CN101382577B - 配电网单相接地故障定位装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网单相接地故障定位新方法，该方法适用于3～60kV中性点非有效接地电网。定位方法原理为：首先在线路始端注入高压直流信号，沿线路检测直流信号确定故障区域；然后在线路始端注入高压交流信号，沿线路检测交流信号确定故障点位置。基于本发明研制的定位装置由高压信号源和信号检测器两个部分组成，高压信号源由电压逆变器、恒流源、变压器、整流桥组成，用于注入高压直流信号和交流信号；信号检测器分为直流检测器和交流检测器，直流检测器由霍尔直流检测器、蓝牙无线发送器以及蓝牙无线接收器组成，用于测量直流信号；交流检测器由交流电磁场感应器及信号处理显示环节组成，用于测量交流信号。本发明技术成熟、可靠性高。

Description

配电网单相接地故障定位装置

技术领域

本发明属于一种电力技术和设备，适用于3～60kV中性点非有效接地电网，能够对单相接地故障进行准确定位。

背景技术

我国3～60kV配电网广泛采用中性点非有效接地方式，又称为小电流接地系统，小电流接地系统的故障绝大多数是单相接地故障。发生单相接地故障时，接地电流很小，可以在故障情况下继续运行1～2个小时，但是必须尽快找到故障点，这就提出了故障定位问题。

配电网单相接地故障定位问题长期以来没有得到很好的解决，人工巡线不仅耗费了大量人力物力，而且延长了停电时间，影响供电安全。有文献提出从PT注入高频信号，沿线路检测该信号确定故障位置，但是由于线路分布电容对高频信号形成通路，因此在经电阻接地时定位不准确。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术上的不足，提出新的定位方法，并提供一种针对配电网单相接地故障的定位装置。该定位装置能够快速、准确地确定故障点，并适用于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。

本发明的技术方案如下：

一种配电网单相接地故障定位装置，该单相接地故障定位装置由高压信号源和信号检测器两个部分组成，所述高压信号源对外引出四个高压端子，分别引出高压直流信号和高压交流信号，并通过切换开关选择直流或交流输出；所述信号检测器包括直流检测器和交流检测器，分别用于检查故障线路上的直流信号和交流信号。

当中性点非有效接地电力系统发生单相接地时，在断开故障线路后，通过所述高压信号源在故障线路始端故障相注入高压直流信号，沿线路在关键分支点处通过所述信号检测器检测各个分支流过的直流高压信号，根据直流信号的变化确定故障点所在的区段；当故障区段小于1000m时，通过所述高压信号源在线路始端故障相注入所述的交流高压信号，沿线路用信号检测器检测交流信号，确定故障点准确位置。所述的高压信号源由电压逆变器、恒流源、变压器、整流桥组成，四个部件顺次连接，电压逆变器外接车载电源，能够将车载直流电压逆变为交流电压，该交流电压通过恒流源和变压器升高为高压交流电压并保证输出电流幅值不变，整流桥将交流电压、电流整流为直流电压、电流。高压信号源对外引出四个高压端子，分别引出高压交流信号和高压直流信号，并通过切换开关选择直流或交流输出。

本发明的故障定位装置通过以下方法实现故障定位：

故障定位分为两步，首先确定故障区段，然后确定故障点。断开故障线路后，在线路故障相始端注入高压直流信号，根据基尔霍夫定律，直流信号一定通过故障点构成回路，线路始端到故障点的路径上将能够测量到注入的直流信号，而非故障区域(包括非故障分支以及故障点之后)将不能测量到注入的直流信号。因此沿线路在关键分支点处用信号检测器检测各个分支流过的直流信号，如果发现某一分支能够检测到直流信号，说明故障点在该分支的下游，如果检测不到直流信号，说明故障点在上游，直至确定故障点所在的区段。

当确定故障区段在1000m范围以内后，在线路故障相始端注入高压交流信号，由于区段内线路长度较短，因此电容电流影响很小，故障点前后的交流信号将出现5倍以上的幅值变化。沿线路用信号检测器检测交流信号，可以确定故障准确位置。

本发明的优点如下：

1、能够确定故障点的准确位置。

2、不受线路分布电容的影响，能够有效解决高阻接地情况下的定位问题。

3、不用在每条线路上安装装置，利用一套装置可以进行多条线路的定位，极大的节约成本。

4、高压信号源采用车载电源供电，信号检测器采用手持结构、利用电池供电，便于野外操作，灵活性高。

5、采用高压信号源，可以保证击穿接地故障点，使故障重现；采用60Hz交流信号，可以保证不受工频信号的干扰，提高测量精度。

6、技术成熟、可靠性高，适用于3～60kV配电网，适用于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是高压信号源的原理图；

图3是恒流源的原理图；

图4是整流桥的电路图；

图5是直流信号检测器的原理图；

图6是交流信号检测器的原理图。

具体实施方式

下面结合说明书如图，通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

本发明提出的一种新的定位方法，其原理是先确定区段，然后确定故障点。断开故障线路后，在线路始端故障相注入高压直流信号，沿线路在关键分支点处用信号检测器检测各个分支流过的直流信号，根据直流信号的变化确定故障点所在的区段。当故障区段小于1000m时，在线路始端故障相注入高压交流信号，沿线路用信号检测器检测交流信号，确定故障准确位置。该方法属于首创。

基于本发明研制的定位装置由高压信号源和信号检测器两个部分组成。所述的高压信号源由电压逆变器、恒流源、变压器、整流桥组成，四个部件顺次连接，电压逆变器外接车载电源，能够将车载直流电压逆变为交流电压，该交流电压通过恒流源和变压器升高为高压交流电压并保证输出电流幅值不变，整流桥将交流电压、电流整流为直流电压、电流。高压信号源对外引出四个高压端子，分别引出高压交流信号和高压直流信号，并通过切换开关选择直流或交流输出。

所述的信号检测器分为直流检测器和交流检测器，直流检测器由霍尔直流检测器、蓝牙无线发送器以及蓝牙无线接收器组成，交流检测器由交流电磁场感应器及信号处理显示环节组成。霍尔直流检测器有钳型开口，用于套接线路，利用霍尔效应对直流信号进行检测，霍尔直流检测器与蓝牙无线发送器连接，蓝牙无线接收器与发送器在10m范围内进行可靠的无线连接，接收器将结果显示到液晶上。交流电磁场感应器用于检测交流信号，能够在10m范围利用空间电磁场的电磁感应对交流信号进行测量，测量结果显示到液晶上。信号检测器采用手持结构，利用电池供电。

故障定位分为两步，首先确定故障区段，然后确定故障点。断开故障线路后，在线路故障相始端注入高压直流信号，根据基尔霍夫定律，直流信号一定通过故障点构成回路，线路始端到故障点的路径上将能够测量到注入的直流信号，而非故障区域(包括非故障分支以及故障点之后)将不能测量到注入的直流信号。因此沿线路在关键分支点处用信号检测器检测各个分支流过的直流信号，如果发现某一分支能够检测到直流信号，说明故障点在该分支的下游，如果检测不到直流信号，说明故障点在上游，直至确定故障点所在的区段。

当确定故障区段在1000m范围以内后，在线路故障相始端注入高压交流信号，由于区段内线路长度较短，因此电容电流影响很小，故障点前后的交流信号将出现5倍以上的幅值变化。沿线路用信号检测器检测交流信号，可以确定故障准确位置。

如图1所示，定位装置由高压信号源和信号检测器两个部分组成，发生接地故障后断开故障线路，将高压信号源的输出端子一端接在线路始端故障相上，另一端接在大地，调整切换开关选择直流输出或交流输出。利用故障检测器沿线路对直流信号或交流信号进行检测，最终找到故障点位置。

高压信号源原理如图2所示，由电压逆变器、恒流源、变压器、整流桥组成，四个部件顺次连接。R表示电压逆变器，对外引出一个输入端口R1+、R1-，使用时接在车载12V电源的正负极上，能够将车载12V直流电压逆变为220V、60Hz的交流电压；Z表示恒流源，可以控制变压器低压侧的电流为恒定3A，从而保证变压器高压侧的电流为恒定200mA；T表示双绕组升压变压器，变比为1∶14，能够将原边电压升高为3000V、60Hz的交流电压；D表示高压整流桥，能够将交流电压、电流整流为直流电压、电流。高压信号源对外引出两个高压输出端口，其中K1+、K1-表示引出高压交流信号，K2+、K2-表示引出高压直流信号，通过切换开关K控制输出信号的类型。

恒流源原理如图3所示。输入端口AN外接逆变器R的交流电压输出端口，电流互感器用于测量回路中的电流幅值，x1和x2作为电流互感器的二次侧与CPU连接，CPU检测回路的电流并通过驱动电路控制可控硅K1、K2的触发脉冲G1、G2，构成闭环反馈控制。当回路中的电流低于设定值时，触发脉冲减小可控硅的导通角使回路电流增加；当回路中的电流高于设定值时，触发脉冲增大可控硅的导通角使回路电流减小，这样保证了回路电流为设定的恒定电流。

整流桥的电路图如图4所示。U2，i2表示升压后的高压交流电压、电流，VT1、VT2、VT3、VT4表示四个高压二极管，C表示平波电容，R表示负载。VT1和VT4组成一对桥臂，在U2正半周承受电压U2即导通，当U2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在U2负半周承受电压-U2即导通，当U2过零时关断。电容C起到平波作用，当电压U2高于电容C上的电压时，电压U2向电容充电，同时向负载R供电；而当电压U2低于电容C上的电压时，电容C向负载R供电。因此整流桥能够在输入正弦交流电压时保证向负载提供直流电压、电流，并通过平波电容保证直流电压、电流幅值不变。

直流信号检测器原理如图5所示，检测器包括霍尔直流检测器、蓝牙无线发送器以及蓝牙无线接收器。A为霍尔直流检测器，其边缘处有钳型开口，用于套接线路，钳型开口内部嵌入霍尔元件，能够利用霍尔效应对直流信号进行检测。B为采样处理电路及蓝牙无线发送器，能够对检测信号进行放大、滤波处理，并对信号进行AD转换传输给蓝牙无线发送器。其中8051F310为中央处理器，CA3140为运算放大器，CRM2400为蓝牙无线模块。C为蓝牙无线接收器，能够接收信号并将结果显示到液晶上。其中8051F310为中央处理器，CA3140为运算放大器，CRM2400为蓝牙无线模块，LCM046为液晶显示模块。当线路注入直流信号后，需要登杆将检测器钳型口套接在线路上，在线路下方的蓝牙无线发送器能够自动显示测量结果。

交流信号检测器原理如图6所示，交流信号检测器由交流电磁场感应器及信号处理显示环节构成。当注入信号为60Hz交流信号时，会在线路周围空间产生60Hz交变电磁场。交流电磁场感应器是一个多匝数的感应线圈，空间电磁场信号能够在10m范围在感应器上感应出交流电压信号，这个电压幅值与线路上的电流幅值成正比。感应电压信号经过放大、滤波处理后，结果显示到液晶上。LF347是运算放大器，用于把感应到的60Hz交流电压信号放大，便于测量。LM317是稳压管，用于保证电池电源稳定工作。UAF42是滤波器，用于滤除干扰噪声信号，提取出有用的60Hz交流信号。当线路注入60Hz交流信号后，在线路下方就能够对信号进行检测并自动显示测量结果。

Claims (5)

1.一种配电网单相接地故障定位装置，该单相接地故障定位装置由高压信号源和信号检测器两个部分组成，所述高压信号源对外引出四个高压端子，分别用于引出高压直流信号和高压交流信号，并通过切换开关选择直流或交流输出；所述信号检测器包括直流检测器和交流检测器，分别用于检查故障线路上的直流信号和交流信号；其特征为：

当中性点非有效接地电力系统发生单相接地时，在断开故障线路后，通过所述高压信号源在故障线路始端故障相注入高压直流信号，沿线路在关键分支点处通过所述信号检测器检测各个分支流过的直流信号，根据直流信号的变化确定故障点所在的区段；当故障区段小于1000m时，通过所述高压信号源在线路始端故障相注入所述的高压交流信号，沿线路用信号检测器检测交流信号，确定故障点准确位置；

所述高压信号源包括电压逆变器、恒流源、变压器、整流桥，电压逆变器、恒流源、变压器、整流桥四个部分顺次连接，所述电压逆变器将车载直流电压逆变为交流电压，该交流电压依次通过恒流源和变压器，在变压器的输出端得到一输出电流恒定的高压交流信号，所述变压器输出端还通过开关连接到所述整流桥，整流桥输出经过整流后的高压直流信号，通过切换开关装置，所述高压信号源选择引出高压交流信号和高压直流信号。

2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障定位装置，其特征为：如果发现某一分支能够检测到直流信号，说明故障点在该分支的下游，如果检测不到直流信号，说明故障点在上游，直至确定故障点所在的区段。

3.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障定位装置，其特征为：当在线路故障相始端注入高压交流信号时，沿线路用信号检测器检测交流信号，当发现线路某个位置前后检测到的交流信号幅值相差5倍以上，则确定该位置就是故障准确位置。

4.根据权利要求1至3之一所述的配电网单相接地故障定位装置，其特征为：

所述信号检测器包括直流检测器和交流检测器，所述直流检测器由霍尔直流检测器、蓝牙无线发送器以及蓝牙无线接收器组成，霍尔直流检测器有钳型开口，用于套接线路，利用霍尔效应对直流信号进行检测，霍尔直流检测器与蓝牙无线发送器连接，蓝牙无线接收器与发送器通过无线连接，蓝牙无线接收器将结果显示到液晶上；交流检测器由交流电磁场感应器及信号处理显示装置组成，交流电磁场感应器用于检测交流信号，利用空间电磁场的电磁感应对交流信号进行测量，通过信号处理显示装置将测量结果显示到液晶上。

5.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障定位装置，其特征为：所述车载直流电压为12V，所述逆变器的输出为220V、60Hz的交流电压，所述变压器的输出为3000V、60Hz交流电压并保证输出电流幅值200mA不变。

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