CN112924862B - 一次侧故障注入fa检测系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一次侧故障注入FA检测系统和方法，该方法为：一次侧故障注入FA检测系统，包括检测台体和一二次融合智能开关，检测台体通过高压电缆连接到一二次融合智能开关的一次侧，检测台体设置有依次连接的电压电流功率源和升压升流器，检测台体还设置有故障反演测试系统，检测台体连接到配电网运行仿真系统，配电网运行仿真系统设置有待测配电模型。本发明在传统继保测试的基础上，基于高精度故障反演测试系统，验证单台设备对FA的支撑能力，能够实现馈线自动化检测，验证单台设备对FA的支撑能力。
Description
技术领域
本发明涉及一次侧故障注入FA检测系统和方法，属于一二次融合成套开关设备检测技术领域。
背景技术
目前一二次融合成套开关设备检测中，无法实现一次侧故障注入FA检测，而且一次侧故障注入FA检测系统，一体化检测台体是关键环节。由于现有的一体化检测台体占地面积大、设备昂贵，在实际检测中每个节点都用实际的检测台体来实施投资太大。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一次侧故障注入FA检测系统和方法，以解决现有技术中存在的技术问题。
本发明采取的技术方案为：一次侧故障注入FA检测系统，包括检测台体和一二次融合智能开关，检测台体通过高压电缆连接到一二次融合智能开关的一次侧，检测台体设置有依次连接的电压电流功率源和升压升流器，检测台体还设置有故障反演测试系统，检测台体连接到配电网运行仿真系统，配电网运行仿真系统设置有待测配电模型。
该方法为：在一次侧故障注入后，同时通过检测台体收集一体化融合智能开关的动作和状态信息，进而获取被测系统的FA动作逻辑与时序。
每个检测台体都与配电网运行仿真系统实时通信，接收配电网运行仿真系统传递的电气数据，并将电气数据转变成电气量注入到一体化融合智能开关，同时采集一体化融合智能开关的动作、状态信息，回传给配电网运行仿真系统，仿真系统根据动作指令以及开关状态，并重新计算整个配电网络的运行数据。
配电网运行仿真系统生成检测记录。
一次侧故障注入为：电压电流功率源仿真的故障电流、电压信号，通过升压升流器后，变成了高电压、大电流、高精度的电气信号，经高压电缆注入到开关本体进出线，开关状态为实际状态值。
检测台体采用就地型FA二次运行仿真模型，就地型FA二次运行仿真模型包括线路出口保护装置、分段开关控制器和联络开关控制器，其中，线路出口保护装置用于各电压等级的间隔单元的保护测控，具备完善的保护、测量、控制、备用电源自投及通信监视功能，为变电站、发电厂、高低压配电及厂用电系统的保护与控制提供了完整的解决方案；分段开关控制器用于与电源侧前级开关配合，在失压或无电流的情况下自动分闸，当发生永久性故障时，分段开关控制器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态，若分段开关控制器未完成预定次数的分合操作，故障被其它设备切除，则其将保持合闸状态，并经一段延时后恢复到预先的整定状态，为下一次故障做好准备，分段开关控制器不能断开短路故障电流；联络开关控制器用于起联络作用的开关，用在双电源供电时一个电源出现故障，通过联络开关把故障电源的负荷转移到另一个电源。
被测系统的FA动作逻辑与时序：延时合闸逻辑：
（1）当A侧B侧同时停电，经过时间t（t＞Z时限）后，任意一侧参与供电，系统进行X时限计时；
（2）在X时限计时期间，A、B中恢复供电侧不再断电，完成计时后，开关合闸；
（3）在X时限计时期间，A、B中恢复供电侧再次断电，则X计时清零，再次恢复供电后重新开始X计时，计时完成后开关合闸。
一次侧施加高保真电压、电流信号采用电压电流功率源，电压电流功率源连接有升压升流器，升压升流器通过高压电缆连接到待测开关，待测开关连接的高压电缆通过电压互感器和电流互感器进行回采注入的电流和电压，通过回采的电压和电流反馈到电压电流功率源，电压电流功率源进行闭环的实时调整。
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明在传统继保测试的基础上，基于高精度故障反演测试系统，验证单台设备对FA的支撑能力，能够实现馈线自动化检测，验证单台设备对FA的支撑能力。
附图说明
图1为一次侧信号注入示意图；
图2为一次侧注入FA检测组成及其数据流图；
图3为配电网就地型FA二次运行仿真模型图；
图4为S功能逻辑控制原理图；
图5为升压升流器原理图；
图6为双路同步采样测量系统框图；
图7为标准表接入检测系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。
实施例1：一次侧故障注入FA检测系统，包括检测台体和一二次融合智能开关，检测台体通过高压电缆连接到一二次融合智能开关的一次侧，检测台体设置有依次连接的电压电流功率源和升压升流器，检测台体还设置有故障反演测试系统，检测台体连接到配电网运行仿真系统，配电网运行仿真系统设置有待测配电模型。
一次侧故障注入，指以一二次融合设备一体化检测台为基础，检测台体与开关的一次侧用高压电缆连接，电压电流功率源仿真的故障电流、电压信号，通过升压升流器后，变成了高电压、大电流、高精度的电气信号，经高压电缆注入到开关本体进出线。开关状态为实际状态值，无需仿真。此方案可以在传统继保测试的基础上，基于高精度故障反演测试系统，验证单台设备对FA的支撑能力。
实施例2：一次侧故障注入FA检测方法，该方法为：在一次侧故障注入后，同时通过检测台体收集一体化融合智能开关的动作和状态信息，进而获取被测系统的FA动作逻辑与时序。
每个检测台体都与配电网运行仿真系统实时通信，接收配电网运行仿真系统传递的电气数据，并将电气数据转变成电气量注入到一体化融合智能开关，同时采集一体化融合智能开关的动作、状态信息，回传给配电网运行仿真系统，仿真系统根据动作指令以及开关状态，并重新计算整个配电网络的运行数据。
配电网运行仿真系统生成检测记录。
一次侧故障注入为：电压电流功率源仿真的故障电流、电压信号，通过升压升流器后，变成了高电压、大电流、高精度的电气信号，经高压电缆注入到开关本体进出线，开关状态为实际状态值。
一次侧故障注入FA检测系统，一体化检测台体是关键环节。由于现有的一体化检测台体占地面积大、设备昂贵，在实际检测中每个节点都用实际的检测台体来实施投资太大。而为了实现一体化融合开关的就地式FA系统级检测，又降低实际检测系统的成本，本发明提出了基于HIL的一次侧故障注入的FA检测方法，部分节点采用就地型FA二次运行仿真模型代替真实的一体化开关来做检测，检测台体采用就地型FA二次运行仿真模型。
通常，在进行就地式FA功能测试前，需利用配电网运行仿真系统对被测网络建模，而被测系统需要与建模网络的各节点保持一致，即需要搭建一个与被测网络一致的硬件测试环境，包括测试仪和被测终端。如果只需要对被测网络的某几个节点进行测试，此时如果在不需要测试的节点配置测试仪和终端显然不合理。为解决这类问题，对配电网运行仿真系统进行了功能扩展，增加就地型FA仿真功能，在测试网络中不需要接入测试的节点配置仿真功能，使得整个被测网络的测试能顺利进行。
配电网络中不同位置的配电终端，就地型FA系统需要承担不同的控制逻辑，因此测试系统需要进行多角色（出口断路器，联络开关、分段开关）的切换，针对不同的角色其控制逻辑不同。
分析线路出口保护，分段开关控制器、联络开关控制器等各自的功能特点的基础上，建立其控制逻辑模型，设计计算机仿真方法，并通过软件实现这些控制逻辑。
就地型FA二次运行仿真模型包括线路出口保护装置、分段开关控制器和联络开关控制器，其中，线路出口保护装置用于各电压等级的间隔单元的保护测控，具备完善的保护、测量、控制、备用电源自投及通信监视功能，为变电站、发电厂、高低压配电及厂用电系统的保护与控制提供了完整的解决方案，可有力地保障高低压电网及厂用电系统的安全稳定运行。可以和其它保护、自动化设备一起，通过通信接口组成自动化系统。全部装置均可组屏集中安装，也可就地安装于高低压开关柜；分段开关控制器（分段器（Sectionalizer））用于与电源侧前级开关配合，在失压或无电流的情况下自动分闸，当发生永久性故障时，分段开关控制器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态，从而达到隔离故障线路区段的目的，若分段开关控制器未完成预定次数的分合操作，故障被其它设备切除，则其将保持合闸状态，并经一段延时后恢复到预先的整定状态，为下一次故障做好准备，分段开关控制器不能断开短路故障电流；联络开关控制器用于起联络作用的开关，用在双电源供电时一个电源出现故障，通过联络开关把故障电源的负荷转移到另一个电源，提高供电可靠性。
就地型FA包括电压时间型、电压电流型、自适应综合型。
电压时间型的被测系统的FA动作逻辑与时序：延时合闸逻辑（功能逻辑控制原理如图4所示）：
（1）当A侧B侧同时停电，经过时间t（t＞Z时限）后，任意一侧参与供电，系统进行X时限计时；
（2）在X时限计时期间，A、B中恢复供电侧不再断电，完成计时后，开关合闸；
（3）在X时限计时期间，A、B中恢复供电侧再次断电，则X计时清零，再次恢复供电后重新开始X计时，计时完成后开关合闸。
通过软件仿真实现这些逻辑后，检测时部署在对应的监测节点上，就可以与被测的一二次融合智能设备进行配合完成整条线路的FA功能。
一次侧施加高保真电压、电流信号采用电压电流功率源，电压电流功率源连接有升压升流器，升压升流器通过高压电缆连接到待测开关，待测开关连接的高压电缆通过电压互感器和电流互感器进行回采注入的电流和电压，通过回采的电压和电流反馈到电压电流功率源，电压电流功率源进行闭环的实时调整。
实施例3：如图5-图7所示，一种无静差自动反馈的高精度故障反演方法，该方法为：设置预置短路、接地和防误动的故障场景，通过软件和硬件控制，在一次侧施加高保真电压、电流信号，验证智能开关故障研判、处理功能和性能，用于验证单台设备的故障处理能力，在硬件层面，故障反演测试系统通过阻抗传递方式，把负载侧阻抗传递到源侧，控制电流采用电流反馈方式，通过快速响应的无静差自动反馈控制电路，驱动大电流MOS管产生非线性电压驱动负载回路得到高精度一次信号，再利用2路多通道高精度同步采样测量方式，获得高精度的测量结果；在软件层面，对于稳态信号，实时回采一次输出信号，电压电流功率源根据待测开关负载差异进行补偿修正；对于暂态信号，电压电流功率源定期按电流输出范围分段进行幅度、相位校准整定，以保证一次输出信号的幅度、相位、响应时间等性能可靠。
高精度故障反演方法在一次侧故障注入能够实现大范围量程（电流、电压幅值、相位与暂态特性）的精确模拟，实现注入电流电压连续可调，有效解决现有检测设备注入电流电压存在无法连续可调的问题，对于暂态信号，定期按电流输出范围分段进行幅度、相位校准整定，以保证一次输出信号的幅度、相位、响应时间等性能可靠。
优选的，上述一次侧施加高保真电压、电流信号采用电压电流功率源，电压电流功率源连接有升压升流器，升压升流器通过高压电缆连接到待测开关，待测开关连接的高压电缆通过电压互感器和电流互感器进行回采注入的电流和电压，通过回采的电压和电流反馈到电压电流功率源，电压电流功率源进行闭环的实时调整，将电压互感器回采电压接入高精度三相标准表，作为精度评价的基准。
电压升压原理（以A相为例）：采用10/0.22kV升压PT，将功率源输出的电压信号Uan接入低压侧，高压侧输出电压为10/0.22*Uan（kV），当低压侧输入220V，高压侧输出可达到10kV。
优选的，上述2路多通道高精度同步采样测量方式：包括双路同步采样测量系统，如图6所示，双路同步采样测量系统（多功能标准表）包括两路16通道、采样板、连接板和主板（ARM），每路8通道（包括4U通道和4I通道）连接到一个采样板，采样板连接到连接板，连接板连接到主板，连接板还连接有液晶转换板和前面板以及电源板，电源板连接电源端子，主板连接通讯接口，同步采样测量方法为：将16个通道的电路的电压及电流信号经过电压互感器和电流互感器变成幅值为-5V～＋5V的交流输入信号，然后采用低通滤波电路对其进行滤波，将滤波后的信号通过采样／保持电路进行同步采样和保持使之变为离散信号，采样／保持电路采用同步采样和分时转换方法，即采用两个8通道同步采样、同步保持A／D转换器构成的电路，该电路中一级采用低零漂放大电路，二级采用低通滤波器跟随器，在每一个采样点，A／D转换器要对多路通道分别进行A／D转换，计算出每个通道点的相位差，采用频率测量及跟踪锁相方法再次同步2路A／D采样。
采用同步采样和分时转换的设计思想，能够节约成本，只采用了两个8通道同步采样、同步保持A／D转换器，电路中一级采用低零漂放大电路，提高输入信号的抗干扰能力，二级采用低通滤波器跟随器提高输出阻抗，减少电路中电流的影响，同时减少阻容影响每个通道的相位引起的角差，本发明能够实现测量精度和速度的提高。
多功能标准表配合三相功率设计了多通道准确度测试系统，以模拟现场实际工况、提高检测效率，多功能标准表采用双高速处理器和大规模逻辑阵列结构，ADI 400MHz的DSP结合CPLD负责采样和计算，ARM负责显示和通讯。
优选的，上述16个通道的电路的电压及电流信号采用能够采集2路共16个通道的多功能标准表，每路包括4U通道和4I通道，多功能标准表采样2路16个通道的模拟信号，并且计算各种电压、电流和功率。
优选的，上述第一路8通道为模拟大信号，电压范围为0-456V，通过高精度电阻分压取样，输出端连接放大器OP2177跟随提高输出阻抗，并采用模拟开关切换档位，送入AD同时采样；电流范围为0-20A，通过电流互感器转换为小电流信号（0-20mA），再通过取样电阻变为电压信号，采用模拟开关切换档位，最后送入AD同时采样；第二路8通道为模拟小信号，电压范围为0-10V，采用差分输入，提高信号的抗干扰能力，在用放大器OP2177输出提高输出阻抗，送入带增益的仪表放大器处理信号，滤出环境中高频杂波信号，最后送入AD同时采样；2路16模拟通道采用高精度低温漂器件，确保采用信号随时间和温度变化小于10ppm；带通滤波器的加入，剔除环境对信号的影响，保证仪器的采用精度达到万分之五。
优选的，上述第一路8通道和第二路8通道处理后信号送入AD采样器，AD采样器采用CPLD与DSP配合控制2块AD，实现采样的同步，同步相位误差小于0.1us。
优选的，上述AD采样器处理信号后再通过高速串行总线把采样数据送入CPLD缓存，达到缓存量，DSP一次性读出，减少DSP的占用率，DSP收集到的16通道采样数据，同时计算电压、电流、功率和谐波，确保每个周波的数据都参与计算，实现无缝采样和计算功能。既提高了仪器的数据准确性，也提高了实时性。
优选的，上述DSP计算后的数据通过并行总线送入ARM，ARM收集计算后的数据，依据客户需求实现数字显示、图形显示、统计、分析功能。
优选的，上述多功能标准表设置有网口通信接口和串口通信接口，便于和各种类型的仪器仪表通信。网口通信接口采用RJ45接口，10/100M自适应，串口通信接口采用RS232/RS485，可通过规约将其配置参数读取进行比对，查看参数设置是否正确。
多功能表接入测试系统的方式如图7所示。回采高压侧注入开关的电流、电压信号，作为基准信号；同时采集PT、CT侧的电流、电压信号，与基准信号进行比差、角差的高精度测试。这种方式降低了一次信号功率源的精度要求，只要源输出保持稳定，就可以得到高精度的测试结果，而且能实现自动化测试。
优选的，上述升压升流器包括升压器和升流器；升压器的低压侧接功率源输出的电压信号，高压侧一端接待测开关输入端口，另一端连接大地，由此待测开关可以采集到一次电压。达到模拟高压线路的要求；升流器输出端在待测开关一次侧电压与电流共线，升流器输出端使用高压隔离型的电流变换设备连接到待测开关。
优选的，上述电流变换设备的变压器初级侧绕线N匝，次级侧为铜杆穿心而过，变压器前后级电压与匝数成正比。
升流器电流变换原理：由于在一次侧电压与电流共线，必须使用高压隔离型的电流变换设备。在电流变换中利用变压器初级侧及次级侧能量守恒的原理，初级侧（IA，IN）绕线6匝，次级侧为铜杆穿心而过（相当于1匝线圈），变压器前后级电压与匝数成正比，假设初级电压为6U，初级电流为I初，次级电压则为U，次级电流为I次，有6U*I初=U*I次，即I次=6 I初，电流变换升高了6倍（理想情况）。实际上由于变压器漏感的存在，变压器传递能量的效率无法达到100%，初级电流与次级电流无法按照上述设定的参数传递，再通过在铜杆增加高精度采样CT，实时监测铜杆的电流，并反馈给功率源，在通过闭环的实时调整，保证大电流的输出精度。同时将高精度采样CT的输出电流接入高精度三相标准表，作为精度评价的基准。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (4)
1.一次侧故障注入FA检测方法，其特征在于：该检测方法采用的一次侧故障注入FA检测系统包括检测台体和一二次融合智能开关，检测台体通过高压电缆连接到一二次融合智能开关的一次侧，检测台体设置有依次连接的电压电流功率源和升压升流器，检测台体还设置有故障反演测试系统，检测台体连接到配电网运行仿真系统，配电网运行仿真系统设置有待测配电模型，该方法为：在一次侧故障注入后，同时通过检测台体收集一体化融合智能开关的动作和状态信息，进而获取被测系统的FA动作逻辑与时序；每个检测台体都与配电网运行仿真系统实时通信，接收配电网运行仿真系统传递的电气数据，并将电气数据转变成电气量注入到一体化融合智能开关，同时采集一体化融合智能开关的动作、状态信息，回传给配电网运行仿真系统，仿真系统根据动作指令以及开关状态，并重新计算整个配电网络的运行数据；
检测台体采用就地型FA二次运行仿真模型，就地型FA二次运行仿真模型包括线路出口保护装置、分段开关控制器和联络开关控制器，其中，线路出口保护装置用于各电压等级的间隔单元的保护测控；分段开关控制器用于与电源侧前级开关配合，在失压或无电流的情况下自动分闸，当发生永久性故障时，分段开关控制器在预定次数的分合操作后闭锁于分闸状态，若分段开关控制器未完成预定次数的分合操作，故障被其它设备切除，则其将保持合闸状态，并经一段延时后恢复到预先的整定状态，为下一次故障做好准备，分段开关控制器不能断开短路故障电流；联络开关控制器用于起联络作用的开关，用在双电源供电时一个电源出现故障，通过联络开关把故障电源的负荷转移到另一个电源；被测系统的FA动作逻辑与时序：延时合闸逻辑：
（1） 当A侧B侧同时停电，经过时间t后，其中，t＞Z时限，任意一侧参与供电，系统进行X时限计时；
（2） 在X时限计时期间，A、B中恢复供电侧不再断电，完成计时后，开关合闸；
（3） 在X时限计时期间，A、B中恢复供电侧再次断电，则X计时清零，再次恢复供电后重新开始X计时，计时完成后开关合闸；
故障反演测试系统的故障反演方法为：设置预置短路、接地和防误动的故障场景，在一次侧施加高保真电压、电流信号，验证智能开关故障研判、处理功能和性能，用于验证单台设备的故障处理能力，故障反演测试系统通过阻抗传递方式，把负载侧阻抗传递到源侧，控制电流采用电流反馈方式，通过无静差自动反馈控制电路，驱动大电流MOS管产生非线性电压驱动负载回路得到一次信号，再利用2路多通道高精度同步采样测量方式，获得高精度的测量结果；对于稳态信号，实时回采一次输出信号，电压电流功率源根据待测开关负载差异进行补偿修正；对于暂态信号，电压电流功率源定期按电流输出范围分段进行幅度、相位校准整定。
2.根据权利要求1所述的一次侧故障注入FA检测方法，其特征在于：配电网运行仿真系统生成检测记录。
3.根据权利要求1所述的一次侧故障注入FA检测方法，其特征在于：一次侧故障注入为：电压电流功率源仿真的故障电流、电压信号，通过升压升流器后，变成了高电压、大电流、高精度的电气信号，经高压电缆注入到开关本体进出线，开关状态为实际状态值。
4.根据权利要求1所述的一次侧故障注入FA检测方法，其特征在于：一次侧施加高保真电压、电流信号采用电压电流功率源，电压电流功率源连接有升压升流器，升压升流器通过高压电缆连接到待测开关，待测开关连接的高压电缆通过电压互感器和电流互感器进行回采注入的电流和电压，通过回采的电压和电流反馈到电压电流功率源，电压电流功率源进行闭环的实时调整。
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