電力系統(tǒng)小電流接地故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置

電力系統(tǒng)小電流接地故障自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置蔣國(guó)祥尹念仁摘要：介紹XL系列小電流監(jiān)測(cè)裝置的原理、功能、系統(tǒng)組成及硬軟件設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)，小電流系統(tǒng)，接地監(jiān)測(cè)AnAutomaticGroundingFailureMonitoringSystemforSmallCurrentinPowerSystemAbstract:Theprinciple,function,systemcompositionandhardwareandsoftwaredesignofXLserialsmallcurrentmonitoringsystemispresented.Keywords：microprocessor,smallcurrentsystem,groundingmonitoringA1引言我公司，對(duì)電力系統(tǒng)電源質(zhì)量要求很高，公司內(nèi)部35kV、10kV及6kV電網(wǎng)都是小電流系統(tǒng)（中性點(diǎn)不接地或經(jīng)銷弧線圈接地系統(tǒng)），運(yùn)行中單相接地故障占整個(gè)電氣事故的百分之八十以上。過(guò)去，公司變電所也曾安裝過(guò)國(guó)內(nèi)一些小電流接地監(jiān)測(cè)儀器，但那些儀器在實(shí)際使用中實(shí)時(shí)性差，尤其對(duì)系統(tǒng)的間隙性弧光接地，往往反映不出來(lái)或判斷出錯(cuò)，選線效果不理想。為此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種XL系列小電流接地自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置。該裝置曾由江蘇省電力試驗(yàn)研究所進(jìn)行過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人工接地試驗(yàn)，在各種接地工況下，裝置檢測(cè)故障正確率均為100%。1994年，裝置通過(guò)了江蘇省電子工業(yè)廳的技術(shù)鑒定。裝置檢測(cè)原理單相接地電壓、電流分布概況在小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，電網(wǎng)出現(xiàn)零序電壓（3U）和零序電流（31）。非故障線路零序電流的大小為本線路接地電容電流，方向由母線指向線路「相位超前零序電壓90°；故障線路零序電流的大小為所有非故障線路零序電流之和，方向由線路指向母線，相位滯后零序電壓90°。裝置檢測(cè)方法當(dāng)發(fā)生單相接地故障時(shí)，裝置采集系統(tǒng)的零序電壓（3U）和各路零序電流（3I），采用付里葉級(jí)數(shù)計(jì)算法對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，算出各種諧波量，根據(jù)單相接地電壓、電流的分布規(guī)律，對(duì)故障和非故障信號(hào)進(jìn)行諧波分析，鑒別出故障線路。裝置功能及技術(shù)指標(biāo)

3.1功能系統(tǒng)周波及實(shí)時(shí)顯示;語(yǔ)言和數(shù)字報(bào)警；自檢功能，能檢測(cè)到芯片級(jí)；重檢功能，能對(duì)故障進(jìn)行重復(fù)檢查;記憶功能，能保存已發(fā)生過(guò)的故障信息;(6)打印輸出，3.2(6)打印輸出，3.2技術(shù)指標(biāo)電壓等級(jí)母線段數(shù)出線數(shù)判別時(shí)間接地方式工作電源1個(gè)(可擴(kuò)2個(gè))；2段(可擴(kuò)4段)；14路(可擴(kuò)30路)；W50ms；中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地;220±10%V。硬件系統(tǒng)裝置硬件框圖如圖1所示。它由調(diào)理板、A/D轉(zhuǎn)換板、主控板、語(yǔ)音報(bào)警板及電源板組成。圖1硬件系統(tǒng)框圖調(diào)理板對(duì)輸入的零序電壓、零序電流信號(hào)進(jìn)行衰減、濾波，濾除輸入的高頻分量，以避免因頻譜混選而產(chǎn)生的混選誤差。同時(shí)，對(duì)輸入的信號(hào)還需進(jìn)行變換處理，以適應(yīng)測(cè)頻、A/D轉(zhuǎn)換的要求。A/D轉(zhuǎn)換板經(jīng)過(guò)調(diào)理和變換的信號(hào)都是模擬量，必須采用模數(shù)轉(zhuǎn)換器將連續(xù)的模擬量變?yōu)殡x散的數(shù)字量。本裝置采用12位高速轉(zhuǎn)換芯片AD574實(shí)現(xiàn)逐次逼近式模數(shù)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間是25us。前級(jí)選用4片7501多路模擬開關(guān)，采用16路模擬量雙通道差分輸入，并設(shè)有增益可程控的放大器，增益為256/D(D為1?255之間的整數(shù))。該程控放大器可對(duì)采樣及差分處理后的模擬信號(hào)進(jìn)行放大，以提高放大精度。主控電路板該板是以8098單片機(jī)為核心的多功能控制板，為整機(jī)提供控制、定時(shí)功能及負(fù)責(zé)計(jì)算數(shù)據(jù)。微處理器執(zhí)行存入在EPROM中的程序，對(duì)由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入至RAM中的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以完成故障判別功能。4.4電源板電源板提供各硬件功能板所需的直流電壓，交流5V電源為工頻測(cè)頻用。此電源可輸出±15V、2路+5V、交流5V電壓。顯示及鍵盤控制板該板設(shè)有6位8段LED顯示器、6按鍵，采用鍵盤顯示控制器8279。硬件實(shí)現(xiàn)顯示、掃描和鍵盤去抖、實(shí)時(shí)性強(qiáng)。語(yǔ)音報(bào)警板用芯片UM5100實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音合成，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生接地故障或儀器內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，可用語(yǔ)言提示值班人員，加強(qiáng)人機(jī)聯(lián)系，以便迅速作出處理。軟件系統(tǒng)XL系列裝置的軟件系統(tǒng)用匯編語(yǔ)言編程，采用模塊化設(shè)計(jì)。凡具有獨(dú)立功能的程序都設(shè)計(jì)為子程序或中斷服務(wù)子程序，給修改和調(diào)試帶來(lái)了方便。主程序控制整個(gè)機(jī)器的工作，其流程圖如2所示。子程序有自檢子程序、采樣子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、判別子程序、鍵盤處理子程序、時(shí)鐘子程序及打印輸出子程序。各子程序的主要功能如下：圖2主程序流程圖自檢子程序。對(duì)儀器硬件進(jìn)行檢測(cè)，能檢測(cè)到芯片級(jí)。若芯片損壞或出錯(cuò)，則顯示錯(cuò)誤信息。采樣子程序。主要功能是通過(guò)接口電路控制多路選通開關(guān)采樣保持及放大器的增益，起動(dòng)A/D完成數(shù)據(jù)的采集。數(shù)據(jù)處理子程序。對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行排序處理以及對(duì)付氏級(jí)數(shù)法進(jìn)行頻譜計(jì)算。判別子程序。根據(jù)計(jì)算的基波、諧波幅值與相角，利用“相對(duì)處理”判別各種故障，并提供報(bào)警信息。鍵盤處理顯示子程序。主要功能是對(duì)6功能鍵加以識(shí)別以及對(duì)6個(gè)LED的各種信息進(jìn)行顯示。時(shí)鐘子程序。打印子程序。結(jié)束語(yǔ)本裝置在電路和軟件設(shè)計(jì)中采取了多種抗干