專利名稱：一種小電流接地故障檢測與定位的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于輸變電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種小電流接地故障檢測與定位的裝置及方法。

背景技術(shù)：
我國配電網(wǎng)中66kV和35kV電網(wǎng)主要采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式，3kV~10kV電網(wǎng)則以中性點(diǎn)不接地方式為主，個別地區(qū)如上海以及北京、廣州等部分城市電網(wǎng)采用小電阻接地方式。這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障(一般占70％以上)時，由于故障點(diǎn)的電流很小，電弧不穩(wěn)定等原因，接地選線問題一直都沒有得到很好的解決。目前國內(nèi)流行的五種選線方法有功率方向方法、諧波分析法(即群體比幅比相法)五次諧波法、信號注入法與小波方法。
(1)功率方向法根據(jù)故障線路的有功分量比非故障線路的有功分量大而且方向相反，判斷每條線路零序電流的功率方向來確定故障線路。但是，故障電流中有功分量也很小，易受零序電流過濾器中不平衡電流等因素的影響，這種方法從原理上講達(dá)不到100％的準(zhǔn)確率，可能出現(xiàn)一條線路接地，卻判斷出多條線路接地或一條都判斷不出的結(jié)果。
(2)諧波分析法諧波分析法采用單相接地后零序穩(wěn)態(tài)信號的群體比幅比相法，由于比幅比相時，采用的是相對原理，在不接地系統(tǒng)中，這種方法的應(yīng)用效果較好，但是在消弧線圈接地系統(tǒng)中由于消弧線圈的補(bǔ)償作用，選線法則會失效，而且對于CT不平衡導(dǎo)致的零序電流，這種方法也不能有效解決。
(3)五次諧波法在消弧線圈接地系統(tǒng)中對于五次諧波分量，依然可以近似看成故障線路的電流大小等于所有非故障線路的電流之和，方向與非故障線路的電流方向相反。五次諧波法解決了中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈系統(tǒng)的故障選線問題，它的一個不足是故障電流中五次諧波含量僅占基波的1/10左右，在有過渡電阻接地的情況下數(shù)值就會更小，易造成誤判。
(4)信號注入法雖然接線簡單，不需零序CT回路，但由于注入信號大小及方法的限制一般主要用于10KV及以下電壓等級的系統(tǒng)。另外，探頭的靈敏度和可靠性易受各種外界因素影響，而且對綜合自動化系統(tǒng)及無人值守的變電站的使用有些不便。
(5)小波方法其理論依據(jù)是由于電網(wǎng)中絕緣被擊穿而引起的接地故障經(jīng)常發(fā)生在相電壓接近于最大值的瞬間，因此，可以將故障后的暫態(tài)容性電流看成是由于故障相電壓突然降低而引起的放電電容電流和由于非故障相電壓突然升高而引起的充電電容電流二者之和，故障線路中暫態(tài)電流則是其它各線路電流之和，在變化方向上，非故障線路暫態(tài)電流與故障線路暫態(tài)電流的變化相反。依據(jù)這兩點(diǎn)就可以作為故障線路判斷的標(biāo)準(zhǔn)。小波法的缺點(diǎn)是暫態(tài)過程持續(xù)時間較短，而且無法重現(xiàn)，一般情況下一個周波之后就衰減到很小的值，因此必須能夠捕獲暫態(tài)信息并做出正確判斷。
由于配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，單相接地故障又具有多樣性，可利用的故障電流通常很小，相對信噪比很低，再加上測量環(huán)節(jié)精度的限制，因此現(xiàn)有的選線裝置不能很好地滿足實(shí)際需要?？傮w來說，小電流故障情況同大電流故障情況不同。大電流短路情況特征明顯，量值很大，故障狀態(tài)與正常狀態(tài)界限分明；而小電流接地情況則不同，故障量非常小，故障狀態(tài)與正常狀態(tài)界限不分明，特征不明顯，而且故障狀態(tài)的范圍非常大，接地電阻可能很大，也可能很小。此外，我們認(rèn)為國內(nèi)的小電流接地選線裝置還存在以下問題如硬件電路設(shè)計(jì)上存在著嚴(yán)重的先天不足導(dǎo)致了裝置的運(yùn)行可靠性很低；現(xiàn)場安裝接線問題；帶消弧線圈的系統(tǒng)其選線困難更大，易誤判；當(dāng)前市場上的該類產(chǎn)品良莠不齊等。
綜合以上分析可知，目前國內(nèi)在該領(lǐng)域仍然處于研究階段，對于小電流選線與定位裝置還沒有公認(rèn)有效的產(chǎn)品，但是電力企業(yè)對于該項(xiàng)功能的需求卻非常迫切。


發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供一種小電流接地的故障檢測與定位裝置及方法。本裝置的檢測方法除了采用應(yīng)用小波變換提取故障暫態(tài)信息的選線方法外，還采用諧波分析法、能量法等；并且結(jié)合模糊自適應(yīng)推理的故障檢測方法以及基于粗糙集理論的有效域確定方法。(本發(fā)明中DSP是數(shù)字信號處理器的簡稱，ARM是ARM微處理器的簡稱。)本發(fā)明為國家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(“863”計(jì)劃)課題成果。
小電流接地故障選線裝置需要完成的任務(wù)依次是CPU模塊采集母線的零序電壓及各線路的零序電流的模擬信號，按適當(dāng)比例調(diào)節(jié)其大小使之成為裝置能處理的幅值范圍，將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算模塊能夠識別的數(shù)字信號，DSP依據(jù)一定的算法原理分析信號判斷是否發(fā)生故障。若發(fā)生故障給出選線結(jié)果，保存故障信息，并將選線結(jié)果傳送給上位機(jī)進(jìn)行故障報(bào)警。
本發(fā)明的硬件裝置包括由CPU模塊、DSP、前置回路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、存儲器模塊、顯示與鍵盤操作模塊、通信模塊組成的下位機(jī)和上位機(jī)；其中前置回路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、DSP依次連接，存儲器模塊、顯示與鍵盤操作單元模塊、通信模塊分別與CPU模塊相連，上位機(jī)與通信模塊相連。
所述的CPU模塊采用嵌入式ARM微處理器U1，U1的HD0、HD1、HD2、HD3、HD4、HD5、HD6、HD7分別和DSP數(shù)字信號處理器U2的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相連，U1的HCNTL1、HCNTL0、HBIL、

nWE、nOE、nGCS1分別與U2的A3、A2、A1、A4、


相連。U2的VCLK、VD0、VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6、VD7、GPC15、VFRAME、VLINE分別與鍵盤與顯示模塊中的LCD顯示器接口芯片U4的CP、VK0、VK1、VK2、VK3、VK4、VK5、VK6、VK7、DISP、FRM、LOAD相連；復(fù)位芯片U7通過引腳

與U2的nRest引腳相連；A/D轉(zhuǎn)換模塊U3的D0～D15通過鎖存器U5的D0與U1的D0～D15相連，U3的

與U1的I02相連，電源芯片U6的輸出端Vout提供1.8V電源。
所述的前置回路模塊的功能為零序電流量、零序電壓量的模擬信號采集。J1、J3分別與采集零序電流量的電流互感器、采集零序電壓量的電壓互感器相連，J2與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連，J4與計(jì)數(shù)器的輸入端相連，計(jì)數(shù)器的輸出端與ARM相連。接口J1與接口J2之間有RC濾波電路，接口J3與接口J4之間有光電耦合器濾波。其中J1的針1、2、3、4、5、6、7、8、10、11、12、13分別于J2的針1、2、3、4、5、6、7、8、10、11、12、13相連，J3的針1、2、3、4、5、6通過由兩電阻的串聯(lián)電路分別與六個光電耦合器的腳2、六個二極管正極相連，每個二極管正極、負(fù)極分別與對應(yīng)的光電耦合器的腳2、1相連，六個光電耦合器的腳5與六個反向器的輸入端相連，六個反向器的輸出端分別于J4的1、2、3、4、5、6針相連。J4與計(jì)數(shù)器的輸入端相連。
所述的A/D轉(zhuǎn)換模塊的數(shù)據(jù)口與ARM的數(shù)據(jù)口直接相連。
所述的存儲器模塊并不是對應(yīng)某一芯片或某個電路模塊，而是單片機(jī)內(nèi)部各存儲部分的綜合，之所以把它們列為一個模塊，主要是因?yàn)樗鼈兙C合完成了單片機(jī)的存儲功能32位SDRAM存儲器系統(tǒng)，采用的是HY57V561620CT兩片芯片并聯(lián)組成的電路。U8、U9的A0～A11、BA0、BA1分別與U1的ADD0～ADD13相連，U8、U9的DQ0～DQ15依次與U1的XDATA0～XDATA31相連，U8、U9的

SCLK、SCKE分別與U1的nSDCS(0)、nSDRAS、nSDCAS、nDWE、SDCLK、CKE相連，U8的LDQM、UDQM、U9的LDQM、UDQM依次與nWBE0～nWBE3相連。
所述的顯示與鍵盤操作模塊中小電流接地選線裝置需要一些人機(jī)對話操作，比如需要人對裝置的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、對裝置的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控等，硬件設(shè)計(jì)中這部分的內(nèi)容是通過設(shè)置按鍵來完成的。顯示與鍵盤操作模塊通過存儲器模塊與U1相連。
所述的通信模塊考慮到無人值守及綜合自動化站的需要，故增加了和上一級部門進(jìn)行通信聯(lián)系的功能。串行口本身只給相互通道提供了硬件結(jié)構(gòu)和基本的通信工作方式。在實(shí)際設(shè)計(jì)中將本裝置和上一級部門的通信方式設(shè)計(jì)成兩種，裝置的動作信號通過串口方式或繼電器接點(diǎn)方式上傳。計(jì)算機(jī)串行接口采用RS232協(xié)議。U8的腳1、2與232插口的2、3針相連，232插口通過232電纜與上位機(jī)串口相連。
處理小電流單相接地故障選線問題僅憑一種選線方法或者說僅憑一種故障特征量不可能對各種單相接地狀況均做出正確判斷，應(yīng)該盡可能多地發(fā)掘和利用單相接地故障引起的各種特征表現(xiàn)，研究有效方法來抽取和識別這些特征，形成智能復(fù)合選線系統(tǒng)，才可能達(dá)到準(zhǔn)確選線目的。這里所謂的智能復(fù)合選線系統(tǒng)是將多種選線方法有機(jī)結(jié)合起來，在選線方法之上有組織協(xié)調(diào)層，針對不同故障狀況選擇不同方法，系統(tǒng)具有柔性、開放性和智能性。在本發(fā)明中，除了采用應(yīng)用小波變換提取故障暫態(tài)信息的選線方法外，還采用諧波分析法、五次諧波分析法、功率方向法。并且結(jié)合模糊自適應(yīng)推理的故障檢測方法以及基于粗糙集理論的有效域確定方法。通過以上的方式，有效地避免了單一選線方法的不足，很好的利用了系統(tǒng)單相接地時的穩(wěn)態(tài)信息和暫態(tài)信息，從而使得到的選線結(jié)果更為精確和接近實(shí)際。
本發(fā)明的故障檢測與定位方法包括以下步驟 步驟1、開始； 步驟2、實(shí)施采集中性點(diǎn)電壓值； 步驟3、判斷是否越限，如果否，轉(zhuǎn)步驟2，如果是，執(zhí)行步驟4； 步驟4、定為裝置啟動并啟動交流變送器； 步驟5、信號調(diào)整； 步驟6、采集各線路零序電流、零序電壓和各線路電流、電壓、功率信號； 步驟7、調(diào)用故障線路判斷子流程； 步驟8、調(diào)用故障距離判斷子流程； 步驟9、數(shù)據(jù)打包處理； 步驟10、判斷與上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)通斷，如果通，執(zhí)行步驟11；如果不通，執(zhí)行步驟12； 步驟11、數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)顯示報(bào)警，執(zhí)行步驟13； 步驟12、數(shù)據(jù)存儲在本地硬盤； 步驟13、結(jié)束。
故障線路判斷子流程按以下步驟執(zhí)行的 步驟1、開始； 步驟2、接收數(shù)據(jù)并放入內(nèi)存； 步驟3、分別用功率方向選線流程，諧波分析選線流程，五次諧波選線流程，小波選線流程進(jìn)行選線； 步驟4、根據(jù)結(jié)果設(shè)計(jì)決策表； 步驟5、基于粗糙集理論的選線有效域確定； 根據(jù)提出的多種選線方法，本發(fā)明提出應(yīng)用粗糙集理論對故障樣本集進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)，確定各種選線方法的有效域。該方法以決策表為主要工具，對故障樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行離散化處理，對冗余信息進(jìn)行知識約簡，最終獲得故障信號特征與選線方法間的決策規(guī)則；通過概率的表達(dá)形式對不協(xié)調(diào)決策規(guī)則進(jìn)行有效處理。
基于粗糙集理論的選線有效域確定方法是按以下步驟進(jìn)行的 步驟5.1、故障數(shù)據(jù)離散化； 步驟5.2、約簡； 步驟5.3、計(jì)算選擇系數(shù)； 對于配電線路單相接地故障各個判據(jù)的綜合選擇，我們將判別權(quán)重 作為判別準(zhǔn)則。其中為靈敏系數(shù)，即該線路故障的最小可能范圍，lj為故障點(diǎn)到采集裝置的距離；為選擇系數(shù)，即線路故障的最大可能范圍； 為判別準(zhǔn)則的支持權(quán)值，其中X為前提屬性，Y為結(jié)論屬性，U為論域；r(d)為決策屬性的個數(shù)，其余符號在以下敘述中將給出具體意義。
步驟5.4、建立每種流程的有效性模糊模型； 當(dāng)應(yīng)用電壓和電流量進(jìn)行故障診斷時，我們考慮線路發(fā)生單相短路時的故障電流可以表示為 其中Es為系統(tǒng)的等值計(jì)算相電勢；Xs為系統(tǒng)正常運(yùn)行方式下等值電抗；Xj為線路單位公里長度的正序電抗；lj為故障點(diǎn)到采集裝置的距離。此時，對應(yīng)的系統(tǒng)線電壓為 下面我們以電流為例進(jìn)行定性、定量分析。當(dāng)單相短路故障發(fā)生在對應(yīng)的線路最長距離且系統(tǒng)運(yùn)行在最大運(yùn)行方式時，有 我們假設(shè)故障點(diǎn)沿線路均勻分布，當(dāng)滿足線路靈敏系數(shù)為1，即lj.min＝lj，此時判別點(diǎn)取為系統(tǒng)在最小運(yùn)行方式下線路末端發(fā)生單相短路時的電流值，則當(dāng)下一段線路發(fā)生最大運(yùn)行方式下單相短路時有 Ij+1.max＝If.j(5) 即 可以解得 此時，選擇系數(shù)為 同理，當(dāng)電流的判別點(diǎn)滿足線路選擇系數(shù)為0，即lj.max＝lj，此時判別點(diǎn)取為系統(tǒng)在最大運(yùn)行方式下線路末端發(fā)生單相短路時電流值，則當(dāng)本段線路發(fā)生最小運(yùn)行方式下短路時有 Ij.min＝If.j(9) 即 可以解得 此時靈敏系數(shù)為 當(dāng)我們將該線路作為基準(zhǔn)線路研究時，可以近似認(rèn)為Xmin≈Xmax≈Xjlj，則可以解得rj≈0.3，cj≈0.7，即當(dāng)靈敏系數(shù)為1時，選擇系數(shù)約為0.3，當(dāng)選擇系數(shù)為0時，靈敏系數(shù)約為0.7。由以上分析可知，靈敏系數(shù)應(yīng)為(0.7，1)，而選擇系數(shù)應(yīng)為(0，0.3)。同理，我們可以對于電壓屬性也進(jìn)行分析，可以得到相同的結(jié)論。
步驟6、模糊自適應(yīng)推理的故障監(jiān)測； 為了進(jìn)行模糊決策，檢測到的單相接地故障數(shù)據(jù)必須經(jīng)模糊化轉(zhuǎn)換為可以進(jìn)行定量分析的模糊隸屬度值。模糊隸屬度函數(shù)可以有多種選擇，比如三角函數(shù)、高斯函數(shù)和指數(shù)函數(shù)等。通過對現(xiàn)場運(yùn)行的實(shí)測數(shù)據(jù)運(yùn)用學(xué)習(xí)算法和機(jī)理分析，可以提取一組模糊決策規(guī)則，所提取出的模糊決策規(guī)則形成一個決策規(guī)則庫。通常地，第i條模糊決策規(guī)則Ri的文字描述形式如下 RiIf運(yùn)行狀態(tài)屬于決策條件空間的第i條子集， then 當(dāng)前線路運(yùn)行狀況的決策結(jié)果是…。
在決策前提條件中，由m個變量描述的運(yùn)行狀態(tài)構(gòu)成決策條件空間(decisioncondition space)C，C＝{c1，c2，...，cj，...，cm}，其中cj代表第j類配電線路運(yùn)行參數(shù)表示的運(yùn)行狀態(tài)。在決策結(jié)論中，所有備選的n個推理結(jié)果構(gòu)成決策結(jié)果空間(如運(yùn)行正常、單相接地和系統(tǒng)諧振等)D，D＝{d1，d2，...，di，...，dn}，其中di代表第i類決策結(jié)果。每一類配電線路運(yùn)行參數(shù)表示的運(yùn)行狀態(tài)可以被劃分為v個程度模糊子集，當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)屬于每一個模糊子集的隸屬度為E＝{e0，e1，...，ek，...，ev-1}，其中ek代表該配電線路運(yùn)行參數(shù)表示的運(yùn)行狀態(tài)偏離其正常值的程度。每一類決策結(jié)果同樣可以被劃分為u個程度模糊子集，每一類決策結(jié)果屬于其對應(yīng)的每一個模糊子集的隸屬度為F＝{f0，f1，...，fk，..，fu-1}，其中fk表示該類決策結(jié)果可能性的程度。
采用上述的模糊自適應(yīng)推理定位方法能夠適應(yīng)各種工況變化，可以準(zhǔn)確判斷出配電線路當(dāng)前的運(yùn)行狀況，準(zhǔn)確率很高；并可以在較短時間內(nèi)判斷出發(fā)生單相接地短路的配電線路并進(jìn)行具體的故障定位，相對誤差小于配電線路全長的1.5％，完全滿足現(xiàn)場的實(shí)際需要。
智能復(fù)合選線系統(tǒng)的核心部分是組織協(xié)調(diào)層的設(shè)計(jì)。構(gòu)造組織協(xié)調(diào)層需要完成兩方面的工作一是需要確定各種方法的有效性區(qū)域，這一項(xiàng)工作需要根據(jù)大量實(shí)際樣本，結(jié)合一定理論計(jì)算來確定；二是實(shí)現(xiàn)綜合判斷功能，得出一個最終選線結(jié)果。
綜合判斷實(shí)際上就是一個綜合決策過程。每種方法都輸出一個結(jié)果，并給出中間信息以體現(xiàn)該結(jié)果的可信度。而決策層需要綜合考慮這些信息，做出最終決策，如果方法的有效性區(qū)域界限很分明，那么決策系統(tǒng)就很容易做出決策了，但這樣做勢必導(dǎo)致對方法有效性的要求太苛刻，有效區(qū)域太小，很多故障可能無法判斷。有效區(qū)域的本來面目實(shí)際上是模糊的，沒有一個明確的邊界。所以我們也應(yīng)該遵循這種自然狀況，用模糊的方法來處理。模糊數(shù)學(xué)的發(fā)展已經(jīng)為我們解決模糊問題提供了重要的工具。
模糊自適應(yīng)推理的故障監(jiān)測方法是按以下步驟執(zhí)行的 步驟6.1、確定模糊決策方法； 步驟6.2、中間信息模糊化； 步驟6.3、模糊決策； 步驟6.4、將結(jié)果輸出到顯示裝置； 步驟7、選線結(jié)束。
諧波分析選線流程是按以下步驟執(zhí)行的 步驟一、開始； 步驟二、提取電流最大的3條線路的電流、電壓信號； 步驟三、設(shè)定電流最大三條線路的初始累計(jì)值s1、s2、s3和母線電流s的初始累計(jì)值； 步驟四、將電流數(shù)組、電壓數(shù)組逐點(diǎn)進(jìn)行比較； 步驟五、符號相同s直接累加絕對值；相反累加絕對值；符號全相同設(shè)定s為較大值； 步驟六、值最大的判定為故障線路。
五次諧波選線流程是按以下步驟執(zhí)行的 步驟一、開始； 步驟二、取五次諧波電流分量的幅值； 步驟三、找出諧波電流分量電流有增量幅值的線路； 步驟四、引進(jìn)線路的最大的五次諧波分量的幅值F作為衡量標(biāo)準(zhǔn)； 步驟五、用假設(shè)檢查法確定每條線路相應(yīng)的F值； 步驟六、F值最大為故障線路； 步驟七、結(jié)束。
功率方向選線流程是按以下步驟實(shí)現(xiàn)的 步驟一、開始； 步驟二、提取各線路的零序有功分量大小及其相位； 步驟三、判斷方向流向是否流向母線且大小等于其他線路有功分量與消弧線圈零序有功分量之和；如果是，執(zhí)行步驟七；如果否，執(zhí)行步驟四； 步驟四、判斷方向由母線流向電路且所有線路零序有功分量都等于本身有功損耗電流值；如果是，執(zhí)行步驟五；如果否，執(zhí)行步驟六； 步驟五、判定母線為故障線路，執(zhí)行步驟七； 步驟六、選線失??； 步驟七、結(jié)束。
小波法選線流程是按以下步驟執(zhí)行的 步驟1、開始； 步驟2、接收上傳數(shù)據(jù)并放入內(nèi)存； 步驟3、對零序電流Ini進(jìn)行小波變化得到小波系數(shù)Ci； 步驟4、判斷極性是否相同；如果是，執(zhí)行步驟10；如果否，執(zhí)行步驟5； 步驟5、取Ci系數(shù)最大的線路Lk并判斷其極性； 步驟6、判斷這條線路的極性是否與其它線路相反；如果是，執(zhí)行步驟7；如果否，執(zhí)行步驟11； 步驟7、該線路為故障線路并記錄下選線標(biāo)志Lk； 步驟8、故障數(shù)據(jù)入庫并顯示； 步驟9、選線結(jié)束。
步驟10、母線接地故障，返回步驟8； 步驟11、選線失敗，返回步驟9； 當(dāng)故障選線子流程結(jié)束后，如果選線成功，則把故障線路相應(yīng)的電流值繼續(xù)保留在內(nèi)存中，而把其它非故障線路，即健全線路的電流值數(shù)據(jù)從內(nèi)存中刪除，然后對保留的數(shù)據(jù)進(jìn)行小波分析。故障距離判斷子流程可按下述步驟進(jìn)行 步驟一故障距離判斷子流程開始； 步驟二根據(jù)選線標(biāo)志Lk保留其對應(yīng)線路的電流值Lk并刪除其它線路事先保存電流值； 步驟三；結(jié)合模糊雙曲正切模型對Ik進(jìn)行小波變換得各尺度系數(shù)Ck 步驟四對各系數(shù)Ck取模極大值； 步驟五記錄第1個模極大值發(fā)生時刻t1并記錄其極性； 步驟六記錄第i個模極大值極性； 步驟七判斷極性是否相同，不相同則判斷下一個模極大值，回到步驟六，相同則繼續(xù)； 步驟八找到與第1個極性相同的模極大值j； 步驟九判斷是否找到，找到記錄其發(fā)生時刻轉(zhuǎn)步驟十，沒找到則測距失敗，轉(zhuǎn)步驟十三； 步驟十記錄其發(fā)生時刻t2； 步驟十一計(jì)算故障距離x； 步驟十二結(jié)果數(shù)據(jù)入庫/顯示； 步驟十三結(jié)束。
上述步驟完成的工作是對故障電流行波施行小波變換。考察小波變換模極大值在不同尺度下的變化情況，以消除噪聲干擾。故障點(diǎn)的反射波(包括初始行波和來自于故障點(diǎn)的反射波)所產(chǎn)生的小波變換極大值和其它兩種反射波(對端母線反射波、相鄰母線反射波)所產(chǎn)生的小波變換模極大值的極性相反，據(jù)此，可有效區(qū)別故障點(diǎn)行波和其它行波，這樣就剔除了其它反射波，只對故障點(diǎn)的反射波進(jìn)行分析。通過設(shè)置門檻，去除其它非故障點(diǎn)反射波所產(chǎn)生的模極大值，如換位點(diǎn)產(chǎn)生的模極大值，門檻可用浮動門檻，即取為給定尺度下初始行波小波變換模極大值的10％。選擇初始電流行波小波變換模極大值最大時所對應(yīng)的尺度為檢測尺度。需要說明的是，對于理想的階躍信號，因?yàn)槠淠O大值不隨尺度變化，可選擇尺度2、3為檢測尺度；實(shí)際的行波信號，不管其變化多么尖銳，其在小波變換下的模極大值隨尺度的增大而增大這個事實(shí)都是存在的，只是大小不同。根據(jù)結(jié)果，以該尺度下的小波變換模極大值分布作為檢測的依據(jù)，由第一個模極大值和第二個模極大值的位置決定出故障距離。
按照上述步驟測距時，噪聲信號、由換位點(diǎn)所產(chǎn)生的行波反射分量、相鄰母線的反射波和對端母線的反射波都將被剔除(并非真正意義上的消除，而是我們視而不見)，最終保留在電流行波里的模極大值分布中，就只有兩種性質(zhì)的行波分量，即初始行波和來自于故障點(diǎn)的反射波，二者極性相同，測距公式為 x＝vΔt/2(13) 式中v為行波速度，Δt為時間間隔。
通過仿真分析我們清晰地看到利用小波變換的行波法測距實(shí)現(xiàn)了我們預(yù)期的目標(biāo)，達(dá)到了理想的測距效果，但在實(shí)現(xiàn)短路點(diǎn)定位時，必須準(zhǔn)確地捕捉采樣得到的暫態(tài)電流、電壓波形信號序列的對應(yīng)特征點(diǎn)——零序波拐點(diǎn)。而由于不可避免的工業(yè)現(xiàn)場的電磁干擾，采集到的零序波序列附加了大量噪聲，如何從噪聲當(dāng)中準(zhǔn)確地提取出信號的特征點(diǎn)是定位的關(guān)鍵。本項(xiàng)目采用結(jié)合了模糊雙曲正切模型的自適應(yīng)變尺度小波變換進(jìn)行零序波拐點(diǎn)辨識，不僅可以對原始信號做有效的濾波，更主要的是可以精確地提取信號的特征點(diǎn)——零序波拐點(diǎn)。
為正確選擇小波變換尺度α，本發(fā)明提出了一種新的模糊狀態(tài)空間模型，即模糊雙曲正切模型，其狀態(tài)矩陣為狀態(tài)變量的雙曲正切函數(shù)，輸入矩陣為線性定常矩陣。模糊雙曲正切模型主要具有幾大特點(diǎn)此模型為本質(zhì)非線性模型；模型易于由幾條模糊規(guī)則得到；此模型是一種全局模型；不需要進(jìn)行模糊模型結(jié)構(gòu)的辨識，計(jì)算量大為減少。
模糊雙曲正切模型的規(guī)則可以表示為 RiIf x1 is Fx1i，x2 is Fx2i，...，xm is Fxni，then其中，Ri表示第i條模糊規(guī)則，n為總共的模糊規(guī)則數(shù)，fxji(j＝1，2，...，m)為模糊集合，包括正(P)和負(fù)(N)兩個語言值。cxj(j＝1，...，m)是與Fxj對應(yīng)的正常數(shù)。它前面的符號確定如下當(dāng)Fxj為正(P)時，cxj前面的符號為正號；當(dāng)Fxj為負(fù)(N)時，cxj前面的符號為負(fù)號。xj的隸屬度函數(shù)取為 其中kxi為大于零的常數(shù)。
當(dāng)采用單點(diǎn)模糊化，清晰化采用加權(quán)平均法，直積運(yùn)算采用求積法時，則可以根據(jù)此規(guī)則基得出如下形式的數(shù)學(xué)模型 y＝Atanh(kxx)(16) 其中 該模型巧妙的利用了模糊規(guī)則的組成和推理方式，用一個整體的雙曲正切模型表示了一組模糊規(guī)則。這種模型的規(guī)則構(gòu)造簡單，易于利用人的經(jīng)驗(yàn)。最終形成的總體模型，易于實(shí)際應(yīng)用。
模糊雙曲正切模型規(guī)則基已知MISO系統(tǒng)的n個輸入變量為x＝[x1(t)，...，xn(t)]T，輸出為y。如果用來描述此系統(tǒng)的模糊規(guī)則基滿足以下條件，則稱這組模糊規(guī)則基為廣義雙曲正切型模糊規(guī)則基。
(1)其中第1條模糊規(guī)則的形式為 R1If(x1-d11) is Fx11 and (x1-d12) is FX12 and...and(x1-d1w1)is Fx1w1 and(x2-d21)is Fx21 and(x2-d22)is Fx22 and...and(x2-d2w2)is Fx2w2 and...and(xn-dn1)is Fxn1 and(xn-dn2)is Fxn2 and...and(xn-dnwn)is Fxnwn then 其中，wi(i＝1，...，n)為將xi進(jìn)行平移變換的次數(shù)，dij(i＝1，...，n，j＝1，...，wi)為xi作平移變換時的偏移量，F(xiàn)xij(i＝1，...，n，j＝1，...，wi)為與xi-dij對應(yīng)的模糊子集，包括正(P)和負(fù)(N)兩個語言值。cF(i＝1，...，n，j＝1，...，wi)是與Fxij對應(yīng)的常數(shù)。
(2)If中狀態(tài)變量和輸入變量以及then中輸出常數(shù)項(xiàng)都是可選的，但是輸出項(xiàng)cFij(i＝1，...，n，j＝1，...，wi)與輸入變量是一一對應(yīng)的，即如果在If部分包括Fxij(i＝1，...，n，j＝1，...，wi)，則在then部分應(yīng)包括cFij項(xiàng)；相反如果If部分不包括Fxij，則在then部分也應(yīng)不包括cFij項(xiàng)。
此模糊規(guī)則基共有2w1+w2+...+wn條模糊規(guī)則，其中wi(i＝1，...，n)為將某個輸入變量xi線性變換的次數(shù)，即在If部分模糊變量包括所有可能的正負(fù)組合，在then部分常數(shù)包括所有的常數(shù)組合。
通過上述理論創(chuàng)新方法的應(yīng)用，就可以準(zhǔn)確檢測出零序波的下降沿，從而進(jìn)行短路點(diǎn)定位，當(dāng)零序波傳播到首末端相應(yīng)的測點(diǎn)的時間差確定以后，根據(jù)下式就可實(shí)現(xiàn)定位短路點(diǎn) 其中，為規(guī)則的靈敏系數(shù)，即當(dāng)該線路發(fā)生故障時，進(jìn)行報(bào)警的可能性；為規(guī)則的選擇系數(shù)，即當(dāng)與該線路相鄰的線路發(fā)生故障時，發(fā)生誤報(bào)的可能性；為規(guī)則的支持權(quán)值。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是 1本發(fā)明采用了粗糙集理論對故障樣本集進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)來確定選線方法的有效域，對冗余信息進(jìn)行知識約簡，最終獲得故障信號特征與選線方法間的決策規(guī)則，并通過概率的表達(dá)形式對不協(xié)調(diào)決策規(guī)則進(jìn)行有效處理。
2本發(fā)明在諧波分析法結(jié)合暫態(tài)過程的小波分析法與零序能量法的基礎(chǔ)上，提出了智能復(fù)合選線方法及其實(shí)現(xiàn)手段。在智能復(fù)合選線思想中，每種選線方法都對故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析計(jì)算，得出一個選線結(jié)果，并把選線結(jié)果和中間數(shù)據(jù)傳送到組織協(xié)調(diào)層。
3本發(fā)明采用了基于模糊自適應(yīng)推理的故障檢測與定位方法。整個模糊決策系統(tǒng)包括4個主要部分?jǐn)?shù)據(jù)采集，規(guī)則的離線學(xué)習(xí)，電網(wǎng)運(yùn)行工況的在線模糊決策和基于小波變換法的故障點(diǎn)綜合定位。此定位方法使得模糊控制規(guī)則在控制過程中自動地調(diào)整、修改和完善，從而使系統(tǒng)的控制性能不斷改善，達(dá)到最佳的控制效果。
4本發(fā)明采用了基于ANFIS的小波濾波，并結(jié)合了模糊雙曲正切模型的自適應(yīng)變尺度小波變換進(jìn)行零序波拐點(diǎn)辨識，可以精確地提取信號的特征點(diǎn)——零序波拐點(diǎn)。采用了多種數(shù)學(xué)算法進(jìn)行采樣數(shù)據(jù)的數(shù)字化處理，用模糊雙曲正切模型形成的規(guī)則基選擇適宜的尺度對分析信號實(shí)施小波變換處理，自動選擇適用的小波分析尺度。
5本發(fā)明的硬件系統(tǒng)采用了基于嵌入式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式的硬件電路設(shè)計(jì)。
硬件電路設(shè)計(jì)中采用LPC2000系列芯片，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的集成度；電壓互感器、電流互感器變采用回路分離，消除了調(diào)整放大倍數(shù)時互相之間的牽連；為提高采樣精度(特別是對帶有消弧線圈的系統(tǒng))而采用的工頻同步電路能自動檢測與切換，確保了同步電路故障后，系統(tǒng)仍能正確采樣；選用了高性能多路開關(guān)，抗干擾能力大大增強(qiáng)。



圖1為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為A/D轉(zhuǎn)換、AMR、DSP、LCD控制器連接的電路原理圖； 圖3為前置回路模塊濾波電路的電路原理圖； 圖4為存儲器模塊的電路原理圖； 圖5為本發(fā)明的總流程圖； 圖6為故障線路判斷子流程圖； 圖7為諧波分析選線子流程圖； 圖8為五次諧波選線子流程圖； 圖9為功率方向法選線子流程圖； 圖10為小波法選線子流程圖； 圖11為故障距離判斷子流程圖；
具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明； 本發(fā)明中數(shù)據(jù)信號處理器U1采選用芯片TMS320C5416、CPU模塊既嵌入式ARM微處理器U2選用芯片S3C44BOX；A/D轉(zhuǎn)換模塊選用ADS7805，顯示模塊U4選用KCS057QVlAJ；鎖存器選用芯片74LS273，電源模塊U6選用AMC1117，復(fù)位芯片U7選用MAX811，如圖2所示。
Arm連接DSP嵌入式ARM微處理器S3C44BOX與數(shù)字信號處理器通過TMS320C5416的HD0、HD1、HD2、HD3、HD4、HD5、HD6、HD7分別和S3C44BOX的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相連，這是一種HPI的連接方式，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是不需要附加其他的邏輯電路，非常方便。
S3C44BOX通過兩根地址線A3和A2尋址HPI方式的所有控制寄存器HCNTL1和HCNTL0。S3C44BOX通過地址線A1來解決HPI的八個端口HD0、HD1、HD2、HD3、HD4、HD5、HD6、HD7的數(shù)據(jù)位數(shù)與TMS320C5416的數(shù)據(jù)位數(shù)不同這一問題，前者為8位，后者為16位，當(dāng)向A1＝0的地址寫數(shù)據(jù)時，表示第一個字節(jié)，當(dāng)向A1＝1的地址寫數(shù)據(jù)時，表示第二個字節(jié)。
S3C44BOX通過A4引腳和TMS320C5416的

相連，當(dāng)A4＝1時，代表讀操作，當(dāng)A4＝0時，代表寫操作。
AD連接DSPTI公司的16-bit定點(diǎn)DSP TMS320C5416，是一種低功耗器件，采用了改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu)，有1條程序總線和3條數(shù)據(jù)總線，流水線操作，有高度并行32-bit算術(shù)邏輯單元、16*16-bit并行硬件乘法器、片內(nèi)存儲器、片內(nèi)外設(shè)和高度專業(yè)化的指令集。當(dāng)TMS320C5416外接16MHZ的晶振，工作時鐘控制模式選為×1，將ADS7805的/CS腳接到DSP的/RD信號引腳，為了減少控制線，將

引腳直接接成低電平，R/C引腳接到DSP的擴(kuò)展輸出口，而

信號連接到普通的端入端口即可。
ARM連接LCD顯示器KCS057QV1AJ是由KYOCERA公司生產(chǎn)，具有320×240個象素點(diǎn)、帶CFL背光的STN(超扭曲向列)256色LCD顯示模塊。它不帶LCD控制器，很容易與S3C44BOX的LCD控制器接口。
KCS057QV1AJ提供的外部接口信號線如下FRM驅(qū)動器掃描的同步信號線；LOAD數(shù)據(jù)鎖存信號線；CP數(shù)據(jù)移位時鐘信號線；DISP顯示控制信號線；D[7:0]8根顯示數(shù)據(jù)輸入線。
在KCS057QV1AJ與LCD控制器之間接線時，KCS057QV1AJ的FRM、LOAD、CP，D[7:0]分別和LCD控制器的VFRAME、VLINE、VCLK，VD[7:0]相連。DISP引腳與S3C44BOX的GPIO的GPC15相連，通過GPC15來控制LCD顯示模塊的打開和關(guān)閉。
鍵盤操作模塊采用的是ARMSKY-4*4行列式矩陣鍵盤模塊。
HT1380時鐘模塊HT1380通過SCLK與S3C44BOX的XCLK引腳相連，為S3C44BOX提供時鐘信號。
MAX811復(fù)位芯片MAX811通過引腳

與S3C44BOX的nRest引腳相連。
小電流接地系統(tǒng)故障選線裝置需要實(shí)時接收數(shù)據(jù)、實(shí)時判斷、實(shí)時上傳故障選線結(jié)果，是一個典型的要求實(shí)時控制、實(shí)時處理的系統(tǒng)，而LPC2000系列芯片是基于ARM7TDMI-S CPU內(nèi)核，支持ARM和Thumb指令集，芯片內(nèi)集成豐富外設(shè)，而且具有非常低的功率消耗，使該系列微控制器特別適用于復(fù)雜工業(yè)控制、海量數(shù)據(jù)處理、訪問控制和信號采集等場合，在保證系統(tǒng)實(shí)時性和穩(wěn)定性等方面是比較好的。因此，我們也選擇LPC2000系列芯片作為主芯片。
前置回路模塊的電路原理圖如圖3所示，在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)阻容濾波時間常數(shù)公式τ＝RC(單位為秒)及相關(guān)的電子電路基礎(chǔ)理論知識，根據(jù)時間常數(shù)，壓力信號的阻容濾波參數(shù)為電容和電阻，所設(shè)計(jì)的濾波電路能夠保證被檢測信號通過，并將低于該時間常數(shù)的高頻或者低頻干擾濾掉。對于模擬信號采用低通阻容濾波處理，對于流量脈沖信號經(jīng)過光電隔離開關(guān)進(jìn)行整形和去噪、輸入輸出通道隔離等，使脈沖信號近乎方波，再送入計(jì)數(shù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明； 具體實(shí)施例1 小電流接地故障選線裝置需要完成的任務(wù)依次是ARM采集母線的零序電壓及各線路的零序電流的模擬信號，按適當(dāng)比例調(diào)節(jié)其大小使之成為裝置能處理的幅值范圍，將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算模塊能夠識別的數(shù)字信號，DSP依據(jù)一定的算法原理分析信號判斷是否發(fā)生故障。若發(fā)生故障給出選線結(jié)果，保存故障信息，并將選線結(jié)果傳送給上位機(jī)進(jìn)行故障報(bào)警。
系統(tǒng)的母線零序電壓和各線路的零序電流經(jīng)過電壓互感器和電流互感器變換后，輸入前置回路模塊，電壓和電流信號經(jīng)過高精度的電壓互感器和電流互感器進(jìn)一步變換后，信號變?yōu)?5V到+5V的電壓信號；電壓信號通過低通濾波器濾除干擾，輸出平滑的電壓模擬信號，系統(tǒng)通過A/D轉(zhuǎn)換模塊的采樣裝置在線監(jiān)測系統(tǒng)的零序電壓和相電壓，監(jiān)測各線路相電流。以零序電壓，零序電流的變化作為故障的啟動條件。
在小電流接地系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)生金屬性單相接地故障時，接地相電壓降低為0，而正常運(yùn)行的兩路相電壓升高為線電壓即相電壓的

倍。同時，線路上的零序電壓和零序電流都會增加，其中零序電壓的幅值等于正常工作時的相電壓。因此，可以利用零序電壓和零序電流超過一定的門檻作為單相接地故障的啟動條件， s0＞s0d(18) 所用的零序電壓和零序電流可以是直接測量的結(jié)果也可以是通過三相電壓或電流計(jì)算而來 上述兩式中的S代表了電壓或電流。
當(dāng)接地點(diǎn)存在過渡電阻時，零序電壓隨著過渡電阻的增加而降低。同時為了克服正常工作時不平衡電壓的影響，零序電壓的門檻一般取為相電壓的20％。
在每個采樣周期，判斷中性點(diǎn)電壓是否越限，若其絕對值超過門檻值，裝置啟動，繼續(xù)采集若干點(diǎn)之后停止采樣，保持?jǐn)?shù)據(jù)，存儲到存儲模塊。
檢測到故障后，就可以根據(jù)保留在內(nèi)存中的這些數(shù)據(jù)進(jìn)行故障分析判斷了。
選線過程采樣子線程創(chuàng)建1000*64的二維數(shù)組，用來對數(shù)據(jù)進(jìn)行時實(shí)存儲，存滿之后從數(shù)據(jù)始端循環(huán)覆蓋，發(fā)生故障后(大于啟動電壓6個點(diǎn))將數(shù)組中前100組數(shù)據(jù)和后200組數(shù)據(jù)作為暫態(tài)電壓，再將后500組數(shù)據(jù)作為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)提交主線程進(jìn)行故障選線。1秒后，如果故障沒有消失，則繼續(xù)提取500個點(diǎn)作為穩(wěn)態(tài)數(shù)據(jù)，提交主線程進(jìn)行連續(xù)選線。然后進(jìn)行特征提取，進(jìn)行隸屬度計(jì)算和最終決策，得到選線結(jié)果。以群體比幅比相法為例說明選線過程提取電流最大的3條線路，并設(shè)初始累加值為s1，s2 s3，s.將這3個電流數(shù)組與電壓數(shù)組進(jìn)行逐點(diǎn)比較，與電壓符號相反，則s直接累加絕對值；與電壓符號相同，則s累加絕對值；3條線路電壓與電流符號都相同，則s(母線)設(shè)成一個較大值將s1，s2 s3，s(母線)進(jìn)行比較，值最大的就是故障線路。通過故障數(shù)據(jù)分別用有功率方向方法、諧波分析法(即群體比幅比相法)五次諧波法、小波方法進(jìn)行選線，對于配電線路單相接地故障各個判據(jù)的綜合選擇，我們將判別權(quán)重 作為判別準(zhǔn)則。采用粗糙集理論對故障樣本集進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)來確定選線方法的有效域，對于配電線路單相接地故障各個判據(jù)的綜合選擇。確定決策結(jié)果空間D＝{d1，d2，...，di，...，dn}，當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)屬于每一個模糊子集的隸屬度E＝{e0，e1，...，ek，...，ev-1}，每一類決策結(jié)果屬于其對應(yīng)的每一個模糊子集的隸屬度為F＝{f0，f1，...，fk，...，fu-1}。
當(dāng)DSP接收到ARM傳過來的故障數(shù)據(jù)后，就可以啟動小波分析程序分別故障測距的計(jì)算分析了。測距公式為x＝vΔt/2(21) 正確選擇小波變換尺度α，本項(xiàng)目采用模糊雙曲正切模型形成的規(guī)則基選擇適宜的尺度?？梢詼?zhǔn)確檢測出零序波的下降沿，從而進(jìn)行短路點(diǎn)定位8把選擇結(jié)果(數(shù)字量，0代表不是故障線，1代表故障線)和測距結(jié)果輸出到顯示裝置。然后啟動報(bào)警器，通知值班人員。待故障排除后，裝置檢測到零序電壓低于啟動閥值，繼電器恢復(fù)正常狀態(tài)，程序跳出選線流程，回到檢測狀態(tài)。小波分析程序設(shè)計(jì)采用MathTools公司推出的Matcom，它可以將Matlab的源代碼譯成同等功能的C++源碼，既保持了Matlab的優(yōu)良算法，又保持了C++的高執(zhí)行效率。因此，我們只需要編寫選線和測距過程各自所對應(yīng)的MATLAB的*.m程序文件，然后在VisualC++6.0編譯環(huán)境中轉(zhuǎn)化成C++程序文件。這樣的編程方式非常簡潔，修改*.m文件中選取的小波函數(shù)、分解尺度等非常容易實(shí)現(xiàn)，而且還可以借助MATLAB和VisualC++強(qiáng)大的圖形系統(tǒng)，對診斷之后的故障進(jìn)行形象的顯示，例如波形顯示和地理信息的顯示。
本裝置可以應(yīng)用于配電系統(tǒng)10KV變電站及工廠自備變電站。在配電系統(tǒng)10KV變電站中本裝置安裝于10KV母線零序變壓器二次回路接口。二者的不同之處在于電壓等級的不同。故障或者波動發(fā)生時，顯示裝置顯示出決策結(jié)果空間D＝{d1，d2，...，di，...，dn}，當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)屬于每一個模糊子集的隸屬度E＝{e0，e1，...，ek，...，ev-1}，每一類決策結(jié)果屬于其對應(yīng)的每一個模糊子集的隸屬度為F＝{f0，f1，...，fk，...，fu-1}，以及最終的選線結(jié)果和測距結(jié)果，并啟動報(bào)警。
權(quán)利要求
1.一種小電流接地故障檢測與定位的裝置，其特征在于該裝置包括由CPU模塊、DSP、前置回路單元模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、存儲器模塊、顯示與鍵盤操作模塊、通信模塊組成的下位機(jī)和上位機(jī)；其中前置回路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、DSP依次連接，存儲器模塊、顯示與鍵盤操作單元模塊、通信模塊分別與CPU模塊相連，上位機(jī)與通信模塊相連，CPU模塊采集母線的零序電壓及各線路的零序電流的模擬信號，按比例調(diào)節(jié)其大小使之成為裝置能處理的幅值范圍，將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算模塊能夠識別的數(shù)字信號，通過DSP分析信號，判斷是否發(fā)生故障，若發(fā)生故障給出選線結(jié)果，保存故障信息，并將選線結(jié)果傳送給上位機(jī)進(jìn)行故障報(bào)警。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小電流接地故障檢測與定位的裝置，其特征在于所述的CPU模塊采用嵌入式ARM微處理器U1，U1的HD0、HD1、HD2、HD3、HD4、HD5、HD6、HD7分別和DSP數(shù)字信號處理器U2的D0、D1、D2、D3、D4、D5、D6、D7相連，U1的HCNTL1、HCNTLO、HBIL、
nWE、nOE、nGCS1分別與U2的A3、A2、A1、A4、
相連；U2的VCLK、VD0、VD1、VD2、VD3、VD4、VD5、VD6、VD7、GPC15、VFRAME、VLINE分別與鍵盤與顯示模塊中的LCD顯示器接口芯片U4的CP、VK0、VK1、VK2、VK3、VK4、VK5、VK6、VK7、DISP、FRM、LOAD相連；復(fù)位芯片U7通過引腳
與U2的nRest引腳相連；A/D轉(zhuǎn)換模塊U3的D0～D15通過鎖存器U5的D0與U1的D0～D15相連，U3的
與U1的IO2相連，電源芯片U6的輸出端Vout提供1.8V電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種小電流接地故障檢測與定位的裝置，其特征在于所述的前置回路模塊用來采集零序電流量、零序電壓量的模擬信號，其J1、J3分別與采集零序電流量的電流互感器、采集零序電壓量的電壓互感器相連，J2與A/D轉(zhuǎn)換模塊相連，J4與計(jì)數(shù)器的輸入端相連，計(jì)數(shù)器的輸出端與ARM相連；接口J1與接口J2之間有RC濾波電路，接口J3與接口J4之間有光電耦合器濾波，其中J1的針1、2、3、4、5、6、7、8、10、11、12、13分別于J2的針1、2、3、4、5、6、7、8、10、11、12、13相連，J3的針1、2、3、4、5、6通過由兩電阻的串聯(lián)電路分別與六個光電耦合器的腳2、六個二極管正極相連，每個二極管正極、負(fù)極分別與對應(yīng)的光電耦合器的腳2、1相連，六個光電耦合器的腳5與六個反向器的輸入端相連，六個反向器的輸出端分別于J4的1、2、3、4、5、6針相連；J4與計(jì)數(shù)器的輸入端相連。
4.權(quán)利要求1所述裝置實(shí)現(xiàn)小電流接地故障檢測與定位的方法，其特征在于該方法包括以下步驟
步驟1、開始；
步驟2、實(shí)施采集中性點(diǎn)電壓值；
步驟3、判斷是否越限，如果否，轉(zhuǎn)步驟2，如果是執(zhí)行步驟4；
步驟4、定為裝置啟動并啟動交流變送器；
步驟5、信號調(diào)整；
步驟6、采集各線路零序電流、零序電壓和各線路電流、電壓、功率信號；
步驟7、調(diào)用故障線路判斷子流程；
步驟8、調(diào)用故障距離判斷子流程；
步驟9、數(shù)據(jù)打包處理；
步驟10、判斷與上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)通斷，如果通，執(zhí)行步驟11；如果不通，執(zhí)行步驟12；
步驟11、數(shù)據(jù)傳送至上位機(jī)顯示報(bào)警，執(zhí)行步驟13；
步驟12、數(shù)據(jù)存儲在本地硬盤；
步驟13、結(jié)束。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的小電流接地故障檢測與定位的方法，其特征在于步驟7所述故障線路判斷子流程包括以下步驟
步驟1、開始；
步驟2、接收數(shù)據(jù)并放入內(nèi)存；
步驟3、分別用功率方向選線流程，諧波分析選線流程，五次諧波選線流程，小波選線流程進(jìn)行選線；
步驟4、根據(jù)結(jié)果設(shè)計(jì)決策表；
步驟5、基于粗糙集理論的選線有效域確定；
步驟6、模糊自適應(yīng)推理的故障監(jiān)測；
步驟7、選線結(jié)束。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種小電流接地故障檢測與定位的方法，其特征在于步驟5所述基于粗糙集理論的選線有效域確定包括以下步驟
步驟5.1、故障數(shù)據(jù)離散化；
步驟5.2、約簡；
步驟5.3、計(jì)算選擇系數(shù)；
步驟5.4、建立每種流程的有效性模糊模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種小電流接地故障檢測與定位的方法，其特征在于步驟6模糊自適應(yīng)推理的故障監(jiān)測包括以下步驟
步驟6.1、確定模糊決策方法；
步驟6.2、中間信息模糊化；
步驟6.3、模糊決策；
步驟6.4、將結(jié)果輸出到顯示裝置。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種小電流接地故障檢測與定位的方法，其特征在于步驟8所述故障距離判斷子流程包括以下步驟
步驟一故障距離判斷子流程開始；
步驟二根據(jù)選線標(biāo)志Lk保留其對應(yīng)線路的電流值Ik并刪除其它線路事先保存電流值；
步驟三；結(jié)合模糊雙曲正切模型對Ik進(jìn)行小波變換得各尺度系數(shù)Ck
步驟四對各系數(shù)Ck取模極大值；
步驟五記錄第1個模極大值發(fā)生時刻t1并記錄其極性；
步驟六記錄第i個模極大值極性；
步驟七判斷極性是否相同，不相同則判斷下一個模極大值，回到步驟六，相同則繼續(xù)；
步驟八找到與第1個極性相同的模極大值j；
步驟九判斷是否找到，找到記錄其發(fā)生時刻轉(zhuǎn)步驟十，沒找到則測距失敗，轉(zhuǎn)步驟十三；
步驟十紀(jì)錄其發(fā)生時刻t2；
步驟十一計(jì)算故障距離x；
步驟十二結(jié)果數(shù)據(jù)入庫/顯示；
步驟十三結(jié)束。
全文摘要
一種小電流接地故障檢測與定位的裝置及方法，該裝置包括由CPU模塊、DSP、前置回路單元模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、存儲器模塊、顯示與鍵盤操作模塊、通信模塊組成的下位機(jī)和上位機(jī)；其中前置回路模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、CPU模塊、DSP依次連接，存儲器模塊、顯示與鍵盤操作單元模塊、通信模塊分別與CPU模塊相連，上位機(jī)與通信模塊相連，CPU模塊采集母線的零序電壓及各線路的零序電流的模擬信號，按比例調(diào)節(jié)其大小使之成為裝置能處理的幅值范圍，將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算模塊能夠識別的數(shù)字信號，通過DSP分析信號，判斷是否發(fā)生故障，若發(fā)生故障給出選線結(jié)果，保存故障信息，并將選線結(jié)果傳送給上位機(jī)進(jìn)行故障報(bào)警。
文檔編號H02H7/26GK101159376SQ20071001295
公開日2008年4月9日 申請日期2007年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月26日
發(fā)明者張化光, 孫秋野, 楊東升, 王占山, 王云爽, 王迎春 申請人:東北大學(xué)