一种多回路组态故障录波装置及使用其的故障录波方法与流程

1.本发明涉及配电网技术领域，特别是一种多回路组态故障录波装置及使用其的故障录波方法。


背景技术：

2.在10kv配电网系统中，由于小电流接地系统具有供电可靠性高以及故障时对设备冲击小等优点而广泛应用，并通过小电流接地选线设备来进行接地故障判断与甄别。但是，小电流接地系统的固有特点：当配电网发生单相接地后，比较难于找出单相接地所在电气间隔回路，因此配电网接地故障选线一直没有得到很好的解决。随着基础研究、算法研究的不断进步，为了能提高在实际运行过程中的判断小电流接地故障的准确性，市面上出现了专用故障录波装置来辅助证明和分析小电流接地选线设备的判是否正确，但是这些专用故障录波装置由于结构复杂，价格昂贵，只能在核心区域安装使用，适用性低。


技术实现要素：

3.针对上述缺陷，本发明的一个目的在于提出一种多回路组态故障录波装置，解决了现有的故障录波装置结构复杂，价格昂贵，只能在核心区域安装使用，适用性低的问题。
4.针对上述缺陷，本发明的另一个目的在于提出一种故障录波方法，解决了现有的故障录波装置只能在核心区域安装使用，适用性低的问题。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：一种多回路的组态故障录波装置，包括中央处理模块、采样模块和存储模块；
6.所述中央处理模块的spi接口端与所述采样模块的数据输出端电连接，所述中央处理模块的数据接口与所述存储模块双向通信连接；
7.所述采样模块用于采集电气回路中的模拟量，还用于将所述模拟量转变成数字量；
8.所述中央处理模块用于从所述存储模块获取所述采样模块的各个模拟量对应的回路配置归属信息；还用于根据预设的录波采样频率，启动所述采样模块采集电气回路中的模拟量，并根据所述回路配置归属信息读取所述采样模块通过转换所述模拟量得到的数字量；还用于根据所述数字量计算并判断所述回路配置归属信息对应的电气回路是否发生零序电压突变；还用于当电气回路发生零序电压突变时继续读取在电气回路发生零序电压突变后y个周期内所述采样模块通过转换所述模拟量得到的数字量；
9.所述存储模块用于存储所述数字量。
10.值得说明的是，所述组态故障录波装置包括多个采样模块，所述采样模块设有片选控制端，所述中央处理模块设有多个片选输出端csn，所述中央处理模块的片选输出端csn与所述采样模块的片选控制端一一对应，所述片选输出端csn电连接于与其对应的所述片选控制端。
11.可选地，所述采样模块设有多个电压采集端和电流采集端，所述电压采集端和所
述电流采集端分别与电气回路电连接。
12.具体地，所述组态故障录波装置还包括零序电压突变门限阈值下设模块，所述零序电压突变门限阈值下设模块通过以太网与所述中央处理模块的通讯接口连接。
13.优选的，所述中央处理模块的convst输出端与所述采样模块的模数转换输入控制端电连接。
14.值得说明的是，一种故障录波方法，使用所述的一种多回路组态故障录波装置，包括以下步骤：
15.初始化步骤：所述中央处理模块从所述存储模块获取所述采样模块的各个模拟量对应的回路配置归属信息；
16.采集步骤：所述中央处理模块根据预设的录波采样频率，启动所述采样模块采集电气回路中的模拟量，并根据所述回路配置归属信息读取所述采样模块通过转换所述模拟量得到的数字量；
17.录波步骤：所述中央处理模块根据所述数字量计算并判断所述回路配置归属信息对应的电气回路是否发生零序电压突变；当电气回路发生零序电压突变时，继续读取在电气回路发生零序电压突变后y个周期内所述采样模块通过转换所述模拟量得到的数字量；所述中央处理模块根据各个模拟量对应的回路配置归属信息将对应的所述数字量分发存储到所述存储模块。
18.可选地，所述初始化步骤还包括：于所述中央处理模块预设定录波点数阈值；其中，所述录波点数阈值等于录波采样频率乘以在电气回路发生零序电压突变后y个周期的周期个数y；
19.所述录波步骤具体为：所述中央处理模块读取所述采样模块采集并转变得到的数字量，每读取一个所述数字量，所述中央处理模块的录波索引增加一；
20.当所述录波索引等于所述录波点数阈值时，所述中央处理模块根据各个模拟量对应的回路配置归属信息将对应的所述数字量分发存储到所述存储模块。
21.具体地，所述初始化步骤还包括：对所述录波索引进行重置清零。
22.优选的，所述组态故障录波装置包括多个采样模块，所述采样模块设有片选控制端，所述中央处理模块设有多个片选输出端csn，所述中央处理模块的片选输出端csn与所述采样模块的片选控制端一一对应，所述片选输出端csn电连接于与其对应的所述片选控制端；
23.所述采集步骤还包括：
24.b1：所述中央处理模块导通一个所述片选输出端scn；
25.b2：所述中央处理模向所述片选输出端scn对应的采样模块发送片选指令，所述采样模块接收到所述片选指令后，所述中央处理模块读取所述采样模块采集并转变得到的数字量，并根据各个模拟量对应的回路配置归属信息将对应的所述数字量分发存储到所述存储模块；
26.b3：在所述中央处理模块1读取并分发存储完一个所述采样模块2对应的所有所述数字量后，所述中央处理模块导通下一个所述片选输出端scn，并重复步骤b2，直到所述中央处理模块读取并分发存储完所有所述采样模块采集并转变到的数字量为止。
27.上述技术方案中的一个技术方案具有如下有益效果：所述多回路的组态故障录波
装置利用所述中央处理模块读取所述存储模块中的回路配置归属信息，将采样模块采集到的电气录波数据存储到存储模块中，只需要采用三个模块就能实现小电流接地系统的选线录波功能，结构简单，成本低廉。另外，由于所述中央处理模块在读取所述数字量前已经录入了所述采样模块的各个模拟量对应的回路配置归属信息，当读取所述数字量后，就能分辨出每个所述数字量对应所述采样模块采集的位置，当该位置故障时，就能准确对该位置的波形进行录制，为离线分析小电流接地故障提供原始数据支持，从而能准确地证明和分析小电流接地选线设备的判断是否正确。
附图说明
28.图1是本发明的一个实施例的组态故障录波装置的结构框图；
29.图2是本发明的一个实施例的组态故障录波装置的电路；
30.其中：1中央处理模块；2采样模块；3存储模块；4零序电压突变门限阈值下设模块。
具体实施方式
31.下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中，相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
32.在本发明的实施方式的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的实施方式的不同结构。为了简化本发明的实施方式的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明的实施方式可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。
34.下面结合图1至图2，描述本发明实施例的一种多回路的组态故障录波装置，包括中央处理模块1、采样模块2和存储模块3；所述中央处理模块1的spi接口端与所述采样模块2的数据输出端电连接，所述中央处理模块1的数据接口与所述存储模块3双向通信连接；所述采样模块2用于采集电气回路中的模拟量，还用于将所述模拟量转变成数字量；所述中央处理模块1用于从所述存储模块3获取所述采样模块2的各个模拟量对应的回路配置归属信息；还用于根据预设的录波采样频率，启动所述采样模块2采集电气回路中的模拟量，并根据所述回路配置归属信息读取所述采样模块2通过转换所述模拟量得到的数字量；还用于根据所述数字量计算并判断所述回路配置归属信息对应的电气回路是否发生零序电压突变；还用于当电气回路发生零序电压突变时继续读取在电气回路发生零序电压突变后y个周期内所述采样模块2通过转换所述模拟量得到的数字量；所述存储模块3用于存储所述数字量。具体地，所述存储模块3优选为闪存芯片。
35.如图1所示，箭头方向为数据输送的方向。所述多回路的组态故障录波装置利用所述中央处理模块1读取所述存储模块3中的回路配置归属信息，将采样模块2采集到的电气录波数据存储到存储模块3中，只需要采用三个模块就能实现小电流接地系统的选线录波功能，结构简单，成本低廉。另外，由于所述中央处理模块1在读取所述数字量前已经录入了
所述采样模块2的各个模拟量对应的回路配置归属信息，当读取所述数字量后，就能将每个所述数字量根据存储模块3的回路归属配置信息，正确按照归属分发数字量并进行数字量的存储，便于后期根据存储数据进行故障离线分析，从而能准确地证明和分析小电流接地选线设备的判是否正确。
36.值得说明的是，所述组态故障录波装置包括多个采样模块2，所述采样模块2设有片选控制端，所述中央处理模块1设有多个片选输出端csn，所述中央处理模块1的片选输出端csn与所述采样模块2的片选控制端一一对应，所述片选输出端csn电连接于与其对应的所述片选控制端。一个实施例中，一个配电房内部署两段母线，六个电气间隔，一段母线具有ua、ub、uc和uo共四个电压，ua为母线的a相的相电压，ub为b相的相电压，uc为c相的相电压，uo为零序电压，两段母线就是八个电压模拟量；一个电气间隔具有ia、ib、ic和io共四个电流，ia为a相的相电流，ib为b相的相电流，ic为c相的相电流，io为零序电流，六个电气间隔就是二十四个电流模拟量；加起来一共是三十个模拟量。所述组态故障录波装置包括两个采样模块2，两个所述采样模块2各分配采集十五个模拟量。根据三十个模拟量的分配情况，为所述中央处理模块1配置每个模拟量对应的回路配置归属信息，使中央处理模块1读取到所述模拟量对应的数字量的同时能获取该模拟量对应的回路配置归属信息，其中，所述回路配置信息具体为所述模拟量属于哪段母线或者哪个电气隔离，具体位置在a相、b相、c相还是零序。
37.一些实施例中，所述采样模块2设有多个电压采集端和电流采集端，所述电压采集端和所述电流采集端分别与电气回路电连接。所述电压采集端用于采集母线的a相的相电压ua、母线的b相的相电压ub、母线的c相的相电压uc和母线的零序电压uo，所述电流采集端用于采集电气间隔的a相的相电流ia、电气间隔的b相的相电流ib、电气间隔的c相的相电流ic和电气间隔的零序电流io。
38.可选地，所述组态故障录波装置还包括零序电压突变门限阈值下设模块4，所述零序电压突变门限阈值下设模块4通过以太网与所述中央处理模块1的通讯接口连接。所述零序电压突变门限阈值下设模块4为现有的结构，在本实施例中，所述零序电压突变门限阈值用于将零序电压突变门限阈值参数下设并保存在所述中央处理模块1。
39.优选的，所述中央处理模块1的convst输出端与所述采样模块2的模数转换输入控制端电连接。具体地，所述采样模块2为模数转换芯片，型号为ad7616bstz。当所述中央处理模块1通过其自身的convst输出端向所述采样模块2发送模数转换指令时，所述采样模块2将采集到的电气回路中的模拟量通过模数转换转换成所述数字量。
40.值得说明的是，一种故障录波方法，使用所述的一种多回路组态故障录波装置，包括以下步骤：
41.初始化步骤：所述中央处理模块1从所述存储模块3获取所述采样模块2的各个模拟量对应的回路配置归属信息；
42.采集步骤：所述中央处理模块1根据预设的录波采样频率，启动所述采样模块2采集电气回路中的模拟量，并根据所述回路配置归属信息读取所述采样模块通过转换所述模拟量得到的数字量；
43.录波步骤：所述中央处理模块1根据所述数字量计算并判断所述回路配置归属信息对应的电气回路是否发生零序电压突变；当电气回路发生零序电压突变时，继续读取在
电气回路发生零序电压突变后y个周期内所述采样模块通过转换所述模拟量得到的数字量；具体地，所述中央处理模块1的型号为stm32f412，所述中央处理模块1利用突变量算法判断零序电压突变然后启动录波步骤，所述突变量算法为现有算法，用于判断零序电压突。所述中央处理模块1根据各个模拟量对应的回路配置归属信息将对应的所述数字量分发存储到所述存储模块3。
44.一些实施例中，所述初始化步骤还包括：于所述中央处理模块1预设定录波点数阈值；其中，所述录波点数阈值等于录波采样频率乘以在电气回路发生零序电压突变后y个周期的周期个数y；
45.所述录波步骤具体为：所述中央处理模块1读取所述采样模块2采集并转变得到的数字量，每读取一个所述数字量，所述中央处理模块1的录波索引增加一；
46.当所述录波索引等于所述录波点数阈值时，所述中央处理模块1根据各个模拟量对应的回路配置归属信息将对应的所述数字量分发存储到所述存储模块3。
47.一个实施例中，录波采样频率设置为每个周期采样96点，设置所述中央处理模块1通过所述spi接口端读取在电气回路发生零序电压突变前4个周期以及在电气回路发生零序电压突变后8个周期的所述采样模块2采集并转变得到的数字量，因此所述录波点数阈值为96*(4+8)＝1152。当所述录波波索累加到1152时，所述中央处理模块1根据各个模拟量对应的回路配置归属信息将对应的所述数字量分发存储到所述存储模块3。
48.值得说明的是，所述初始化步骤还包括：对所述录波索引进行重置清零。对所述录波索引进行重置清零，能对所述组态故障录波装置在先前运作时记录在所述中央处理模块1的录波索引进行清零，避免在没有对所述录波索引进行清零的情况下继续累加，导致程序出错。
49.一些实施例中，所述组态故障录波装置包括多个采样模块2，所述采样模块2设有片选控制端，所述中央处理模块1设有多个片选输出端csn，所述中央处理模块1的片选输出端csn与所述采样模块2的片选控制端一一对应，所述片选输出端csn电连接于与其对应的所述片选控制端；
50.所述采集步骤还包括：
51.b1：所述中央处理模块1导通一个所述片选输出端scn；
52.b2：所述中央处理模向所述片选输出端scn对应的采样模块2发送片选指令，所述采样模块2接收到所述片选指令后，所述中央处理模块1读取所述采样模块2采集并转变得到的数字量，并根据各个模拟量对应的回路配置归属信息将对应的所述数字量分发存储到所述存储模块3；
53.b3：在所述中央处理模块1读取并分发存储完一个所述采样模块2对应的所有所述数字量后，所述中央处理模块1导通下一个所述片选输出端scn，并重复步骤b2，直到所述中央处理模块1读取并分发存储完所有所述采样模块2采集并转变到的数字量为止。
54.设置多个所述采样模块2，能使所述组态故障录波装置应用在不同的场合，使所述组态故障录波装置能采集更多位置的信息。一个实施例中，所述组态故障录波装置包括三个采样模块2，第一个所述采样模块2的片选控制端与所述中央处理模块1的片选输出端cs1电连接，第二个所述采样模块2的片选控制端与所述中央处理模块1的片选输出端cs2电连接，第三个所述采样模块2的片选控制端与所述中央处理模块1的片选输出端cs3电连接。当
发生零序电压突变，所述中央处理模块1需要读取所述采样模块2的数字量时，所述中央处理模块1首先通过其自身的片选输出端cs1向第一个所述采样模块2发送片选指令，读取第一个所述采样模块2内的数字量，然后通过其自身的片选输出端cs2向第二个所述采样模块2发送片选指令，读取第二个所述采样模块2内的数字量，最后其自身的片选输出端cs3向第三个所述采样模块2发送片选指令，读取第三个所述采样模块2内的数字量。
55.整体流程如下：
56.a1:所述中央处理模块1从所述存储模块3获取所述采样模块2的各个模拟量对应的回路配置归属信息；
57.a2:于所述中央处理模块1预设定录波点数阈值；
58.a3:对所述录波索引进行重置清零；
59.b:所述中央处理模块1根据录波采样频率进入采样定时器中断，根据预设的录波采样频率，启动所述采样模块2采集电气回路中的模拟量，并根据所述回路配置归属信息读取所述采样模块通过转换所述模拟量得到的数字量；
60.b1：所述中央处理模块1导通一个所述片选输出端scn；
61.b2：所述中央处理模向所述片选输出端scn对应的采样模块2发送片选指令，所述采样模块2接收到所述片选指令后，所述中央处理模块1读取所述采样模块2采集并转变得到的数字量；并根据各个模拟量对应的回路配置归属信息将对应的所述数字量分发存储到所述存储模块3；
62.b3：在所述中央处理模块1读取并分发存储完一个所述采样模块2对应的所有所述数字量后，所述中央处理模块1导通下一个所述片选输出端scn，并重复步骤b2，直到所述中央处理模块1读取并分发存储完所有所述采样模块2采集并转变到的数字量为止。
63.c：所述中央处理模块1根据所述数字量计算并判断所述回路配置归属信息对应的电气回路是否发生零序电压突变；当发生零序电压突变时，继续读取在电气回路发生零序电压突变后y个周期内所述采样模块通过转换所述模拟量得到的数字量，并根据各个模拟量对应的回路配置归属信息将对应的所述数字量分发存储到所述存储模块3。
64.根据本发明实施例的一种多回路组态故障录波装置及使用其的故障录波方法的其他构成等以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
65.在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
66.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。