專(zhuān)利名稱(chēng)：電纜及架空線混合系統(tǒng)單相接地故障定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種電力技術(shù)和設(shè)備，適用于3 IOkV中性點(diǎn)非有效接地電網(wǎng)，能夠?qū)蜗嘟拥毓收线M(jìn)行準(zhǔn)確定位。
背景技術(shù)：
我國(guó)3 60kV配電網(wǎng)廣泛采用中性點(diǎn)非有效接地方式，又稱(chēng)為小電流接地系統(tǒng)， 小電流接地系統(tǒng)的故障絕大多數(shù)是單相接地故障。發(fā)生單相接地故障時(shí)，接地電流很小，可 以在故障情況下繼續(xù)運(yùn)行1 2個(gè)小時(shí)，但是必須盡快找到故障點(diǎn)，這就提出了故障定位問(wèn)題。配電網(wǎng)單相接地故障定位問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)沒(méi)有得到很好的解決，人工巡線不僅耗費(fèi) 了大量人力物力，而且延長(zhǎng)了停電時(shí)間，影響供電安全。有文獻(xiàn)提出從PT注入高頻信號(hào)，沿 線路檢測(cè)該信號(hào)確定故障位置，但是由于線路分布電容對(duì)高頻信號(hào)形成通路，因此在經(jīng)電 阻接地時(shí)定位不準(zhǔn)確。特別是對(duì)于架空線與電纜混合系統(tǒng)，單相接地故障定位問(wèn)題長(zhǎng)期以 來(lái)沒(méi)有得到很好解決。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提出一種針對(duì)配電網(wǎng)單相接地故障 的定位裝置。該定位裝置能夠快速、準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)，并適用于架空線與電纜混合系統(tǒng)， 對(duì)于金屬性接地、經(jīng)電弧接地、經(jīng)過(guò)渡電阻接地等多種故障情況能正確定位。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種電纜及架空線混合系統(tǒng)單相接地故障定位裝置，該單相接地故障定位裝置由 高壓信號(hào)源和信號(hào)檢測(cè)器兩個(gè)部分組成，其特征為所述高壓信號(hào)源包括電壓逆變器、變壓器、整流橋、高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器，電壓逆 變器、變壓器、整流橋、高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器四個(gè)部分順次連接車(chē)載直流電源連接到所述電 壓逆變器的輸入端；所述信號(hào)檢測(cè)器包括直流檢測(cè)器和交流檢測(cè)器，所述直流檢測(cè)器由霍爾直流檢測(cè) 器、藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送器以及藍(lán)牙無(wú)線接收器組成，霍爾直流檢測(cè)器有鉗型開(kāi)口，用于套接線 路，霍爾直流檢測(cè)器與藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送器連接，藍(lán)牙無(wú)線接收器與發(fā)送器通過(guò)無(wú)線連接，藍(lán)牙 無(wú)線接收器將結(jié)果顯示到液晶上；交流檢測(cè)器由交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器及信號(hào)處理顯示裝置組 成，交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器用于檢測(cè)交流信號(hào)，所述交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器與信號(hào)處理顯示裝置相 連，通過(guò)信號(hào)處理顯示裝置將測(cè)量結(jié)果顯示到液晶上。本實(shí)用新型的故障定位裝置通過(guò)以下原理實(shí)現(xiàn)故障定位故障定位分為兩步，首先確定故障區(qū)段，然后確定故障點(diǎn)。斷開(kāi)故障線路后，在線 路故障相始端注入高壓直流信號(hào)，根據(jù)基爾霍夫定律，直流信號(hào)一定通過(guò)故障點(diǎn)構(gòu)成回路， 線路始端到故障點(diǎn)的路徑上將能夠測(cè)量到注入的直流信號(hào)，而非故障區(qū)域(包括非故障分 支以及故障點(diǎn)之后)將不能測(cè)量到注入的直流信號(hào)。因此沿線路在關(guān)鍵分支點(diǎn)處用信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)各個(gè)分支流過(guò)的直流信號(hào)，如果發(fā)現(xiàn)某一分支能夠檢測(cè)到直流信號(hào)，說(shuō)明故障 點(diǎn)在該分支的下游，如果檢測(cè)不到直流信號(hào)，說(shuō)明故障點(diǎn)在上游，直至確定故障點(diǎn)所在的區(qū) 段。如果確定故障點(diǎn)位于架空線上，在線路始端注入高壓交流信號(hào)。沿線路檢測(cè)交流 信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路某個(gè)位置前能檢測(cè)到的交流信號(hào)而之后不能檢測(cè)到信號(hào)，則確定該位置 就是故障準(zhǔn)確位置。如果故障點(diǎn)位于電纜上，解開(kāi)電纜兩端的保護(hù)層接地線后注入高壓交 流信號(hào)。如果沿線路能夠檢測(cè)到交流注入信號(hào)，說(shuō)明故障點(diǎn)直接接地，這樣當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路某個(gè) 位置前能檢測(cè)到的交流信號(hào)而之后不能檢測(cè)到信號(hào)，則確定該位置就是故障準(zhǔn)確位置。如 果沿線路不能能夠檢測(cè)到交流注入信號(hào)，說(shuō)明故障點(diǎn)是電纜線芯通過(guò)保護(hù)層外鎧經(jīng)由電纜 兩端的保護(hù)層接地線接地，故障點(diǎn)處并未直接接地，此時(shí)注入高壓脈沖信號(hào)，利用脈沖信號(hào) 的高電壓瞬時(shí)擊穿故障點(diǎn)，使交流信號(hào)通過(guò)故障點(diǎn)流入大地。如果在某個(gè)位置處之前在脈 沖信號(hào)發(fā)出瞬間能夠檢測(cè)到交流信號(hào)而之后不能檢測(cè)到信號(hào)，說(shuō)明該位置即為故障點(diǎn)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下(1)直流信號(hào)在中途沒(méi)有衰減，而且故障路徑和非故障路徑信號(hào)差別非常明顯，為 準(zhǔn)確判別故障路徑提供了條件。(2)不受線路長(zhǎng)度限制，不受線路分支數(shù)量限制。(3)架空線路定位不受故障點(diǎn)接地電阻影響。(4)不受線路上的配電變壓器數(shù)量限制。(5)能夠確定故障電纜區(qū)段。(6)對(duì)于電阻小于30kQ的故障，能夠準(zhǔn)確找到電纜線路的故障點(diǎn)。
圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是高壓信號(hào)源的原理圖；圖3是高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器的原理圖；圖4是整流橋的電路圖；圖5是直流信號(hào)檢測(cè)器的原理圖；圖6是交流信號(hào)檢測(cè)器的原理圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)如圖，通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō) 明。本實(shí)用新型故障定位裝置基于一種新的定位方法，其原理是先確定區(qū)段，然后確 定故障點(diǎn)。斷開(kāi)故障線路后，在線路始端故障相注入高壓直流信號(hào)，沿線路在關(guān)鍵分支點(diǎn) 處用信號(hào)檢測(cè)器檢測(cè)各個(gè)分支流過(guò)的直流信號(hào)，根據(jù)直流信號(hào)的變化確定故障點(diǎn)所在的區(qū) 段。如果確定故障點(diǎn)位于架空線上，在線路始端注入高壓交流信號(hào)。沿線路檢測(cè)交流 信號(hào)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路某個(gè)位置前能檢測(cè)到的交流信號(hào)而之后不能檢測(cè)到信號(hào)，則確定該位置 就是故障準(zhǔn)確位置。如果故障點(diǎn)位于電纜上，解開(kāi)電纜兩端的保護(hù)層接地線后注入高壓交流信號(hào)。如果沿線路能夠檢測(cè)到交流注入信號(hào)，說(shuō)明故障點(diǎn)直接接地，這樣當(dāng)發(fā)現(xiàn)線路某個(gè) 位置前能檢測(cè)到的交流信號(hào)而之后不能檢測(cè)到信號(hào)，則確定該位置就是故障準(zhǔn)確位置。如 果沿線路不能能夠檢測(cè)到交流注入信號(hào)，說(shuō)明故障點(diǎn)是電纜線芯通過(guò)保護(hù)層外鎧經(jīng)由電纜 兩端的保護(hù)層接地線接地，故障點(diǎn)處并未直接接地，此時(shí)注入高壓脈沖信號(hào)，利用脈沖信號(hào) 的高電壓瞬時(shí)擊穿故障點(diǎn)，使交流信號(hào)通過(guò)故障點(diǎn)流入大地。如果在某個(gè)位置處之前在脈 沖信號(hào)發(fā)出瞬間能夠檢測(cè)到交流信號(hào)而之后不能檢測(cè)到信號(hào)，說(shuō)明該位置即為故障點(diǎn)。本實(shí)用新型公開(kāi)的電纜及架空線混合系統(tǒng)單相接地故障定位裝置由高壓信號(hào)源 和信號(hào)檢測(cè)器兩個(gè)部分組成。所述的高壓信號(hào)源包括電壓逆變器、變壓器、整流橋、高壓脈 沖信號(hào)發(fā)生器，電壓逆變器、變壓器、整流橋、高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器四個(gè)部分順次連接，所述 電壓逆變器將車(chē)載直流電壓逆變?yōu)榻涣麟妷海摻涣麟妷和ㄟ^(guò)變壓器，在變壓器的輸出端 得到交流高壓信號(hào)。所述的高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器將交流高壓信號(hào)整流為脈沖信號(hào)，可以與 交流信號(hào)疊加共同輸出。所述變壓器輸出端通過(guò)開(kāi)關(guān)裝置連接到所述整流橋，整流橋輸出 經(jīng)過(guò)整流后得到直流高壓信號(hào)，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)裝置，所述高壓信號(hào)源選擇引出高壓直流信 號(hào)、高壓交流信號(hào)(可以疊加高壓脈沖信號(hào))。所述的信號(hào)檢測(cè)器分為直流檢測(cè)器和交流檢測(cè)器，直流檢測(cè)器由霍爾直流檢測(cè) 器、藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送器以及藍(lán)牙無(wú)線接收器組成，交流檢測(cè)器由交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器及信號(hào)處 理顯示環(huán)節(jié)組成。霍爾直流檢測(cè)器有鉗型開(kāi)口，用于套接線路，利用霍爾效應(yīng)對(duì)直流信號(hào) 進(jìn)行檢測(cè)，霍爾直流檢測(cè)器與藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送器連接，藍(lán)牙無(wú)線接收器與發(fā)送器在IOm范圍 內(nèi)進(jìn)行可靠的無(wú)線連接，接收器將結(jié)果顯示到液晶上。交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器用于檢測(cè)交流信 號(hào)，能夠在IOm范圍利用空間電磁場(chǎng)的電磁感應(yīng)對(duì)交流信號(hào)進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果顯示到液 晶上。信號(hào)檢測(cè)器采用手持結(jié)構(gòu)，利用電池供電。如圖1所示，定位裝置由高壓信號(hào)源和信號(hào)檢測(cè)器兩個(gè)部分組成，發(fā)生接地故障 后斷開(kāi)故障線路，將高壓信號(hào)源的輸出端子一端接在線路始端故障相上，另一端接在大地， 調(diào)整切換開(kāi)關(guān)選擇直流輸出、交流輸出或高壓脈沖輸出。利用故障檢測(cè)器沿線路對(duì)直流信 號(hào)或交流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，最終找到故障點(diǎn)位置。高壓信號(hào)源原理如圖2所示，由電壓逆變器、變壓器、整流橋、高壓脈沖信號(hào)發(fā)生 器組成，四個(gè)部件順次連接。R表示電壓逆變器，對(duì)外引出一個(gè)輸入端口 R1+、R1_，使用時(shí)接 在車(chē)載12V電源的正負(fù)極上，能夠?qū)④?chē)載12V直流電壓逆變?yōu)?20V、60Hz的交流電壓；T表 示雙繞組升壓變壓器，變比為1 14，能夠?qū)⒃呺妷荷邽?000V、60Hz的交流電壓；D表 示高壓整流橋，能夠?qū)⒔涣麟妷?、電流整流為直流電壓、電流；P表示高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器。 高壓信號(hào)源對(duì)外引出兩個(gè)高壓輸出端口，其中K1+、K1-表示引出高壓交流信號(hào)，Κ2+、Κ2-表 示引出高壓直流信號(hào)，通過(guò)切換開(kāi)關(guān)K控制輸出信號(hào)的類(lèi)型。高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器原理如圖3所示。由變壓器101、可控整流器102、儲(chǔ)能電容 103、IGBT 105、續(xù)流二極管104和脈沖變壓器106組成。變壓器的輸入端接到電壓逆變器 的輸出端上，變壓器的變比為1 14，可控整流器將交流電壓轉(zhuǎn)換為脈動(dòng)電壓，輸出到儲(chǔ)能 電容上，對(duì)儲(chǔ)能電容進(jìn)行充電，IGBT與續(xù)流二極管并聯(lián)后與脈沖變壓器串聯(lián)，再與儲(chǔ)能電容 并聯(lián)。當(dāng)儲(chǔ)能電容充滿電能時(shí)，通過(guò)觸發(fā)IGBT的控制極使得IGBT導(dǎo)通，儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電容上 的電能通過(guò)脈沖變壓器輸出端子輸出，其中Κ3+、Κ3-表示引出高壓脈沖信號(hào)。整流橋的電路圖如圖4所示。U2，i2表示升壓后的高壓交流電壓、電流，VT1、VT2、VT3、VT4表示四個(gè)高壓二極管，C表示平波電容，R表示負(fù)載。VTl和VT4組成一對(duì)橋臂，在 U2正半周承受電壓U2即導(dǎo)通，當(dāng)U2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。VT2和VT3組成另一對(duì)橋臂，在U2負(fù)半 周承受電壓-U2即導(dǎo)通，當(dāng)U2過(guò)零時(shí)關(guān)斷。電容C起到平波作用，當(dāng)電壓U2高于電容C上 的電壓時(shí)，電壓U2向電容充電，同時(shí)向負(fù)載R供電；而當(dāng)電壓U2低于電容C上的電壓時(shí)， 電 容C向負(fù)載R供電。因此整流橋能夠在輸入正弦交流電壓時(shí)保證向負(fù)載提供直流電壓、電 流，并通過(guò)平波電容保證直流電壓、電流幅值不變。直流信號(hào)檢測(cè)器原理如圖5所示，檢測(cè)器包括霍爾直流檢測(cè)器、藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送器 以及藍(lán)牙無(wú)線接收器。圖5-A為霍爾直流檢測(cè)器，其邊緣處有鉗型開(kāi)口，用于套接線路，鉗 型開(kāi)口內(nèi)部嵌入霍爾元件，能夠利用霍爾效應(yīng)對(duì)直流信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。圖5-B為采樣處理電 路及藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送器，能夠?qū)z測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大、濾波處理，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行AD轉(zhuǎn)換傳輸給 藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送器。其中8051F310為中央處理器，CA3140為運(yùn)算放大器，CRM2400為藍(lán)牙無(wú) 線模塊。圖5-C為藍(lán)牙無(wú)線接收器，能夠接收信號(hào)并將結(jié)果顯示到液晶上。其中8051F310 為中央處理器，CA3140為運(yùn)算放大器，CRM2400為藍(lán)牙無(wú)線模塊，LCM046為液晶顯示模塊。 當(dāng)線路注入直流信號(hào)后，需要登桿將檢測(cè)器鉗型口套接在線路上，在線路下方的藍(lán)牙無(wú)線 發(fā)送器能夠自動(dòng)顯示測(cè)量結(jié)果。交流信號(hào)檢測(cè)器原理如圖6所示，交流信號(hào)檢測(cè)器由交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器及信號(hào)處 理顯示環(huán)節(jié)構(gòu)成。當(dāng)注入信號(hào)為60Hz交流信號(hào)時(shí)，會(huì)在線路周?chē)臻g產(chǎn)生60Hz交變電磁 場(chǎng)。交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器是一個(gè)多匝數(shù)的感應(yīng)線圈，空間電磁場(chǎng)信號(hào)能夠在IOm范圍在感應(yīng) 器上感應(yīng)出交流電壓信號(hào)，這個(gè)電壓幅值與線路上的電流幅值成正比。感應(yīng)電壓信號(hào)經(jīng)過(guò) 放大、濾波處理后，結(jié)果顯示到液晶上。LF347是運(yùn)算放大器，用于把感應(yīng)到的60Hz交流電 壓信號(hào)放大，便于測(cè)量。LM317是穩(wěn)壓管，用于保證電池電源穩(wěn)定工作。UAF42是濾波器，用 于濾除干擾噪聲信號(hào)，提取出有用的60Hz交流信號(hào)。當(dāng)線路注入60Hz交流信號(hào)后，在線路 下方就能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行檢測(cè)并自動(dòng)顯示測(cè)量結(jié)果。
權(quán)利要求一種電纜及架空線混合系統(tǒng)單相接地故障定位裝置，該單相接地故障定位裝置由高壓信號(hào)源和信號(hào)檢測(cè)器兩個(gè)部分組成，其特征為所述高壓信號(hào)源包括電壓逆變器、變壓器、整流橋、高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器，電壓逆變器、變壓器、整流橋、高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器四個(gè)部分順次連接車(chē)載直流電源連接到所述電壓逆變器的輸入端；所述信號(hào)檢測(cè)器包括直流檢測(cè)器和交流檢測(cè)器，所述直流檢測(cè)器由霍爾直流檢測(cè)器、藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送器以及藍(lán)牙無(wú)線接收器組成，霍爾直流檢測(cè)器有鉗型開(kāi)口，用于套接線路，霍爾直流檢測(cè)器與藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送器連接，藍(lán)牙無(wú)線接收器與發(fā)送器通過(guò)無(wú)線連接，藍(lán)牙無(wú)線接收器將測(cè)量結(jié)果顯示到液晶上；交流檢測(cè)器由交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器及信號(hào)處理顯示裝置組成，交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器用于檢測(cè)交流信號(hào)，所述交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器與信號(hào)處理顯示裝置相連，通過(guò)信號(hào)處理顯示裝置將測(cè)量結(jié)果顯示到液晶上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的單相接地故障定位裝置，其特征為所述車(chē)載直流電源為 12V，所述逆變器的輸出為220V、60Hz的交流電壓，所述變壓器的輸出為3000V、60Hz交流電 壓并保證輸出電流幅值150-200mA，所述整流橋的直流輸出為3000V、150_200mA ；所述的信 號(hào)檢測(cè)器為手持式，通過(guò)電池供電。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了一種電纜及架空線混合系統(tǒng)單相接地故障定位裝置，該定位裝置由高壓信號(hào)源和信號(hào)檢測(cè)器兩個(gè)部分組成，高壓信號(hào)源由電壓逆變器、升壓變壓器、整流橋、高壓脈沖信號(hào)發(fā)生器組成，用于注入高壓直流信號(hào)、高壓流信號(hào)和高壓脈沖信號(hào)；信號(hào)檢測(cè)器分為直流檢測(cè)器和交流檢測(cè)器，直流檢測(cè)器由霍爾直流檢測(cè)器、藍(lán)牙無(wú)線發(fā)送器以及藍(lán)牙無(wú)線接收器組成，用于測(cè)量直流信號(hào)；交流檢測(cè)器由交流電磁場(chǎng)感應(yīng)器及信號(hào)處理顯示環(huán)節(jié)組成，用于測(cè)量交流信號(hào)。本實(shí)用新型技術(shù)成熟、可靠性高。
文檔編號(hào)G01R31/02GK201765290SQ20102052471
公開(kāi)日2011年3月16日 申請(qǐng)日期2010年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月10日
發(fā)明者周鴻 , 李硯, 繆偉, 齊鄭 申請(qǐng)人:安徽省電力公司蕪湖供電公司;北京丹華昊博電力科技有限公司