配電網(wǎng)單相斷線故障監(jiān)測裝置方案設計

作者/徐斌，國網(wǎng)山東省電力公司濟寧供電公司；王士新（通訊作者），濟南大學自動化與電氣工程學院；孔平、魏亞軍、劉宗杰、付珂，國網(wǎng)山東省電力公司濟寧供電公司

配電網(wǎng)單相斷線故障監(jiān)測裝置方案設計

作者/徐斌，國網(wǎng)山東省電力公司濟寧供電公司；王士新（通訊作者），濟南大學自動化與電氣工程學院；孔平、魏亞軍、劉宗杰、付珂，國網(wǎng)山東省電力公司濟寧供電公司

配電網(wǎng)單相斷線故障因故障電流不明顯難以檢測，對電網(wǎng)危害小于短路故障，受重視的程度遠不如后者，這與智能配電網(wǎng)的發(fā)展不相適應。本文以配電網(wǎng)發(fā)生單相斷線故障時負序電流的突變量為選線判據(jù)，設計了一種配電網(wǎng)單相斷線監(jiān)測裝置的實現(xiàn)方案，實現(xiàn)斷線故障的在線監(jiān)測和自動選線功能，并將故障信息以短信方式通知工作人員。

配電網(wǎng)；斷線故障；選線裝置；設計方案

在對配電線路故障檢測研究中，主要側(cè)重于發(fā)生各類短路故障后的檢測與定位，而對于配電網(wǎng)斷線故障的研究較為匱乏，在目前運行的配電網(wǎng)中還沒有專門針對斷線故障的保護裝置。

當配電線路某饋線發(fā)生斷線故障時，因母線側(cè)相電壓、相電流變化特征不明顯，使故障難以被發(fā)現(xiàn)，但斷線故障線路的持續(xù)不對稱運行，將給用戶帶來嚴重的不良影響[1]。目前已有學者對配電網(wǎng)斷線故障進行了系統(tǒng)的分析，但在實際運行維護中，因斷線故障發(fā)生次數(shù)少，維護人員的相關(guān)經(jīng)驗少，難以對故障進行準確的判斷，延誤事故處理，不利于電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行。這顯然與配電網(wǎng)自動化發(fā)展的趨勢和智能配電網(wǎng)的發(fā)展不相稱。

本文針對上述問題設計了一種配電網(wǎng)單相斷線監(jiān)測裝置的實現(xiàn)方案。利用斷線后配電系統(tǒng)出現(xiàn)的負序電流突增現(xiàn)象，實現(xiàn)斷線故障在線監(jiān)測和選線功能[2]，同時將故障信息短信通知工作人員。

1.斷線監(jiān)測裝置總體方案設計

圖1 配電網(wǎng)斷線監(jiān)測裝置構(gòu)成示意圖

配電網(wǎng)斷線監(jiān)測裝置由故障監(jiān)測主機、n個故障監(jiān)測從機和GPRS無線通訊模塊構(gòu)成，主機負責監(jiān)測配電變壓器出口處負序電流信息的采集，判斷系統(tǒng)是否發(fā)生斷線故障，若系統(tǒng)發(fā)生斷線故障，通知從機對各饋出線出口負序電流增量進行計算，并將計算結(jié)果傳給主機，主機根據(jù)各饋線負序電流的增量選出發(fā)生斷線的線路并將故障信息通過GPRS無線通訊模塊向工作人員發(fā)出短信通知。配電網(wǎng)正常運行時，從機實時監(jiān)測各饋線出口處的負序電流，發(fā)生斷線故障后計算負序電流的增量，并將監(jiān)測結(jié)果傳給主機。配電網(wǎng)斷線監(jiān)測裝置整機構(gòu)成示意圖如圖1所示，其中主機與從機的通訊采用CAN總線的方式，主機與GPRS無線通訊模塊的通訊方式采用RS232方式。

2.監(jiān)測主機和從機方案設計

故障監(jiān)測主機由信號調(diào)理電路、人機交互模塊、電源模塊、CAN總線控制器和RS232驅(qū)動芯片組成，故障監(jiān)測主機構(gòu)成示意圖如圖2所示。

圖2 故障監(jiān)測主機結(jié)構(gòu)示意圖

CT二次側(cè)電流首先通過由電流變送器將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)榭呻妷盒盘?，然后通過低通濾波器電路濾除高次雜波，最后通過電壓調(diào)整電路將電壓調(diào)整為單極性0～3.3V后接入DSP內(nèi)置A/D，信號調(diào)理電路設計圖如圖3所示。

DSP選用TMS320F28x系列32位浮點DSP處理器，與以往的定點DSP相比，該器件有精度高，成本低，功耗小，外設集成度高，數(shù)據(jù)以及程序存儲量大等優(yōu)勢在資源分配上，取三路DSP內(nèi)置12位AD通道，GPIO連接人機交互模塊，取兩路內(nèi)置串行通信模塊（SCIA、SCIB）分別連接CAN總線控制器和RS232驅(qū)動芯片實現(xiàn)外部通訊功能。

圖3 信號調(diào)理電路圖

人機交互模塊包括液晶顯示器、鍵盤和蜂鳴器，該模塊主要功能為顯示和設置故障監(jiān)測主機（從機）的必要信息和參數(shù)，包括時間信息、站點信息、線路信息、故障信息、采樣頻率和保護整定值等，蜂鳴器作為報警裝置，提醒現(xiàn)場運維人員系統(tǒng)故障。

故障監(jiān)測從機安裝于各饋出線出口處，配電網(wǎng)正常運行時，從機實時監(jiān)測各饋線出口處的負序電流，發(fā)生斷線故障后計算負序電流的增量，并將監(jiān)測結(jié)果傳給主機，所以從機結(jié)構(gòu)上需要電流變送、信號調(diào)理電路和CAN總線控制器，其工作電源由主機提供。

GPRS無線通訊模塊負責將線路的斷線故障信息通過短信的形式發(fā)送給工作人員，由RS232接口電路和DTU組成，結(jié)構(gòu)如圖4所示。其中DTU選用驛唐科技的MD–309G。

圖4 GPRS模塊結(jié)構(gòu)圖

3.斷線監(jiān)測裝置工作流程

在圖1所示配電系統(tǒng)正常運行時，故障監(jiān)測主機實時變電站低壓側(cè)總的三相電流，當配電線路發(fā)生斷線故障后，系統(tǒng)產(chǎn)生負序電流突增，主機檢測到突增量大于整定值后通過CAN總線發(fā)送選線命令，故障監(jiān)測從機開始計算各線路的負序電流突變量，并將計算結(jié)果發(fā)送回主機，主機根據(jù)各線路負序電流突變量判斷故障線路，并將選線結(jié)果和必要信息通過GPRS無線通訊模塊以短信的形式發(fā)送給工作人員，裝置的工作流程圖如圖5所示。

圖5 故障監(jiān)測裝置工作流程圖

4.結(jié)語

本文所設計配電網(wǎng)斷線監(jiān)測裝置有以下優(yōu)點：

（1）實現(xiàn)了對配電網(wǎng)饋出線斷線故障的監(jiān)測功能，彌補了傳統(tǒng)保護對此類故障處理上的缺陷；

（2）該系統(tǒng)采用較為先進的TMS320F28x系列32位浮點DSP處理器作為數(shù)字信號處理芯片，保證了運算的速

■3.2 調(diào)試過程

溫差回退法就是可設置凝霜溫度和回退溫度的方法。當半導體制冷器的溫度達到設置凝霜溫度時，電源停止給半導體制冷器供電。在環(huán)境溫度的作用下，化霜器開始化霜，當半導體制冷器溫度達到凝霜溫度加上回退溫度時，電源起動給半導體制冷器供電，周而復始，從而達到自動控制結(jié)霜和化霜的目的。

采取溫差回退法，根據(jù)結(jié)霜器結(jié)霜情況設置最低控制溫度，使結(jié)霜器達到結(jié)霜和化霜轉(zhuǎn)換啟控的目的。通過實驗，本實驗設置最低溫度–5℃時，結(jié)霜器能結(jié)霜。當結(jié)霜器結(jié)霜后能把空氣中的水份冷凝成霜，因而需找一個凝霜溫度點。

4.結(jié)論

基于此思考研制一種便攜式的太陽能空氣取水器，以解決自然環(huán)境異常惡劣，交通十分不便，水補給非常困難的問題。采用以太陽能為主要能源，選擇半導體制冷，利用溫差回退法對空氣當中的冷凝水進行冷卻的方案是可行的。

＊ [1]Obrezkova V E.Hydro-Energy［M］.Moscow: Energoato mezdat，1988．

＊ [2]李強,郝秀淵.空氣取水技術(shù)研究綜述[J].山西建筑，2016.11.42（31）：124-126.

本文由國網(wǎng)山東省電力公司科技項目資助（5206061500VT）