摘 要：小電流接地系統(tǒng)單相接地故障選線問(wèn)題一直以來(lái)都是電力系統(tǒng)繼電保護(hù)研究的重要問(wèn)題。但現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行結(jié)果表明，裝置的選線效果不是十分理想。文章采用多種選線判據(jù)構(gòu)成綜合判據(jù)，利用各種判據(jù)在選線性能上的互補(bǔ)性提高了選線的正確率和可靠性。本裝置以TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812DSP為控制核心，采用多重判據(jù)進(jìn)行故障選線，并配接以太網(wǎng)通信接口和總線通信接口，將嵌入式技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)都融合進(jìn)該系統(tǒng)。本裝置將彌補(bǔ)以往采用單一判據(jù)故障選線裝置的不足，及時(shí)選出故障線路，保證電力系統(tǒng)配電網(wǎng)可靠安全運(yùn)行。
　　關(guān)鍵詞：小電流接地系統(tǒng) 故障選線 配電網(wǎng) DSP
　　中圖分類號(hào)：TM71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A
　　文章編號(hào)：1004-4914（2011）04-284-03
　　
　　一、引言
　　長(zhǎng)期以來(lái)，電力運(yùn)行人員采用“拉路法”來(lái)解決故障選線問(wèn)題，通過(guò)對(duì)逐條線路拉合閘的方法來(lái)確定接地線路。雖然這種方法操作簡(jiǎn)單，但是它無(wú)選擇性，必然造成電流、電壓沖擊，根本不能滿足當(dāng)前電力系統(tǒng)自動(dòng)化水平的要求，而且這樣使供電可靠性大為降低，小電流接地系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)也不復(fù)存在。由于各種原因現(xiàn)在還沒(méi)有一種方法可以滿足任何情況下的準(zhǔn)確選線，不同的方法只是對(duì)于某種特定的情況比較靈敏。綜合采用不同原理構(gòu)成的裝置能適合不同的故障狀況，使選線準(zhǔn)確率提高。單一的判據(jù)不能很好地反映故障的特征，可能會(huì)引起誤選或是漏選。
　　針對(duì)以上問(wèn)題，本文提出采用多重判據(jù)的方法，選擇不同原理的判據(jù)，從多個(gè)故障特征量對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控，綜合采用不同原理構(gòu)成的裝置能適合不同的故障狀況，提高選線準(zhǔn)確率。本文將采用群體比幅比相、五次諧波分量法和有功分量法作為該選線裝置的選線判據(jù)。
　　群體比幅比相選線方法從全體線路零序電流數(shù)據(jù)中篩選出較大的幾組數(shù)據(jù)，然后再進(jìn)行比相，選出方向與其他不同的即為故障線路。
　　五次諧波分量法針對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地而設(shè)計(jì)的，在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中的消弧線圈是按照基波整定的，有ωL≈1/ωC，故對(duì)于5次諧波顯然有，5ωL<1/5ωC，即可忽略在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地中消弧線圈對(duì)五次諧波分量的補(bǔ)償作用。則零序電流五次諧波分量在中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地中有著與中性點(diǎn)不接地系統(tǒng)中零序電流基波系統(tǒng)的特點(diǎn)，故可利用上述群體比幅比相法的基本原理，構(gòu)成選線判據(jù)。
　　有功分量法將采集來(lái)的線路零序電流的相位和幅值，與零序電壓進(jìn)行功率運(yùn)算，其中有功功率最大者即為接地故障線路。
　　二、硬件設(shè)計(jì)
　　筆者利用有功功率法，并結(jié)合群體比幅比相法和五次諧波分量法構(gòu)成綜合選線判據(jù)，克服了單一選線判決的不足，較大地提高選線準(zhǔn)確率，但對(duì)硬件提出了更高的要求。本文提出了以美國(guó)TI公司生產(chǎn)的TMS320F2812 DSP為核心的微處理器硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)更加快速準(zhǔn)確的選線，它的硬件電路主要由數(shù)字信號(hào)處理器模塊、模擬量采集模塊、調(diào)試接口模塊、開(kāi)關(guān)量輸入輸出模塊、通信接口模塊、人機(jī)接口模塊、電源模塊和其他的一些輔助電路組成。該裝置的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。
　　裝置的工作流程如下：當(dāng)配電系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，該裝置監(jiān)視系統(tǒng)是否發(fā)生單相接地故障并指示系統(tǒng)狀態(tài)，僅定時(shí)將采集的信息上傳至上位機(jī)和發(fā)送到LCD以及LED顯示；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，選線裝置根據(jù)采集到的故障數(shù)據(jù)，進(jìn)行選線計(jì)算，最后選出故障線路，然后并向操作室告警，并向上位機(jī)、LCD和LED發(fā)送和記錄當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)消息。以及LED顯示；當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，選線裝置根據(jù)采集到的故障數(shù)據(jù)，進(jìn)行選線計(jì)算，最后選出故障線路，然后并向操作室告警，并向上位機(jī)、LCD和LED發(fā)送和記錄當(dāng)前系統(tǒng)狀態(tài)消息。
　　1.主控制器模塊。主控制器模塊是整個(gè)裝置的核心模塊，所有其他模塊的運(yùn)行命令都由它發(fā)出，所有外設(shè)送來(lái)的數(shù)據(jù)都要在這個(gè)模塊中進(jìn)行計(jì)算處理。它由數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、看門(mén)狗和外擴(kuò)RAM等器件組成。
　　2.邏輯控制模塊（CPLD）。本設(shè)計(jì)選用ALTERA公司生產(chǎn)的EPM7128AETC100-7CPLD，采用3.3V電源供電。在該裝置中將其和TMS320F2812DSP來(lái)構(gòu)成DSP+CPLD的硬件架構(gòu)，利用CPLD來(lái)簡(jiǎn)化外部邏輯和擴(kuò)展輸入輸出I/O口，并將接在CPLD上的所有器件的工作功能和控制選線映射進(jìn)DSP內(nèi)部的地址空間，進(jìn)行統(tǒng)一的編址。
　　3.模擬量采集模塊。裝置的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由交流輸入模塊、濾波回路、多路開(kāi)關(guān)和高可靠性的16位精度A/D轉(zhuǎn)換器組成。
　　本系統(tǒng)中采用由RC網(wǎng)絡(luò)與運(yùn)算放大器構(gòu)成的有源低通濾波器。在RC網(wǎng)絡(luò)中引入有源器件，能夠?qū)崿F(xiàn)傳遞函數(shù)在S域左半平面出現(xiàn)共軛極點(diǎn)，得到良好的濾波特性。為了不增加裝置的復(fù)雜性和時(shí)延，階數(shù)選取不宜過(guò)高，本系統(tǒng)中選用二階低通濾波器電路，本系統(tǒng)中只需基波分量以及五次諧波，因此選用截止頻率f0=400Hz，可得ω0=2πf0。取C1=C2=0.4