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        故障指示器的無線通信與低功耗實現

        2016-12-07 05:51:03侯思祖劉玉春
        電力科學與工程 2016年11期
        關鍵詞:指示器功耗短路

        侯思祖,劉玉春

        (華北電力大學 電氣與電子工程學院,河北保定071003)

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        故障指示器的無線通信與低功耗實現

        侯思祖,劉玉春

        (華北電力大學 電氣與電子工程學院,河北保定071003)

        針對10 kV配電網,為了減少電網故障對用戶造成的損失,實現對線路故障的實時監(jiān)測,提高供電水平,設計了一種新型的具有無線通信功能的故障指示器,利用Si1003芯片優(yōu)越的RF性能實現505、506、507、508、509 MHz 5個通信頻率可選擇,在空曠的室外環(huán)境下通信距離不低于200 m,與傳統(tǒng)的故障指示器相比,采用了高準確率的故障檢測技術和三重結構電源系統(tǒng),CT取電與超級電容和大容量鋰電池相結合的方式供電,以及優(yōu)化運行方式;實驗研究顯示故障指示器動作的準確性高達97.3%,功耗電流降低為30 uA;所以最終實現了故障指示器的無線通信功能,大大提高了故障判斷準確率,降低了電池的消耗,可保證故障指示器在配電線路上安穩(wěn)工作10年。

        故障指示器;CT取電;故障檢測;射頻無線通信;低功耗

        0 引言

        國內10 kV中低壓配電線路傳輸距離遠,沿途環(huán)境復雜,線路故障率高[1]。故障指示器通過安裝在10 kV的三相架空線上,檢測線路故障情況,并將故障信息上報至監(jiān)測終端。

        近幾年,對于故障指示器的研究工作也很多,但大多數都是對故障判斷算法的研究,很少有對降低其功耗的研究。文獻[2]采用了S信號注入法對配網的接地故障進行研究,但其設備費用高昂且安裝不便,對于負荷波動大的線路也經常誤動;文獻[3]利用負序電流法進行接地故障定位,但是需要提取負序電流,計算復雜,而且還要考慮不平衡電流的影響;文獻[4]提出STM32和無線通信模塊的設計方案,單片機與通信模塊之間也需要進行數據交互,這增加了設計的復雜度,也不利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

        實際應用中需要考慮故障指示器的動作準確性和功耗情況,設計了故障指示器的硬件結構,包括電源模塊、CT測量模塊、翻牌點燈模塊、通信模塊、看門狗模塊等;采用高準確率的電流突變法和綜合檢測法進行短路故障和接地故障檢測,三重結構電源系統(tǒng)以及優(yōu)化運行方式的設計大大降低了故障指示器的功耗,采用繼保測試儀和耐壓儀對故障指示器進行故障檢測準確性實驗,故障判斷準確率達到97.3%,用電流表串聯(lián)入故障指示器中,測量其功耗電流為30 uA;利用Si1003芯片優(yōu)越的RF性能,實現了故障指示器與監(jiān)測終端之間無線通信數據傳輸,在空曠的室外環(huán)境下測試其通信距離不低于200 m。

        1 故障定位系統(tǒng)設計

        1.1 故障定位系統(tǒng)組成

        故障定位系統(tǒng)由故障指示器、監(jiān)測終端和主站三部分組成,系統(tǒng)可以在線路故障發(fā)生后5 min內[5],自動定位故障區(qū)域,同時發(fā)送短消息給相關人員,進行故障處理。

        (1)故障指示器

        故障指示器通過CT取電裝置對線路電流采樣,計算線路電流突變情況來檢測是否出現故障;檢測出線路故障后,翻牌器翻牌,LED燈以2 s的頻率閃爍,上報故障信息至監(jiān)測終端;并按照預設時間參數自動復歸。

        (2)監(jiān)測終端

        監(jiān)測終端具有配電線路故障信息分析并自動報警功能;將異常信息主動上報給主站,同時保存一定數量的異常記錄供主站召測;監(jiān)測終端與故障指示器通過微功率無線通信技術傳輸數據,與主站通過GPRS通信網傳輸數據。

        (3)主站

        主站硬件由1臺服務器+1臺工作站組成。主站軟件主要功能為:故障信息實時檢測和故障定位;故障指示器動作信號的糾錯和補漏;歷史數據和報表系統(tǒng);網絡拓撲和動態(tài)圖形顯示;臺區(qū)監(jiān)控;報警處理等。

        1.2 故障定位系統(tǒng)工作原理

        在線路的分段和重要分支線首段等處,安裝故障指示器,每個故障指示器有自己的地址;線路故障時,處于故障電流通路上的故障指示器將自動翻牌閃燈[5];通過點對點的方式將地址及故障數據發(fā)送給監(jiān)測終端。

        監(jiān)測終端接收到故障信息后,通過GPRS通信網發(fā)送給主站;主站系統(tǒng)進行網絡拓撲分析,并將故障定位結果以短信的方式通知有關人員[6];維修人員可以直接到故障點排除故障。

        2 新型故障指示器設計方案

        2.1 新型故障指示器結構

        設計的故障指示器采用超低功耗Si1003芯片,其內部集成高性能微處理器、RF收發(fā)器件、以及高分辨率的ADC;故障指示器結構如圖1所示,主要由電源模塊、電流測量、電壓測量模塊、翻牌點燈模塊、通信模塊、看門狗模塊等組成。

        圖1 故障指示器結構

        故障指示器工作流程為:取電CT裝置以4 kHz頻率對線路電流采樣,等待采樣數據緩存區(qū)有足夠的數據,計算出電流、電壓特征量,進行故障判斷。檢測到故障信息后,就會翻牌閃燈,然后激活無線通信模塊,將地址、故障數據等信息打包發(fā)送至監(jiān)測終端;并按照預設的時間參數自動復歸。

        2.2 高準確率短路和接地故障檢測技術

        設計的故障指示器可以檢測出短路故障和接地故障。

        (1)短路故障判據

        采用電流突變法來判斷短路故障,主要以負荷電流突變量和持續(xù)時間為判據,圖2是短路故障電流的波形。具體判據如下:

        ①線路負荷電流I1≥5 A,持續(xù)時間t1>40 s。

        ②電流突然升高,突變時間Δt:20~40 ms;電流突變量ΔI:

        當負荷電流I≤200 A時,ΔI≥100 A;

        ③線路電流升高一段時間后就突然降低,接近于0,此時處于斷電狀態(tài)。這三種狀態(tài)均出現可判斷是短路故障。

        圖2 短路故障電流波形

        (2)接地故障判據

        采用綜合檢測算法:以線電壓、接地暫態(tài)電流和線路穩(wěn)態(tài)電流等多個參量為特征值[7],其電壓及電流突變波形如圖3所示。具體判據如下:

        ①線路負荷電流I1≥5 A,持續(xù)時間t1>40 s;

        ②電壓U突然降低,ΔU≥30%×U;電壓下降的同時線電流突然升高,突變量ΔI≥15 A,突變時間Δt0:80 ms~4 s。

        ③電流恢復到突變前的值或者一直處于突變值,電壓一直處于突變值,這個過程持續(xù)時間t2>48 s。這三種狀態(tài)均出現可判斷是接地故障。

        圖3 接地故障電流波形

        2.3 無線通信方案

        Si1003芯片是一款集MCU和EZRadioPRO無線射頻模塊于一體的二次開發(fā)芯片,有優(yōu)越的RF性能,其射頻模塊內部集成天線、64字節(jié)的FIFO,可配置GPIO以及喚醒定時器等[8]。由于發(fā)送和接收通道共享同一天線,所以通過Si1003的GPIO2和GPIO1引腳實現接收通道和發(fā)送通道的切換。通過設置匹配電感電容值設計故障指示器的工作頻段為470~510 MHz,軟件編程實現通信頻率為505、506、507、508、509 MHz 5個通信頻率。

        2.3.1 通信協(xié)議的定義

        故障指示器與監(jiān)測終端之間通過點對點無線通訊協(xié)議實現數據傳輸,該通信協(xié)議是自定義的。每個故障指示器裝置有各自的地址碼,故障及狀態(tài)信息的主動上報,由故障指示器裝置發(fā)起,逐層建立鏈接,向上傳遞。幀是傳送信息的基本單元,幀格式如表1所示。

        表1 幀格式

        2.3.2 軟件設計

        本文設計的故障指示器能夠故障信息主動上報至監(jiān)測終端,也支持監(jiān)測終端的數據召測。Si1003有4字節(jié)的RAM,64字節(jié)的可在線編程Flash,在數據鏈路層實現數據的發(fā)送和接收。通過對CPU各個特殊功能寄存器配置實現對物理層端口的驅動;物理層數據服務主要完成幀的接收、緩沖和讀入等操作。發(fā)送時,對MAC協(xié)議數據單元封裝;接收時,通過校驗和計算,傳給MAC層進行分析。

        圖4 數據發(fā)送流程圖

        通信模塊的初始化其實就是對協(xié)議物理層的初始化,主要工作有清除中斷標志位、復位內部寄存器、確定工作頻段和使能FIFO模式等。初始化及參數配置完畢后,檢測引腳nIRQ的電平,若為低電平則表示系統(tǒng)轉變?yōu)槭瞻l(fā)模式。數據發(fā)送和接收的具體工作流程如圖4和圖5所示。

        圖5 數據接收流程圖

        3 新型故障指示器的低功耗設計

        3.1 三重結構電源系統(tǒng)

        因為采樣、通信、計算等都會產生大量的功耗,所以故障指示器采用CT取電與超級電容和大容量鋰電池相結合的方式供電。

        配電網線路負荷電流在0~630 A之間,取電CT的鉗形電流互感器同時具有測量與取電兩個功能,能夠在線路負荷電流小時,具有供電能力;線路電流大時,電流輸出應限制在一定范圍內,以保護設備不被損壞[9]。

        CT取電供電利用電磁感應原理,通過電流互感器從一次線路上獲取電能,并實現電壓輸出[10]。三重結構電源系統(tǒng)工作原理:

        (1)取電CT從線路獲取電能量,經采樣整流保護后,直流電壓給小容量電容快充速電,快速啟動系統(tǒng)。

        (2)該故障指示器實現的是5 A以上電流采用CT供電;當線路電流低于5 A時,CT取電系統(tǒng)輸出電壓過低,通過電壓檢測電路,自動切換到后備鋰亞電池給系統(tǒng)供電。

        (3)為了減少電池的消耗,設計了可充電的法拉電容(1 F/5.5 V),當系統(tǒng)檢測到線路負荷電流達到2 A時,則判斷線路有電,開啟大容量法拉電容充電,法拉電容可在線路電流小于5 A時為故障指示器供電,法拉電容能量耗光再使用電池供電。

        3.2 優(yōu)化運行方式

        合理規(guī)劃運行方式對減小系統(tǒng)的功耗有著重大作用。

        (1)當線路電流小于5 A時自動切換到電池供電,此時CPU處于深度睡眠狀態(tài),采樣頻率降低,每隔1 s喚醒一次CPU,進行定時采樣,無線喚醒間隔為20 s;當線路電流大于5 A時,會產生一個小電流喚醒信號喚醒CPU,故障指示器進入CT全采樣狀態(tài),CT供電滿足系統(tǒng)功耗需求,此時無需考慮功耗問題,CPU不需要休眠。

        (2)平時的狀態(tài)數據更新,維護網絡的正常通訊心跳,采用法拉電容存儲電能供電,如果電量不足,等充滿后再重新更新,杜絕使用電池能量[11]。

        (3)對每日每月總的電池能量通訊次數的管理控制,確保對電池的使用合理分配。

        4 新型故障指示器實現

        4.1 故障檢測實現

        通過繼保測試儀和耐壓儀為故障指示器輸入故障電流和故障電壓,進行故障指示功能測試,結果顯示能準確實現接地和短路故障指示具體數據如表2和表3所示;根據河北保定地區(qū)10 kV配電網每月平均發(fā)生的故障次數進行故障模擬,統(tǒng)計出其故障動作準確率,如表4所示。

        4.2 低功耗實現

        用電流表測量故障指示器的靜態(tài)功耗,即負載電流為0,處于復歸狀態(tài),只用電池供電,然后對故障指示器串入量程為200 mA,精度6位半的電流表。測量了23個點的功耗電流為(單位uA):63.4;47.2;39.6;35.3;32.5;30.4;29.2;28.2;27.6;27.3;27.7;27.1;27.3;27.4;27.5;27.5;27.6;27.2;26.8;26.6;26.4;26.2;26;計算平均功耗為30.952 17 uA。本文設計的故障指示器電池為4 Ah的一次性干電池,按70%的放電量,所以推算其使用壽命為:

        表2 短路故障測試

        表3 接地故障測試

        表4 準確率統(tǒng)計

        4.3 通信測試與分析

        本文設計的故障指示器505、506、507、508、509 MHz等5個通信頻率可選擇。通過繼保測試儀模擬出故障電流,每頻率發(fā)送1 000個故障信息數據包,在故障指示器翻牌點燈的情況下,在室外空曠無阻礙物的場地下測試故障指示器與監(jiān)測終端之間的通信距離與丟包率,從表5可看出當通信距離大于200 m后,開始出現丟包現象。

        表5 實測丟包率

        5 結論

        設計了一種新型的超低功耗的故障指示器,利用Si1003芯片自帶的優(yōu)越RF性能和高準確率的故障檢測技術,三重結構電源系統(tǒng)以及優(yōu)化的運行方式的設計,實現了故障指示器與監(jiān)測終端之間通信距離不低于200 m的數據傳輸,并且保證了故障指示器動作的高準確性和低功耗。

        [1]郭云鵬,劉偉佳,文福拴.智能配電系統(tǒng)的發(fā)展現狀與展望[J].華北電力大學學報(自然科學版),2014,41(5):74-81.

        [2]王昭楊,戚宇林.配電網單相接地故障定位S信號法的研究[J].電力科學與工程,2010,26(3):14-17.

        [3]任建文,丁浩,李莎,等.基于負序電流的配電網單相接地故障選線方法的研究[J].華北電力大學學報(自然科學版),2013,40(1):24-29.

        [4]李志宏,劉浩,裴承芝,等.基于STM32電網短路故障指示器的設計[J].武漢理工大學學報(信息與管理工程版),2016,38(2):263-266.

        [5]王健.基于微功率無線組網技術的故障定位系統(tǒng)在智能配網中的應用方案[J].廣西電業(yè),2014(3):106-110.

        [6]王志勇.故障自動定位系統(tǒng)在10kV配電架空線路中的應用[J].科技創(chuàng)新與應用,2012(29):20-21.[7]ABDEL-FATTAH MF, LEHTONEN M.Transient algorithm based on earth capacitance estimation for earth-fault detection in medium-voltage networks[J].Iet Generation Transmission & Distribution, 2012,6(2),161-166.

        [8]陳北辰,施延林.基于SI1000的無線數據采集系統(tǒng)的設計[J].吉林化工學院學報,2012,29(11):104-108.

        [9]SMITH T, HUNT R.Current transformer saturation effects on coordinating time interval[J].IEEE Transactions on Industry Applications, 2011,49(2): 825-831.

        [10]GONG Y, GUZM N A.Integrated fault location system for power distribution feeders[J].IEEE Transactions on Industry Applications, 2013,49(49):1071-1078.

        [11]胡日亮,劉訪,甘向鋒,等.新型配電網數字故障指示器及定位系統(tǒng)[J].電力與能源,2014(3):345-348,352.

        A Fault Indicator with Wireless Communication Function and Its Low Power Consumption Realization

        HOU Sizu, LIU Yuchun

        (School of Electrical and Electronic Engineering, North China Electric Power University, Baoding 071003,China)

        In order to reduce the users loss caused by grid failure, achieve real-time monitor for the line, and raise the level of power supply, a fault indicator with wireless communication function is designed in this paper, where five communication frequencies, 505M, 506M, 507M, 508M, 509MHz are selectable, with its communication distance not less than 200 m in the open outdoor environment.Compared with the traditional fault indicator, it uses the fault detection technology with better accuracy and a power supply system with triple structure, which combines CT power and high-capacity lithium battery and super capacitor and adopts optimization operation Mode.Experimental studies have shown that the accuracy of the fault indicator operation is raised up to 97.3%, while the current consumption is reduced to 30uA; ultimately, the fault indicator achieves wireless communication, which greatly improves the accuracy of fault diagnosis, and reduces battery consumption, and ensures it stably work for about 10 years on distribution lines.

        fault indicator; CT power; fault detection; RF wireless communication; low power consumption

        2016-06-20。

        侯思祖(1962-),男,教授,研究方向為電力通信網等,E-mail:1647354604@qq.com。

        TP23

        A

        10.3969/j.issn.1672-0792.2016.11.007

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