新型选线装置平台的开发与算法研究

摘要

我国3～60kV电力系统广泛采用中性点不接地及中性点经消弧线圈接地等小电流接地方式。小电流接地系统发生单相接地故障时，故障点电弧可以自行熄灭，短路电流小，系统可带故障运行1～2小时，供电可靠性高。但是小电流接地系统单相接地故障选线与定位是一个工程难题，多年来未得到很好的解决。本文针对这一问题，将从软件算法与硬件设计两个方面进行研究，提出更好的解决方案，并针对海洋石油平台的特点，首次实现了海洋石油平台小电流接地系统的单相接地故障选线。
　　 利用单相接地后的负序电流实现了选线和定位。单相接地后负序电流较零序电流特征明显，本文提出用微分法和积分法移相提取负序电流，并比较不同的负序电流提取方法的优缺点，利用积分移相提取效果良好。首次利用了负序电流的暂态分量进行故障选线。暂态分量幅值大，不受不平衡电流影响，特征明显。分析不平衡电流对负序电流工频分量的影响，并用故障后与故障前负序电流对应相减消除其影响。通过计算各FTU处负序电流的相关性，实现故障区段定位。通过MATLAB仿真及动模实验验证了算法的有效性。
　　 利用现场可编程门阵列(FPGA)和嵌入式触控PC机设计了新型选线装置平台。这一方案能实现多路信号的高速同步采样，具有波形显示与故障录波功能，弥补了传统选线装置的不足。其中，FPGA负责控制AD实现多路信号的高速采集，当判断有故障发生时，将数据上送至触控PC。触控PC部分负责算法实现，波形显示与存储，并控制打印机。这一方案完全符合选线算法对硬件平台的要求。
　　 实现了海洋石油平台400V供电系统的单相接地故障选线。现有选线装置针对陆上电力系统，海洋石油平台选线较陆上选线更困难。本文选择高精度、带载能力强的零序电流互感器采集故障电流，用同步采集单元将数据上送至服务器。通过暂态算法与稳态算法相结合，采取抗干扰措施及多次计算的方法，提高选线准确度，实现选线功能。现场测试显示选线结果正确，效果良好。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 课题的提出及背景意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．2．3 选线装置的发展现状

1．3 本文所做的主要工作

第2章 接地故障的负序电流分量特征分析

2．1 负序电流的大小及其分布

2．1．1 负序电流的大小

2．1．2 单相接地时负序电流的分布

2．1．3 仿真验证

2．2 配电网单相接地故障定位的原理

2．2．1 负序电流在故障点两侧的区别

2．2．2 利用负序电流相关性的区段定位方法

2．3 本章小结

第3章 负序电流的提取及负序算法的实验验证

3．1 负序电流的提取

3．2 基于负序分量的选线方法在配网的实现

3．3 不平衡电流影响的消除

3．4 利用负序分量选线与定位的仿真验证

3．5 动模实验验证

3．6 本章小结

第4章 硬件平台的开发与设计

4．1 现有装置的不足及新装置的性能要求

4．2 硬件平台的总体结构

4．3 FPGA部分的结构

4．3．1 FPGA简介

4．3．2 数据采集模块

4．3．3 扩展存储器

4．3．4 RS232接口电路

4．4 触控PC部分测试

4．4．1 计算功能实现

4．4．2 波形显示功能实现

4．4．3 串口功能实现

4．5 本章小结

第5章 小电流接地选线在海上平台的实现

5．1 海洋石油平台选线的难点

5．2 数据采集的实现

5．3 算法的实现

5．3．1 程序实现及提高准确率的措施

5．3．2 模拟数据测试及现场测试

5．4 本章小结

第6章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢