接主控制器的輸入端；主控制器的輸出端分別連接故障指示器、人機界面和通信模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，其特征在于所述2 個電流互感器之間的配電線路上還串接有一隔離開關(guān)，該隔離開關(guān)的控制端與故障定位單元的主控制器輸出端相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，其特征在于 所述故障定位單元的通信模塊為無線通信模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，其特征在于所述故障定位單元的通信模塊為全球移動通訊系統(tǒng)模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，其特征在于 所述存儲器為先進先出存儲器。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，其特征在于 宏功能處理器為現(xiàn)場可編程門陣列芯片。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，其特征在于 主控制器為數(shù)字信號處理芯片。
專利摘要本實用新型公開一種基于暫態(tài)信號的接地故障檢測裝置，主要由2個電流互感器、諧振濾波單元和故障定位單元組成。2個電流互感器分別接在所需檢測的配電線路的兩端。電流互感器一次側(cè)串接在配電線路上，電流互感器二次側(cè)與故障定位單元的信號輸入端相連。諧振濾波單元包括變壓器、高壓電容器組、采樣電阻和濾波電容。變壓器原邊側(cè)的其中一端經(jīng)高壓電容器組接于2個電流互感器之間的配電線路上，變壓器原邊側(cè)的另一端則與電源地相連。變壓器副邊側(cè)與濾波電容及采樣電阻相并聯(lián)。采樣電阻的兩端與故障定位單元的信號輸入端相連。本實用新型既能實現(xiàn)配電網(wǎng)接地故障選線和選相，又能快速準確地檢測出接地故障所發(fā)生的區(qū)域，故障定位結(jié)果準確可靠。
文檔編號G05B19/05GK202735465SQ20122029703
公開日2013年2月13日 申請日期2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月25日
發(fā)明者黃知超, 鐘奕, 范興明, 陳佩翔, 李震, 申雙江, 張科偉 申請人:桂林電子科技大學