相間短路故障檢測(cè)課件

配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

DistributionAutomationTechnology電氣與新能源學(xué)院劉道兵配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

DistributionAutomati第4章配電網(wǎng)饋線監(jiān)控終端4.1饋線監(jiān)控終端簡(jiǎn)介4.1.1饋線監(jiān)控終端功能及性能要求4.1.2饋線監(jiān)控終端構(gòu)成4.1.3饋線終端單元硬件4.1.4饋線終端單元軟件4.1.5環(huán)網(wǎng)柜和開閉所的饋線終端單元4.2饋線監(jiān)控終端數(shù)據(jù)采集原理4.2.1概述4.2.2模擬量采集的基本原理4.2.3交流采樣算法4.2.4數(shù)字濾波原理4.2.5開關(guān)量輸入/輸出4.3饋線監(jiān)控終端實(shí)例4.3.1FD-F2010型饋線監(jiān)控終端的構(gòu)成4.3.2F2010B型饋線終端單元硬件4.3.3F2010B型饋線終端單元軟件4.4饋線故障指示器4.4.1概述4.4.2短路故障指示器4.4.3故障指示器的應(yīng)用和發(fā)展第4章配電網(wǎng)饋線監(jiān)控終端4.1饋線監(jiān)控終端簡(jiǎn)介饋線監(jiān)控終端應(yīng)具有功能：遙信、遙測(cè)、遙控對(duì)時(shí)事故記錄、事件順序記錄定值遠(yuǎn)方修改和召喚定值通信功能故障錄波……4.1饋線監(jiān)控終端簡(jiǎn)介一、饋線監(jiān)控終端功能及性能要求饋線監(jiān)控終端應(yīng)具有功能：4.1饋線監(jiān)控終端簡(jiǎn)介一、饋線監(jiān)饋線監(jiān)控終端作為一個(gè)獨(dú)立的智能設(shè)備，一般由1個(gè)或若干個(gè)核心模塊饋線終端單元（獨(dú)立機(jī)殼）、外置接口電路板、充電器、蓄電池、機(jī)箱外殼以及各種附件組成。各種附件包括就地遠(yuǎn)方控制把手、分合閘按鈕、跳合位置指示燈、接線端子排、航空接插件、空氣開關(guān)、除濕和加熱器等。二、饋線監(jiān)控終端的構(gòu)成饋線監(jiān)控終端作為一個(gè)獨(dú)立的智能設(shè)備，一般由1個(gè)或若干個(gè)核心模圖3-1饋線終端單元硬件框圖三、饋線終端單元的硬件圖3-1饋線終端單元硬件框圖三、饋線終端單元的硬件1.交流量采集回路交流量采集回路設(shè)計(jì)主要需考慮的是：該饋線終端單元的應(yīng)用場(chǎng)合需要監(jiān)視的交流通道數(shù)量和各通道的輸入范圍前置低通濾波器的參數(shù)A／D轉(zhuǎn)換的精度、輸入范圍和轉(zhuǎn)換速度。1.交流量采集回路交流量采集回路設(shè)計(jì)主要需考慮的是：交流量采集回路--交流通道數(shù)量交流通道數(shù)量取決于饋線終端單元需要監(jiān)視的饋線數(shù)量。一條饋線需要監(jiān)視的交流量主要有三相電壓、三相電流共計(jì)6個(gè)交流量。如果饋線終端單元需要監(jiān)視分段器，則需要考慮引入分段器兩側(cè)的饋線電壓量以用于備用電源自動(dòng)投入，此時(shí)饋線終端單元需要監(jiān)視的量就達(dá)到了9個(gè)（6路電壓、3路電流）。交流量采集回路--交流通道數(shù)量交流通道數(shù)量取決于饋線終端單元交流量采集回路--交流輸入的量程在配電網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)計(jì)中，TA取了一個(gè)既能保證一定的測(cè)量精度，又能滿足短路故障時(shí)不會(huì)深度飽和的TA。饋線終端單元內(nèi)的電流互感器的輸入范圍不同于傳統(tǒng)的保護(hù)或監(jiān)控裝置，一般來(lái)說(shuō)，其動(dòng)態(tài)輸入范圍為0-50A。交流量采集回路--交流輸入的量程在配電網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)計(jì)中，交流量采集回路--濾波及采樣點(diǎn)數(shù)由于采樣頻率為信號(hào)頻率的幾十倍甚至上百倍，使用FFT等數(shù)字濾波的效果極為明顯。它能非常真實(shí)的分離出系統(tǒng)的基波分量和通常所關(guān)心的高次諧波分量，這樣饋線終端單元中對(duì)前置低通濾波器一般采用一個(gè)一階RC無(wú)源低通濾波器就足夠了。由于一階低通濾波器的濾波特性不太理想，考慮一定的裕度，截止頻率取1500Hz（30次諧波）左右，則采樣頻率為每周波64點(diǎn)或以上。交流量采集回路--濾波及采樣點(diǎn)數(shù)由于采樣頻率為信號(hào)頻率的幾十交流量采集回路--A／D轉(zhuǎn)換的速度、精度和范圍饋線終端單元內(nèi)部經(jīng)小TA、小TV變換后的信號(hào)的電壓幅度越大，其受噪聲干擾的影響也就越小。因而在選取小TA、小TV的輸出范圍和A／D的輸入范圍時(shí)，應(yīng)該越大越好。工作環(huán)境的電磁噪聲強(qiáng)度往往處在1~10mV之間，A／D轉(zhuǎn)換的最小分辨率低于5mV無(wú)甚意義。以輸入范圍為±10V的A／D來(lái)說(shuō)，12位（最小分辨率為±5mV）或14位（最小分辨率為±1.25mV）精度已經(jīng)足夠了。至于A／D轉(zhuǎn)換的速度，取決于采樣通道數(shù)量，另外與軟件處理方式有一定關(guān)系，一般每秒采樣10~50萬(wàn)次已經(jīng)足夠。交流量采集回路--A／D轉(zhuǎn)換的速度、精度和范圍饋線終端單開關(guān)位置信號(hào)，彈簧儲(chǔ)能信號(hào)，接地刀閘信號(hào)，工作電源的失電信號(hào)等，因而每饋線提供6~8個(gè)數(shù)字量輸入已能滿足要求。硬件上一般增加低通濾波回路以防止高頻電磁干擾造成遙信誤報(bào)，軟件上采用變位記錄并延時(shí)確認(rèn)的方式避免接點(diǎn)抖動(dòng)造成遙信誤報(bào)。由于許多饋線終端單元安裝在戶外甚至電線桿上，檢修維護(hù)極為不便，設(shè)計(jì)時(shí)最好能考慮到遙信量自檢功能。2.數(shù)字量輸入回路開關(guān)位置信號(hào)，彈簧儲(chǔ)能信號(hào)，接地刀閘信號(hào)，工作電源的失電信號(hào)提供返校通道能保證在錯(cuò)誤的遙控命令已發(fā)出的情況下，通過(guò)返校回路還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤命令并立即閉鎖遙控出口，避免事故發(fā)生。返校回路也能保證饋線終端單元能定期地對(duì)遙控回路監(jiān)視，防患于未然。3.數(shù)字量輸出回路提供返校通道能保證在錯(cuò)誤的遙控命令已發(fā)出的情況下，通過(guò)返?；仞伨€終端單元除了需完成交流采樣和故障檢測(cè)外，更重要的是應(yīng)與配電網(wǎng)主站或子站通信，及時(shí)將遙測(cè)、遙信和故障信號(hào)傳到主站或子站，并執(zhí)行主站或子站相應(yīng)的遙控命令。饋線終端單元的人機(jī)界面包括按鍵及顯示兩部分。顯示部分一般采用液晶顯示器，也有采用便攜電腦由軟件提供數(shù)據(jù)顯示及人機(jī)交互功能4.通信接口及人機(jī)界面饋線終端單元除了需完成交流采樣和故障檢測(cè)外，更重要的是應(yīng)與配按照功能劃分，將不同的功能分配給不同的CPU來(lái)處理由DSP完成數(shù)據(jù)濾波和處理由網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器完成以太網(wǎng)通信由主CPU完成邏輯運(yùn)算和其他功能。5.CPU按照功能劃分，將不同的功能分配給不同的CPU來(lái)處理5.CPU1.測(cè)控功能饋線終端單元的測(cè)控功能包括交流電壓、電流信號(hào)的高速實(shí)時(shí)采樣和有效值計(jì)算，有功、無(wú)功、功率因數(shù)計(jì)算，各交流量的2~16次高次諧波分量及諧波總量計(jì)算；遙信量的采集及上送；遙控返校及執(zhí)行等功能。四、饋線終端單元軟件1.測(cè)控功能四、饋線終端單元軟件2.故障檢測(cè)功能（1）相間短路故障檢測(cè)故障檢測(cè)通過(guò)監(jiān)視交流輸入相電流或零序電流是否超過(guò)整定值，來(lái)判別短路故障。①相電流的整定值一般是選為大于線路的最大負(fù)荷電流值；②零序電流的整定值要躲過(guò)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流值。四、饋線終端單元軟件2.故障檢測(cè)功能四、饋線終端單元軟件2.故障檢測(cè)功能（1）相間短路故障檢測(cè)涌流電流最大時(shí)可以達(dá)到配電變壓器額定電流的6~8倍，在配電網(wǎng)中勵(lì)磁涌流通常需要0.1~0.15s才衰減完畢。在空投變壓器時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流現(xiàn)象，涌流波形的二次諧波含量一般大于15%的基波電流。通過(guò)檢測(cè)二次諧波含量的大小，可以有效地區(qū)分線路合閘送電和饋線短路故障。當(dāng)并聯(lián)電容器投入時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)很大的合閘沖擊電流，不過(guò)它衰減更快，可以通過(guò)二次諧波制動(dòng)方案結(jié)合兩個(gè)周波的故障延時(shí)確認(rèn)。2.故障檢測(cè)功能2.故障檢測(cè)功能（2）單相接地故障檢測(cè)單相接地選線和定位在配電網(wǎng)中是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，單相接地故障占配電網(wǎng)總故障的70%以上。配電網(wǎng)自動(dòng)化的通信系統(tǒng)使得小電流接地系統(tǒng)接地故障檢測(cè)方案可綜合考慮各處饋線終端單元的零序電流數(shù)據(jù)。對(duì)零序電流測(cè)量，有直接和間接兩種測(cè)量方式。直接方式是饋線終端單元直接接入零序電流互感器的二次輸出，直接采集零序電流；間接方式是饋線終端單元接入三相電流互感器的二次輸出，軟件將采集的三相電流相加，間接計(jì)算出零序電流值。2.故障檢測(cè)功能1.柱上開關(guān)饋線終端單元一般的饋線終端單元都是按監(jiān)控一條線路設(shè)計(jì)的，在碰到同桿架設(shè)兩條線路的情況時(shí)，可以用同時(shí)裝設(shè)兩臺(tái)饋線終端單元的辦法來(lái)解決這一問(wèn)題。一般兩臺(tái)饋線終端單元用級(jí)連的方法相連，兩臺(tái)饋線終端單元一主一從，只有主饋線終端單元直接和主站系統(tǒng)通信，從饋線終端單元通過(guò)主饋線終端單元間接和主站系統(tǒng)通信。五、環(huán)網(wǎng)柜和開閉所的饋線終端單元1.柱上開關(guān)饋線終端單元一般的饋線終端單元都是按監(jiān)控一條環(huán)網(wǎng)柜饋線終端單元安裝在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)。環(huán)網(wǎng)柜一般都為2路進(jìn)線，多路出線，因此環(huán)網(wǎng)柜饋線終端單元至少需要監(jiān)控四條線路，要求饋線終端單元有很大的數(shù)據(jù)容量。采用柜式結(jié)構(gòu)，多個(gè)帶CPU的饋線終端單元板插到機(jī)柜的插槽中，采用CAN總線方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。CPU單元CAN控制器SJA1000高速光耦6N137CAN網(wǎng)接口CAN接口82C250CANBus2.環(huán)網(wǎng)柜的饋線終端單元環(huán)網(wǎng)柜饋線終端單元安裝在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)。環(huán)網(wǎng)柜一般都為2路進(jìn)線，多對(duì)開閉所饋線終端單元的實(shí)現(xiàn)，主要有兩種方案：一種是每個(gè)饋線終端單元分別監(jiān)視一條或幾條饋線，同時(shí)各饋線終端單元間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和共享。系統(tǒng)可以分散安裝，各饋線終端單元功能獨(dú)立，接線相對(duì)簡(jiǎn)單，便于系統(tǒng)擴(kuò)充和運(yùn)行維護(hù)。另一種方案是在傳統(tǒng)的RTU基礎(chǔ)上將功能增強(qiáng)，提供故障檢測(cè)功能，甚至繼電保護(hù)及備用電源自投等功能，由類似的成套設(shè)備來(lái)完成全部的功能。這種方案不利于安裝及維護(hù)，系統(tǒng)擴(kuò)充也不方便，另外整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性也相對(duì)較低。3.開閉所的饋線終端單元對(duì)開閉所饋線終端單元的實(shí)現(xiàn)，主要有兩種方案：3.開閉所的饋模擬信號(hào)首先被轉(zhuǎn)換成與饋線終端單元的CPU相匹配的電平信號(hào)；把來(lái)自電壓互感器和電流互感器的交流電波形的幅值降低，以達(dá)到電平配合的目的。經(jīng)過(guò)前置模擬低通濾波器濾除其中的高頻分量；經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)化成相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；CPU利用得到的數(shù)字量并結(jié)合一定算法求得各電參數(shù)的值。4.2饋線監(jiān)控終端數(shù)據(jù)采集原理一、概述模擬信號(hào)首先被轉(zhuǎn)換成與饋線終端單元的CPU相匹配的電平信號(hào)；饋線終端單元輸入的開關(guān)量包括內(nèi)部和外部?jī)深愰_關(guān)量。饋線終端單元輸出的開關(guān)量則主要有跳閘、合閘信號(hào)及其他控制信號(hào)，如饋線終端單元面板上顯示的信號(hào)等。饋線終端單元的開關(guān)量接口電路設(shè)計(jì)的要點(diǎn)之一是實(shí)現(xiàn)饋線終端單元內(nèi)外部之間的電氣隔離，以保證饋線終端單元內(nèi)部弱電電路的安全并減少外部干擾。一、概述饋線終端單元輸入的開關(guān)量包括內(nèi)部和外部?jī)深愰_關(guān)量。饋線終端單二、模擬量采集的基本原理被調(diào)制的脈沖載波調(diào)制信號(hào)可以把采樣過(guò)程看作是脈沖調(diào)幅過(guò)程1.模擬量的采樣離散化二、模擬量采集的基本原理被調(diào)制的脈沖載波調(diào)制信號(hào)可以把模擬信號(hào)x(t)首先通過(guò)采樣保持器，每隔一段時(shí)間采樣一次（定時(shí)采樣）輸入信號(hào)的即時(shí)幅度，并把它存放在保持電路里面供A／D轉(zhuǎn)換使用。經(jīng)過(guò)采樣以后的信號(hào)稱為離散時(shí)間信號(hào)xs(t)，可表示為(4-2)

模擬信號(hào)x(t)首先通過(guò)采樣保持器，每隔一段時(shí)間采樣一次（定對(duì)于50Hz的正弦交流電流、電壓來(lái)說(shuō)，理論上只要每個(gè)周波采樣兩點(diǎn)就可以表示其波形的特點(diǎn)了。但為了保證計(jì)算準(zhǔn)確度，需要有更高的采樣頻率。一般取每個(gè)周波12點(diǎn)、16點(diǎn)、20點(diǎn)或24點(diǎn)的采樣頻率。如果為了分析諧波，例如考慮到16次諧波，則需要采用每個(gè)周波32點(diǎn)的采樣速率，即采樣頻率為1600Hz。對(duì)于50Hz的正弦交流電流、電壓來(lái)說(shuō)，理論上只要每個(gè)周波采樣2.采樣方式（1）基本采樣方式1）異步采樣異步采樣也稱定時(shí)采樣。等間隔采樣周期保持不變，即為常數(shù)。采樣頻率通常取為工頻的整倍數(shù)。2）同步采樣同步跟蹤采樣。通過(guò)硬件或軟件測(cè)取基頻周期的變化，然后動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣周期來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.采樣方式（1）基本采樣方式（2）多通道采樣方式1）同時(shí)采樣a）b）圖4-6同時(shí)采樣a）同時(shí)采樣，同時(shí)A／D轉(zhuǎn)換b）同時(shí)采樣，順序A／D采樣2.采樣方式（2）多通道采樣方式a）（2）多通道采樣方式2）順序采樣圖3-13順序采樣，順序A／D轉(zhuǎn)換2.采樣方式（2）多通道采樣方式圖3-13順序采樣，順序A／D轉(zhuǎn)換2假設(shè)先對(duì)三相電流及零序電流采樣后，再對(duì)三相電壓及零序電壓采樣，且同相電壓與電流間的各項(xiàng)參數(shù)為：

于是同相電壓與電流通道采樣值間隔的電氣角度為假設(shè)先對(duì)三相電流及零序電流采樣后，再對(duì)三相電壓及零序電壓采樣（1）分辨率12位、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率分別是12和16，若12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程為±5V。其滿量程的為，如果輸入電壓的變化量比0.0024V還小，則模數(shù)轉(zhuǎn)換器將無(wú)法分辨。（2）輸入模擬量的極性指模數(shù)轉(zhuǎn)換器要求輸入信號(hào)是單極性或雙極性電壓。3.模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率3.模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（3）量程。指模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓的范圍，如：0V～+5V，0V～+10V，-5V～+5V等。（4）精度。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度有絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種表示方法。通常用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示絕對(duì)精度單位，如精度是最低位的1/2位即±1/2LSB；而用百分比來(lái)表示滿量程的相對(duì)誤差，如0.05％。（5）轉(zhuǎn)換時(shí)間。指模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成一次將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過(guò)程所需要的時(shí)間。3.模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（3）量程。指模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓的范圍，如：0V～+5（1）算法的基本概念連續(xù)型的電壓、電流等模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)離散采樣和模／數(shù)變換成為數(shù)字量后，CPU將對(duì)這些數(shù)字量進(jìn)行分析、計(jì)算，得到所需的電參數(shù)。而完成上述分析計(jì)算的方法，就稱為交流采樣算法。三、交流采樣算法1.概述（1）算法的基本概念三、交流采樣算法1.概述（2）衡量算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)兩種消除噪聲分量的影響提高參數(shù)計(jì)算精度的途徑：其一是首先采用性能完善的濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理，然后根據(jù)濾波后得到的有效信號(hào)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。其二是將濾波與參數(shù)計(jì)算算法相融合，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，使參數(shù)計(jì)算算法本身具有良好的濾波性能。算法的計(jì)算速度包含兩方面的含義：一是指算法的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度，即需要采用多少個(gè)采樣數(shù)據(jù)才能計(jì)算出所需的參數(shù)值；二是指算法的計(jì)算量，算法越復(fù)雜，運(yùn)算量也越大，在相同的硬件條件下，計(jì)算時(shí)間也越長(zhǎng)。（2）衡量算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)（3）保護(hù)和監(jiān)控對(duì)算法的不同要求監(jiān)控需要CPU得到的是反映正常運(yùn)行狀態(tài)的電參數(shù)繼電保護(hù)更關(guān)心的是反映故障特征的量，例如頻譜、突變量、負(fù)序或零序分量、以及諧波分量等。監(jiān)控在算法的準(zhǔn)確性上要求更高一些，希望計(jì)算出的結(jié)果盡可能準(zhǔn)確；繼電保護(hù)則更看重算法的速度和靈敏性，必須在故障后盡快反應(yīng)，以便快速切除故障。（3）保護(hù)和監(jiān)控對(duì)算法的不同要求為了獲得被測(cè)電量值，必須對(duì)采樣所得的一組離散量進(jìn)行計(jì)算。由交流采樣計(jì)算電氣量的算法比較多，如有效值法、兩點(diǎn)乘積法、導(dǎo)數(shù)法、半周積分法及傅里葉級(jí)數(shù)算法等。2.電氣量交流采樣算法為了獲得被測(cè)電量值，必須對(duì)采樣所得的一組離散量進(jìn)行計(jì)算。由交傅里葉級(jí)數(shù)算法假定被采樣的模擬信號(hào)是一個(gè)周期性時(shí)間函數(shù)，除基波外還含有不衰減的直流分量和各次諧波，可表示為傅里葉級(jí)數(shù)算法假定被采樣的模擬信號(hào)是一個(gè)周期性時(shí)間函數(shù)，除基x(t)中的基波分量為合并正弦、余弦項(xiàng)，可寫為用和角公式展開得到傅里葉級(jí)數(shù)算法x(t)中的基波分量為合并正弦、余弦項(xiàng)，可寫為用和角公式展用復(fù)數(shù)表示為有效值和相角為積分可以用梯形法則求得傅里葉級(jí)數(shù)算法用復(fù)數(shù)表示為有效值和相角為積分可以用梯形法則求得傅里葉級(jí)N=12時(shí)

傅里葉級(jí)數(shù)算法N=12時(shí)傅里葉級(jí)數(shù)算法已求得基波的實(shí)部和虛部參數(shù)，因此，可以方便地實(shí)現(xiàn)任意角度的移相傅里葉級(jí)數(shù)算法已求得基波的實(shí)部和虛部參數(shù)，因此，可以方便地實(shí)現(xiàn)任意角度的移求得A、B、C三相基波的實(shí)部和虛部參數(shù)后，可得到A、B、C三相的基波相量，進(jìn)而求得A相（或B、C相）正序、負(fù)序和零序的對(duì)稱分量傅里葉級(jí)數(shù)算法求得A、B、C三相基波的實(shí)部和虛部參數(shù)后，可得到A、B、C三例3-1饋線終端單元的CPU對(duì)一交流電壓信號(hào)進(jìn)行等間隔的A／D采樣，得到的5個(gè)采樣點(diǎn)經(jīng)變換后的實(shí)際物理量值分別為：用交流采樣傅里葉算法求其有效值（單位：V）。傅里葉級(jí)數(shù)算法例3-1饋線終端單元的CPU對(duì)一交流電壓信號(hào)進(jìn)行等間隔的A傅里葉級(jí)數(shù)算法傅里葉級(jí)數(shù)算法濾波器是一個(gè)裝置或系統(tǒng)，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行某種加工處理，以達(dá)到取得信號(hào)中的有用信息而去掉無(wú)用成分的目的。圖4-9模擬式濾波基本流程圖4-10數(shù)字式濾波基本流程四、饋線監(jiān)控終端數(shù)據(jù)濾波原理1.基本概念濾波器是一個(gè)裝置或系統(tǒng)，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行某種加工處理，以達(dá)模擬濾波器（1）無(wú)源低通濾波器圖4-11二階無(wú)源低通濾波器（2）二階有源低通濾波器圖4-12二階有源低通濾波器電路模擬濾波器（1）無(wú)源低通濾波器圖4-11二階無(wú)源低通濾數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器通常是指一種程序或算法，數(shù)字濾波器的運(yùn)算過(guò)程可用下述線性差分方程來(lái)描述，即式中，、為濾波器的輸入值和輸出值序列；為濾波器系數(shù)。數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器通常是指一種程序或算法，數(shù)字濾波器的運(yùn)圖4-22開關(guān)量輸入電路示意圖五、開關(guān)量輸入/輸出1.開關(guān)量輸入圖4-22開關(guān)量輸入電路示意圖五、開關(guān)量輸入/輸出1.開關(guān)（1）濾波消抖與信號(hào)整形電路b）未采用消噪電路的輸出波形a）消噪電路c）采用消噪電路的輸出波形1.開關(guān)量輸入（1）濾波消抖與信號(hào)整形電路b）未采用消噪電路的輸出波形（2）開關(guān)量輸入電隔離方法1）光電隔離a）b）圖4-24光電耦合器原理接線圖a）輸出為低電平b）輸出為高電平1.開關(guān)量輸入（2）開關(guān)量輸入電隔離方法a）（2）開關(guān)量輸入電隔離方法2）繼電器隔離a）b）圖4-25采用繼電器隔離的開關(guān)原理接線圖a）現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)輔助觸點(diǎn)輸入電路b）繼電器觸點(diǎn)輸出1.開關(guān)量輸入（2）開關(guān)量輸入電隔離方法a）（3）開關(guān)量輸入電路分類a）b）圖3-19開關(guān)量輸入電路原理圖a）配電終端內(nèi)觸點(diǎn)輸入回路b）配電終端外觸點(diǎn)輸入回路1.開關(guān)量輸入（3）開關(guān)量輸入電路分類a）開關(guān)量輸出電路圖4-27配電終端開關(guān)量輸出電路2.開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出電路圖4-27配電終端開關(guān)量輸出電路2.開關(guān)量FD-F2010型饋線監(jiān)控終端：1個(gè)或若干個(gè)F2010B型饋線終端單元多功能電源模塊現(xiàn)地操作模塊通信接口設(shè)備蓄電池模擬量輸入板開關(guān)量輸入/輸出板機(jī)箱終端的維護(hù)軟件。

4.3饋線監(jiān)控終端實(shí)例FD-F2010型饋線監(jiān)控終端：4.3饋線監(jiān)控終端實(shí)例F2010B型饋線終端單元可設(shè)置為主單元或子單元。其中主單元具有現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)管理功能、與主站的通信管理功能、測(cè)控及線路故障監(jiān)測(cè)功能，子單元僅具有測(cè)控及線路故障監(jiān)測(cè)功能。柱上開關(guān)監(jiān)控終端、環(huán)網(wǎng)柜監(jiān)控終端采用一臺(tái)F2010B型饋線終端主單元；開閉所監(jiān)控終端采用一臺(tái)F2010B型饋線終端主單元及若干臺(tái)F2010B型饋線終端子單元，主單元和各子單元間采用CAN網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。4.3饋線監(jiān)控終端實(shí)例F2010B型饋線終端單元可設(shè)置為主單元或子單元。其中主單元F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)F2010B型饋線終端單元由控制板、電源板、底板組成?？刂瓢灏ㄎ⒖刂破飨到y(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理器系統(tǒng)、可編程邏輯器件等。底板與外部模擬量輸入板、開關(guān)量輸入板、開關(guān)量輸出板等一起完成信號(hào)調(diào)理功能。F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)F2010B型饋線終F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)F2010B饋線終端單元采用雙CPU結(jié)構(gòu)，除了應(yīng)用通用微處理器來(lái)控制系統(tǒng)運(yùn)行外，還增加了一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP，來(lái)完成模擬輸入量的處理計(jì)算，F(xiàn)2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)F2010B饋線終端單F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)FPGA完成的主要功能有主CPU和DSP之間的接口控制、模擬輸入量的多路選擇等。由16位高速A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以串行數(shù)據(jù)流的形式送入DSP進(jìn)行處理。F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)FPGA完成的主要功能F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)量的取反處理和去顫處理，去顫時(shí)間可設(shè)數(shù)字量輸出采用兩級(jí)繼電器設(shè)計(jì)。CPU通過(guò)返校寄存器，檢查校對(duì)繼電器輸出控制過(guò)程中硬件控制電路及繼電器驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)是否正確，實(shí)現(xiàn)了繼電器的狀態(tài)返校。F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)量的取反處理圖4-30F2010B饋線終端單元接線端子功能圖F2010B型饋線終端單元外部接口圖4-30F2010B饋線終端單元接線端子功能圖F201F2010B型饋線終端單元軟件1．基本測(cè)量模塊每個(gè)周波采樣64個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)A／D轉(zhuǎn)換的精度為16位。采樣速率可以自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)被測(cè)信號(hào)頻率的變化。每路饋線的三相電壓及零序電壓、線電壓、三相電流及零序電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、相角、頻率、直流電壓等。遙信量主要有：輸入遙信、饋線電流過(guò)流、饋線電流方向、饋線電流倒送、零序過(guò)流、零序過(guò)壓、開關(guān)動(dòng)作、開關(guān)閉鎖、中性點(diǎn)過(guò)流、接地故障、饋線終端單元運(yùn)行狀態(tài)等F2010B型饋線終端單元軟件1．基本測(cè)量模塊2.F2010B型饋線終端單元的通信規(guī)約DL/T634104-2002由饋線終端單元維護(hù)軟件實(shí)現(xiàn)與主站通信的發(fā)送信息表靈活配置。3.故障檢測(cè)（1）故障檢測(cè)類型相間短路故障；中性點(diǎn)過(guò)流故障（電容電流）；小電流接地故障。F2010B型饋線終端單元軟件2.F2010B型饋線終端單元的通信規(guī)約F2010B型饋線（2）相間短路故障檢測(cè)相間短路故障處理模塊可以檢測(cè)和區(qū)分負(fù)荷過(guò)流故障、瞬間故障和永久性故障產(chǎn)生各相電流過(guò)流、斷路器重合成功、斷路器閉鎖等不同的告警信息并可以選擇上報(bào)給主站。故障處理模塊可以生成故障開始和故障結(jié)束幾個(gè)周波的故障記錄數(shù)據(jù)表供主站召喚。F2010B型饋線終端單元軟件（2）相間短路故障檢測(cè)F2010B型饋線終端單元軟件判斷12種狀態(tài)，包括：無(wú)壓無(wú)流狀態(tài)，確認(rèn)無(wú)壓無(wú)流狀態(tài)，空閑狀態(tài)，電壓正常狀態(tài)，過(guò)流狀態(tài)，確認(rèn)過(guò)流狀態(tài)，確認(rèn)復(fù)歸狀態(tài)，斷路器動(dòng)作狀態(tài)，確認(rèn)斷路器動(dòng)作，斷路器閉鎖狀態(tài)，確認(rèn)斷路器復(fù)歸狀態(tài)，勵(lì)磁涌流抑制狀態(tài)。（2）相間短路故障檢測(cè)判斷12種狀態(tài)，包括：（2）相間短路故障檢測(cè)通過(guò)檢測(cè)零序電壓或零序電流是否超過(guò)定值，來(lái)判斷是否啟動(dòng)接地故障處理模塊；零序電壓?jiǎn)?dòng)的整定值一般設(shè)定為額定相電壓值的16.6%(即相應(yīng)3U0的門檻值設(shè)定為額定相電壓值的50%)；零序電流啟動(dòng)的整定值一般設(shè)定為系統(tǒng)最大接地電流穩(wěn)態(tài)值的1/2倍，最大接地電流穩(wěn)態(tài)值即系統(tǒng)接地故障時(shí)的3倍最大零序電容電流穩(wěn)態(tài)值；故障處理模塊可以生成故障開始和故障結(jié)束幾個(gè)周波的故障記錄數(shù)據(jù)表供主站召喚。（3）小電流系統(tǒng)單相接地故障檢測(cè)通過(guò)檢測(cè)零序電壓或零序電流是否超過(guò)定值，來(lái)判斷是否啟動(dòng)接地故配網(wǎng)不同于輸電網(wǎng)，分支很多，故障后一般只是上級(jí)斷路器跳閘，但不能確定具體故障分支和位置。目前，配電系統(tǒng)大多還不能對(duì)配電線路進(jìn)行全面的監(jiān)測(cè)和控制，即使在主干線上有開關(guān)分段，也只能隔離有限的幾段，故障后尋找故障點(diǎn)往往要耗費(fèi)大量物力和人力。4.4饋線故障指示器配網(wǎng)不同于輸電網(wǎng)，分支很多，故障后一般只是上級(jí)斷路器跳閘，但配電網(wǎng)故障區(qū)段自動(dòng)定位方法（1）利用繼電保護(hù)及配合，確定故障出線；（2）在線路上裝上重合器、分段開關(guān)等，故障后自動(dòng)隔離故障區(qū)段；（3）在分支上裝設(shè)熔斷器或分段開關(guān)等；（4）在線路分段開關(guān)處裝設(shè)饋線監(jiān)控終端；（5）安裝故障指示器。配電網(wǎng)故障區(qū)段自動(dòng)定位方法（1）利用繼電保護(hù)及配合，確定故障配電網(wǎng)故障區(qū)段自動(dòng)定位方法故障指示器是一種安裝在架空線、電纜及母排上指示故障電流通路的裝置。通過(guò)在分支點(diǎn)和用戶進(jìn)線等處安裝故障指示器，可以在故障后借助于指示器的指示，迅速確定故障分支和具體區(qū)段，大幅度減少尋找故障點(diǎn)的時(shí)問(wèn)，盡快排除故障，恢復(fù)正常供電，提高供電可靠性。第（5）種方法是近年來(lái)發(fā)展的一種有效的故障位置指示手段，根據(jù)故障指示器的指示，可以比較快地找到故障點(diǎn)。將第（4）（5）兩種方法結(jié)合使用，既可進(jìn)行故障區(qū)段隔離及恢復(fù)對(duì)非故障區(qū)段供電，又可較好地確定故障點(diǎn)。配電網(wǎng)故障區(qū)段自動(dòng)定位方法故障指示器是一種安裝在架空線、電纜一、短路故障指示器圖4-31故障指示器a）實(shí)物圖b）原理框圖一、短路故障指示器圖4-31故障指示器當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，線路上流過(guò)短路故障電流的故障指示器檢測(cè)到該信號(hào)后自動(dòng)動(dòng)作，如由白色指示變?yōu)榧t色翻牌指示，或給出發(fā)光指示。故障判別功能主要是通過(guò)檢測(cè)電流和電壓的變化，來(lái)識(shí)別故障特征，從而判斷是否給出故障指示。圖4-32故障指示器故障指示原理一、短路故障指示器當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生短路故障時(shí)，線路上流過(guò)短路故障電流的故障指示器檢測(cè)過(guò)流型故障指示器的原理運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)檢測(cè)到流過(guò)指示器的線路電流大于設(shè)定值、故障電流持續(xù)時(shí)間大于設(shè)定值則判斷為故障，自動(dòng)給出故障指示。（1）需仔細(xì)審核安裝點(diǎn)正常運(yùn)行時(shí)和故障狀態(tài)下的電流，適當(dāng)選擇動(dòng)作值，否則會(huì)造成拒動(dòng)或誤動(dòng)；（2）當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)改變時(shí)，需更換不同動(dòng)作值的指示器，否則不能保證指示器正確動(dòng)作。過(guò)流型故障指示器的原理運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)檢測(cè)到流過(guò)指示器的線路電自適應(yīng)型故障指示器原理和特點(diǎn)配電線路故障時(shí)，線路電流有如下變化規(guī)律：（1）從運(yùn)行電流突增到故障電流，即有一個(gè)正的變化。（2）上級(jí)斷路器的電流保護(hù)裝置驅(qū)動(dòng)斷路器跳閘或熔斷器的熔絲熔斷，其故障電流維持時(shí)間是斷路器的故障清除時(shí)間（故障清除時(shí)間=保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)間+開關(guān)動(dòng)作時(shí)間+故障電流熄弧時(shí)間），或熔斷器的熔斷及燃弧時(shí)間。（3）線路停電，電流和電壓下降為零。自適應(yīng)型故障指示器原理和特點(diǎn)配電線路故障時(shí)，線路電流有如下自適應(yīng)型故障指示器的原理當(dāng)線路上的電流突然發(fā)生一個(gè)正的突變，且其變化量大于一個(gè)設(shè)定值，然后在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)電流和電壓又下降為零，則判定這個(gè)線路電流為故障電流。

自適應(yīng)型故障指示器的原理當(dāng)線路上的電流突然發(fā)生一個(gè)正的突變，故障指示器的種類1）旋轉(zhuǎn)式翻牌顯示2）發(fā)光指示3）旋轉(zhuǎn)指示和發(fā)光指示結(jié)合，白天旋轉(zhuǎn)指示的紅色反光膜容易觀察，夜晚發(fā)光指示容易觀察。4）分離指示：將檢測(cè)探頭和指示部分分離，指示部分一般通過(guò)光纖或短距離無(wú)線通信的方式與探頭相連，指示部分可以安裝在容易觀察的地方。5）短距離無(wú)線通信：故障指示器與現(xiàn)場(chǎng)的故障采集器間采用短距離無(wú)線通信實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)通信。故障指示器的種類1）旋轉(zhuǎn)式翻牌顯示故障指示器的一般安裝位置（1）變電站出線，用于判斷短路故障在站內(nèi)或站外。（2）長(zhǎng)線路分段，指示短路故障所在的區(qū)段。（3）高壓用戶入口，用于判斷用戶故障。（4）安裝于電纜與架空線路連接處，指示故障是否在電纜段。（5）環(huán)網(wǎng)柜或電纜分支箱的進(jìn)出線，判斷故障區(qū)段和故障饋出線。故障指示器的一般安裝位置（1）變電站出線，用于判斷短路故障配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

DistributionAutomationTechnology電氣與新能源學(xué)院劉道兵配電網(wǎng)自動(dòng)化技術(shù)

DistributionAutomati第4章配電網(wǎng)饋線監(jiān)控終端4.1饋線監(jiān)控終端簡(jiǎn)介4.1.1饋線監(jiān)控終端功能及性能要求4.1.2饋線監(jiān)控終端構(gòu)成4.1.3饋線終端單元硬件4.1.4饋線終端單元軟件4.1.5環(huán)網(wǎng)柜和開閉所的饋線終端單元4.2饋線監(jiān)控終端數(shù)據(jù)采集原理4.2.1概述4.2.2模擬量采集的基本原理4.2.3交流采樣算法4.2.4數(shù)字濾波原理4.2.5開關(guān)量輸入/輸出4.3饋線監(jiān)控終端實(shí)例4.3.1FD-F2010型饋線監(jiān)控終端的構(gòu)成4.3.2F2010B型饋線終端單元硬件4.3.3F2010B型饋線終端單元軟件4.4饋線故障指示器4.4.1概述4.4.2短路故障指示器4.4.3故障指示器的應(yīng)用和發(fā)展第4章配電網(wǎng)饋線監(jiān)控終端4.1饋線監(jiān)控終端簡(jiǎn)介饋線監(jiān)控終端應(yīng)具有功能：遙信、遙測(cè)、遙控對(duì)時(shí)事故記錄、事件順序記錄定值遠(yuǎn)方修改和召喚定值通信功能故障錄波……4.1饋線監(jiān)控終端簡(jiǎn)介一、饋線監(jiān)控終端功能及性能要求饋線監(jiān)控終端應(yīng)具有功能：4.1饋線監(jiān)控終端簡(jiǎn)介一、饋線監(jiān)饋線監(jiān)控終端作為一個(gè)獨(dú)立的智能設(shè)備，一般由1個(gè)或若干個(gè)核心模塊饋線終端單元（獨(dú)立機(jī)殼）、外置接口電路板、充電器、蓄電池、機(jī)箱外殼以及各種附件組成。各種附件包括就地遠(yuǎn)方控制把手、分合閘按鈕、跳合位置指示燈、接線端子排、航空接插件、空氣開關(guān)、除濕和加熱器等。二、饋線監(jiān)控終端的構(gòu)成饋線監(jiān)控終端作為一個(gè)獨(dú)立的智能設(shè)備，一般由1個(gè)或若干個(gè)核心模圖3-1饋線終端單元硬件框圖三、饋線終端單元的硬件圖3-1饋線終端單元硬件框圖三、饋線終端單元的硬件1.交流量采集回路交流量采集回路設(shè)計(jì)主要需考慮的是：該饋線終端單元的應(yīng)用場(chǎng)合需要監(jiān)視的交流通道數(shù)量和各通道的輸入范圍前置低通濾波器的參數(shù)A／D轉(zhuǎn)換的精度、輸入范圍和轉(zhuǎn)換速度。1.交流量采集回路交流量采集回路設(shè)計(jì)主要需考慮的是：交流量采集回路--交流通道數(shù)量交流通道數(shù)量取決于饋線終端單元需要監(jiān)視的饋線數(shù)量。一條饋線需要監(jiān)視的交流量主要有三相電壓、三相電流共計(jì)6個(gè)交流量。如果饋線終端單元需要監(jiān)視分段器，則需要考慮引入分段器兩側(cè)的饋線電壓量以用于備用電源自動(dòng)投入，此時(shí)饋線終端單元需要監(jiān)視的量就達(dá)到了9個(gè)（6路電壓、3路電流）。交流量采集回路--交流通道數(shù)量交流通道數(shù)量取決于饋線終端單元交流量采集回路--交流輸入的量程在配電網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)計(jì)中，TA取了一個(gè)既能保證一定的測(cè)量精度，又能滿足短路故障時(shí)不會(huì)深度飽和的TA。饋線終端單元內(nèi)的電流互感器的輸入范圍不同于傳統(tǒng)的保護(hù)或監(jiān)控裝置，一般來(lái)說(shuō)，其動(dòng)態(tài)輸入范圍為0-50A。交流量采集回路--交流輸入的量程在配電網(wǎng)自動(dòng)化終端設(shè)計(jì)中，交流量采集回路--濾波及采樣點(diǎn)數(shù)由于采樣頻率為信號(hào)頻率的幾十倍甚至上百倍，使用FFT等數(shù)字濾波的效果極為明顯。它能非常真實(shí)的分離出系統(tǒng)的基波分量和通常所關(guān)心的高次諧波分量，這樣饋線終端單元中對(duì)前置低通濾波器一般采用一個(gè)一階RC無(wú)源低通濾波器就足夠了。由于一階低通濾波器的濾波特性不太理想，考慮一定的裕度，截止頻率取1500Hz（30次諧波）左右，則采樣頻率為每周波64點(diǎn)或以上。交流量采集回路--濾波及采樣點(diǎn)數(shù)由于采樣頻率為信號(hào)頻率的幾十交流量采集回路--A／D轉(zhuǎn)換的速度、精度和范圍饋線終端單元內(nèi)部經(jīng)小TA、小TV變換后的信號(hào)的電壓幅度越大，其受噪聲干擾的影響也就越小。因而在選取小TA、小TV的輸出范圍和A／D的輸入范圍時(shí)，應(yīng)該越大越好。工作環(huán)境的電磁噪聲強(qiáng)度往往處在1~10mV之間，A／D轉(zhuǎn)換的最小分辨率低于5mV無(wú)甚意義。以輸入范圍為±10V的A／D來(lái)說(shuō)，12位（最小分辨率為±5mV）或14位（最小分辨率為±1.25mV）精度已經(jīng)足夠了。至于A／D轉(zhuǎn)換的速度，取決于采樣通道數(shù)量，另外與軟件處理方式有一定關(guān)系，一般每秒采樣10~50萬(wàn)次已經(jīng)足夠。交流量采集回路--A／D轉(zhuǎn)換的速度、精度和范圍饋線終端單開關(guān)位置信號(hào)，彈簧儲(chǔ)能信號(hào)，接地刀閘信號(hào)，工作電源的失電信號(hào)等，因而每饋線提供6~8個(gè)數(shù)字量輸入已能滿足要求。硬件上一般增加低通濾波回路以防止高頻電磁干擾造成遙信誤報(bào)，軟件上采用變位記錄并延時(shí)確認(rèn)的方式避免接點(diǎn)抖動(dòng)造成遙信誤報(bào)。由于許多饋線終端單元安裝在戶外甚至電線桿上，檢修維護(hù)極為不便，設(shè)計(jì)時(shí)最好能考慮到遙信量自檢功能。2.數(shù)字量輸入回路開關(guān)位置信號(hào)，彈簧儲(chǔ)能信號(hào)，接地刀閘信號(hào)，工作電源的失電信號(hào)提供返校通道能保證在錯(cuò)誤的遙控命令已發(fā)出的情況下，通過(guò)返校回路還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤命令并立即閉鎖遙控出口，避免事故發(fā)生。返?；芈芬材鼙ＷC饋線終端單元能定期地對(duì)遙控回路監(jiān)視，防患于未然。3.數(shù)字量輸出回路提供返校通道能保證在錯(cuò)誤的遙控命令已發(fā)出的情況下，通過(guò)返校回饋線終端單元除了需完成交流采樣和故障檢測(cè)外，更重要的是應(yīng)與配電網(wǎng)主站或子站通信，及時(shí)將遙測(cè)、遙信和故障信號(hào)傳到主站或子站，并執(zhí)行主站或子站相應(yīng)的遙控命令。饋線終端單元的人機(jī)界面包括按鍵及顯示兩部分。顯示部分一般采用液晶顯示器，也有采用便攜電腦由軟件提供數(shù)據(jù)顯示及人機(jī)交互功能4.通信接口及人機(jī)界面饋線終端單元除了需完成交流采樣和故障檢測(cè)外，更重要的是應(yīng)與配按照功能劃分，將不同的功能分配給不同的CPU來(lái)處理由DSP完成數(shù)據(jù)濾波和處理由網(wǎng)絡(luò)協(xié)處理器完成以太網(wǎng)通信由主CPU完成邏輯運(yùn)算和其他功能。5.CPU按照功能劃分，將不同的功能分配給不同的CPU來(lái)處理5.CPU1.測(cè)控功能饋線終端單元的測(cè)控功能包括交流電壓、電流信號(hào)的高速實(shí)時(shí)采樣和有效值計(jì)算，有功、無(wú)功、功率因數(shù)計(jì)算，各交流量的2~16次高次諧波分量及諧波總量計(jì)算；遙信量的采集及上送；遙控返校及執(zhí)行等功能。四、饋線終端單元軟件1.測(cè)控功能四、饋線終端單元軟件2.故障檢測(cè)功能（1）相間短路故障檢測(cè)故障檢測(cè)通過(guò)監(jiān)視交流輸入相電流或零序電流是否超過(guò)整定值，來(lái)判別短路故障。①相電流的整定值一般是選為大于線路的最大負(fù)荷電流值；②零序電流的整定值要躲過(guò)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)的不平衡電流值。四、饋線終端單元軟件2.故障檢測(cè)功能四、饋線終端單元軟件2.故障檢測(cè)功能（1）相間短路故障檢測(cè)涌流電流最大時(shí)可以達(dá)到配電變壓器額定電流的6~8倍，在配電網(wǎng)中勵(lì)磁涌流通常需要0.1~0.15s才衰減完畢。在空投變壓器時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)勵(lì)磁涌流現(xiàn)象，涌流波形的二次諧波含量一般大于15%的基波電流。通過(guò)檢測(cè)二次諧波含量的大小，可以有效地區(qū)分線路合閘送電和饋線短路故障。當(dāng)并聯(lián)電容器投入時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)很大的合閘沖擊電流，不過(guò)它衰減更快，可以通過(guò)二次諧波制動(dòng)方案結(jié)合兩個(gè)周波的故障延時(shí)確認(rèn)。2.故障檢測(cè)功能2.故障檢測(cè)功能（2）單相接地故障檢測(cè)單相接地選線和定位在配電網(wǎng)中是一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，單相接地故障占配電網(wǎng)總故障的70%以上。配電網(wǎng)自動(dòng)化的通信系統(tǒng)使得小電流接地系統(tǒng)接地故障檢測(cè)方案可綜合考慮各處饋線終端單元的零序電流數(shù)據(jù)。對(duì)零序電流測(cè)量，有直接和間接兩種測(cè)量方式。直接方式是饋線終端單元直接接入零序電流互感器的二次輸出，直接采集零序電流；間接方式是饋線終端單元接入三相電流互感器的二次輸出，軟件將采集的三相電流相加，間接計(jì)算出零序電流值。2.故障檢測(cè)功能1.柱上開關(guān)饋線終端單元一般的饋線終端單元都是按監(jiān)控一條線路設(shè)計(jì)的，在碰到同桿架設(shè)兩條線路的情況時(shí)，可以用同時(shí)裝設(shè)兩臺(tái)饋線終端單元的辦法來(lái)解決這一問(wèn)題。一般兩臺(tái)饋線終端單元用級(jí)連的方法相連，兩臺(tái)饋線終端單元一主一從，只有主饋線終端單元直接和主站系統(tǒng)通信，從饋線終端單元通過(guò)主饋線終端單元間接和主站系統(tǒng)通信。五、環(huán)網(wǎng)柜和開閉所的饋線終端單元1.柱上開關(guān)饋線終端單元一般的饋線終端單元都是按監(jiān)控一條環(huán)網(wǎng)柜饋線終端單元安裝在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)。環(huán)網(wǎng)柜一般都為2路進(jìn)線，多路出線，因此環(huán)網(wǎng)柜饋線終端單元至少需要監(jiān)控四條線路，要求饋線終端單元有很大的數(shù)據(jù)容量。采用柜式結(jié)構(gòu)，多個(gè)帶CPU的饋線終端單元板插到機(jī)柜的插槽中，采用CAN總線方式實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。CPU單元CAN控制器SJA1000高速光耦6N137CAN網(wǎng)接口CAN接口82C250CANBus2.環(huán)網(wǎng)柜的饋線終端單元環(huán)網(wǎng)柜饋線終端單元安裝在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)。環(huán)網(wǎng)柜一般都為2路進(jìn)線，多對(duì)開閉所饋線終端單元的實(shí)現(xiàn)，主要有兩種方案：一種是每個(gè)饋線終端單元分別監(jiān)視一條或幾條饋線，同時(shí)各饋線終端單元間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和共享。系統(tǒng)可以分散安裝，各饋線終端單元功能獨(dú)立，接線相對(duì)簡(jiǎn)單，便于系統(tǒng)擴(kuò)充和運(yùn)行維護(hù)。另一種方案是在傳統(tǒng)的RTU基礎(chǔ)上將功能增強(qiáng)，提供故障檢測(cè)功能，甚至繼電保護(hù)及備用電源自投等功能，由類似的成套設(shè)備來(lái)完成全部的功能。這種方案不利于安裝及維護(hù)，系統(tǒng)擴(kuò)充也不方便，另外整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定性也相對(duì)較低。3.開閉所的饋線終端單元對(duì)開閉所饋線終端單元的實(shí)現(xiàn)，主要有兩種方案：3.開閉所的饋模擬信號(hào)首先被轉(zhuǎn)換成與饋線終端單元的CPU相匹配的電平信號(hào)；把來(lái)自電壓互感器和電流互感器的交流電波形的幅值降低，以達(dá)到電平配合的目的。經(jīng)過(guò)前置模擬低通濾波器濾除其中的高頻分量；經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)化成相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量；CPU利用得到的數(shù)字量并結(jié)合一定算法求得各電參數(shù)的值。4.2饋線監(jiān)控終端數(shù)據(jù)采集原理一、概述模擬信號(hào)首先被轉(zhuǎn)換成與饋線終端單元的CPU相匹配的電平信號(hào)；饋線終端單元輸入的開關(guān)量包括內(nèi)部和外部?jī)深愰_關(guān)量。饋線終端單元輸出的開關(guān)量則主要有跳閘、合閘信號(hào)及其他控制信號(hào)，如饋線終端單元面板上顯示的信號(hào)等。饋線終端單元的開關(guān)量接口電路設(shè)計(jì)的要點(diǎn)之一是實(shí)現(xiàn)饋線終端單元內(nèi)外部之間的電氣隔離，以保證饋線終端單元內(nèi)部弱電電路的安全并減少外部干擾。一、概述饋線終端單元輸入的開關(guān)量包括內(nèi)部和外部?jī)深愰_關(guān)量。饋線終端單二、模擬量采集的基本原理被調(diào)制的脈沖載波調(diào)制信號(hào)可以把采樣過(guò)程看作是脈沖調(diào)幅過(guò)程1.模擬量的采樣離散化二、模擬量采集的基本原理被調(diào)制的脈沖載波調(diào)制信號(hào)可以把模擬信號(hào)x(t)首先通過(guò)采樣保持器，每隔一段時(shí)間采樣一次（定時(shí)采樣）輸入信號(hào)的即時(shí)幅度，并把它存放在保持電路里面供A／D轉(zhuǎn)換使用。經(jīng)過(guò)采樣以后的信號(hào)稱為離散時(shí)間信號(hào)xs(t)，可表示為(4-2)

模擬信號(hào)x(t)首先通過(guò)采樣保持器，每隔一段時(shí)間采樣一次（定對(duì)于50Hz的正弦交流電流、電壓來(lái)說(shuō)，理論上只要每個(gè)周波采樣兩點(diǎn)就可以表示其波形的特點(diǎn)了。但為了保證計(jì)算準(zhǔn)確度，需要有更高的采樣頻率。一般取每個(gè)周波12點(diǎn)、16點(diǎn)、20點(diǎn)或24點(diǎn)的采樣頻率。如果為了分析諧波，例如考慮到16次諧波，則需要采用每個(gè)周波32點(diǎn)的采樣速率，即采樣頻率為1600Hz。對(duì)于50Hz的正弦交流電流、電壓來(lái)說(shuō)，理論上只要每個(gè)周波采樣2.采樣方式（1）基本采樣方式1）異步采樣異步采樣也稱定時(shí)采樣。等間隔采樣周期保持不變，即為常數(shù)。采樣頻率通常取為工頻的整倍數(shù)。2）同步采樣同步跟蹤采樣。通過(guò)硬件或軟件測(cè)取基頻周期的變化，然后動(dòng)態(tài)調(diào)整采樣周期來(lái)實(shí)現(xiàn)。2.采樣方式（1）基本采樣方式（2）多通道采樣方式1）同時(shí)采樣a）b）圖4-6同時(shí)采樣a）同時(shí)采樣，同時(shí)A／D轉(zhuǎn)換b）同時(shí)采樣，順序A／D采樣2.采樣方式（2）多通道采樣方式a）（2）多通道采樣方式2）順序采樣圖3-13順序采樣，順序A／D轉(zhuǎn)換2.采樣方式（2）多通道采樣方式圖3-13順序采樣，順序A／D轉(zhuǎn)換2假設(shè)先對(duì)三相電流及零序電流采樣后，再對(duì)三相電壓及零序電壓采樣，且同相電壓與電流間的各項(xiàng)參數(shù)為：

于是同相電壓與電流通道采樣值間隔的電氣角度為假設(shè)先對(duì)三相電流及零序電流采樣后，再對(duì)三相電壓及零序電壓采樣（1）分辨率12位、16位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的分辨率分別是12和16，若12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器的滿量程為±5V。其滿量程的為，如果輸入電壓的變化量比0.0024V還小，則模數(shù)轉(zhuǎn)換器將無(wú)法分辨。（2）輸入模擬量的極性指模數(shù)轉(zhuǎn)換器要求輸入信號(hào)是單極性或雙極性電壓。3.模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率3.模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（3）量程。指模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓的范圍，如：0V～+5V，0V～+10V，-5V～+5V等。（4）精度。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度有絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種表示方法。通常用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示絕對(duì)精度單位，如精度是最低位的1/2位即±1/2LSB；而用百分比來(lái)表示滿量程的相對(duì)誤差，如0.05％。（5）轉(zhuǎn)換時(shí)間。指模數(shù)轉(zhuǎn)換器完成一次將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過(guò)程所需要的時(shí)間。3.模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（3）量程。指模數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓的范圍，如：0V～+5（1）算法的基本概念連續(xù)型的電壓、電流等模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)離散采樣和模／數(shù)變換成為數(shù)字量后，CPU將對(duì)這些數(shù)字量進(jìn)行分析、計(jì)算，得到所需的電參數(shù)。而完成上述分析計(jì)算的方法，就稱為交流采樣算法。三、交流采樣算法1.概述（1）算法的基本概念三、交流采樣算法1.概述（2）衡量算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)兩種消除噪聲分量的影響提高參數(shù)計(jì)算精度的途徑：其一是首先采用性能完善的濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行濾波處理，然后根據(jù)濾波后得到的有效信號(hào)進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。其二是將濾波與參數(shù)計(jì)算算法相融合，通過(guò)合理設(shè)計(jì)，使參數(shù)計(jì)算算法本身具有良好的濾波性能。算法的計(jì)算速度包含兩方面的含義：一是指算法的數(shù)據(jù)窗長(zhǎng)度，即需要采用多少個(gè)采樣數(shù)據(jù)才能計(jì)算出所需的參數(shù)值；二是指算法的計(jì)算量，算法越復(fù)雜，運(yùn)算量也越大，在相同的硬件條件下，計(jì)算時(shí)間也越長(zhǎng)。（2）衡量算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)（3）保護(hù)和監(jiān)控對(duì)算法的不同要求監(jiān)控需要CPU得到的是反映正常運(yùn)行狀態(tài)的電參數(shù)繼電保護(hù)更關(guān)心的是反映故障特征的量，例如頻譜、突變量、負(fù)序或零序分量、以及諧波分量等。監(jiān)控在算法的準(zhǔn)確性上要求更高一些，希望計(jì)算出的結(jié)果盡可能準(zhǔn)確；繼電保護(hù)則更看重算法的速度和靈敏性，必須在故障后盡快反應(yīng)，以便快速切除故障。（3）保護(hù)和監(jiān)控對(duì)算法的不同要求為了獲得被測(cè)電量值，必須對(duì)采樣所得的一組離散量進(jìn)行計(jì)算。由交流采樣計(jì)算電氣量的算法比較多，如有效值法、兩點(diǎn)乘積法、導(dǎo)數(shù)法、半周積分法及傅里葉級(jí)數(shù)算法等。2.電氣量交流采樣算法為了獲得被測(cè)電量值，必須對(duì)采樣所得的一組離散量進(jìn)行計(jì)算。由交傅里葉級(jí)數(shù)算法假定被采樣的模擬信號(hào)是一個(gè)周期性時(shí)間函數(shù)，除基波外還含有不衰減的直流分量和各次諧波，可表示為傅里葉級(jí)數(shù)算法假定被采樣的模擬信號(hào)是一個(gè)周期性時(shí)間函數(shù)，除基x(t)中的基波分量為合并正弦、余弦項(xiàng)，可寫為用和角公式展開得到傅里葉級(jí)數(shù)算法x(t)中的基波分量為合并正弦、余弦項(xiàng)，可寫為用和角公式展用復(fù)數(shù)表示為有效值和相角為積分可以用梯形法則求得傅里葉級(jí)數(shù)算法用復(fù)數(shù)表示為有效值和相角為積分可以用梯形法則求得傅里葉級(jí)N=12時(shí)

傅里葉級(jí)數(shù)算法N=12時(shí)傅里葉級(jí)數(shù)算法已求得基波的實(shí)部和虛部參數(shù)，因此，可以方便地實(shí)現(xiàn)任意角度的移相傅里葉級(jí)數(shù)算法已求得基波的實(shí)部和虛部參數(shù)，因此，可以方便地實(shí)現(xiàn)任意角度的移求得A、B、C三相基波的實(shí)部和虛部參數(shù)后，可得到A、B、C三相的基波相量，進(jìn)而求得A相（或B、C相）正序、負(fù)序和零序的對(duì)稱分量傅里葉級(jí)數(shù)算法求得A、B、C三相基波的實(shí)部和虛部參數(shù)后，可得到A、B、C三例3-1饋線終端單元的CPU對(duì)一交流電壓信號(hào)進(jìn)行等間隔的A／D采樣，得到的5個(gè)采樣點(diǎn)經(jīng)變換后的實(shí)際物理量值分別為：用交流采樣傅里葉算法求其有效值（單位：V）。傅里葉級(jí)數(shù)算法例3-1饋線終端單元的CPU對(duì)一交流電壓信號(hào)進(jìn)行等間隔的A傅里葉級(jí)數(shù)算法傅里葉級(jí)數(shù)算法濾波器是一個(gè)裝置或系統(tǒng)，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行某種加工處理，以達(dá)到取得信號(hào)中的有用信息而去掉無(wú)用成分的目的。圖4-9模擬式濾波基本流程圖4-10數(shù)字式濾波基本流程四、饋線監(jiān)控終端數(shù)據(jù)濾波原理1.基本概念濾波器是一個(gè)裝置或系統(tǒng)，用于對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行某種加工處理，以達(dá)模擬濾波器（1）無(wú)源低通濾波器圖4-11二階無(wú)源低通濾波器（2）二階有源低通濾波器圖4-12二階有源低通濾波器電路模擬濾波器（1）無(wú)源低通濾波器圖4-11二階無(wú)源低通濾數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器通常是指一種程序或算法，數(shù)字濾波器的運(yùn)算過(guò)程可用下述線性差分方程來(lái)描述，即式中，、為濾波器的輸入值和輸出值序列；為濾波器系數(shù)。數(shù)字濾波器數(shù)字濾波器通常是指一種程序或算法，數(shù)字濾波器的運(yùn)圖4-22開關(guān)量輸入電路示意圖五、開關(guān)量輸入/輸出1.開關(guān)量輸入圖4-22開關(guān)量輸入電路示意圖五、開關(guān)量輸入/輸出1.開關(guān)（1）濾波消抖與信號(hào)整形電路b）未采用消噪電路的輸出波形a）消噪電路c）采用消噪電路的輸出波形1.開關(guān)量輸入（1）濾波消抖與信號(hào)整形電路b）未采用消噪電路的輸出波形（2）開關(guān)量輸入電隔離方法1）光電隔離a）b）圖4-24光電耦合器原理接線圖a）輸出為低電平b）輸出為高電平1.開關(guān)量輸入（2）開關(guān)量輸入電隔離方法a）（2）開關(guān)量輸入電隔離方法2）繼電器隔離a）b）圖4-25采用繼電器隔離的開關(guān)原理接線圖a）現(xiàn)場(chǎng)開關(guān)輔助觸點(diǎn)輸入電路b）繼電器觸點(diǎn)輸出1.開關(guān)量輸入（2）開關(guān)量輸入電隔離方法a）（3）開關(guān)量輸入電路分類a）b）圖3-19開關(guān)量輸入電路原理圖a）配電終端內(nèi)觸點(diǎn)輸入回路b）配電終端外觸點(diǎn)輸入回路1.開關(guān)量輸入（3）開關(guān)量輸入電路分類a）開關(guān)量輸出電路圖4-27配電終端開關(guān)量輸出電路2.開關(guān)量輸出開關(guān)量輸出電路圖4-27配電終端開關(guān)量輸出電路2.開關(guān)量FD-F2010型饋線監(jiān)控終端：1個(gè)或若干個(gè)F2010B型饋線終端單元多功能電源模塊現(xiàn)地操作模塊通信接口設(shè)備蓄電池模擬量輸入板開關(guān)量輸入/輸出板機(jī)箱終端的維護(hù)軟件。

4.3饋線監(jiān)控終端實(shí)例FD-F2010型饋線監(jiān)控終端：4.3饋線監(jiān)控終端實(shí)例F2010B型饋線終端單元可設(shè)置為主單元或子單元。其中主單元具有現(xiàn)地網(wǎng)絡(luò)管理功能、與主站的通信管理功能、測(cè)控及線路故障監(jiān)測(cè)功能，子單元僅具有測(cè)控及線路故障監(jiān)測(cè)功能。柱上開關(guān)監(jiān)控終端、環(huán)網(wǎng)柜監(jiān)控終端采用一臺(tái)F2010B型饋線終端主單元；開閉所監(jiān)控終端采用一臺(tái)F2010B型饋線終端主單元及若干臺(tái)F2010B型饋線終端子單元，主單元和各子單元間采用CAN網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。4.3饋線監(jiān)控終端實(shí)例F2010B型饋線終端單元可設(shè)置為主單元或子單元。其中主單元F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)F2010B型饋線終端單元由控制板、電源板、底板組成?？刂瓢灏ㄎ⒖刂破飨到y(tǒng)、數(shù)字信號(hào)處理器系統(tǒng)、可編程邏輯器件等。底板與外部模擬量輸入板、開關(guān)量輸入板、開關(guān)量輸出板等一起完成信號(hào)調(diào)理功能。F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)F2010B型饋線終F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)F2010B饋線終端單元采用雙CPU結(jié)構(gòu)，除了應(yīng)用通用微處理器來(lái)控制系統(tǒng)運(yùn)行外，還增加了一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP，來(lái)完成模擬輸入量的處理計(jì)算，F(xiàn)2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)F2010B饋線終端單F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)FPGA完成的主要功能有主CPU和DSP之間的接口控制、模擬輸入量的多路選擇等。由16位高速A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，以串行數(shù)據(jù)流的形式送入DSP進(jìn)行處理。F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)FPGA完成的主要功能F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)量的取反處理和去顫處理，去顫時(shí)間可設(shè)數(shù)字量輸出采用兩級(jí)繼電器設(shè)計(jì)。CPU通過(guò)返校寄存器，檢查校對(duì)繼電器輸出控制過(guò)程中硬件控制電路及繼電器驅(qū)動(dòng)器狀態(tài)是否正確，實(shí)現(xiàn)了繼電器的狀態(tài)返校。F2010B型饋線終端單元內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)量的取反處理圖4-30F2010B饋線終端單元接線端子功能圖F2010B型饋線終端單元外部接口圖4-30F2010B饋線終端單元接線端子功能圖F201F2010B型饋線終端單元軟件1．基本測(cè)量模塊每個(gè)周波采樣64個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)A／D轉(zhuǎn)換的精度為16位。采樣速率可以自動(dòng)調(diào)整以適應(yīng)被測(cè)信號(hào)頻率的變化。每路饋線的三相電壓及零序電壓、線電壓、三相電流及零序電流、有功功率、無(wú)功功率、視在功率、功率因數(shù)、相角、頻率、直流電壓等。遙信量主要有：輸入遙信、饋線電流過(guò)流、饋線電流方向、饋線電流倒送、零序過(guò)流、零序過(guò)壓、開關(guān)動(dòng)作、開關(guān)閉鎖、中性點(diǎn)過(guò)流、接地故障、饋線終端單元運(yùn)行狀態(tài)等F2010B型饋線終端單元軟件1．基本測(cè)量模塊2.F2010B型饋線終端單元的通信規(guī)約DL/T634104-2002由饋線終端單元維護(hù)軟件實(shí)現(xiàn)與主站通信的發(fā)送信息表靈活配置。3.故障檢測(cè)（