配電網單相斷線故障監測裝置方案設計

作者/徐斌，國網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，國網山東省電力公司濟寧供電公司

配電網單相斷線故障監測裝置方案設計

作者/徐斌，國網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，國網山東省電力公司濟寧供電公司

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

配電網；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，主要側重于發生各類短路故障后的檢測與定位，而對于配電網斷線故障的研究較為匱乏，在目前運行的配電網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生斷線故障時，因母線側相電壓、相電流變化特征不明顯，使故障難以被發現，但斷線故障線路的持續不對稱運行，將給用戶帶來嚴重的不良影響[1]。目前已有學者對配電網斷線故障進行了系統的分析，但在實際運行維護中，因斷線故障發生次數少，維護人員的相關經驗少，難以對故障進行準確的判斷，延誤事故處理，不利于電網安全穩定運行。這顯然與配電網自動化發展的趨勢和智能配電網的發展不相稱。

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

1.斷線監測裝置總體方案設計

圖1 配電網斷線監測裝置構成示意圖

配電網斷線監測裝置由故障監測主機、n個故障監測從機和GPRS無線通訊模塊構成，主機負責監測配電變壓器出口處負序電流信息的采集，判斷系統是否發生斷線故障，若系統發生斷線故障，通知從機對各饋出線出口負序電流增量進行計算，并將計算結果傳給主機，主機根據各饋線負序電流的增量選出發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出短信通知。配電網正常運行時，從機實時監測各饋線出口處的負序電流，發生斷線故障后計算負序電流的增量，并將監測結果傳給主機。配電網斷線監測裝置整機構成示意圖如圖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.監測主機和從機方案設計

故障監測主機由信號調理電路、人機交互模塊、電源模塊、CAN總線控制器和RS232驅動芯片組成，故障監測主機構成示意圖如圖2所示。

圖2 故障監測主機結構示意圖

CT二次側電流首先通過由電流變送器將電流信號轉變為可電壓信號，然后通過低通濾波器電路濾除高次雜波，最后通過電壓調整電路將電壓調整為單極性0～3.3V后接入DSP內置A/D，信號調理電路設計圖如圖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，數據以及程序存儲量大等優勢在資源分配上，取三路DSP內置12位AD通道，GPIO連接人機交互模塊，取兩路內置串行通信模塊（SCIA、SCIB）分別連接CAN總線控制器和RS232驅動芯片實現外部通訊功能。

圖3 信號調理電路圖

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測主機（從機）的必要信息和參數，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，提醒現場運維人員系統故障。

故障監測從機安裝于各饋出線出口處，配電網正常運行時，從機實時監測各饋線出口處的負序電流，發生斷線故障后計算負序電流的增量，并將監測結果傳給主機，所以從機結構上需要電流變送、信號調理電路和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送給工作人員，由RS232接口電路和DTU組成，結構如圖4所示。其中DTU選用驛唐科技的MD–309G。

圖4 GPRS模塊結構圖

3.斷線監測裝置工作流程

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

圖5 故障監測裝置工作流程圖

4.結語

本文所設計配電網斷線監測裝置有以下優點：

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

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

■3.2 調試過程

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霜和化霜的目的。

采取溫差回退法，根據結霜器結霜情況設置最低控制溫度，使結霜器達到結霜和化霜轉換啟控的目的。通過實驗，本實驗設置最低溫度–5℃時，結霜器能結霜。當結霜器結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.空氣取水技術研究綜述[J].山西建筑，2016.11.42（31）：124-126.

本文由國網山東省電力公司科技項目資助（5206061500VT）