专利名称：基于分布式测量技术的小电流接地选线装置的制作方法
技术领域：
本实用新型属于一种电力技术和设备，适用于3 60kV数字化变电站，能够对单 相接地故障进行准确选线。
背景技术：
我国3 60kV配电网广泛采用中性点非有效接地方式，又称为小电流接地系统， 小电流接地系统的故障绝大多数是单相接地故障。发生单相接地故障时，接地电流很小，可 以在故障情况下继续运行1 2个小时，但是必须尽快找到故障线路，这就提出了故障选线 问题。目前传统的微机型选线装置已比较成熟，其基本原理是对外部接入的零序电压和 零序电流信号进行AD采样，然后进行计算处理。随着新型电子式互感器技术、智能开关技 术和网络通信技术的发展，以一次设备智能化、二次设备网络化为主要特征的数字化变电 站技术成为技术主流，而传统型的微机型选线装置已不适用与数字化变电站。在数字化变 电站中，小电流接地故障选线装置需要利用所有线路的零序电流和母线的零序电压，具有 间隔多、数据实时性要求高、数据通信量大等特点，因此其研制难度相对于其他数字保护要 大得多。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术上的不足，提出适用于数字化变电站的选线装 置实现方案，填补了国内外相关技术领域的空白。本实用新型的技术方案如下一种小电流接地系统单相接地故障选线装置，该单相接地故障选线装置由零序合 成模块、下位机和上位机三个部分组成，其特征为所述零序合成模块的输入端连接电子式电流互感器、电子式电压互感器采集到的 间隔层的电流和电压的模拟信号，零序合成模块的输出端连接到所述下位机的输入端；所述下位机通过以太网与上位机相连向上位机上传零序合成模块输出的采样数 据；所述上位机通过以太网与变电站自动化后台连接，上报根据下位机发送的采样数 据，进行选线计算的选线结果。所述零序合成模块采用高精度运算加法技术，对电子式互感器测量到的三相电压 和三相电流模拟信号进行合成，得到零序电压和零序电流的模拟信号，误差< 0. 2%。所述下位机具备多路、高速AD采样功能，将所有间隔的零序电压信号和零序电流 模拟信号进行AD采样，从而获得零序电压和零序电流数字量。所有通道AD采样之后的数 字量通过以太网向上位机发送，采用的协议为TCP/IP协议。所述上位机为工业控制计算机，包括主板、液晶、电子硬盘、内存。其中主板具备以 太网口。上位机通过以太网获得下位机发送的采样数据，并利用CPU进行选线计算。同时上位机通过以太网与变电站自动化后台连接，上报选线结果。本实用新型的单相接地故障选线装置专门针对数字化变电站使用，属于间隔层的一个设备，与过程层和变电站层进行数据交互。由于电子式互感器输出的电压很低，无法通 过电缆传递较远距离，因此选线装置分为下位机和上位机两个部分，二者通过以太网连接。 下位机安装在一次设备临近位置，负责对所有间隔的零序电压和零序电流进行AD采样；上 位机安装在二次设备控制室，负责进行分析计算，算法程序采用本公司的专利技术(专利 名称小电流接地电网单相接地故障选线装置；专利号ZL200320126180. 5)，应用多种选 线方法相融合进行综合选线，能够针对金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等各种情 况准确选出故障线路。本实用新型的优点如下1、适用于数字化变电站。2、扩展性好，下位机具有多路模拟量输入接口，满足变电站的需求。3、采用分布式结构，上位机与下位机通过高速以太网连接。4、主机具备网口，能够通过以太网上传选线信息。

图1是本实用新型的结构示意图；图2是零序合成模块的原理图；图3是下位机的原理图；图4是上位机的原理具体实施方式
以下结合附图，通过具体实施对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。本实用新型的单相接地故障选线装置专门针对数字化变电站使用，属于间隔层的 一个设备，与过程层和变电站层进行数据交互。由于电子式互感器输出的电压很低，无法通 过电缆传递较远距离，因此选线装置分为下位机和上位机两个部分，二者通过以太网连接。 下位机安装在一次设备临近位置，负责对所有间隔的零序电压和零序电流进行AD采样；上 位机安装在二次设备控制室，负责进行分析计算，算法程序采用本公司的专利技术(专利 名称小电流接地电网单相接地故障选线装置；专利号ZL200320126180. 5)，应用多种选 线方法相融合进行综合选线，能够针对金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等各种情 况准确选出故障线路。单相接地故障选线装置由零序合成模块、下位机和上位机三个部分组成。所述零 序合成模块采用高精度运算加法技术，对电子式互感器测量到的三相电压和三相电流模拟 信号进行合成，得到零序电压和零序电流的模拟信号，误差< 0. 2%。所述下位机具备多路、高速AD采样功能，将所有间隔的零序电压信号和零序电流 模拟信号进行AD采样，从而获得零序电压和零序电流数字量。所有通道AD采样之后的数 字量通过以太网向上位机发送，采用的协议为TCP/IP协议。所述上位机为工业控制计算机，包括主板、液晶、电子硬盘、内存。其中主板具备以 太网口。上位机通过以太网获得下位机发送的采样数据，并利用CPU进行选线计算。同时上位机通过以太网与变电站自动化后台连接，上报选线结果。如图1所示，选线装置位于间隔层，位于过程层的电子式电流互感器和电子式电压互感器采集到各个间隔的电流和电压的模拟信号。Dl至Dn表示零序合成模块，用来通过 三相电压和三相电流获得零序电压和零序电流模拟量。下位机就地测量所有间隔的零序模 拟量信号，经AD采样后通过以太网将采样瞬时值数据传送至上位机，传输介质为网线。上 位机采用将接收到的网络数据读入内存单元，然后通过CPU进行计算准确选出故障线路。 上位机能够将选线信息通过以太网上传至变电站自动化后台。零序合成模块原理如图2所示，与电子式电流互感器和电子式电压互感器位于同 一个间隔内，接收三相的电流或电压信号。所接收的三个相信号分别接到零序合成模块的 三个输入端上(不分次序)，经过由0P07运算放大器所构成的加法器直接合成为零序电流 或电压。再经过由0P07运算放大器构成的放大器将合成的零序电流或电压放大后输出到 下位机上。下位机原理如图3所示，位于零序合成模块附近的机柜内，通过屏蔽电缆与零 序合成模块相连。将所接收到的零序电流或电压接到单片机8051F310的不同管脚(21、 23、。。。。33)上，通过单片机8051F310进行数据采集后，通过网络芯片CS8900A输出。其 中，单片机8051F310与CS8900A通过Address Bus (地址总线)、DataBus (数据总线)、 ControlBus (控制总线)相连接，CS8900A通过网络总线与RJ45网络连接器相连。上位机原理如图4所示，位于远方的控制室内，通过网线与下位机相连。网络线 通过RJ45网络连接器与下位机和上位机相连。RJ45通过网络总线与CS8900A-1相连， CPUTMS320F2812 与 CS8900A-1 通过 Address Bus(地址总线)、Data Bus(数据总线)、 ControlBus(控制总线)相连接，接收通过网络所传输的数据。经过计算处理后，将计算的 选线结果通过CS8900A-2芯片经过网络传输到自动化后台。其中TMS320F2812与CS8900A-2 的连接方法与CS8900A-1是一致的，与自动化后台相连接的RJ45网络连接器的连接方法与 下位机RJ45网络连接器的连接方法也是一致的。
权利要求一种基于分布式测量技术的小电流接地选线装置，该单相接地故障选线装置由零序合成模块、下位机和上位机三个部分组成，其特征为所述零序合成模块的输入端连接电子式电流互感器、电子式电压互感器采集到的间隔层的电流和电压的模拟信号，零序合成模块的输出端连接到所述下位机的输入端；所述下位机通过以太网与上位机相连向上位机上传零序合成模块输出的采样数据；所述上位机通过以太网与变电站自动化后台连接，上报根据下位机发送的采样数据进行选线计算的选线结果。
2.根据权利要求1所述的基于分布式测量技术的小电流接地选线装置，其特征为所 述上位机为工业控制计算机，包括主板、液晶、电子硬盘、内存，其中主板具备以太网口。
3.根据权利要求1所述的基于分布式测量技术的小电流接地选线装置，其特征为所 述零序合成模块与电子式电流互感器、电子式电压互感器位于同一个间隔内，零序合成模 块包括加法器和放大器，其中加法器的三个输入端分别连接三相电信号，所述加法器的输 出端与放大器的输入端相连，所述放大器的输出端与所述下位机的输入端相连。
4.根据权利要求1所述的基于分布式测量技术的小电流接地选线装置，其特征为选 线装置的下位机安装在一次设备临近位置，下位机含有AD采样环节，所述下位机通过以太 网与所述上位机通信，采用的协议为TCP/IP协议。
5.根据权利要求1所述的基于分布式测量技术的小电流接地选线装置，其特征为选 线装置的上位机安装在二次设备控制室，上位机不含有AD采样环节，上位机通过以太网与 变电站自动化后台连接，上报选线结果。
专利摘要本实用新型公开了一种基于分布式测量技术的小电流接地选线装置，该单相接地故障选线装置由零序合成模块、下位机和上位机三个部分组成，零序合成模块的输入端连接电子式电流互感器、电子式电压互感器采集到的间隔层的电流和电压的模拟信号，零序合成模块的输出端连接到所述下位机的输入端；所述下位机通过以太网与上位机相连向上位机上传零序合成模块输出的采样数据；所述上位机通过以太网与变电站自动化后台连接，上报根据下位机发送的采样数据进行选线计算的选线结果。本实用新型技术成熟、可靠性高，满足现场的实用要求。
文档编号G01R31/02GK201570857SQ20092024644
公开日2010年9月1日 申请日期2009年10月23日 优先权日2009年10月23日
发明者李岩松, 李砚, 齐郑 申请人:华北电力大学;北京丹华昊博电力科技有限公司