专利名称：配电网故障检测系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种配电网故障检测系统。
背景技术：
我国配电网具有线路结构复杂、环境多样多变、故障频繁复杂、维护工作量大等特征。配电线路某一段发生故障，需要逐段排查故障发生位置，不但工作强度大，而且还会延误抢修时间，影响供电可靠性。目前，一些配电线路的故障检测普遍存在一些问题，具体表现在1、指示简单采用简单的翻牌、闪光等技术，需人工巡检进行故障定位，排查效率低。2、故障判据简单采用硬件模拟电路做判据，不能量化，判据单一固化，难以准确判断故障且判据参数无法调整。3、检测精度低对小电流接地故障判断不准确，甚至无法判断。4、通信单一采用单向通信协议，未实现双向通信。5、自检功能不完备未能对配电线路监控设备的运行情况做到实时自检并报警。6、参数固化配电线路监控的各类参数不能根据配电线路运行状况进行在线调整，对配电网环境适应能力低。
发明内容
鉴于上述现有技术所存在的问题，本发明提供了一种配电网故障检测系统，故障判断和定位准确，发生故障时能及时通知用户进行维护，保证配电网工作稳定可靠。为了达到上述技术效果，本发明提供了一种配电网故障检测系统，包括三个故障检测器和集中处理器，所述故障检测器包括电流互感器、信号处理电路、低通滤波器、频率检测电路、带通滤波器和第一微处理器，电流互感器，用于采集配电网的电流信号，并将所述电流信号处理成小电流信号， 发送至所述信号处理电路；信号处理电路，用于将所述小电流信号处理成带直流分量的交流信号，并发送至所述低通滤波器、频率检测电路和带通滤波器；低通滤波器，用于检测所述带直流分量的交流信号中的电流信息，并发送至所述第一微处理器；频率检测电路，用于检测所述带直流分量的交流信号中的频率信息，并发送至所述第一微处理器；带通滤波器，用于检测所述带直流分量的交流信号中的高频信息，并发送至所述第一微处理器；第一微处理器，包括电流判断单元、频率判断单元和高频分量判断单元，
电流判断单元，用于判断所述电流信息中的电流是否有变化，如果有则判断所述配电网发生故障；频率判断单元，用于计算所述频率信息在预先设置的第一时间内所通过的次数， 当所述次数不为预先设置的值时，判断所述配电网发生故障；高频分量判断单元，用于读取所述高频信息，当所述读取的高频信息增大时，则判断所述配电网发生故障；第一通信模块，用于当所述配电网发生故障时，将电路信息发送至所述集中处理器，所述电路信息包括所述电流信息、所述频率信息和所述高频信息；所述集中处理器包括第二通信模块和第二微处理器，第二通信模块，用于接收所述故障检测器发送的电路信息，并且在接收到任一故障检测器发送的电路信息时，请求另外两个故障检测器反馈电路信息；第二微处理器，用于根据所述电路信息计算出三个故障检测器的电流差有效值和相位差，根据所述电流差有效值和所述相位差判断出所述配电网故障信息，所述故障信息包括故障类型和预先设置的故障检测器编号。作为本发明配电网故障检测系统优选实施方式，所述电流判断单元包括第一电流判断单元，用于判断所述电流信息中的电流是否减小，当所述电流减小且持续时间为预先设置的第二时间时，判断所述配电网发生开路故障，将判断结果发送至所述集中处理器；第二电流判断单元，用于当所述电流信息中的电流增大且持续时间为预先设置的第三时间时，判断所述电流是否大于预先设置的电流值，当所述电流大于预先设置的电流值时，将所述电流信息发送至所述集中处理器；第三电流判断单元，当所述电流小于预先设置的电流值且在预先设置的第四时间内未恢复时，则判断所述配电网发生重合闸失败故障，将判断结果发送至所述集中处理器。作为本发明配电网故障检测系统优选实施方式，所述故障检测器还包括第一电源模块，用于向所述故障检测器提供电源电压；第一低压检测电路，用于检测所述故障检测器的电源电压，并将检测结果发送至所述第一微处理器；第一时钟电路，用于向所述第一微处理器提供精准时钟信号。作为本发明配电网故障检测系统优选实施方式，所述集中处理器还包括第二电源模块，用于向所述集中处理器提供电源电压；第二低压检测电路，用于检测所述集中处理器的电源电压，并将检测结果发送至所述第二微处理器；脉冲保护电路，与所述集中处理器天线端连接，用于过滤雷击信号和高压信号；第二时钟电路，用于向所述第二微处理器提供精准时钟信号。作为本发明配电网故障检测系统优选实施方式，所述系统还包括监控中心，所述集中处理器还包括第一 GSM通信模块，用于将所述故障信息转换成短信数据包发送至所述监控中心；监控中心，用于接收所述短信数据包，并根据用户预先设置的格式进行告警提示。作为本发明配电网故障检测系统优选实施方式，所述监控中心包括通信交换机和应用服务器，通信交换机，用于解析所述短信数据包，获取所述故障信息，并发送至所述应用服务器；应用服务器，与所述通信交换机通过RS232接口和/或USB接口连接，用于根据所述故障信息对所述配电网故障进行定位，并根据用户预先设置的格式进行提示。作为本发明配电网故障检测系统优选实施方式，所述通信交换机包括第二 GSM通信模块，包括主用GSM通信模块和备用GSM通信模块，所述主用GSM通信模块用于接收所述短信数据包，所述备用GSM通信模块用于当所述主用GSM通信模块处于繁忙时，接收所述短信数据包；第三微处理器，用于实时根据当前通信量大小切换所述主用GSM通信模块和备用 GSM通信模块的开启和关闭；第三时钟电路，用于向所述第三微处理器提供精准时钟信号。作为本发明配电网故障检测系统优选实施方式，所述应用服务器包括设置单元，用于设置所述集中处理器的参数和所述故障检测器的参数；所述第二 GSM通信模块，还用于将所述设置的集中处理器的参数和故障检测器的参数发送至所述集中处理器；所述第一 GSM通信模块，还用于接收所述集中处理器的参数和故障检测器的参数，并将所述故障检测器的参数发送至所述故障检测器；所述第一通信模块，还用于接收所述故障检测器的参数；统计单元，用于统计所述配电网的历史故障次数，并以表格报表和/或图形报表的形式显示。作为本发明配电网故障检测系统优选实施方式，所述用户预先设置的格式为短信格式、语音播放格式和图形格式中的一种或者几种组合。实施本发明配电网故障检测系统，具有如下有益效果通过故障检测器中的电流互感器、电流检测模块、频率检测电路和带通滤波器对配电网的电流信号进行采集和处理， 并通过第一微处理器对采集到的信息进行分析，即可判断出配电网线路是否出现故障，达到智能检测作用。同时，通过集中处理器中的第二微处理器计算出三个故障检测器的电流差有效值和相位差，判断出配电网的故障信息，并发送至监控中心，监控中心根据用户预先设置的格式进行告警提示，达到及时通知用户进行维护作用，定位准确，保证配电网工作稳定可靠，功耗低，抗干扰能力强。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显然，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例；对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明配电网故障检测系统第一实施例的结构示意图；图2为信号处理电路示意图；图3为低通滤波器电路示意图4为频率检测电路示意图；图5为带通滤波器电路示意图；图6为第一低压检测电路示意图；图7为第一时钟电路示意图；图8为本发明配电网故障检测系统第二实施例的结构示意图。
具体实施例方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。参见图1，图1为本发明配电网故障检测系统一个实施例的结构示意图。该系统包括三个故障检测器1 (这里将三个故障检测器1命名为故障检测器A、故障检测器B和故障检测器C，以下雷同不再赘述)和集中处理器2，故障检测器1包括电流互感器101、信号处理电路102、低通滤波器103、频率检测电路104、带通滤波器105和第一微处理器106，电流互感器101，用于采集配电网的电流信号，并将电流信号处理成小电流信号， 发送至信号处理电路102;具体的，电流互感器101由采用具有高导磁性能的电流互感器组成，由于采集到的配电网的电流比较大，导致无法直接采集大电流信号，所以必须通过电流互感器101将大电流信号处理成小电流信号，使输出幅度与配电网在线电流成比例，输出频率与配电网在线电流频率相等。信号处理电路102，用于将小电流信号处理成带直流分量的交流信号，并发送至低通滤波器103、频率检测电路104和带通滤波器105 ；具体的，由于电流互感器101输出的小电流信号是一个正负交替的交流信号，故障检测器1无法采集负电流波形信号，所以需要信号处理电路1021将正负交替的交流信号 (即小电流信号)处理成带直流分量的交流信号，该信号处理电路102电路图如图2所示， 电流互感器101输出的小电流信号从J2端口接入，经C2耦合后输入至运算放大器，运算放大器在保持信号完整的基础上，既提高了输入电阻，减少电流互感器101的负载，又降低了输出电阻，增加电路的驱动能力，使输入和输出阻抗相匹配，提高后续电路对信号的分辨能力，且Pl压敏电阻、Dl瞬变电压抑制二极管、D3稳压管对运算放大器输入端起到了良好的保护作用，经过处理后的带直流分量的交流信号从运算放大器1脚输出端输出。低通滤波器103，用于检测带直流分量的交流信号中的电流信息，并发送至第一微处理器106 ；具体的，低通滤波器1022的电路示意图如图3所示，带直流分量的交流信号从R13 输入至由运放组成的有源二阶低通滤波器，滤掉配电网中由于各种负载所产生的高频分量仅对低频的稳态分量进行处理，得到配电网中的电流信息，然后发送至第一微处理器106 中。频率检测电路104，用于检测带直流分量的交流信号中的频率信息，并发送至第一微处理器106 ；
具体的，由于高压线附近的强磁场会产生干扰，从而造成波形的畸变，最终导致判断出错，所以需要通过一频率检测电路来解决此情况，该频率检测电路示意图如图4所示， 利用由运放组成的运算放大器电路对带直流分量的交流信号进行波形整形，将其变化的正弦波整形成方波，然后输入至第一微处理器106中。带通滤波器105，用于检测带直流分量的交流信号中的高频信息，并发送至第一微处理器106 ；具体的，因发生短路接地和小电流接地时会存在较多的5次谐波和7次谐波分量， 这为故障的判断提供了依据，因此，利用如图5所示的带通滤波器电路中由运放组成的让限定的频带500Hz-1500Hz之内的信号分量通过，而对该频带之外的信号分量大大抑制的谐振电路将其提取出来，其工作原理为当配电网线路正常运行时，由于配电网供电频率为 50Hz，无法满足带通滤波器条件，此时带通滤波器无信号输出；当发生短路接地和小电流接地时会存在较多的5次谐波和7次谐波分量，谐波大小一般为500Ηζ-1500Ηζ，刚好满足带通滤波器输出条件。该带通滤波器105具有较高的Q值，能很好地对阻带内的信号进行抑制， 因此，可完整地、不失真地对谐波分量进行提取。第一微处理器106，包括电流判断单元1061、频率判断单元1062和高频分量判断单元1063，具体的，第一微处理器106采用具有12位模数转换器(Analog-to-Digital Converter, ADC)采样精度的微处理器。电流判断单元1061，用于判断电流信息中的电流是否有变化，如果有则判断配电网发生故障，发送告警信号至告警模块107 ；具体的，电流判断单元1061包括第一电流判断单元10611，用于判断电流信息中的电流是否减小，当电流减小且持续时间为预先设置的第二时间时，判断配电网发生开路故障，将判断结果发送至集中处理器2，具体的，第二时间为2秒；第二电流判断单元10612，用于当电流信息中的电流增大且持续时间为预先设置的第三时间时，判断电流是否大于预先设置的电流值，当电流大于预先设置的电流值时，将电流信息发送至集中处理器2，具体的，第三时间为20毫秒，预先设置的电流值为5A ；第三电流判断单元10613，当电流小于预先设置的电流值且在预先设置的第四时间内未恢复时，则判断配电网发生重合闸失败故障，将判断结果发送至集中处理器2，具体的，第三时间为50毫秒，如果电流小于预先设置的电流值且在预先设置的第四时间内恢复正常时，则可以判断速断重合闸成功，此时不需要再启动相电流突变判据。频率判断单元1062，用于计算频率信息在预先设置的第一时间内所通过的次数， 当次数不为预先设置的值时，判断配电网发生故障；具体的，第一时间为1. 66毫秒，第一微处理器106对方波进行下降沿中断，以1. 66 毫秒计时，通过计算1. 66毫秒的次数，得到一个周期时间，因为正常相电流频率是50Hz，在中断计时窗口里计数值应为12，如果计数值不为12，则表明频率不正常，偏离了 50Hz，判断配电网发生故障。高频分量判断单元1063，用于读取高频信息，当读取的高频信息增大时，则判断配电网发生故障；具体的，高频分量判断单元1063每周波读取12次，如果本次读取的数据比上次读取的数据增大IOA是，则认为有暂态发生。第一通信模块107，用于当配电网发生故障时，将电路信息发送至集中处理器2， 电路信息包括电流信息、频率信息和高频信息；集中处理器2包括第二通信模块21和第二微处理器22，第二通信模块21，用于接收故障检测器发送的电路信息，并且在接收到任一故障检测器发送的电路信息时，请求另外两个故障检测器反馈电路信息；具体的，当第二通信模块21接收到故障检测器A发送的电路信息时，会请求故障检测器B和故障检测器C反馈它们自身检测到的当前电路信息；当第二通信模块21接收到故障检测器B发送的电路信息时，会请求故障检测器A和故障检测器C反馈它们自身检测到的当前电路信息；当第二通信模块21接收到故障检测器C发送的电路信息时，会请求故障检测器A和故障检测器B反馈它们自身检测到的当前电路信息。第二微处理器22，用于根据电路信息计算出三个故障检测器的电流差有效值和相位差，根据电流差有效值和相位差判断出配电网故障信息，故障信息包括故障类型和预先设置的故障检测器编号。具体的，当故障检测器触发判据而故障检测器又不能判断故障时，故障检测器将数据冻结，打包通过无线通信模块传输给集中处理器2，集中处理器2同时命令其他两相故障检测器将当前数据也同时冻结，打包传输给集中处理器2。集中处理器2对三相检测器发过来的电流向量数据进行预处理，包括计算相电流有效值、相位和正序电流/+，负序电流
，零序电流/。。具体为首先计算三相电流差突变量的有效值|Γ ΑΒ|、|Γ BC|、|r CA|，然后通过比较， 求出当中最小值|i|min。这里有三种可能，如果|Γ BC|最小，则先判断是否是单相接地，如果为单相接地，则为A相接地。判断方法是监测|Γ Be|是否小于1/5另外两个电流有效值。如果判断不为单相接地，则必定是相间短路。Ir ΑΒ|，|Γ 两种情况可以按上面方式类推。由于电流突变选相法在特殊情况，如弱电源端电流变化量不大，最严重是单端电源线路发生接地故障，受电端只有零序电流通过，三相电流基本相同，电流突变选相法就无法进行故障选相。为了有效的实现选项，这里采用序相量比相法进行辅助判断。序相量比相法使用稳态电流数据(故障发生5周波之后)，利用负序分量与零序分量进行比相。不同故障类型下，它们有不同的相位差。利用负序分量ΙΑ-，零序分量为Iaci求取Ia-与Iaci的相位
差。假设Iaq = a+jb ； IA_ = c+jd ；则相位差0 = arctan j - arctan j，不同的相位差对应
故障见表1表 权利要求
1.一种配电网集中处理器，其特征在于，包括三个故障检测器和集中处理器， 所述故障检测器包括电流互感器、信号处理电路、低通滤波器、频率检测电路、带通滤波器和第一微处理器，电流互感器，用于采集配电网的电流信号，并将所述电流信号处理成小电流信号，发送至所述信号处理电路；信号处理电路，用于将所述小电流信号处理成带直流分量的交流信号，并发送至所述低通滤波器、频率检测电路和带通滤波器；低通滤波器，用于检测所述带直流分量的交流信号中的电流信息，并发送至所述第一微处理器；频率检测电路，用于检测所述带直流分量的交流信号中的频率信息，并发送至所述第一微处理器；带通滤波器，用于检测所述带直流分量的交流信号中的高频信息，并发送至所述第一微处理器；第一微处理器，包括电流判断单元、频率判断单元和高频分量判断单元， 电流判断单元，用于判断所述电流信息中的电流是否有变化，如果有则判断所述配电网发生故障；频率判断单元，用于计算所述频率信息在预先设置的第一时间内所通过的次数，当所述次数不为预先设置的值时，判断所述配电网发生故障；高频分量判断单元，用于读取所述高频信息，当所述读取的高频信息增大时，则判断所述配电网发生故障；第一通信模块，用于当所述配电网发生故障时，将电路信息发送至所述集中处理器，所述电路信息包括所述电流信息、所述频率信息和所述高频信息； 所述集中处理器包括第二通信模块和第二微处理器，第二通信模块，用于接收所述故障检测器发送的电路信息，并且在接收到任一故障检测器发送的电路信息时，请求另外两个故障检测器反馈电路信息；第二微处理器，用于根据所述电路信息计算出三个故障检测器的电流差有效值和相位差，根据所述电流差有效值和所述相位差判断出所述配电网故障信息，所述故障信息包括故障类型和预先设置的故障检测器编号。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电流判断单元包括第一电流判断单元，用于判断所述电流信息中的电流是否减小，当所述电流减小且持续时间为预先设置的第二时间时，判断所述配电网发生开路故障，将判断结果发送至所述集中处理器；第二电流判断单元，用于当所述电流信息中的电流增大且持续时间为预先设置的第三时间时，判断所述电流是否大于预先设置的电流值，当所述电流大于预先设置的电流值时， 将所述电流信息发送至所述集中处理器；第三电流判断单元，当所述电流小于预先设置的电流值且在预先设置的第四时间内未恢复时，则判断所述配电网发生重合闸失败故障，将判断结果发送至所述集中处理器。
3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述故障检测器还包括 第一电源模块，用于向所述故障检测器提供电源电压；第一低压检测电路，用于检测所述故障检测器的电源电压，并将检测结果发送至所述第一微处理器；第一时钟电路，用于向所述第一微处理器提供精准时钟信号。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述集中处理器还包括 第二电源模块，用于向所述集中处理器提供电源电压；第二低压检测电路，用于检测所述集中处理器的电源电压，并将检测结果发送至所述第二微处理器；脉冲保护电路，与所述集中处理器天线端连接，用于过滤雷击信号和高压信号； 第二时钟电路，用于向所述第二微处理器提供精准时钟信号。
5.如权利要求1至4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括监控中心， 所述集中处理器还包括第一 GSM通信模块，用于将所述故障信息转换成短信数据包发送至所述监控中心；监控中心，用于接收所述短信数据包，并根据用户预先设置的格式进行告警提示。
6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述监控中心包括通信交换机和应用服务器，通信交换机，用于解析所述短信数据包，获取所述故障信息，并发送至所述应用服务器；应用服务器，与所述通信交换机通过RS232接口和/或USB接口连接，用于根据所述故障信息对所述配电网故障进行定位，并根据用户预先设置的格式进行提示。
7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述通信交换机包括第二 GSM通信模块，包括主用GSM通信模块和备用GSM通信模块，所述主用GSM通信模块用于接收所述短信数据包，所述备用GSM通信模块用于当所述主用GSM通信模块处于繁忙时，接收所述短信数据包；第三微处理器，用于实时根据当前通信量大小切换所述主用GSM通信模块和备用GSM 通信模块的开启和关闭；第三时钟电路，用于向所述第三微处理器提供精准时钟信号。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述应用服务器包括设置单元，用于设置所述集中处理器的参数和所述故障检测器的参数； 所述第二 GSM通信模块，还用于将所述设置的集中处理器的参数和故障检测器的参数发送至所述集中处理器；所述第一 GSM通信模块，还用于接收所述集中处理器的参数和故障检测器的参数，并将所述故障检测器的参数发送至所述故障检测器；所述第一通信模块，还用于接收所述故障检测器的参数；统计单元，用于统计所述配电网的历史故障次数，并以表格报表和/或图形报表的形式显不。
9.如权利要求8所述的系统，其特征在于，所述用户预先设置的格式为短信格式、语音播放格式和图形格式中的一种或者几种组合。
全文摘要
本发明公开了一种配电网故障检测系统，包括故障检测器和集中处理器，所述故障检测器包括电流互感器、信号处理电路、低通滤波器、频率检测电路、带通滤波器、第一微处理器和第一通信模块，所述集中处理器包括第二通信模块和第二微处理器。本发明配电网故障检测系统，能智能检测出配电网故障，定位准确，保证配电网工作稳定可靠，功耗低，抗干扰能力强。
文档编号G01R31/08GK102175951SQ20111002093
公开日2011年9月7日 申请日期2011年1月18日 优先权日2011年1月18日
发明者吴多龙, 李 瑞, 李超, 罗峰, 罗轮 申请人:广州思泰信息技术有限公司