配電線路接地故障選線裝置技術研究

張姣姣，楊澤明，陳曉龍

（天津水利電力機電研究所，天津301900）

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配電線路接地故障選線裝置技術研究

張姣姣，楊澤明，陳曉龍

（天津水利電力機電研究所，天津301900）

摘要：介紹配電線路接地故障選線裝置的選線原理，裝置結構，軟件設計，網絡結構通訊等。

關鍵詞：接地故障；選線；零序電流；數據采集

1　引言

配電線路接地故障發生頻繁且難于查找，大大增加了運維人員的工作強度。傳統的線路故障檢測技術精度低、實時性差，誤報率高，判定方式單一。本文基于暫態零序電流比較法，利用現有的傳感技術、數字信號處理技術、人工神經網絡、專家系統、模糊集理論研究配網線路接地故障選線方法。

2　選線原理和方法

單相接地時，暫態零序電流將顯著增加。可通過計算暫態零序電流幅值檢測是否發生故障。為增加檢測可靠性，也可根據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

根據零序電流分布規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零序電流幅值。從保證檢測靈敏度及易于實現的角度出發，可以計算暫態零序電流幅值的真有效值（TrueRMS）。以第j條線路為例，其暫態零序電流幅值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個數據；N為用于計算的數據個數，其大小根據暫態過程的持續時間而定。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

根據零序電流分布規律，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。

選用某一（設第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零序電流SFB分量的內積運算：

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，而極性比較法當某些健全線路暫態電流過小時易受噪聲干擾發生誤判。將幅值和極性特性結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　故障選線裝置結構

配電線路故障選線裝置由數據采集器、數據傳輸器、管理軟件組成。采集器負責精準的數據采集；數據傳輸器進行數據傳輸；管理軟件進行故障的分析判斷和數據統計。

3.1數據采集器

數據采集器是配電線路故障選線裝置的重要單元，可實時采集線路數據信息。數據采集器的整體設計思路如圖1所示。

圖1　數據采集器整體設計思路

數據采集器的核心是430單片機，該單片機本身具有10位A/D轉換器和512字節的EEPROM，可以簡化整個裝置的電路設計。通過采集器中放置的電磁感應CT，可將采集到的線路電流放大，用430內部的10A/D轉化器將CT輸出的模擬量變成離散的數字量，通過半波積分算法計算出線路的負荷電流值。而取能CT和電磁感應CT互不干擾，避免單一互感器在取能時拉低數據值的情況，在保證能量收集的同時，保證數據采集的準確性。該裝置通過大電容鋰電池、太陽能板和線路感應電力配合供電，高轉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開始取電為設備供電，20 A可滿足自供電，無需其他能量配合。

3.2數據傳輸器

數據傳輸器能夠將數據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送給數據采集器，這樣就避免了采集器單一原理的判斷所導致的誤動作。目前市場多數采集器沒有自動定位功能，配電線路出現故障時，需要人工沿線查找，尤其是在山區等路況復雜的地方，增加了故障查找的時間和難度。裝置為數據傳輸器內部配備無線射頻收發模塊，通過現今應用成熟的無線通訊網絡，向附近的通訊終端傳送采集器數據信息，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段。

3.3管理軟件

3.3.1軟件結構

（1）客戶端

客戶端即線上設備，客戶端負責采集線路上的電流，1 min取10個值，和設備的電壓、所在的經緯度，一起回傳給服務器端。

（2）服務器端

服務器端負責等待客戶端的接入，等到數據傳到之后把數據分離存入數據庫中。同時根據分離出來的數據判斷是否發生故障，如果有故障就會以短信的形式發送到維護人員的手機上。

3.3.2數據庫設計

數據表：用來存儲數據。主要是設備號，A相電流，B相電流，C相電流，和信息返回的時間。

圖2　數據表示意圖

故障表：為發生故障時刻存儲故障信息所用。

圖3　故障表示意圖

3.3.3服務器模塊

通過socket通訊方式來實時收集外部設備傳回的數據，控制線上設備的休眠，并對數據進行處理和轉發，發生故障的時刻發送短信給客戶。

程序流程圖如圖4所示。

流程圖：此流程圖為服務器收數據時所做的流程。當數據傳回來的時候判斷所回傳的數據需要服務器給出何種支持，分別為：

（1）請求服務器的IP地址以用于IP地址變更。

（2）請求設備所需要的參數。

（3）請求設備此時的狀態。

（4）經緯度的回傳。

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

圖4　程序流程圖

3.4網絡結構通訊設計

如圖5所示，采集器將精準的數據采集通過2GHz射頻發送給數據傳輸器；數據傳輸器通過GPRS/3g網絡發送到網絡云端服務器。網絡云端服務器將數據轉發給局內監控系統工作站和安卓APP客戶端，由工作站主機進行數據儲存、故障分析和短信通知。局內可以通過此工作站查看線路運行情況。

圖5　網絡結構通訊示意圖

4　總結

綜上所述，利用零序電流比較法，由數據采集器、數據轉發器和專家系統組成的故障選線裝置可實現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確的故障信息，保證居民和企業用電安全。

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

作者簡介：張姣姣（1987-），女，工程師，從事電網安全及電能質量工作。

收稿日期：2016-01-11

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2016.04.011

中圖分類號：TM862

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5387（2016）04-0033-03