張姣姣，楊澤明，陳曉龍

（天津水利電力機(jī)電研究所，天津301900）

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配電線路接地故障選線裝置技術(shù)研究

張姣姣，楊澤明，陳曉龍

（天津水利電力機(jī)電研究所，天津301900）

摘要：介紹配電線路接地故障選線裝置的選線原理，裝置結(jié)構(gòu)，軟件設(shè)計，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通訊等。

關(guān)鍵詞：接地故障；選線；零序電流；數(shù)據(jù)采集

1　引言

配電線路接地故障發(fā)生頻繁且難于查找，大大增加了運維人員的工作強度。傳統(tǒng)的線路故障檢測技術(shù)精度低、實時性差，誤報率高，判定方式單一。本文基于暫態(tài)零序電流比較法，利用現(xiàn)有的傳感技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、模糊集理論研究配網(wǎng)線路接地故障選線方法。

2　選線原理和方法

單相接地時，暫態(tài)零序電流將顯著增加?？赏ㄟ^計算暫態(tài)零序電流幅值檢測是否發(fā)生故障。為增加檢測可靠性，也可根據(jù)零序電壓或三相電壓的變化作為故障啟動條件。

選線方法分為幅值比較法、極性比較法和綜合比較法，分述如下：

2.1幅值比較法

根據(jù)零序電流分布規(guī)律故障線路零序電流幅值最大，可通過比較零序電流SFB分量的幅值大小確定故障線路。有多種方法可用來計算暫態(tài)零序電流幅值。從保證檢測靈敏度及易于實現(xiàn)的角度出發(fā)，可以計算暫態(tài)零序電流幅值的真有效值（TrueRMS）。以第j條線路為例，其暫態(tài)零序電流幅值I0j的計算公式為：

式中：i0jk為第j條線路零序電流SFB分量從故障起始的第k個數(shù)據(jù)；N為用于計算的數(shù)據(jù)個數(shù)，其大小根據(jù)暫態(tài)過程的持續(xù)時間而定。選擇零序電流SFB分量I0j幅值最大的線路作為故障線路。

2.2極性比較法

根據(jù)零序電流分布規(guī)律，故障線路零序電流的SFB分量與所有健全線路極性都相反，可以此作為選線依據(jù)。

選用某一（設(shè)第M）條出線作為參考線路。其他所有線路和參考線路依次作暫態(tài)零序電流SFB分量的內(nèi)積運算：

Pjm＞0時表明第j條出線和參考線路同極性，Pjm＜0時表明反極性。如果參考線路只與某一條出線反極性，則該出線為故障線路；與其他所有出線都反極性，則參考線路為故障線路；與其他所有出線都同極性，則為母線接地故障。

2.3幅值和極性綜合比較法

由于幅值比較法不能檢測母線接地故障，而極性比較法當(dāng)某些健全線路暫態(tài)電流過小時易受噪聲干擾發(fā)生誤判。將幅值和極性特性結(jié)合起來選線可以克服各自缺點，即選擇幅值最大的若干條（不小于3條）線路再參與極性比較。

3　故障選線裝置結(jié)構(gòu)

配電線路故障選線裝置由數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)傳輸器、管理軟件組成。采集器負(fù)責(zé)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)傳輸器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸；管理軟件進(jìn)行故障的分析判斷和數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

3.1數(shù)據(jù)采集器

數(shù)據(jù)采集器是配電線路故障選線裝置的重要單元，可實時采集線路數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)采集器的整體設(shè)計思路如圖1所示。

圖1　數(shù)據(jù)采集器整體設(shè)計思路

數(shù)據(jù)采集器的核心是430單片機(jī)，該單片機(jī)本身具有10位A/D轉(zhuǎn)換器和512字節(jié)的EEPROM，可以簡化整個裝置的電路設(shè)計。通過采集器中放置的電磁感應(yīng)CT，可將采集到的線路電流放大，用430內(nèi)部的10A/D轉(zhuǎn)化器將CT輸出的模擬量變成離散的數(shù)字量，通過半波積分算法計算出線路的負(fù)荷電流值。而取能CT和電磁感應(yīng)CT互不干擾，避免單一互感器在取能時拉低數(shù)據(jù)值的情況，在保證能量收集的同時，保證數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。該裝置通過大電容鋰電池、太陽能板和線路感應(yīng)電力配合供電，高轉(zhuǎn)換率的太陽能最大輸出功率1 W，CT取電可在線路電流5 A開始取電為設(shè)備供電，20 A可滿足自供電，無需其他能量配合。

3.2數(shù)據(jù)傳輸器

數(shù)據(jù)傳輸器能夠?qū)?shù)據(jù)采集器所采集的線路電流、故障信息等線路工況和自身的電池電量、充電效果等自身生存信息共同回傳到后臺處理中心，同時還會將后臺的動作命令發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器，這樣就避免了采集器單一原理的判斷所導(dǎo)致的誤動作。目前市場多數(shù)采集器沒有自動定位功能，配電線路出現(xiàn)故障時，需要人工沿線查找，尤其是在山區(qū)等路況復(fù)雜的地方，增加了故障查找的時間和難度。裝置為數(shù)據(jù)傳輸器內(nèi)部配備無線射頻收發(fā)模塊，通過現(xiàn)今應(yīng)用成熟的無線通訊網(wǎng)絡(luò)，向附近的通訊終端傳送采集器數(shù)據(jù)信息，再由其通過專線傳送給控制中心，使主站人員能夠快速的定位故障區(qū)段。

3.3管理軟件

3.3.1軟件結(jié)構(gòu)

（1）客戶端

客戶端即線上設(shè)備，客戶端負(fù)責(zé)采集線路上的電流，1 min取10個值，和設(shè)備的電壓、所在的經(jīng)緯度，一起回傳給服務(wù)器端。

（2）服務(wù)器端

服務(wù)器端負(fù)責(zé)等待客戶端的接入，等到數(shù)據(jù)傳到之后把數(shù)據(jù)分離存入數(shù)據(jù)庫中。同時根據(jù)分離出來的數(shù)據(jù)判斷是否發(fā)生故障，如果有故障就會以短信的形式發(fā)送到維護(hù)人員的手機(jī)上。

3.3.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)表：用來存儲數(shù)據(jù)。主要是設(shè)備號，A相電流，B相電流，C相電流，和信息返回的時間。

圖2　數(shù)據(jù)表示意圖

故障表：為發(fā)生故障時刻存儲故障信息所用。

圖3　故障表示意圖

3.3.3服務(wù)器模塊

通過socket通訊方式來實時收集外部設(shè)備傳回的數(shù)據(jù)，控制線上設(shè)備的休眠，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)發(fā)，發(fā)生故障的時刻發(fā)送短信給客戶。

程序流程圖如圖4所示。

流程圖：此流程圖為服務(wù)器收數(shù)據(jù)時所做的流程。當(dāng)數(shù)據(jù)傳回來的時候判斷所回傳的數(shù)據(jù)需要服務(wù)器給出何種支持，分別為：

（1）請求服務(wù)器的IP地址以用于IP地址變更。

（2）請求設(shè)備所需要的參數(shù)。

（3）請求設(shè)備此時的狀態(tài)。

（4）經(jīng)緯度的回傳。

（5）對數(shù)據(jù)ID號進(jìn)行判斷，判斷參數(shù)變化。如果有變化則返回變化參數(shù)，讓設(shè)備進(jìn)行更改。沒有變化判斷設(shè)備的電壓，如果低于3.2 V通知設(shè)備休眠自充電，如果正常返回接收處等待數(shù)據(jù)的回傳。

圖4　程序流程圖

3.4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通訊設(shè)計

如圖5所示，采集器將精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集通過2GHz射頻發(fā)送給數(shù)據(jù)傳輸器；數(shù)據(jù)傳輸器通過GPRS/3g網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)云端服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)云端服務(wù)器將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給局內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)工作站和安卓APP客戶端，由工作站主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存、故障分析和短信通知。局內(nèi)可以通過此工作站查看線路運行情況。

圖5　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)通訊示意圖

4　總結(jié)

綜上所述，利用零序電流比較法，由數(shù)據(jù)采集器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)器和專家系統(tǒng)組成的故障選線裝置可實現(xiàn)對配電線路接地故障分析，精確選出接地故障線路。為運維人員提供實時準(zhǔn)確的故障信息，保證居民和企業(yè)用電安全。

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基本項目：中國水利水電科學(xué)研究院科研專項（TJ0145B25201500000）。

作者簡介：張姣姣（1987-），女，工程師，從事電網(wǎng)安全及電能質(zhì)量工作。

收稿日期：2016-01-11

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.011

中圖分類號：TM862

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-5387（2016）04-0033-03