基于单片机的配电线路故障检测

流的总和，相位超前零序电压为 90°。
3 硬件部分选型
2 总体方案设计
■■3.1 单片机选型 在本文所设计的配电线路故障检测系统中，主机与从
在配电线路单相接地故障原因及特征分析研究的基础 机皆采用由 Microchip 公司所生产开发的 PIC16F877 型单
上，本文进一步提出基于单片机的配电线路故障检测系统的 片机。该单片机属于 PICmicro 系列，具备 Flash program
•

(1)
= j3U 0 ωC1
中常见的有经消弧线圈接地、不接电与经高电阻接地等。就 我国配电系统而言，中压配电网的中性点接地方式多采用小
•
= 3U ϕ ωC1 线路 2 的零序电流为：
电流接电类型中的非有效接地方式，因此单相接地故障是我 国中压配电网最为常见的故障类型。 ■■1.1 单相接地故障产生原因
电力系统涵盖了供电、输电、配电等多个系统以及大量 的变压器等设备，这些系统以及设备在运行过程中都难以避 免故障的出现。为了保障电力系统的安全稳定，必须在故障 发生后及时进行处理，而精准高效的故障检测及定位技术则 是其前提基础。对于配电系统而言，其核心任务是为广大电
③ 线路间距。由于人为或自然原因而使线路间的交叉 或跨越距离过近，从而导致单相接地故障。
针对上述问题，在 10kV 配电线路的检修工作中必须重 视并加强预防措施，规避发生单相接地故障的风险。 ■■1.2 单相接地故障电容电流分布
力用户提供安全、稳定的电力资源，该系统发生故障将会造
成大范围的电力中断，给国家和人民带来巨大的危害。我国
目前主要采用配电网数据采集监控的方式来进行故障检测
工作，通过综合利用数据监测、变电站自动化、巡检、低压
信息工程
基于单片机的配电线路故障检测
陈达 （随州职业技术学院，湖北随州，441300）
摘要：针对配网线路故障带来的损失问题，为进一步减少损失，结合当前的单片机技术对配电线路故障进行检测。对此文章以单相接地故 障为例，结合其故障特征，通过PIC系列芯片完成对特征数据的采集，然后通过数据的处理和判断，得出单相故障接地结果，进而完成对 线路故障的判断。 关键词：单片机；配网线路；故障
线路 3 的零序电流为：
相接地故障的发生原因较多，本文将其归纳为以下几种：
3i03 = ia 3 + ib 3 + ic3
① 天气因素。10kV 配电线路在大风、雨雪等较为恶劣
= ib3 + ic3 − (ib1+ ic1+ ib2 + ic2 + ib3 + ic3 )
(3)
的天气环境中，容易发生单相接地故障；
通过对最近几年的相关调查统计资料进行研究分析，发 现 10kV 配电线路的单相故障中单相接地故障的发生频次最
3i02 = ia 2 + ib 2 + ic 2
•
•
= 0 + jU b ωC2 + jU c ωC2
•

(2)
= j3U 0 ωC2
•
= 3U ϕ ωC2
高，平均每 10 起单相故障中便有 7 起为单相接地故障。单
图 1 单相接地故障电容电流分布 图 1 中，线路 1 的零序电流为：
1 配电线路单相接地故障原因及特征
3i01 = ia1+ ib1+ ic1
在电力系统中，中性点接地方式有大电流与小电流这两 种类型，前者中常见的有直接接地与经低阻抗接地等，后者
•
•
= 0 + jU b ωC1 + jU c ωC1
ωC2

线路 3 的接地电容电流为：
•
•
ic3+ ib3
=
jU b ωC3
•
+
jU c ωC3
= j3U ϕ ωC3
由此可得，接地处的故障电流为：
(5) 电路以及运算放大器进行连接；接着，将运算放大器与 A/D 采样装置进行连接；最后，将 A/D 采样装置与单片机进行 连接，如图 3 所示。
(6)
•
i f = 3 jU ϕ ω(C1 + C2 + C3) 综上，单相接地故障特征为：
(7) 图 3 从机单元
（1）故障相对地电压为零，非故障相对地电压变为系
在图 3 所示的从机单元中，电压互感器主要负责将线
统线电压，系统的线电压仍三相对称；
路的高电压变换为低等级的标准二次电压，以此避免高电压
（2）产生与正常相电压相同大小的零序电压；
无功补偿等技术，达到故障检测及定位的效果。但在实际应
用中仍存在诸多不足之处，具体包括自动化故障处理方面难
以满足实际需求，数据监测等相关设备装置的运维成本过高
等等。此外，部分设备还会因故障波的影响而出现故障误判，
使继电保护装置错误动作，从而影响整个配电网正常运行。
有鉴于此，本文针对现有配电线路故障检测手段所存在的问 题，提出一种基于单片机的配电线路故障检测系统。
总体方案设计。
程序内存功能，能够多次进行程序烧录。此外，PIC16F877
■■2.1 整体电路原理图
型单片机还内建 ICD 功能，用户在单片机电路或产品上便
在该配电线路故障检测系统中，各配电线路分别部署单 可实现暂停处理器执行以及查看缓存器内容等操作，从而
片机单元作为从机；各从机的汇总信号传输至作为主机的单 使程序开发更加快捷。PIC16F877 型单片机的接脚图如图 4
导致器件损坏的问题；滤波电路采用Ｒ C 低通滤波器，主
（3）非故障线路的零序电流为该线路接地电容电流之 要负责消除变换后的电压的谐波，以此解决波形失真的问
和，故障线路的零序电流为非故障线路的零序电流之和；
题；运算放大器负责放大电压信号，使 A/D 采样器更加准确。
（4）接地故障处的故障电流为全部线路的接地电容电
= −3i01− 3i02
② 环境因素。10kV 配电线路受周边环境的某些外力影
线路 1 的接地电容电流为：
响，如与周边的树枝等异物接触，会导致单相接地故障的发
3i01
==
3
•
jUϕ
ωC1

(4)
生；
线路 2 的接地电容电流为：
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信息工程
3i02
==
3
•
jUϕ
片机中；主机与上位机之间以Ｒ S-485 总线进行传输；在 所示。
上位机中部署 LabVIEW 软件，以此实现故障的检测及显示。
该配电线路故障检测系统的整体பைடு நூலகம்路原理图如图 2 所示。
图 2 配电线路故障检测系统的整体电路原理图
在本文所设计的配电线路故障检测系统中，主机与从机
采用 PIC16F877 型单片机，同时采用 MAX487 芯片来实现 主机与从机之间的数据传输。