專利名稱：基于零序電流同步測量的配電網(wǎng)故障定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
基于零序電流同步測量的配電網(wǎng)故障定位裝置技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種電力技術(shù)和設(shè)備，尤其適用于3 35kV以架空線為主的配電網(wǎng)，能夠在發(fā)生短路故障或者單相接地故障時(shí)，快速準(zhǔn)確定位。
背景技術(shù)：
[0002]我國3 35kV配電網(wǎng)廣泛采用小電流接地方式。配電網(wǎng)的故障包括短路故障和單相接地故障。這兩種故障的特征完全不同，但是都必須盡快找到故障點(diǎn)，這就提出了故障定位問題。[0003]配電網(wǎng)故障定位問題長期以來沒有得到很好的解決，現(xiàn)場往往還在采用人工巡線的方法，人工巡線不僅耗費(fèi)了大量人力物力，而且延長了停電時(shí)間，影響供電安全。目前現(xiàn)場有三種方法進(jìn)行自動定位，第一種方法是從PT注入高頻信號，沿線路檢測該信號確定故障位置，但是由于線路分布電容對高頻信號形成通路，因此在經(jīng)電阻接地時(shí)定位不準(zhǔn)確。第二種方法是利用故障指示器的方法，由于故障指示器只能測量相電流，不能測量零序電流，所以對于短路故障效果較好，但是對于單相接地故障定位準(zhǔn)確率很低。第三種方法是安裝內(nèi)置CT的智能開關(guān)，雖然該方法可以測量零序電流，單相接地故障的定位準(zhǔn)確性也較好，但是投資較大。實(shí)用新型內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提供一種針對配電網(wǎng)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)，并適用于金屬性接地、經(jīng)電弧接地、經(jīng)過渡電阻接地等多種故障情況。定位裝置能夠?qū)崿F(xiàn)“二遙”功能，降低了用戶的投資，性價(jià)比較聞。[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型的技術(shù)方案為:提供一種基于零序電流同步測量的配電網(wǎng)故障定位裝置，包括主站和終端兩個(gè)部分:[0006]所述終端設(shè)在架空線路桿塔上、電纜分支箱或者環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)，終端輸入端接收線路CT 二次側(cè)的相電流以及零序電流信號，終端并與主站通過光纖通信或者移動通信連接；[0007]所述終端利用GPS同步測量信號，保證異地測量的信號具有時(shí)標(biāo)可比性；[0008]所述架空線路CT為開口鐵磁式結(jié)構(gòu)，套置在所述架空線路上。[0009]所述主站設(shè)在變電站內(nèi)或調(diào)度中心，主站包括光纖通信模塊和移動通信模塊。[0010]所述終端包括順次連接的電流變換器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、GPS模塊、移動通信模塊。[0011 ] 所述終端還包括太陽能充電模塊和光纖收發(fā)模塊。太陽能充電模塊用于為終端供電。[0012]所述主站為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。[0013]正常運(yùn)行時(shí)終端計(jì)算相電流的幅值、零序電流的幅值，并將結(jié)果上傳給主站，由主站顯示；發(fā)生故障后，終端采用傅立葉算法對相電流和零序電流進(jìn)行分析，將相電流和零序電流的幅值和相位信息發(fā)送給主站，主站根據(jù)所有終端的信息綜合分析計(jì)算出故障區(qū)段。主站算法采用圖論的Di jkstra搜索算法，首先從第一個(gè)終端開始分析，發(fā)現(xiàn)相電流或者零序電流越限就繼續(xù)向下游搜尋；當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)分支點(diǎn)時(shí)，向相電流或者零序電流越限的終端所在分支繼續(xù)搜尋；直至發(fā)現(xiàn)第η個(gè)終端電流越限而第n+1個(gè)終端電流沒有越限時(shí)，判斷故障位于第η個(gè)終端和第n+1個(gè)終端之間。本實(shí)用新型的故障定位裝置通過以下方法實(shí)現(xiàn)故障定位:所述的終端為適用于戶外使用的微機(jī)型裝置，安裝于架空線桿塔上、電纜分支箱或者環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)，接入CT信號。終端用于測量相電流和零序電流信號及向主站發(fā)送故障信息，由電流變換器、A/D、GPRS模塊、移動通信模塊組成。所述的主站為一臺工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，安裝于變電站內(nèi)或者調(diào)度中心，用于接收終端的信息并進(jìn)行故障定位運(yùn)算，由光纖通信模塊、移動通信模塊組成。正常運(yùn)行時(shí)終端計(jì)算相電流的幅值、零序電流的幅值，并將結(jié)果上傳給主站，由主站顯示；發(fā)生故障后，終端采用傅立葉算法對相電流和零序電流進(jìn)行分析，將相電流和零序電流的幅值和相位信息發(fā)送給主站，主站根據(jù)所有終端的信息綜合分析計(jì)算出故障區(qū)段。主站算法采用圖論的Dijkstra搜索算法，首先從第一個(gè)終端開始分析，發(fā)現(xiàn)相電流或者零序電流越限就繼續(xù)向下游搜尋；當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)分支點(diǎn)時(shí)，向相電流或者零序電流越限的終端所在分支繼續(xù)搜尋；直至發(fā)現(xiàn)第η個(gè)終端電流越限而第n+1個(gè)終端電流沒有越限時(shí)，判斷故障位于第η個(gè)終端和第n+1個(gè)終端之間。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)如下:1、能夠準(zhǔn)確確定短路故障和單相接地故障所在區(qū)段。2、能夠準(zhǔn)確測量零序電流的相位，能夠有效解決單相接地情況下的定位問題。3、可以在帶單相接地故障運(yùn)行情況下定位，提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。4、技術(shù)成熟、可靠性高，適用于3 35kV中性點(diǎn)不接地或中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)，適用于金屬性接地、經(jīng)電弧接地、經(jīng)過渡電阻接地等多種故障情況。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是短路故障時(shí)短路電流的電路圖；圖3是單相接地故障時(shí)零序電流的電路圖；圖4是終端的原理圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型提出的一種新的配電網(wǎng)故障定位裝置，其原理是利用具有套接式結(jié)構(gòu)的高精度架空線路CT實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測量架空線路的相電流和零序電流，當(dāng)發(fā)生短路故障后定位裝置根據(jù)相電流信息確定故障區(qū)段，當(dāng)發(fā)生單相接地故障后，定位裝置根據(jù)零序電流信息確定故障區(qū)段?；诒緦?shí)用新型研制的定位裝置由線路CT、終端和主站兩個(gè)部分。所述的線路CT為開口鐵磁式結(jié)構(gòu)，可以打開分為兩半套接在架空線路上，避免了將架空線路斷開的施工難度；CT精度達(dá)到I級，充分保證了測量的準(zhǔn)確性。每個(gè)檢測點(diǎn)需要在ABC三相上安裝3個(gè)CT，這樣將CT的二次側(cè)并聯(lián)就可以獲得零序電流信號。[0029]所述的終端為適用于戶外使用的微機(jī)型裝置，安裝于架空線桿塔上、電纜分支箱或者環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)，接入CT信號。終端用于測量相電流和零序電流信號及向主站發(fā)送故障信息，由電流變換器、A/D、GPRS模塊、移動通信模塊組成。正常運(yùn)行時(shí)終端計(jì)算相電流的幅值、零序電流的幅值，并將結(jié)果上傳給主站，由主站顯示；發(fā)生故障后，終端采用傅立葉算法對相電流和零序電流進(jìn)行分析，將相電流和零序電流的幅值和相位信息發(fā)送給主站，主站根據(jù)所有終端的信息綜合分析計(jì)算出故障區(qū)段。[0030]所述的主站為一臺工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，安裝于變電站內(nèi)或者調(diào)度中心，用于接收終端的信息并進(jìn)行故障定位運(yùn)算，由光纖通信模塊、移動通信模塊組成。主站算法采用圖論的Dijkstra搜索算法，首先從第一個(gè)終端開始分析，發(fā)現(xiàn)相電流或者零序電流越限就繼續(xù)向下游搜尋；當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)分支點(diǎn)時(shí)，向相電流或者零序電流越限的終端所在分支繼續(xù)搜尋；直至發(fā)現(xiàn)第η個(gè)終端電流越限而第η+1個(gè)終端電流沒有越限時(shí)，判斷故障位于第η個(gè)終端和第η+1個(gè)終端之間。[0031]如圖1所示，定位裝置由線路CT C(當(dāng)使用多組線路CT時(shí)，分別使用C-l、C-2……C-n表示)、終端B (當(dāng)使用多組與CT對應(yīng)的終端時(shí)，多個(gè)終端分別使用Β-1、Β-2……B_n表示)和主站A兩個(gè)部分，其中架空線路CT和終端配合使用，在線路的多個(gè)位置進(jìn)行安裝。終端為適用于戶外使用的低功耗微機(jī)型裝置，安裝于架空線桿塔上、電纜分支箱或者環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)，接入CT信號。終端用于測量相電流和零序電流信號及向主站發(fā)送故障信息，由電流變換器、A/D、GPS模塊、移動通信模塊和太陽能充電模塊組成。主站為一臺工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，安裝于變電站內(nèi)或者調(diào)度中心，用于接收終端的信息并進(jìn)行故障定位運(yùn)算，由光纖通信模塊、移動通信模塊組成。[0032]短路故障時(shí)短路電流的等值電路如圖2所示，線路由主干線和支線構(gòu)成。其中U為線電壓，I為故障短路電流。由于短路故障時(shí)短路電流從電源流入短路點(diǎn)，因此從電源至短路點(diǎn)之間的路徑上將會流過幅值很大的短路電流，而非故障的路徑上(包括部分主干線和支線)將不會檢測到短路電流。因此通過判斷各個(gè)終端檢測到的相電流就可以判斷故障所在區(qū)段。主站算法采用圖論的深入優(yōu)先搜索算法，首先從第一個(gè)終端開始分析，發(fā)現(xiàn)相電流越限就繼續(xù)向下游搜尋；當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)分支點(diǎn)時(shí)，向相電流越限的終端所在分支繼續(xù)搜尋；直至發(fā)現(xiàn)第η個(gè)終端相電流越限而第η+1個(gè)終端相電流沒有越限時(shí)，判斷故障位于第η個(gè)終端和第η+1個(gè)終端之間。故障時(shí)零序回路的等值電路如圖3所不。其中U0為零序電壓，I為零序電流的有功分量。零序電流的方向都是從故障點(diǎn)流向母線及線路的末端。雖然單相接地故障時(shí)在各個(gè)分支上都有零序電流，但是多數(shù)情況下從母線至接地點(diǎn)之間的路徑上的零序電流為最大，而非故障的路徑上(包括部分主干線和支線)檢測到的零序電流很小。因此通過判斷各個(gè)終端檢測到的零序電流電流就可以判斷故障所在區(qū)段。主站算法采用圖論的深入優(yōu)先搜索算法，首先從第一個(gè)終端開始分析，發(fā)現(xiàn)零序電流越限就繼續(xù)向下游搜尋；當(dāng)出現(xiàn)兩個(gè)分支點(diǎn)時(shí)，向零序電流越限的終端所在分支繼續(xù)搜尋；直至發(fā)現(xiàn)第η個(gè)終端零序電流越限而第η+1個(gè)終端零序電流沒有越限時(shí)，判斷故障位于第η個(gè)終端和第η+1個(gè)終端之間。[0034]終端的原理如圖4所示，由CPU、電流變換器、A/D、GPS模塊、移動通信模塊、光纖收發(fā)模塊組成。由小電流互感器和電阻Rz構(gòu)成電流變換器將輸電線電流變換為交流O到5V信號，交流O到5V信號輸入到輸入運(yùn)算放大器0P07中，0P07、基準(zhǔn)電壓源AD584以及電阻Rl、R2、Rf構(gòu)成比例加法器。輸入運(yùn)算放大器0P07輸出接到8051F120的Pl.0管腳上，8051F120內(nèi)部含有ADC和附加基準(zhǔn)電壓源，對模擬信號進(jìn)行AD采樣，采樣后CPU計(jì)算出信號特征。8051F120通過P4和P5這兩個(gè)I/O 口中的P4.0-P4.7和P5.0-P5.6接點(diǎn)分別與移動通信模塊M1206的Sub HD Pinl5端口的15個(gè)接點(diǎn)——對應(yīng)相連，用于驅(qū)動移動通信模塊M1206，采用移動通信方式向主站發(fā)送特征數(shù)據(jù)。HFBR14為光纖發(fā)送模塊，HFBR24為光纖接收模塊，8051F120芯片通過UARTO連接到光纖收發(fā)模塊，采用光纖通信方式向主站發(fā)送特征數(shù)據(jù)。8051F120通過P6.1、P6.2、P6.3、P6.4與作為下位機(jī)GPS模塊的GPS模塊M-87的端口 TXA、RXA、RXB、IPPS對應(yīng)相連，用于接收秒脈沖和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘數(shù)據(jù)。 以上所揭露的僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本實(shí)用新型之權(quán)利范圍，因此依本實(shí)用新型權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬于本實(shí)用新型所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求1.基于零序電流同步測量的配電網(wǎng)故障定位裝置，包括主站和終端兩個(gè)部分，其特征在于: 所述終端設(shè)在架空線路桿塔上、電纜分支箱或者環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)，終端輸入端接收線路CT 二次側(cè)的相電流以及零序電流信號，終端并與主站通過光纖通信或者移動通信連接； 所述主站設(shè)在變電站內(nèi)或調(diào)度中心，主站包括光纖通信模塊和移動通信模塊。
2.如權(quán)利要求1所述的基于零序電流同步測量的配電網(wǎng)故障定位裝置，其特征在于:所述終端包括順次連接的電流變換器、A/D轉(zhuǎn)換模塊、GPS模塊、移動通信模塊。
3.如權(quán)利要求2所述的基于零序電流同步測量的配電網(wǎng)故障定位裝置，其特征在于:所述終端還包括太陽能充電模塊和光纖收發(fā)模塊。
4.如權(quán)利要求1所述的基于零序電流同步測量的配電網(wǎng)故障定位裝置，其特征在于:所述主站為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。
專利摘要本實(shí)用新型公開了基于零序電流同步測量的配電網(wǎng)故障定位裝置，包括主站和終端兩個(gè)部分所述終端設(shè)在架空線路桿塔上、電纜分支箱或者環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)，終端輸入端接收線路CT二次側(cè)的相電流以及零序電流信號，終端并與主站通過光纖通信或者移動通信連接；該定位裝置能夠快速、準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)，并適用于金屬性接地、經(jīng)電弧接地、經(jīng)過渡電阻接地等多種故障情況。定位裝置能夠?qū)崿F(xiàn)“二遙”功能，降低了用戶的投資，性價(jià)比較高。
文檔編號G01R31/08GK203054159SQ20132000486
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者林道鴻, 蔡志偉, 蔡淵, 李硯 申請人:海南電力技術(shù)研究院, 北京丹華昊博電力科技有限公司