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摘 要:根据故障选线的准确性和快速性对硬件系统的要求,提出了一种基于AVR单片机(ATmega128)的智能漏电保护装置,软件算法将多种选线方法结合在一起,运用模糊理论实现综合决策,得到综合智能选线结果。该平台充分利用AVR单片机的实时中断响应和快速的运算速度,很好地实现了综合智能选线算法。现场运行结果表明,该装置运行稳定,选线快速可靠,适应性强,具有良好的性价比,是小电流接地系统中一种实用的漏电保护装置。
关键词:AVR小电流接地系统故障选线综合选线故障录波
中图分类号:TM774 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0090-01
漏电保护装置是井下电力系统的重要控制装置,其性能的好坏对煤矿井下供电的可靠性和安全性及劳动生产率影响极大,而影响其性能的主要因素是选择性漏电保护的可靠性和选择性。煤矿井下供电系统发生漏电故障后,其参数特征与系统结构,负载因素等有关。在目前使用的选择性漏电保护装置中,多以容性电流或五次谐波为选线依据,但是当系统采取电容电流补偿措施或系统中具有大功率谐波源而采取滤波措施后,上述选线方案将失去正确选线功能,造成误判,严重影响供电的可靠性、安全性和生产的正常进行。针对上述存在的问题,我们在对矿山电力系统进行分析的基础上,设计了一种对电力系统结构适应性强的基于模糊信息融合算法漏电保护装置。在该装置的设计过程中我们对影响漏电保护性能的其他因素也给予了充分的考虑,如在电磁兼容性方面,采用了有源滤波电路滤出信号中的谐波分量,电源滤波器滤出电源通道的电磁干扰信号,同时使用数字移相的方法克服由互感器角误差产生的影响。该装置具有选择性漏电保护、过载保护、过流保护和绝缘监视功能。
1 保护装置的硬件部分
1.1 矿用开关智能综合保护器系统的硬件结构
系统以ATMEGA128为控制核心,用零序电压和零序电流互感器检测电网信号,经低通滤波器送入单片机内的A/D转换器,完成模数转换后由单片机进行数据处理并完成相应的判断,从而控制输出。为确保可靠供电采用复式电源。
1.2 零序电压互感器和零序电流互感器的选择
电压互感器是采用三个JDZJ-6型单相电压互感器,将其辅助二次侧接成开口三角形,用做零序电压互感器。零序电流是整个系统的原始信号,它的准确程度决定了整个系统的精度,所以选择高精度零序电流互感器,即采用LJWZ-3型电流互感器,它的优点是即使原始电流很小(0.2～0.5A)时也能保证系统输出有足够的准确度。其输出信号接负载电阻后送低通滤波器进一步处理。
1.3 低通滤波器的设计
由于电力系统中存在大量的谐波成份,特别是三次谐波和五次谐波,它们的存在将会给数字系统带来极大的危害,必须有滤波电路将各高次谐波滤除。本设计用四阶切比雪夫模拟滤波器来消除三次以上谐波对系统造成的影响。在此,设计性能要求三次谐波衰减达到40dB,在输入极加入BAV99抗瞬变二极管用于消除静电,提高电路可靠性。
1.4 信号调理电路设计
由于ATMEGA128单片机内的AD转换器只能转换正电压,故采用LM285D-1-2保证输出正弦波中电压的稳定。为避免输出过电压损坏单片机,在输出侧加了3V的稳压管。
2 装置软件算法
ATmega128单片机的主要功能是数据处理和故障判定。硬件启动回路启动程序模块,不断对系统参数进行采样,实时在线监测母线电压,当判定确有故障后,则保存故障信息并进行一系列的计算。在小电流接地系统中,接地故障复杂多变,故障信号特征在形式、大小上都有所不同。为了适用于各种复杂的故障情况,集成多种选线方法构造综合选线方法。综合选线运用模糊理论实现多判据选线信息融合,根据判据规则建立各选线方法的故障测度函数(表征一条线路表现出故障特征程度的数值属性描述)和各选线方法的权系数隶属函数(表征一种方法的有效性)。最后对各个判据的数值属性进行融合,得出一个综合选线结果。
2.1 模糊信息融合技术的作用和分层处理
信息融合作为多源信息的处理技术是多层次的,本文将模糊信息融合分为数据层信息、特征层信息和决策层信息融合。数据层融合是最低层次的融合,对电压互感器和电流互感器测量得到的原始电参量进行综合分析。特征层融合属于中间层次融合,对来自互感器的数据进行特征提取,然后对特征信息进行综合分析和处理。决策层融合是一种高层次融合,结合智能决策算法对特征信息进行综合分析处理,并作出决策。其融合流程图见图1。
3 结语
智能漏电保护装置利用了ATmega128 芯片出色的实时控制,实现多任务和快速的中断响应的优点,实现了快速、高灵敏选线,人机界面友好,为小电流选线算法的实现提供了良好的硬件平台。结合软件算法中综合选线技术,充分利用各种选线方法的互补性,能自动适应于各种单相接地故障情况,选线快速可靠。
参考文献
[1] 熊睿,张宏艳,张承学,等.小电流接地故障智能综合选线装置的研究[J].继电器,2006(36),6～10.
[2] 庞清乐,孙同景,孙波,等.基于蚁群算法的神经网络配电网故障选线方法[J].继电器,2007,35(16):1～6.
[3] 齐郑,艾欣,王炳革,等.基于粗糙集理论的小电流接地系统故障选线方法的有效域[J].电网技术,2005,29(12):43～46.
[4] 林湘宁,马晓飞,翁汉硎,等.小电流接地系统自适应单相接地保护方案[J].高电压技术,2007,33(5):1232127.
[5] 胡佐,李欣然,李培强.小电流接地系统单相故障选线的方法与实现[J].高电压技术,2007,33(1):41244.
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
关键词:AVR小电流接地系统故障选线综合选线故障录波
中图分类号:TM774 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)02(b)-0090-01
漏电保护装置是井下电力系统的重要控制装置,其性能的好坏对煤矿井下供电的可靠性和安全性及劳动生产率影响极大,而影响其性能的主要因素是选择性漏电保护的可靠性和选择性。煤矿井下供电系统发生漏电故障后,其参数特征与系统结构,负载因素等有关。在目前使用的选择性漏电保护装置中,多以容性电流或五次谐波为选线依据,但是当系统采取电容电流补偿措施或系统中具有大功率谐波源而采取滤波措施后,上述选线方案将失去正确选线功能,造成误判,严重影响供电的可靠性、安全性和生产的正常进行。针对上述存在的问题,我们在对矿山电力系统进行分析的基础上,设计了一种对电力系统结构适应性强的基于模糊信息融合算法漏电保护装置。在该装置的设计过程中我们对影响漏电保护性能的其他因素也给予了充分的考虑,如在电磁兼容性方面,采用了有源滤波电路滤出信号中的谐波分量,电源滤波器滤出电源通道的电磁干扰信号,同时使用数字移相的方法克服由互感器角误差产生的影响。该装置具有选择性漏电保护、过载保护、过流保护和绝缘监视功能。
1 保护装置的硬件部分
1.1 矿用开关智能综合保护器系统的硬件结构
系统以ATMEGA128为控制核心,用零序电压和零序电流互感器检测电网信号,经低通滤波器送入单片机内的A/D转换器,完成模数转换后由单片机进行数据处理并完成相应的判断,从而控制输出。为确保可靠供电采用复式电源。
1.2 零序电压互感器和零序电流互感器的选择
电压互感器是采用三个JDZJ-6型单相电压互感器,将其辅助二次侧接成开口三角形,用做零序电压互感器。零序电流是整个系统的原始信号,它的准确程度决定了整个系统的精度,所以选择高精度零序电流互感器,即采用LJWZ-3型电流互感器,它的优点是即使原始电流很小(0.2～0.5A)时也能保证系统输出有足够的准确度。其输出信号接负载电阻后送低通滤波器进一步处理。
1.3 低通滤波器的设计
由于电力系统中存在大量的谐波成份,特别是三次谐波和五次谐波,它们的存在将会给数字系统带来极大的危害,必须有滤波电路将各高次谐波滤除。本设计用四阶切比雪夫模拟滤波器来消除三次以上谐波对系统造成的影响。在此,设计性能要求三次谐波衰减达到40dB,在输入极加入BAV99抗瞬变二极管用于消除静电,提高电路可靠性。
1.4 信号调理电路设计
由于ATMEGA128单片机内的AD转换器只能转换正电压,故采用LM285D-1-2保证输出正弦波中电压的稳定。为避免输出过电压损坏单片机,在输出侧加了3V的稳压管。
2 装置软件算法
ATmega128单片机的主要功能是数据处理和故障判定。硬件启动回路启动程序模块,不断对系统参数进行采样,实时在线监测母线电压,当判定确有故障后,则保存故障信息并进行一系列的计算。在小电流接地系统中,接地故障复杂多变,故障信号特征在形式、大小上都有所不同。为了适用于各种复杂的故障情况,集成多种选线方法构造综合选线方法。综合选线运用模糊理论实现多判据选线信息融合,根据判据规则建立各选线方法的故障测度函数(表征一条线路表现出故障特征程度的数值属性描述)和各选线方法的权系数隶属函数(表征一种方法的有效性)。最后对各个判据的数值属性进行融合,得出一个综合选线结果。
2.1 模糊信息融合技术的作用和分层处理
信息融合作为多源信息的处理技术是多层次的,本文将模糊信息融合分为数据层信息、特征层信息和决策层信息融合。数据层融合是最低层次的融合,对电压互感器和电流互感器测量得到的原始电参量进行综合分析。特征层融合属于中间层次融合,对来自互感器的数据进行特征提取,然后对特征信息进行综合分析和处理。决策层融合是一种高层次融合,结合智能决策算法对特征信息进行综合分析处理,并作出决策。其融合流程图见图1。
3 结语
智能漏电保护装置利用了ATmega128 芯片出色的实时控制,实现多任务和快速的中断响应的优点,实现了快速、高灵敏选线,人机界面友好,为小电流选线算法的实现提供了良好的硬件平台。结合软件算法中综合选线技术,充分利用各种选线方法的互补性,能自动适应于各种单相接地故障情况,选线快速可靠。
参考文献
[1] 熊睿,张宏艳,张承学,等.小电流接地故障智能综合选线装置的研究[J].继电器,2006(36),6～10.
[2] 庞清乐,孙同景,孙波,等.基于蚁群算法的神经网络配电网故障选线方法[J].继电器,2007,35(16):1～6.
[3] 齐郑,艾欣,王炳革,等.基于粗糙集理论的小电流接地系统故障选线方法的有效域[J].电网技术,2005,29(12):43～46.
[4] 林湘宁,马晓飞,翁汉硎,等.小电流接地系统自适应单相接地保护方案[J].高电压技术,2007,33(5):1232127.
[5] 胡佐,李欣然,李培强.小电流接地系统单相故障选线的方法与实现[J].高电压技术,2007,33(1):41244.
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