配电网单相断线故障监测装置方案设计

作者/徐斌，国网山东省电力公司济宁供电公司；王士新（通讯作者），济南大学自动化与电气工程学院；孔平、魏亚军、刘宗杰、付珂，国网山东省电力公司济宁供电公司

配电网单相断线故障监测装置方案设计

作者/徐斌，国网山东省电力公司济宁供电公司；王士新（通讯作者），济南大学自动化与电气工程学院；孔平、魏亚军、刘宗杰、付珂，国网山东省电力公司济宁供电公司

配电网单相断线故障因故障电流不明显难以检测，对电网危害小于短路故障，受重视的程度远不如后者，这与智能配电网的发展不相适应。本文以配电网发生单相断线故障时负序电流的突变量为选线判据，设计了一种配电网单相断线监测装置的实现方案，实现断线故障的在线监测和自动选线功能，并将故障信息以短信方式通知工作人员。

配电网；断线故障；选线装置；设计方案

在对配电线路故障检测研究中，主要侧重于发生各类短路故障后的检测与定位，而对于配电网断线故障的研究较为匮乏，在目前运行的配电网中还没有专门针对断线故障的保护装置。

当配电线路某馈线发生断线故障时，因母线侧相电压、相电流变化特征不明显，使故障难以被发现，但断线故障线路的持续不对称运行，将给用户带来严重的不良影响[1]。目前已有学者对配电网断线故障进行了系统的分析，但在实际运行维护中，因断线故障发生次数少，维护人员的相关经验少，难以对故障进行准确的判断，延误事故处理，不利于电网安全稳定运行。这显然与配电网自动化发展的趋势和智能配电网的发展不相称。

本文针对上述问题设计了一种配电网单相断线监测装置的实现方案。利用断线后配电系统出现的负序电流突增现象，实现断线故障在线监测和选线功能[2]，同时将故障信息短信通知工作人员。

1.断线监测装置总体方案设计

图1 配电网断线监测装置构成示意图

配电网断线监测装置由故障监测主机、n个故障监测从机和GPRS无线通讯模块构成，主机负责监测配电变压器出口处负序电流信息的采集，判断系统是否发生断线故障，若系统发生断线故障，通知从机对各馈出线出口负序电流增量进行计算，并将计算结果传给主机，主机根据各馈线负序电流的增量选出发生断线的线路并将故障信息通过GPRS无线通讯模块向工作人员发出短信通知。配电网正常运行时，从机实时监测各馈线出口处的负序电流，发生断线故障后计算负序电流的增量，并将监测结果传给主机。配电网断线监测装置整机构成示意图如图1所示，其中主机与从机的通讯采用CAN总线的方式，主机与GPRS无线通讯模块的通讯方式采用RS232方式。

2.监测主机和从机方案设计

故障监测主机由信号调理电路、人机交互模块、电源模块、CAN总线控制器和RS232驱动芯片组成，故障监测主机构成示意图如图2所示。

图2 故障监测主机结构示意图

CT二次侧电流首先通过由电流变送器将电流信号转变为可电压信号，然后通过低通滤波器电路滤除高次杂波，最后通过电压调整电路将电压调整为单极性0～3.3V后接入DSP内置A/D，信号调理电路设计图如图3所示。

DSP选用TMS320F28x系列32位浮点DSP处理器，与以往的定点DSP相比，该器件有精度高，成本低，功耗小，外设集成度高，数据以及程序存储量大等优势在资源分配上，取三路DSP内置12位AD通道，GPIO连接人机交互模块，取两路内置串行通信模块（SCIA、SCIB）分别连接CAN总线控制器和RS232驱动芯片实现外部通讯功能。

图3 信号调理电路图

人机交互模块包括液晶显示器、键盘和蜂鸣器，该模块主要功能为显示和设置故障监测主机（从机）的必要信息和参数，包括时间信息、站点信息、线路信息、故障信息、采样频率和保护整定值等，蜂鸣器作为报警装置，提醒现场运维人员系统故障。

故障监测从机安装于各馈出线出口处，配电网正常运行时，从机实时监测各馈线出口处的负序电流，发生断线故障后计算负序电流的增量，并将监测结果传给主机，所以从机结构上需要电流变送、信号调理电路和CAN总线控制器，其工作电源由主机提供。

GPRS无线通讯模块负责将线路的断线故障信息通过短信的形式发送给工作人员，由RS232接口电路和DTU组成，结构如图4所示。其中DTU选用驿唐科技的MD–309G。

图4 GPRS模块结构图

3.断线监测装置工作流程

在图1所示配电系统正常运行时，故障监测主机实时变电站低压侧总的三相电流，当配电线路发生断线故障后，系统产生负序电流突增，主机检测到突增量大于整定值后通过CAN总线发送选线命令，故障监测从机开始计算各线路的负序电流突变量，并将计算结果发送回主机，主机根据各线路负序电流突变量判断故障线路，并将选线结果和必要信息通过GPRS无线通讯模块以短信的形式发送给工作人员，装置的工作流程图如图5所示。

图5 故障监测装置工作流程图

4.结语

本文所设计配电网断线监测装置有以下优点：

（1）实现了对配电网馈出线断线故障的监测功能，弥补了传统保护对此类故障处理上的缺陷；

（2）该系统采用较为先进的TMS320F28x系列32位浮点DSP处理器作为数字信号处理芯片，保证了运算的速

■3.2 调试过程

温差回退法就是可设置凝霜温度和回退温度的方法。当半导体制冷器的温度达到设置凝霜温度时，电源停止给半导体制冷器供电。在环境温度的作用下，化霜器开始化霜，当半导体制冷器温度达到凝霜温度加上回退温度时，电源起动给半导体制冷器供电，周而复始，从而达到自动控制结霜和化霜的目的。

采取温差回退法，根据结霜器结霜情况设置最低控制温度，使结霜器达到结霜和化霜转换启控的目的。通过实验，本实验设置最低温度–5℃时，结霜器能结霜。当结霜器结霜后能把空气中的水份冷凝成霜，因而需找一个凝霜温度点。

4.结论

基于此思考研制一种便携式的太阳能空气取水器，以解决自然环境异常恶劣，交通十分不便，水补给非常困难的问题。采用以太阳能为主要能源，选择半导体制冷，利用温差回退法对空气当中的冷凝水进行冷却的方案是可行的。

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

＊ [2]李强,郝秀渊.空气取水技术研究综述[J].山西建筑，2016.11.42（31）：124-126.

本文由国网山东省电力公司科技项目资助（5206061500VT）