1、36935-4A,主編,1,.,第4章配電網(wǎng)饋線監(jiān)控終端,4.1饋線監(jiān)控終端簡介4.2饋線監(jiān)控終端數(shù)據(jù)采集原理4.3饋線監(jiān)控終端實例4.4饋線故障指示器,2,.,4.1饋線監(jiān)控終端簡介,4.1.1饋線監(jiān)控終端的功能及性能要求4.1.2饋線監(jiān)控終端的構(gòu)成4.1.3饋線終端單元的硬件4.1.4饋線終端單元的軟件4.1.5環(huán)網(wǎng)柜和開閉所的饋線終端單元,3,.,4.1.1饋線監(jiān)控終端的功能及性能要求,1) 遙測功能。2) 遙信功能。3) 遙控功能。4) 遠方控制閉鎖與手動操作功能。5) 對時功能。6) 統(tǒng)計功能。7) 事件順序記錄(Sequence of Event，SOE)功能。8) 事故記錄功能。

2、9) 定值遠方修改和召喚定值功能。10) 自檢和自恢復(fù)功能。11) 通信功能。,4,.,4.1.1饋線監(jiān)控終端的功能及性能要求,1) 故障錄波功能。2) 微機保護功能。 3) 電能采集功能。,5,.,1) 遙測功能。,饋線監(jiān)控終端應(yīng)能采集線路的電壓、電流、有功功率和無功功率等模擬量。一般線路的故障電流遠大于正常負荷電流，要采集故障信息必須要求饋線監(jiān)控終端能提供較大的電流動態(tài)輸入范圍。,6,.,2) 遙信功能。,饋線監(jiān)控終端應(yīng)能對開關(guān)的當(dāng)前位置、通信是否正常、儲能完成情況等重要量進行采集。若饋線監(jiān)控終端自身有微機繼電保護功能的話，還應(yīng)對保護動作情況進行遙信。,7,.,3) 遙控功能。,饋線監(jiān)控終

3、端應(yīng)能接受遠方命令控制開關(guān)合閘和跳閘，以及啟動儲能過程等。,8,.,4) 遠方控制閉鎖與手動操作功能。,在檢修線路或開關(guān)時，相應(yīng)的饋線監(jiān)控終端應(yīng)具有遠方控制閉鎖功能，以確保操作的安全性，避免誤操作造成的惡性事故。同時，饋線監(jiān)控終端應(yīng)能提供手動合閘、跳閘按鈕，以備當(dāng)通信通道出現(xiàn)故障時能進行手動操作，避免上桿直接操作開關(guān)。,9,.,5) 對時功能。,饋線監(jiān)控終端應(yīng)能接受配電主站或配電子站的對時命令，以便和系統(tǒng)時鐘保持一致。,10,.,6) 統(tǒng)計功能。,饋線監(jiān)控終端應(yīng)能接受配電主站或配電子站的對時命令，以便和系統(tǒng)時鐘保持一致。,11,.,7) 事件順序記錄(Sequence of Event，SOE

4、)功能。,記錄狀態(tài)量發(fā)生變化的時刻和先后順序。,12,.,8) 事故記錄功能。,記錄事故發(fā)生時的最大故障電流和事故前一段時間的平均電流，以便分析事故，確定故障區(qū)段，并為恢復(fù)健全區(qū)段供電時進行負荷重新分配提供依據(jù)。,13,.,9) 定值遠方修改和召喚定值功能。,為了能夠在故障發(fā)生時及時地啟動事故記錄等過程，必須對饋線監(jiān)控終端進行整定，并且整定值應(yīng)能隨著配電網(wǎng)運行方式的改變而自適應(yīng)。,14,.,10) 自檢和自恢復(fù)功能。,饋線監(jiān)控終端應(yīng)具有自檢測功能，并在設(shè)備自身故障時及時報警。饋線監(jiān)控終端應(yīng)具有可靠的自恢復(fù)功能，凡是受干擾造成死機時，則通過監(jiān)視定時器重新復(fù)位系統(tǒng)，能自動恢復(fù)正常運行。,15,.,

5、11) 通信功能。,盡管故障時電流、電壓的小型記錄是否具有作用仍是一個有爭議的問題，但是對于中性點不接地的配電網(wǎng)，對零序電流的錄波用來判斷單相接地區(qū)段顯然是有用的。,16,.,1) 故障錄波功能。,盡管故障時電流、電壓的小型記錄是否具有作用仍是一個有爭議的問題，但是對于中性點不接地的配電網(wǎng)，對零序電流的錄波用來判斷單相接地區(qū)段顯然是有用的。,17,.,2) 微機保護功能。,雖然在選用柱上開關(guān)時可以選擇過電流脫扣型設(shè)備，即利用開關(guān)本體的保護功能，但利用饋線監(jiān)控終端中的CPU進行交流采樣構(gòu)成的微機保護，則具有更強的功能和靈活性。因為這樣做可以使定值自動隨運行方式調(diào)整，從而實現(xiàn)自適應(yīng)的繼電保護策略。

6、,18,.,3) 電能采集功能。,饋線監(jiān)控終端對采集到的有功和無功功率進行積分，可以獲得粗略的有功和無功電能值，對于核算電費和估算線損有一定的意義。雖然瞬間干擾造成的誤差可能會被累計，影響電能測量精度，但在分段開關(guān)處測電能的目的在于估算線損，偵察竊電行為，因此該測量精度一般可以容忍。當(dāng)然為了進一步提高精度，可以采用狀態(tài)估計算法。,19,.,4.1.2饋線監(jiān)控終端的構(gòu)成,饋線監(jiān)控終端作為一個獨立的智能設(shè)備，一般由1個或若干個核心模塊饋線終端單元、外置接口電路板、蓄電池、充電器、機箱外殼以及各種附件組成。,20,.,4.1.3饋線終端單元的硬件,1.交流量采集回路2.數(shù)字量輸入回路3.數(shù)字量輸出回

7、路4.通信接口及人機界面5.CPU,21,.,4.1.3饋線終端單元的硬件,圖4-1饋線終端單元的硬件框圖,22,.,1.交流量采集回路,交流量采集回路的設(shè)計需根據(jù)應(yīng)用場合綜合考慮：需要監(jiān)視的交流通道數(shù)量和各通道的輸入范圍，前置低通濾波器的參數(shù)，AD轉(zhuǎn)換的位數(shù)、輸入范圍和轉(zhuǎn)換速度等。,23,.,2.數(shù)字量輸入回路,數(shù)字量輸入回路比模擬量回路簡單。饋線終端單元內(nèi)部使用的工作電源一般是DC24V或DC48V，數(shù)字量輸入回路使用的電源一般也采用DC24V或DC48V。,24,.,3.數(shù)字量輸出回路,數(shù)字量輸出回路是饋線終端單元的執(zhí)行接口，其安全可靠的工作對饋線終端單元至關(guān)重要。數(shù)字量輸出從軟件和硬件

8、設(shè)計都應(yīng)考慮為順序邏輯控制出口，以保證動作的可靠性。,25,.,4.通信接口及人機界面,饋線終端單元除了需完成交流采樣和故障檢測外，更重要的是應(yīng)與配電主站或配電子站通信，及時將遙測、遙信和故障信號傳到主站或子站，并執(zhí)行主站或子站相應(yīng)的遙控命令。饋線終端單元與遠方系統(tǒng)的通信連接有多種方案，常用的有GPRS/CDMA1X、自愈式光纖網(wǎng)、電力線載波，以及最近開始應(yīng)用的3G、光纖以太網(wǎng)、無源光纖網(wǎng)絡(luò)EPON等。高速可靠的以太網(wǎng)通信將使得配電主站或配電子站獲取全區(qū)域饋線終端單元的信息所需時間大大降低。,26,.,5.CPU,饋線終端單元控制器中核心器件CPU的運算速度和位數(shù)的選擇應(yīng)以“夠用”為原則，以保

9、證設(shè)備的可靠性和完成饋線終端單元必備的功能，并有一定的擴充余地。,27,.,4.1.4饋線終端單元的軟件,1.測控功能2.故障檢測功能3.報文轉(zhuǎn)發(fā)功能,28,.,1.測控功能,圖4-2變位記錄與延時確認的過程,29,.,2.故障檢測功能,(1) 相間短路故障檢測(2) 單相接地故障檢測(3) 備用電源自動投入功能,30,.,(1) 相間短路故障檢測,饋線終端單元應(yīng)能夠自動檢測配電網(wǎng)的各種短路故障，記錄故障數(shù)據(jù)，并且根據(jù)具體的通信規(guī)約向配電主站報告。它可以通過監(jiān)視交流輸入相電流或零序電流是否超過整定值判別短路故障?？紤]到測量方便，零序電流實際上使用的是3I0。,31,.,(2) 單相接地故障檢測

10、,單相接地選線和區(qū)段定位在采用小電流接地方式的配電網(wǎng)中是一個技術(shù)難點，而且單相接地故障占配電網(wǎng)總故障的70%以上，如何快速準確地找到接地點，是國內(nèi)外配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)必須面對的問題。,32,.,(3) 備用電源自動投入功能,1) 對柱上分段器，如果分段器兩邊均配置TV，則可投入BZT功能。2) 對兩進數(shù)出的環(huán)網(wǎng)柜，如果兩進線開關(guān)兩側(cè)均配置TV，則可投入BZT功能。,33,.,1) 對柱上分段器，如果分段器兩邊均配置TV，則可投入BZT功能。,充電準備：正常運行時分段器兩邊電壓均正常且分段器處于分位，此時BZT經(jīng)10s充電完畢。 動作執(zhí)行：在BZT充電完畢后，當(dāng)分段器一側(cè)失電壓后，如果另一側(cè)電壓仍

11、然正常，BZT開始計時，等計時時間到，BZT合上分段器，并同時對自身放電，以保證只動作一次。,34,.,2) 對兩進數(shù)出的環(huán)網(wǎng)柜，如果兩進線開關(guān)兩側(cè)均配置TV，則可投入BZT功能。,充電準備：正常運行時兩進線電壓均正常，若有一條進線處于合位而另一條進線處于分位，則BZT經(jīng)10s充電完畢。 動作執(zhí)行：在BZT充電完畢后，當(dāng)工作進線失電壓且無電流后，如果備用進線電壓正常，BZT開始計時，等計時時間到，BZT跳開工作進線開關(guān)，合上備用進線開關(guān)，并同時對自身放電，以保證只動作一次。 對既有兩路進線，又有分段開關(guān)的開閉所，可以分別安裝設(shè)置兩路BZT，每一路BZT均控制一路進線，又同時控制分段開關(guān)。,35

12、,.,3.報文轉(zhuǎn)發(fā)功能,如前所述，饋線終端單元需要周邊智能設(shè)備與遠方系統(tǒng)之間的報文轉(zhuǎn)發(fā)功能。需要轉(zhuǎn)發(fā)的周邊設(shè)備主要有從饋線終端單元、配變監(jiān)測終端、智能電能表、無線測溫傳感器等。通過報文轉(zhuǎn)發(fā)功能，可以大大減少通信網(wǎng)絡(luò)的投資，提高主干通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)吞吐效率。為支持報文轉(zhuǎn)發(fā)功能，往往需要饋線終端單元具備一定的通信規(guī)約庫，以方便與各種不同的周邊設(shè)備通信。,36,.,4.1.5環(huán)網(wǎng)柜和開閉所的饋線終端單元,圖4-3饋線終端單元a)多個饋線終端單元組網(wǎng)b)CAN接口示意圖,37,.,4.2饋線監(jiān)控終端數(shù)據(jù)采集原理,4.2.1概述4.2.2模擬量采集的基本原理4.2.3交流采樣算法4.2.4數(shù)字濾波原理4.2

13、.5開關(guān)量輸入/輸出,38,.,4.2.1概述,圖4-4模擬量采集系統(tǒng)框圖,39,.,4.2.1概述,1) 優(yōu)先保證下限電流量化值的精度。2) 在可能出現(xiàn)的最大短路電流情況下，電流-電壓變換后的電壓值不得使AD轉(zhuǎn)換器出現(xiàn)溢出。3) 在可能出現(xiàn)的最大短路電流情況下，中間電流變流器不應(yīng)飽和。,40,.,4.2.2模擬量采集的基本原理,1.模擬量的采樣離散化2.采樣方式3.采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器,41,.,1.模擬量的采樣離散化,圖4-5采樣保持過程,42,.,2.采樣方式,(1) 異步采樣和同步采樣(2) 多通道采樣,43,.,(1) 異步采樣和同步采樣,1) 異步采樣也稱定時采樣。2) 同步采

14、樣的主要方式為同步跟蹤采樣。,44,.,1) 異步采樣也稱定時采樣。,采樣周期Ts保持等間隔不變，即Ts為常數(shù)。饋線監(jiān)控終端的采樣頻率fs通常取為工頻50Hz的整倍數(shù)N，兩個采樣點之間的電氣角度為2/N。在配電網(wǎng)運行中，基頻可能發(fā)生變化而偏離工頻，故障狀態(tài)下頻率的偏離更多。這時采樣頻率相對于基頻不再是整倍數(shù)關(guān)系，兩個采樣點之間的電氣角度不再為2/N。這種情況會給許多算法帶來誤差。,45,.,2) 同步采樣的主要方式為同步跟蹤采樣。,采樣周期Ts不再恒定，而是使采樣頻率fs跟蹤系統(tǒng)基波頻率f1的變化，始終保持fs/f1=N不變，通常是通過硬件或軟件測取基波信號的周期T1的變化，然后動態(tài)調(diào)整采樣周

15、期Ts來實現(xiàn)，采用同步跟蹤采樣技術(shù)后，能消除基波信號頻率波動引起的計算誤差。采用這種方式時，采樣頻率不再是一個常數(shù)。但因為fs/f1=N不變，兩個采樣點之間的電氣角度也保持為2/N不變。,46,.,(2) 多通道采樣,1) 在同一采樣時刻，同時對全部輸入通道的信號進行采樣的方式稱為同時采樣。2) 在每個采樣周期里，對上一個通道完成采樣保持及AD轉(zhuǎn)換后，再開始對下一個通道進行采樣保持及AD轉(zhuǎn)換，稱為順序采樣。,47,.,圖4-6同時采樣a)同時采樣，同時AD轉(zhuǎn)換b)同時采樣，順序AD轉(zhuǎn)換,1) 在同一采樣時刻，同時對全部輸入通道的信號進行采樣的方式稱為同時采樣。,48,.,2) 在每個采樣周期里

16、，對上一個通道完成采樣保持及AD轉(zhuǎn)換后，再開始對下一個通道進行采樣保持及AD轉(zhuǎn)換，稱為順序采樣。,圖4-7順序采樣，順序AD轉(zhuǎn)換,49,.,3.采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器,1) 分辨率。2) 輸入模擬量的極性。3) 量程。4) 精度。5) 轉(zhuǎn)換時間。,50,.,1) 分辨率。,A/D轉(zhuǎn)換時，A/D轉(zhuǎn)換器對模擬輸入量的辨別能力稱為分辨率。分辨率通常用二進制數(shù)字量的位數(shù)n來表示。例如，12位、16位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率分別是12和16，它表明了A/D轉(zhuǎn)換器能對其滿量程的2-n的變化量作出反應(yīng)。若12位A/D轉(zhuǎn)換器的滿量程為5V，其n=12為10V2-12=0.0024V。如果輸入電壓的變化量比0.0

17、024V還小，則A/D轉(zhuǎn)換器將無法分辨。,51,.,2) 輸入模擬量的極性。,它指A/D轉(zhuǎn)換器要求輸入信號是單極性或雙極性電壓。目前，絕大多數(shù)的A/D轉(zhuǎn)換器要求是單極性輸入，對于雙極性的模擬輸入信號，可采用相應(yīng)的轉(zhuǎn)換電路將其變換成單極性信號，或者采用雙極性的A/D轉(zhuǎn)換器。,52,.,3) 量程。,它指A/D轉(zhuǎn)換器輸入模擬電壓的范圍，如0+5V，0+10V，-5+5V等。,53,.,4) 精度。,A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度有絕對精度和相對精度兩種表示方法。通常用數(shù)字量的位數(shù)表示絕對精度單位，如精度是最低位的1/2位即1/2LSB；而用百分比表示滿量程的相對精度，如0.05。,54,.,5) 轉(zhuǎn)換時間

18、。,它指A/D轉(zhuǎn)換器完成一次將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的過程所需要的時間。目前，饋線終端單元中A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間僅數(shù)微秒。,55,.,4.2.3交流采樣算法,1.概述2.電氣量交流采樣算法,56,.,1.概述,(1) 算法的基本概念(2) 衡量算法優(yōu)劣的標準(3) 保護和監(jiān)控對算法的不同要求,57,.,(1) 算法的基本概念,電壓、電流等模擬信號經(jīng)過離散采樣和AD轉(zhuǎn)換成為數(shù)字量后，CPU將對這些數(shù)字量進行分析、計算，得到所需的電壓、電流的有效值和相位以及有功功率、無功功率等參量，或者它們的各序分量，或者配電線路和元件的視在阻抗，或者某次諧波的大小和相位等。而完成上述分析計算的方法，就稱為交流采樣

19、算法。其主要任務(wù)是如何從包含有噪聲量的輸入信號中，快速、準確地計算出所需要的各種電氣量參數(shù)。,58,.,(2) 衡量算法優(yōu)劣的標準,交流采樣算法有多種。衡量各種算法的優(yōu)缺點的主要指標有：計算精度、響應(yīng)時間和運算量。要消除噪聲分量的影響，提高參數(shù)計算的精度，主要有兩種基本途徑：一是首先采用性能完善的濾波器對輸入信號進行濾波處理，然后根據(jù)濾波后得到的有效信號進行參數(shù)計算；二是將濾波與參數(shù)計算算法相融合，通過合理設(shè)計，使參數(shù)計算算法本身具有良好的濾波性能，在必要的情況下，再輔以其他簡單濾波。算法的計算速度包含兩方面的含義：一是指算法的數(shù)據(jù)窗長度，即需要采用多少個采樣數(shù)據(jù)才能計算出所需的參數(shù)值；二是指

20、算法的計算量，算法越復(fù)雜，運算量也越大，在相同的硬件條件下，計算時間也越長。通常，在實際應(yīng)用中，算法的計算精度與計算速度之間總是相互矛盾的，若要計算結(jié)果準確，往往需要利用更多的采樣值，即增大算法的數(shù)據(jù)窗。因此，從某種意義上來說，如何在算法的計算精度和計算速度之間取得合理的平衡，是算法研究的關(guān)建，也是對算法進行分析、評價和選擇時應(yīng)考慮的主要因素。,59,.,(3) 保護和監(jiān)控對算法的不同要求,首先，監(jiān)控需要CPU得到的是反映正常運行狀態(tài)的有功功率P、無功功率Q、電壓U、電流I等物理量，進而計算出功率因數(shù)cos、有功電能量和無功電能量；而繼電保護更關(guān)心的是反映故障特征的量，所以繼電保護中除了要求計

21、算U、I、cos等以外，有時還要求計算反映故障信號特征的其他一些量，如頻譜、突變量、負序或零序分量，以及諧波分量等。 其次，監(jiān)控在算法的準確性上要求更高一些，希望計算出的結(jié)果盡可能準確；而繼電保護則更看重算法的速度和靈敏性，必須在故障后盡快反應(yīng)，以便快速切除故障。,60,.,2.電氣量交流采樣算法,(4-10) (4-11) (4-12),61,.,2.電氣量交流采樣算法,(4-13) (4-14) (4-15),62,.,2.電氣量交流采樣算法,(4-16) (4-17) (4-18),63,.,2.電氣量交流采樣算法,(4-19) (4-20),64,.,2.電氣量交流采樣算法,65,.,

22、2.電氣量交流采樣算法,圖4-8a1、b1同 t1、1間的關(guān)系曲線,66,.,（4-23） （4-24） （4-25）,67,.,（4-27） （4-28）,68,.,4.2.4數(shù)字濾波原理,1.基本概念2.非遞歸型數(shù)字濾波器3.遞歸型數(shù)字濾波器4.幾種常用的非遞歸型數(shù)字濾波器,69,.,1.基本概念,(1) 模擬濾波器(2) 數(shù)字濾波器,70,.,1.基本概念,圖4-9模擬式濾波基本流程,圖4-10數(shù)字式濾波基本流程,71,.,(1) 模擬濾波器,1) 無源低通濾波器。2) 有源低通濾波器。,72,.,圖4-11二階無源低通濾波器電路,1) 無源低通濾波器。,73,.,2) 有源低通濾波器。

23、,圖4-12二階有源低通濾波器電路,74,.,(2) 數(shù)字濾波器,（4-29） （4-30） （4-31）,75,.,(2) 數(shù)字濾波器,數(shù)字濾波器與模擬濾波器相比具有以下優(yōu)點： 1) 濾波精度高。通過加大CPU所使用的字長，可以很容易地提高濾波精度。 2) 具有高度的靈活性。通過改變?yōu)V波算法或某些濾波參數(shù)，可靈活調(diào)整數(shù)字濾波器的濾波特性，易于適應(yīng)不同應(yīng)用場合的要求。 3) 穩(wěn)定性高。模擬器件受環(huán)境和溫度的影響較大，而數(shù)字系統(tǒng)受這種影響要小得多，因而具有高度的穩(wěn)定性和可靠性。 4) 便于分時復(fù)用。采用模擬濾波器時，每個輸入通道都需要裝設(shè)一個濾波器，而數(shù)字濾波器通過分時復(fù)用，一套數(shù)字濾波器即可完

24、成所有通道的濾波任務(wù)，并能保證各個通道的濾波性能完全一致。,76,.,2.非遞歸型數(shù)字濾波器,1) 抑制故障信號中的衰減直流分量的影響。2) 提取故障信號中的故障分量。,77,.,2.非遞歸型數(shù)字濾波器,(4-32) (4-33) (4-43) (4-35),78,.,2.非遞歸型數(shù)字濾波器,(4-36) (4-38) （4-39） （4-40） （4-41）,79,.,2.非遞歸型數(shù)字濾波器,圖4-13差分濾波器的幅頻特性,80,.,差分濾波器主要用于以下兩方面： 抑制故障信號中的衰減直流分量的影響。 提取故障信號中的故障分量。將式(4-32)中的K取值為基波信號一個周期內(nèi)的采樣點數(shù)N，則濾

25、波方程為,2.非遞歸型數(shù)字濾波器,81,.,圖4-14濾波器的級聯(lián),2.非遞歸型數(shù)字濾波器,82,.,2.非遞歸型數(shù)字濾波器,（4-43） （4-44）,83,.,3.遞歸型數(shù)字濾波器,當(dāng)濾波方程式(4-29)中的濾波系數(shù)bj不全為0時，濾波器的輸出y(n)不僅與當(dāng)前和過去的輸入值x(n-i)有關(guān)，還取決于過去的輸出值y(n-j)，這種反饋和記憶是遞歸型濾波器的基本特征。,84,.,4.幾種常用的非遞歸型數(shù)字濾波器,(1) 差分濾波器(2) 加法濾波器(3) 積分濾波器(1) 差分濾波(2) 積分濾波,85,.,(1) 差分濾波器,（4-45） （4-46） （4-47）,86,.,(1) 差

26、分濾波器,（4-48） （4-49）,87,.,圖4-15差分濾波器的結(jié)構(gòu),(1) 差分濾波器,88,.,(1) 差分濾波器,圖4-16差分濾波器的濾波原理說明,89,.,(1) 差分濾波器,1) 因任兩點采樣值中所含的直流成分相同(不考慮衰減)，故差分后對應(yīng)的直流輸出為0，因此，差分濾波器能消除直流分量。2) 由式(4-49)可知，當(dāng)選擇K值后，差分濾波器能濾除m次及m的整倍數(shù)次諧波。3)當(dāng)用差分濾波器消除諧波分量時，若KTs1/m，此時雖然不能濾去m次諧波及其整倍數(shù)次諧波，但會引起這些頻率分量的幅值和相位的變化。4) 差分濾波器只需做減法，算法簡單，運算量小。,90,.,圖4-17差分濾波

27、器作為增量元件的原理,91,.,(2) 加法濾波器,（4-50） （4-51） （4-52） （4-53）,92,.,(2) 加法濾波器,加法濾波器有以下特點： 1) 與差分濾波器比較，數(shù)據(jù)窗短，為工頻周期的一半。 2) 因是前后兩個采樣值相加，故不能消除直流分量。 3) 加法濾波器只進行加法運算，故簡單，運算量小。,93,.,(2) 加法濾波器,圖4-18加法濾波器的濾波原理說明,94,.,(3) 積分濾波器,圖4-19積分濾波器的結(jié)構(gòu),95,.,(3) 積分濾波器,圖4-20積分濾波器的濾波原理說明,96,.,圖4-21級聯(lián)濾波器示例,97,.,4.2.5開關(guān)量輸入/輸出,1.開關(guān)量輸入2

28、.開關(guān)量輸出,98,.,1.開關(guān)量輸入,(1) 消抖濾波與信號整形電路(2) 開關(guān)量輸入電隔離方法(3) 開關(guān)量輸入電路分類,99,.,1.開關(guān)量輸入,圖4-22開關(guān)量輸入電路示意圖,100,.,(1) 消抖濾波與信號整形電路,圖4-23消抖電路說明a)消噪電路b)未采用消噪電路的輸出波形c)采用消噪電路的輸出波形,101,.,(2) 開關(guān)量輸入電隔離方法,1) 光電隔離。2) 繼電器隔離。,102,.,1) 光電隔離。,圖4-24光耦合器原理接線圖a)S合上，輸出為低電平b)S合上，輸出為高電平,103,.,圖4-25采用繼電器隔離的開關(guān)原理接線圖a)現(xiàn)場開關(guān)輔助觸點輸入電路b)繼電器觸點輸

29、出,2) 繼電器隔離。,104,.,(3) 開關(guān)量輸入電路分類,圖4-26開關(guān)量輸入電路原理圖a)饋線監(jiān)控終端內(nèi)觸點輸入回路b)饋線監(jiān)控終端外觸點輸入回路,105,.,2.開關(guān)量輸出,圖4-27饋線監(jiān)控終端開關(guān)量輸出電路,106,.,4.3饋線監(jiān)控終端實例,4.3.1FD-F2010型饋線監(jiān)控終端的構(gòu)成4.3.2F2010B型饋線終端單元的硬件4.3.3F2010B型饋線終端單元的軟件,107,.,4.3.1FD-F2010型饋線監(jiān)控終端的構(gòu)成,圖4-28饋線監(jiān)控終端,108,.,4.3.2F2010B型饋線終端單元的硬件,1.F2010B型饋線終端單元內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu)2.F2010B型饋線終端

30、單元的外部接口,109,.,1.F2010B型饋線終端單元內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu),(1) 微處理器系統(tǒng)(2) 邏輯功能電路(3) 信息交互電路(4) 直流電源,110,.,1.F2010B型饋線終端單元內(nèi)部的硬件結(jié)構(gòu),圖4-29F2010B型饋線終端單元的原理框圖,111,.,(1) 微處理器系統(tǒng),F2010B型饋線終端單元采用雙CPU結(jié)構(gòu)，除了應(yīng)用通用微處理器來控制系統(tǒng)運行外，還增加了一個數(shù)字信號處理芯片(DSP)，來完成模擬輸入量的處理計算，從而使系統(tǒng)能夠并行高效地完成各項功能。,112,.,(2) 邏輯功能電路,F2010B型饋線終端單元使用了一片大規(guī)?，F(xiàn)場可編程邏輯陣列FPGA，來完成各種復(fù)雜

31、的邏輯運算，由于其利用軟件編程實現(xiàn)各種分離邏輯器件的功能，不僅縮小了系統(tǒng)體積，同時還使得系統(tǒng)運行更加可靠和穩(wěn)定。FPGA完成的主要功能有主CPU和DSP之間的接口控制、模擬輸入量的多路選擇等。,113,.,(3) 信息交互電路,1) 模擬量輸入電路。2) 數(shù)字量輸入/輸出電路。3) 通信接口。,114,.,1) 模擬量輸入電路。,F2010B最多可外接24個50Hz/60Hz交流模擬量，所有的交流模擬輸入量都經(jīng)變換器實現(xiàn)隔離。F2010B最多可外接8個直流模擬量,所有直流模擬輸入量使用光MOS開關(guān)實現(xiàn)隔離。,115,.,2) 數(shù)字量輸入/輸出電路。,F2010B的數(shù)字量輸入電路可以監(jiān)視最多64

32、路干觸點輸入的狀態(tài)量，所有的64個觸點輸入均經(jīng)過光電隔離轉(zhuǎn)換成邏輯信號。針對現(xiàn)場的實際應(yīng)用，系統(tǒng)實現(xiàn)了對狀態(tài)量的取反處理和去顫處理，去顫時間可設(shè)。F2010B的數(shù)字量輸入電路可以設(shè)置為脈沖量采集。 F2010B設(shè)計16個常開繼電器觸點輸出，觸點額定值為DC10A/24V或AC10A/220V，通過當(dāng)?shù)?遠方接線端子選擇接通或斷開繼電器供電電源，以便在檢修調(diào)試時閉鎖繼電器觸點輸出回路或進行手動操作。,116,.,3) 通信接口。,F2010B標配2個串行通信口，可以擴展為4個。為方便用戶使用及轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的接入，F(xiàn)2010B的通信口設(shè)計較為靈活，各接口均可設(shè)置為RS-232/RS-422/RS-48

33、5中的任意一種。,117,.,(4) 直流電源,為有效保證饋線終端單元電源部分可靠工作，采用了二級電源設(shè)計。第一級在F2010B外部實現(xiàn)AC/DC變換，為F2010B提供所需的直流電源，該級電源采用雙路交流電源供電；第二級為DC/DC，提供F2010B內(nèi)部器件所需的工作電源，該級電源的輸入為第一級電源AC/DC的輸出或后備蓄電池的輸出。F2010B的主供電源是浮地的直流電源。除了浪涌抑制電路以外，所有電路都與大地隔離，所有電源輸出都與原邊輸入隔離，總功耗小于10W。,118,.,2.F2010B型饋線終端單元的外部接口,圖4-30F2010B型饋線終端單元的接線端子功能圖,119,.,4.3.

34、3F2010B型饋線終端單元的軟件,1.基本測量模塊2.F2010B型饋線終端單元的通信規(guī)約3.故障檢測,120,.,1.基本測量模塊,系統(tǒng)對于外部輸入電壓、電流信號每個周波采樣64個點，每個點AD轉(zhuǎn)換的位數(shù)為16位。數(shù)字信號處理器(DSP)可以自動調(diào)整采樣速率以適應(yīng)被測信號頻率的變化。對這些采樣點的計算是在DSP中進行的。,121,.,2.F2010B型饋線終端單元的通信規(guī)約,F2010B型饋線終端單元采用國家標準規(guī)約實現(xiàn)與配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站的通信，支持的數(shù)據(jù)通信規(guī)約有DL/T634 1012002、DNP 3.0、DL/T634 1042002等。F2010B型饋線終端單元支持與主站通信

35、的發(fā)送信息表靈活配置，該功能由饋線終端單元維護軟件實現(xiàn)。,122,.,3.故障檢測,(1) 故障檢測類型(2) 相間短路故障檢測(3) 小電流系統(tǒng)單相接地故障檢測(4) 故障信息和故障記錄,123,.,(1) 故障檢測類型,1) 當(dāng)三相電壓、三相電流都能采集時，可以檢測相間短路、中性點過電流、小電流接地故障。2) 當(dāng)能采集兩個線電壓、兩個相電流、零序電壓、零序電流時，可以檢測相間短路、中性點過電流、小電流接地故障。3) 當(dāng)能采集兩個線電壓、兩個相電流、零序電壓時，可以檢測相間短路、小電流接地故障。4) 當(dāng)能采集兩個線電壓、兩個相電流、零序電流時，可以檢測相間短路、中性點過電流故障。5) 當(dāng)只能

36、采集兩個線電壓、兩個相電流時，可以檢測相間短路故障。,124,.,(2) 相間短路故障檢測,通過檢測相電流是否超過整定值，來判斷是否啟動相間短路故障處理模塊。相電流整定值一般設(shè)置為大于線路的最大負荷電流值。相間短路故障處理模塊可以檢測和區(qū)分負荷過電流故障、瞬間故障和永久性故障，產(chǎn)生各相電流過電流、斷路器重合成功、斷路器閉鎖等不同的報警信息并可以選擇上報給主站。故障處理模塊可以生成故障開始和故障結(jié)束幾個周波的故障記錄數(shù)據(jù)表供主站召喚。,125,.,(3) 小電流系統(tǒng)單相接地故障檢測,1) 當(dāng)有3U0輸入時，采用零序電壓啟動方式。2) 當(dāng)沒有3U0輸入，三相電壓齊全時，用計算的3U0作為判據(jù)，采用

37、零序電壓啟動方式。3) 當(dāng)沒有3U0輸入，三相電壓不齊全，有3I0輸入時，采用零序電流啟動方式。4) 當(dāng)沒有3U0和3I0，三相電壓不齊全，三相電流齊全時，用計算的3I0作為判據(jù)，采用零序電流啟動方式。5) 當(dāng)以上條件均不滿足時，單相接地檢測功能退出。,126,.,(4) 故障信息和故障記錄,故障處理模塊產(chǎn)生“軟件SOE”，用于通知主站系統(tǒng)已檢測到一次故障，并將本次記錄的故障數(shù)據(jù)存儲于F2010B的內(nèi)存里。主站系統(tǒng)按照一定的通信規(guī)約召喚故障報告，獲取詳細的故障數(shù)據(jù)。,127,.,4.4饋線故障指示器,4.4.1概述4.4.2短路故障指示器4.4.3故障指示器的應(yīng)用和發(fā)展,128,.,4.4.1

38、概述,1) 利用繼電保護及配合，確定故障出線。2) 在線路上裝設(shè)重合器、分段開關(guān)等，故障后自動隔離故障區(qū)段。3) 在分支上裝設(shè)熔斷器或分段開關(guān)等。4) 在線路分段開關(guān)處裝設(shè)饋線監(jiān)控終端。5) 安裝故障指示器。,129,.,4.4.2短路故障指示器,1.短路故障指示器的原理2.過電流型故障指示器的原理3.自適應(yīng)型故障指示器的原理,130,.,1.短路故障指示器的原理,圖4-31故障指示器a)實物圖b)原理框圖,131,.,1.短路故障指示器的原理,圖4-32故障指示器故障區(qū)段定位原理,132,.,早期的故障指示器的故障檢測判據(jù)是利用與過電流繼電器類似的原理，每只故障指示器出廠前設(shè)置一個動作值Iv

39、，運行過程中當(dāng)檢測到故障指示器流過的線路電流大于設(shè)定值Iv、故障電流持續(xù)時間大于設(shè)定值Tv時則判斷為故障，自動給出故障指示。即,2.過電流型故障指示器的原理,（4-60） （4-61）,133,.,2.過電流型故障指示器的原理,1) 拒動。2) 誤動。3) 生產(chǎn)使用復(fù)雜。,134,.,1) 拒動。,由于定值事先設(shè)定好，因此安裝在線路上的位置還要考慮與變電站出口保護的配合，如果故障指示器動作值大于變電站出口保護的過電流定值，就可能會出現(xiàn)保護動作了而故障指示器不動作，從而出現(xiàn)所謂拒動現(xiàn)象。,135,.,2) 誤動。,如果故障指示器的定值小于變電站出口保護的過電流定值，有可能在線路負荷電流變化時，出

40、現(xiàn)大于故障指示器的動作值但小于變電站出線保護的過電流定值，則會出現(xiàn)故障指示器動作而變電站保護沒有動作的誤動現(xiàn)象。同樣，有時由于勵磁涌流現(xiàn)象或電容器投切也會造成故障指示器誤動作。,136,.,3) 生產(chǎn)使用復(fù)雜。,為了產(chǎn)品的經(jīng)濟性，一般指示器的動作定值是硬件確定的，生產(chǎn)完成后不好更改定值，因此生產(chǎn)廠家要同時準備一定數(shù)量各種動作值的指示器庫存。由于定值種類繁多，一般會有十幾檔，用戶要根據(jù)安裝位置的不同選用不同定值的指示器，使用較復(fù)雜，安裝位置不對有可能造成指示器將來誤動和拒動。特別是當(dāng)系統(tǒng)運行狀態(tài)改變時，可能需要更換不同動作值的指示器。雖然目前可通信故障指示器可解決定值設(shè)置問題，但基于過電流原理的故障指示器仍存在與變電站出口保護配合的問題。,137,.,3.自適應(yīng)型故障指示器的原理,1) 從運行電流突增到故障電流，即有一個正的I變化。2) 上級斷路器的電流保護裝置驅(qū)動斷路器跳閘或熔斷器的熔絲熔斷，其故障電流維持時間是斷路器的故障清除時間(故障清除時間=保護裝置動作時間+開關(guān)動作時間+故障電流熄弧時間)，或熔斷器的熔斷及燃弧時間。3) 線路停電，電流和電壓下降為零。,1