發布日期：2022-04-17 點擊率：77
引言 圖1 單相接地電路圖
單相接地故障是影響中低壓電網供電可靠性的最常見故障。隨著電網改造的進一步深入，以及國家電力公司有關條文的頒布，采用消弧線圈接地系統是今后的變電站設計及改造中的發展趨勢。要求測量控制系統能夠在正常情況下進行常規電量監測及電容電流測量，在發生單相接地故障后迅速控制消弧線圈進行補償并采集相關電量準確分析出故障線路。
本文在簡要介紹中性點經消弧線圈接地系統的基礎上，主要闡述如何借助于LabVIEW開發工具，快速構建電力測量控制系統。
中性點經消弧線圈接地系統
1、簡介
隨著配電網規模的擴大和大量采用地下電纜，當發生單相接地故障時，接地電流很大。如果接地電弧不能可靠熄滅，就會迅速發展為相間短路，引起線路跳閘，供電中斷。如果接地電弧發展為間歇性的熄滅與重燃，就會引起弧光接地過電壓，危及電氣設備的絕緣。
在電網中性點裝設消弧線圈是減小接地電流，抑制弧光接地過電壓的一種行之有效的措施。這在電力行業標準DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》中都有明確規定。為保證供電可靠性，中性點經消弧線圈接地系統在發生單相接地故障時允許系統繼續運行兩小時，這時故障持續存在并可能進一步擴大，造成輸變電設備損壞。實際運行中在盡量保證不間斷供電的情況下迅速找到故障線路并排除故障。為此，研究和開發小電流接地選線裝置對于保證中低壓電網供電可靠性、防止事故發展和擴大、降低故障概率等有重要意義。
我公司研發的調容式自動調諧消弧線圈接地裝置，是用于6－35kV電壓等級配電網的自動補償單相接地故障電流的智能化成套電氣設備。此裝置采用先進的晶閘管技術和NI PX平臺，可準確測量電網線路的對地容抗，快速自動補償單相接地電流，補償效果好，運行可靠性高，并且故障發生后可短時間內選出故障線路，大大提高電網的供電可靠性，是配電網必不可少的電氣設備。
2、工作原理
中性點不接地電網發生單相接地時，如圖1所示。若無消弧線圈，則通過接地點的電流為
若電網中性點加裝消弧線圈，則通過接地點的電流為
我公司研發的接地裝置能夠自動跟蹤電網參數變化，通過調節消弧線圈二次側的電容負載大小，以此來改變其一次等值感抗，實現動態調諧。它在電網正常運行的情況下，改變消弧線圈的檔位，在中性點位移電壓小于10%額定系統相電壓時，同時測量并記錄每檔的中性點電流Io和中性點電壓Uo，然后找出電壓最大的兩檔。利用中性點電流Io與中性點電壓U。的變化數據，便可計算出電網的電容電流：
目前國內的選線裝置主要有基于穩態量分析法、暫態分析法及信號注入法進行選線。穩態分析法原理有零序電流比幅比相法、零序功率方向法、零序電流諧波方向法；暫態分析法有首半波原理法、小波分析法等。近年來，由于我國配電網和大型工礦企業的供電系統增加了很多中性點經消弧線圈接地的運行方式，因此選線裝置中又增加了殘流增量法判據來配合自動調諧消弧線圈的使用進行故障選線。我公司研發的調容式自動調諧消弧線圈接地裝置綜合了幾種選線方法的優勢，采用綜合判據實現高準確率的選線。
LabVIEW構建消弧線圈測量控制系統
1、選擇LabVIEW及NI PXI
當今世界，技術日新月異，如何在短時間內跟進技術發展的步伐？怎樣才能可靠快捷地實現新技術轉化為生產力的要求？那就是要從復雜的硬件設計及枯燥的文本編程中解脫出來，把工程師有限的精力放在成果轉化上來。
使用LabVIEW,可以在交互式的圖形前面板中進行系統控制和結果顯示，也可以通過ActiveX、動態鏈接庫和數據庫，把數據顯示在網頁中或連接到其它應用程序或現有代碼上。同時可以使用多種硬件設備采集數據。采集數據后，可以運用LabVIEW內置的強大測試分析和顯示功能，將原始數據轉化為有意義的結果。
LabVIEW的開發速度比傳統的文本編程方式快4到10倍，而且直觀、易學。利用LabVIEW的模塊化和層次化結構，可以對整個系統進行快速原型化、設計和運行。LabVIEW采用數據流編程模式，可以很容易編制能同時執行多個任務的流程圖表。因此，LabVIEW是能同時運行多個程序多任務系統。
NI PXI－8145 T包含了一個運行實時操作系統的嵌入式處理器。在Windows環境中開發LabVIEW RT應用程序，然后下載并安裝該程序，使其跟實時操作系統一起對獨立的硬件進行控制。即使主機突然停止工作，LabVIEW的嵌入式應用程序仍可繼續運行。
M系列卡可以充分利用超線程和多線程技術，且都可使用LabVIEW RT模塊和NI－DAQmx建立無需用戶干預的可靠的、確定性的獨立程序。
對于消弧線圈接地系統的測量控制裝置，就其本身來說，要求采樣的模擬量多達幾十路之多，輸入輸出也有十多路，且數據分析工作量大、精度要求也比較高，而且在電力系統中要求運行可靠，抗干擾能力強，另外，開發周期又相對比較緊張。如果用傳統的自制信號調理板、采樣保持板、數字I/O板及諸如DSP的控制系統，不僅耗時耗力，而且最終的結果可能是抗干擾能力差、程序漏洞百出且維護工作量大，對以后的技術培訓及升級換代帶來不必要的麻煩。
綜上所述，采用LabVIEW開發平臺及RT嵌入式處理器配合先進的數據采集卡是我們最佳選擇。
2、系統硬件設計
信號調理板用于對要采集的模擬量進行信號預處理：模擬量包括中性點電壓、中性點電流、各線路零序電流等，預處理包括把大信號轉換成NI M系列數據采集卡允許范圍的小信號以及濾波等；數字I/O板用途包括：給數據采集卡提供相應的數字觸發信號，給觸發板提供觸發信號進而控制晶閘管通斷，提供報警及跳閘信號等NI PXI－1031四槽帶電源機箱、PXI－6221數據采集卡、PXI－8145 RT控制器以及PXI－8423雙端口RS-485 串行卡組成了測量控制系統的核心部分。
觸摸屏提供人機交互接口。西門子TP170A觸摸屏支持Modbus協議， 通過232雙絞線與PXI－8145 RT的RS－232通訊口聯接。用西門子觸摸屏組態軟件創建觸摸屏用戶接口界面，用LabVIEW7.1創建多線程Modbus通訊應用程序，實現PXI－8145 RT從站與觸摸屏主站之間的數據交流，這樣用戶就可以方便的監測現場數據、修改運行參數、查詢數據記錄及控制運行方式。
安裝LabVIEW應用程序的計算機通過以太網或232雙絞線與PXI－8145 RT控制器聯接，主要用于電站自動化，實現數據遠程監控、記錄、操作及查詢打印功能。
3、系統軟件設計
為了保證程序運行的實時性，程序中主要采用了Timed Loop循環，此循環可在用戶指定的時間內完成任務。此外，在程序中使用了調用節點（Invoke Node）動態控制VI運行及事件結構，更為重要是，采用了多線程的編程方法，實現了多個程序同時運行的多任務系統。
程序主要包括：數據采集與分析、Modbus觸摸屏通訊、投檔測量與控制、投檔補償與故障選線、常規操作與控制、TCP/IP通訊服務以及上位機監控等等。
LabVIEW強大的數據采集與分析函數使得對大量數據分析極為方便準確，大大減輕了工作量。適當的運用For循環結構可以使得某些運算大大簡化。如電量的有功功率、諧波相位、暫態分析等。更顯著的是LabVIEW強大的工具包支持，使得系統構建更簡捷。各種計算模塊如FFT運算模塊應有盡有，使得電力系統的潮流計算更加簡單。
圖3顯示為我公司為西北某企業電站提供的上位機監控系統畫面。本監控系統完全采用LabVIEW7.1編寫，采用RS－232通訊輪詢，實現了現場六套消弧線圈控制器數據監控、參數設置、運行方式設置、各種故障指示報警、數據報表自動生成、報表打印、選線結果顯示等。在現場得到了良好應用。
信號調理板用于對要采集的模擬量進行信號預處理：模擬量包括中性點電壓、中性點電流、各線路零序電流等，預處理包括把大信號轉換成NI M系列數據采集卡允許范圍的小信號以及濾波等；數字I/O板用途包括：給數據采集卡提供相應的數字觸發信號，給觸發板提供觸發信號進而控制晶閘管通斷，提供報警及跳閘信號等NI PXI－1031四槽帶電源機箱、PXI－6221數據采集卡、PXI－8145 RT控制器以及PXI－8423雙端口RS-485 串行卡組成了測量控制系統的核心部分。
觸摸屏提供人機交互接口。西門子TP170A觸摸屏支持Modbus協議， 通過232雙絞線與PXI－8145 RT的RS－232通訊口聯接。用西門子觸摸屏組態軟件創建觸摸屏用戶接口界面，用LabVIEW7.1創建多線程Modbus通訊應用程序，實現PXI－8145 RT從站與觸摸屏主站之間的數據交流，這樣用戶就可以方便的監測現場數據、修改運行參數、查詢數據記錄及控制運行方式。
安裝LabVIEW應用程序的計算機通過以太網或232雙絞線與PXI－8145 RT控制器聯接，主要用于電站自動化，實現數據遠程監控、記錄、操作及查詢打印功能。
3、系統軟件設計
為了保證程序運行的實時性，程序中主要采用了Timed Loop循環，此循環可在用戶指定的時間內完成任務。此外，在程序中使用了調用節點（Invoke Node）動態控制VI運行及事件結構，更為重要是，采用了多線程的編程方法，實現了多個程序同時運行的多任務系統。
程序主要包括：數據采集與分析、Modbus觸摸屏通訊、投檔測量與控制、投檔補償與故障選線、常規操作與控制、TCP/IP通訊服務以及上位機監控等等。
LabVIEW強大的數據采集與分析函數使得對大量數據分析極為方便準確，大大減輕了工作量。適當的運用For循環結構可以使得某些運算大大簡化。如電量的有功功率、諧波相位、暫態分析等。更顯著的是LabVIEW強大的工具包支持，使得系統構建更簡捷。各種計算模塊如FFT運算模塊應有盡有，使得電力系統的潮流計算更加簡單。
圖3顯示為我公司為西北某企業電站提供的上位機監控系統畫面。本監控系統完全采用LabVIEW7.1編寫，采用RS－232通訊輪詢，實現了現場六套消弧線圈控制器數據監控、參數設置、運行方式設置、各種故障指示報警、數據報表自動生成、報表打印、選線結果顯示等。在現場得到了良好應用。
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