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故障电流限制器中故障传感器的改进设计与实现 　　摘 要： 故障电流限制器电流迅速提升，会产生短路问题，需要通过故障传感器检测电流限制器中的短路故障，确保故障电流限制器的顺利运行。设计并实现故障电流限制器中的故障传感器，给出故障信号采集模块设计过程，通过引进LM293差分比较器的整形电路进行整形，再传递到MSC1210单片机进行变换，并通过故障诊断模块进行分析，将分析结果反馈到上位机中，对电流限制器的故障进行处理。给出了软件设计过程。实验结果表明，所设计的传感器可及时获取反映故障电流限制器的故障信息信号，故障信号采集效率和空间性能都较高。 　　关键词： 故障电流限制器； 故障传感器； 短路故障； 传感器改进 　　中图分类号： TN61?34； TM471 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2016）22?0076?05 　　0 引 言 　　随着经济的快速增加，不同行业的电力需求不断增强，使得电力系统规模增强，对远距离、大规模输电系统的运行稳定性要求较高。电网规模的不断增加，导致电网短路容量大幅度提升，大大降低了电力系统的电能质量，通过故障电流限制器能够避免该问题的发生[1?2]。而故障电流限制器电流迅速提升，会产生短路问题，需要通过故障传感器检测电流限制器中的短路故障，确保故障电流限制器的顺利运行[3?5]。当前的故障检测方法都存在一定的缺陷，如文献[6]提出了依据SDG的故障传感器设计方法，其是一种依据图论模型的故障诊断方法，但是其适用于处理全局故障，无法及时进行局部故障的诊断和隔离，对其他部分产生严重威胁。文献[7]通过传感器实时检测故障电流限制器的变量值，合理部署监控变量的传感器，提高故障检测效率，但是该方法的耗能量较高。文献[8]分析了依据故障传递时间部署传感器的过程，实现故障电流限制器的故障诊断和管理，但是该方法未全面分析支路传播故障的性能干扰，具有一定的局限性。文献[9]通过FPSDG系统模型，集成定量信息，通过故障电流限制器的故障传播权重以及监控成本，获取故障传感器的分布优化设计方案，完成故障电流信号的检测。但是该方法对系统变量的量要求较高，局限性较强。为了提高故障电流限制器中故障信号的检测质量，设计并实现了故障电流限制器中的故障传感器，并对其故障采集和检测性能进行了改进。 　　1 故障电流限制器中故障传感器的改进设计和实现 　　1.1 故障传感器硬件系统结构设计 　　故障传感器硬件系统结构图如图1所示。从图1中可以看出，其通过故障信号采集模块输出检测信号、参考信号和电流信号，这些信号通过LM293差分比较器的整形电路进行整形，传递到MSC1210单片机进行变换，并通过故障诊断模块进行分析，并将分析结构反馈到上位机中，对电流限制器的故障进行处理。 　　故障传感器硬件电路的任何一个环节出现错误，传感器都不能正常读取电流信号值，这些错误也将呈现在上位机读取的数据中，分析这些数据特征，能够判断故障电流限制器是否处于故障状态中。 　　1.2 故障传感器中信号采集模块的设计 　　信号采集模块由电源、信号分离器、故障电流信号检测模型、故障电流信号检测单片机、故障电流信号整形电路以及故障显示器等构成，如图2所示。其中，故障传感器采用桥式电路，其输出同故障检测单片机的模拟输入端连接，完成差分式信号输入。故障检测单片机的通信接口端与故障电流信号检测模型连接，收发采集信息和命令，还与信号分离器的输入端连接，信号分离器的输出并联信号与故障显示控制器连接。 　　1.2.1 故障电流信号检测模型的设计 　　获得反映故障电流限制器中的故障的信号是故障检测的基础。电压信号能够从传感器的电容式电压互感器二次侧获取。基于罗柯夫斯基线圈构建故障电流信号检测模型，检测故障电流限制器中的故障电流信号。故障传感器采用罗柯夫斯基线圈检测故障电流限制器中的电流时，将其套装在故障电流限制器的外边，其对载流体所形成的体外电磁场波动、对载流体的电流进行检测。并将监测母线中的高电压和大电流，变换成二次侧的低电压以及小电流信号。电流会在周围形成波动的磁场，部署在电压输电线周围的检测器件，按照通过它的磁通量波动获取电动势，通过全电流定律及电磁感应定律获取罗柯夫斯基线圈感应电压e（t）为： 　　[e（t）=dφ（t）dt=-MdI（t）dt] （1） 　　式中：[φ（t）]表示磁链；M用于描述罗科夫斯基线圈互感；[I（t）]用于描述一次侧电流，故障电流限制器发生短路时，故障传感器中的罗柯夫斯基线圈输出的电压信号可描述短路电流的波动情况，反映首次一侧电流的变化率。 　　故障电流限制器中故障信号监测仿真原理图如图3所示。 　　 　　图3 故障信号检测仿真原理图 　　图3（a）中的长圆柱体为一段高压导线，取其中的某段导