CN101478150A - 输配电线路状态智能诊断方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种输配电线路状态智能诊断方法及其装置，当输配电线路发生短路故障时，断路器跳闸，触发控制装置，立即将合闸回路闭锁，启动线路状态传感器对线路每相的对地绝缘状态进行检测，即检测输配电线路的故障相绝缘电阻R_m的恢复情况，并将故障相绝缘电阻R_m与设定的绝缘电阻值R_j比较，当R_m＜R_j时，合闸回路继续闭锁；当R_m＞R_j时，合闸回路进行合闸。该输配电线路状态智能诊断装置包括主控制单元、比较控制器以及线路状态传感器。本发明是一种结构简单紧凑、成本低廉、可靠性好、安装方便、操作简易、安全性更好的输配电线路状态智能诊断方法及装置。

Description

输配电线路状态智能诊断方法及装置

技术领域

本发明主要涉及到输配电线路的故障诊断领域，特指一种输配电线路状态智能诊断方法及装置，具体适用于智能诊断输配电线路是否可以合闸。

背景技术

自动重合闸在电力系统中已有几十年的运行经验，在自动重合闸带来巨大的经济效益的同时，也给电力系统带来了一些不利的影响。主要表现为自动重合闸无法辨别可自恢复故障和不可自恢复故障。可自恢复故障即有些故障当接地短路消除后，线路绝缘自动恢复，比如雷击架空线路杆塔使线路跳闸，线路绝缘不会发生暂时性的损坏或老化，线路状态属于可自恢复故障；不可自恢复故障即当线路发生故障时，线路发生永久性损害或老化，线路状态不可以自己恢复到原有的状态。当线路自动重合闸重合于不可自恢复的永久性故障时，电力系统再一次受短路电流冲击，可能使电力系统失去稳定性，使事故扩大、甚至发生“火烧连营事故”；其次，断路器在短时间内连续两次切断短路电流，恶化了断路器的工作条件。

在配电线路中投运自动重合闸装置，能有效减小配电线路中瞬时性故障引起的停电事故。并且能够迅速排除因瞬时性故障造成停电事故，对于提高配电线路的供电可靠性的作用是非常明显的。但是自动重合闸在实际电力生产中也有其固有的缺陷，配电线路中，线路形式多样，存在架空线路、架空绝缘线路、电缆线路等，在架空线路中可以投运自动重合闸，因为在架空线路中使用的绝缘子大都是可以自行恢复的绝缘子，待故障消失后，自动重合闸合闸，则线路重新恢复运行。而在电缆线路中，一旦出现故障则大都为永久性故障，此时投运自动重合闸，不但不能切除故障，而且会使故障范围进一步扩大。故，自动重合闸如果是合到不可自恢复故障点，会造成事故扩大，发生使电缆或设备损坏事故，或者发生“火烧连营事故”。不管配电网的网络结构和线路组成，不适当的强调自动重合闸的投运率，在某种程度上说是增大了配电网发生事故的风险。

针对以上的情况，近20年来，国内外学者从不同的角度进行了大量的研究。并将研究重点放在了对可自恢复故障和不可自恢复故障的判断上，概括起来主要有以下几种方法：

1、首先提出电压判据和电压补偿判据，该方法主要利用故障相发生瞬时故障时存在电容耦合电压、而发生永久性故障时则不存在该电压的特性来区分永久性故障与瞬时性故障，它的主要不足在于灵敏度低，其耐过渡电阻能力是以牺牲线路适用长度为代价且受系统运行方式的影响。

2、还有一些学者利用人工神经网络(ANN)技术识别永久性故障和瞬时性故障，这种方法精度虽然很高，但是训练神经网络需要做大量的故障计算，实现较复杂，目前难以应用到实际系统。

3、提出的利用空气中电弧的特性识别瞬时性与永久性故障的数字信号处理算法，但因建立准确的电弧模型非常困难，且由于不同类型的电弧特性存在差异，致使该方法的普遍适用性受到限制。

4、近年来，有的研究人员认为可以利用故障暂态产生的高频信号来识别永久性故障与瞬时性故障，但由于高频信号、特别是电压高频信号在现场受CVT的影响而难以采集。因此需要利用其他方法(如需安装专用的高频信号采集设备)来获取。用暂态量实现自适应重合闸的研究刚刚起步，很多相关技术并不成熟，无法应用于电力系统的生产中。

实际上在配电网的运行中，上述的各种方法由于其局限性与稳定性的差异，应用的并不广泛。特别是在配电网中，由于配电网网络结构复杂，线路形式多样，绝缘水平低，导致这些方法并没有实际运用到电力生产中去。所以，有必要开发出一种可以自动识别可自恢复故障和不可自恢复故障的装置，它可以迅速判断配电网的故障类别，进而辨别出自动重合闸是否投运。这样可以有力地提高配电线路的供电可靠性。

自动重合闸技术自20世纪30年代问世以来获得了广泛的应用，它主要针对配电网运行中出现的可自恢复故障的处理和防雷保护中发挥了重要作用。在十几年的电网运行实践所证明，对于提高非永久性短路时的供电连续性以及电力系统的安全稳定运行起到了非常重要的作用。在配电线路中投运自动重合闸装置，能有效减小配电线路中因雷击造成的破坏范围，并且能够迅速排除因雷害造成的绝缘子闪络等瞬时性故障，对于提高配电线路的供电可靠性的作用是非常明显的。但是自动重合闸在实际电力生产中也有其固有的缺陷，在架空线路中可以投运自动重合闸，因为在架空线路中因为瞬时性故障造成的跳闸，待故障消失后，自动重合闸合闸，则线路重新恢复运行。

但是自动重合闸在实践运行中所处理的故障主要属于瞬时性故障，对于永久性故障，例如在配电线路中，配电网由于其线路绝缘水平较低，且网络结构复杂，在发生雷害事故之后，特别是在架空电线路中，雷击断线之后造成线路相接地短路故障，在线路跳闸之后，重合闸会根据预先设定时间自动合闸，但是线路断线之后绝缘无法恢复，线路合闸之后故障仍然存在，如果在此时重合闸，将会合在永久性故障上，并可能造成设备损害与人员伤亡。由于上述原因的存在，很多地区的电网运行特别是在配电网的运行中对自动重合闸的投运都有所顾忌，甚至很多单位不敢使用自动重合闸。这样极大的影响了配电网的供电可靠性，影响了配电网的安全稳定运行。使它无法对故障类别进行有效的判别，极大的影响了电力生产的稳定性与可靠性。

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、可靠性好、安装方便、操作简易、安全性更好的输配电线路状态智能诊断方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：当输配电线路发生短路故障时，断路器跳闸，此时跳闸信号启动装置发出闭锁信号到合闸回路将合闸回路闭锁，启动线路传感器对故障线路中的绝缘电阻进行检测，即测出线路的故障相绝缘电阻R_m及其恢复情况，并将R_m与线路对地绝缘电阻设定值R_j比较，当R_m<R_j时，合闸回路继续闭锁；当R_m>R_j时，合闸回路进行合闸。

在输配电线路上设置用于提供直流电压和采集直流电流信号的线路状态传感器，所述线路状态传感器由直流电压源、可控硅、保护电阻R和采样电阻R_i组成；当输配电线路发生故障时，线路状态传感器与故障相绝缘电阻R_m构成阻抗回路，线路状态传感器检测线路阻抗，采集线路阻抗回路中采样电阻R_i的电流信号，并根据公式 $R=\frac{U}{I},$ 得到故障相接地电阻R_m的值。

一种输配电线路状态智能诊断装置，其特征在于：它包括主控制单元、比较控制器以及线路状态传感器，所述主控制单元接收到跳闸信号后，发出闭锁信号至合闸回路，同时发出触发信号至线路状态传感器；所述线路状态传感器用来采集线路阻抗回路中的电流信号，得到故障相绝缘电阻R_m的值后送至比较控制器进行处理，比较控制器将处理结果传送至主控制单元后，主控制单元经输出端对合闸回路发出继续闭锁或合闸的信号。

所述线路状态传感器包括直流电压源、可控硅、保护电阻R和采样电阻R_i，所述直流电压源用来给故障线路回路提供直流电压；所述可控硅用来当配电线路正常工作时，它保持在非导通状态。当配电线路发生故障时，控制单元发出一个较小的控制信号对其触发使可控硅导通，一旦导通就算撤离触发信号它也保持导通状态；所述保护电阻R防止线路因电流过大而使电压源、可控硅、主控制器和采样电阻R_i烧坏；采样电阻R_i用来采集线路中的阻抗回路中电流，与故障相绝缘电阻R_m组成阻抗回路。

所述线路状态传感器依次经交流电流转直流电压转换单元和A/D转换单元与比较控制器、主控制单元相连，所述交流电流转直流电压转换单元用于将交流电流信号转换为直流电压信号。

所述主控制单元与一时钟模块相连。

与现有技术相比，本发明的优点就在于：本发明的输配电线路状态智能诊断方法及装置，可以有效的诊断配电线路所发生的故障，对线路状态进行判别，区分可自恢复故障和不可自恢复故障，从而保证电力系统安全有效的运行，保障人民的生命财产安全，具有很好的应用价值。本发明具有结构简单紧凑、成本低廉、可靠性好、安装方便、操作简易、安全性更好等优点，还可以进行自动跟踪故障点、可以自动鉴别可自恢复故障和不可自恢复故障等特点，为保证电力系统中投入自动重合闸时，遇到永久性故障点而致使电力系统事故扩大等现在得到有效的抑制；改变电力系统无法识别可自恢复故障和不可自恢复故障而随即投入自动重合闸。

附图说明

图1是本发明方法的原理示意图；

图2是本发明装置的框架结构示意图；

图3是具体实施例中主控制单元的电路原理示意图；

图4是具体实施例中A/D转换单元的电路原理示意图；

图5是具体实施例中交流电流转直流电压转换单元的电路原理示意图；

图6是具体实施例中线路状态传感器的电路原理示意图。

图例说明

1、主控制单元         2、比较控制器

3、线路状态传感器     4、合闸回路

5、分闸回路           31、直流电压源

32、可控硅            33、保护电阻

34、采样电阻R_i

6、时钟模块

7、交流电流转直流电压转换单元

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，本发明的输配电线路状态智能诊断方法，当输配电线路发生故障时，断路器跳闸，此时将合闸回路4闭锁，采集输配电线路中故障相绝缘电阻R_m及其恢复情况，将故障相绝缘电阻R_m与线路对地绝缘电阻R_j比较，当R_m<R_j时，合闸回路4继续闭锁；当R_m>R_j时，合闸回路4进行合闸。R_j为输配电线路正常工作时，线路对地的绝缘阻抗的最小值。现场测量后，储存在控制系统中，R_j为一定值。本实施例中，在输配电线路上设置用于提供直流电压和采集电流信号的线路状态传感器3，所述线路状态传感器3由直流电压源31、可控硅32、保护电阻R33和采样电阻R_i34组成；当输配电线路发生故障时，线路状态传感器3与故障相接地电阻R_m构成阻抗回路，线路状态传感器3检测线路阻抗，采集线路阻抗回路中的电流信号，并根据公式 $R=\frac{U}{I},$ 得到故障相绝缘电阻R_m的值。本发明所基于的原理就在于：线路在正常工作时，三相对地绝缘电阻R_j是一个定值，可以根据现场试验测试出来。当线路发生自恢复性故障时，主控制单元1这时检测到的信号R_m大于R_j；但是当线路发生非自恢复性故障时，这时检测到的信号R_m小于R_j，根据此原理这样就可以判断出线路的故障状态。

如图2所示，依据上述方法，本发明进一步提供一种输配电线路状态智能诊断装置，它包括主控制单元1、比较控制器2以及线路状态传感器3，主控制单元1接收到跳闸信号后，发出闭锁信号至合闸回路4，同时发出触发信号至线路状态传感器3；线路状态传感器3用来采集线路阻抗回路中采样电阻的电流信号，得到故障相绝缘电阻R_m的值后送至比较控制器2进行处理，比较控制器2将处理结果传送至主控制单元1后，主控制单元1经输出端对合闸回路4发出继续闭锁或合闸的信号。如图6所示，在本实施例中，线路状态传感器3包括直流电压源31、可控硅32、保护电阻R33和采样电阻R_i34，直流电压源31用来提供直流电压，可控硅32、保护电阻33与故障相绝缘电阻R_m组成阻抗回路。保护电阻R33用以防止因回路电流过大，使得直流电压源31、可控硅32、主控制单元1和采样电阻R_i34烧毁。可控硅32用来当配电线路正常工作时，它保持在非导通状态。当配电线路发生故障时，主控制单元1发出一个较少的控制信号对其触发使其导通，一旦导通就算撤离触发信号它也保持道通状态；采样电阻R_i34用来采集线路中的阻抗回路中电流，与故障相绝缘电阻R_m组成阻抗回路。本实施例中，线路状态传感器3依次经交流电流转直流电压转换单元7和A/D转换单元与比较控制器2、主控制单元1相连，交流电流转直流电压转换单元7用于将交流电流信号转换为直流电压信号。主控制单元1与一时钟模块6相连。

参见图3所示，为本发明具体实施例中主控制单元1的电路原理示意图，ICl为主控制单元1，其采用型号为AT89S52的芯片，它是整个系统的数据处理与控制中心。图中主控制单元1的外部中断1(INT1口)用于接收分闸回路5的跳闸信号。当线路发生故障而跳闸时，分闸回路5将有一个相应的信号传至INT1口，使主控制单元1转去执行响应的中断程序。主控制单元1的P1.0口与合闸回路4相连。当主控制单元1响应外部中断1时，主控制单元1通过P1.0向合闸回路4发出一个锁闭信号，使之处于锁闭状态，防止产生误动作。然后再对故障进行判断，若为永久性故障，则P1.0保持原来的锁闭状态，若为瞬时性故障，则通过P1.0向合闸回路4发出一个合闸信号。

故障判断的具体过程：由于电阻为非电信号，无法用主控制单元1直接进行判断，比较控制器2通过对电流信号的比较来进行判断。首先将选定的标准电阻对应的电流(I0)依次通过交流电流转直流电压转换单元和A/D转换单元转换为一个8位数字信号，并将其作为比较的门槛值，即三相对地绝缘电阻R_j。然后在每次进行检测时，必然会采集到一个电流(IC)，该电流依次通过上述两个单元的转换后也会产生一个对应的数字信号，在编写程序时，可以将该数字信号与三相对地绝缘电阻R_j进行比较，从而确定故障的类型。当它大于门槛值时，为永久性故障；当它小于或等于门槛值时即为瞬时性故障。

图4为本发明具体实施例中A/D转换单元的电路原理示意图，主要功能是将外部模拟信号转换为可供主控制单元1和比较控制器2处理的数字信号。图中U1采用芯片AD0809，由通道0(IN0)输入需要转换的模拟信号；D0—D7分别连接至主控制单元1的P0.0—P0.7口，用于将8位转换结果送入主控制单元1进行处理。因为AD0809内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500KHZ，而主控制单元1的输出频率为晶振频率的1/6(2MHZ)，故主控制单元1与时钟模块6SUN7474连接，提供AD0809的工作时钟。

图5为本发明具体实施例中交流电流转直流电压转换单元的电路原理示意图，由于通过传感器采集到的是交流电流信号，需要将其转换为直流电压信号才能进行处理。图中利用R2将交流电流转化为交流电压，C₇、R₃、R₄、D₁、D₂、IC_3A将交流电压转化为直流电压。为了使转化所得到的信号满足要求，将直流电压再经IC_3B进行放大，然后从AD0809的通道0(INO)输入，进行模数转换。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1、一种输配电线路状态智能诊断方法，其特征在于：当输配电线路发生短路故障时，断路器跳闸，此时跳闸信号启动装置发出闭锁信号到合闸回路将合闸回路闭锁，启动线路传感器对故障线路中的绝缘电阻进行检测，即测出线路的故障相绝缘电阻R_m及其恢复情况，并将R_m与线路对地绝缘电阻设定值R_j比较，当R_m<R_j时，合闸回路继续闭锁；当R_m>R_j时，合闸回路进行合闸。

2、根据权利要求1所述的输配电线路状态智能诊断方法，其特征在于：在输配电线路上设置用于提供直流电压和采集直流电流信号的线路状态传感器，所述线路状态传感器由直流电压源、可控硅、保护电阻R和采样电阻R_i组成；当输配电线路发生短路故障时，线路状态传感器与故障相绝缘电阻R_m构成阻抗回路，线路状态传感器检测线路阻抗，采集线路阻抗回路中采样电阻R_i的电流信号，并根据公式 $R=\frac{U}{I},$ 得到故障相绝缘电阻R_m的值。

3、一种输配电线路状态智能诊断装置，其特征在于：它包括主控制单元(1)、比较控制器(2)以及线路状态传感器(3)，所述主控制单元(1)接收到跳闸信号后，发出闭锁信号至合闸回路(4)，同时发出触发信号至线路状态传感器(3)；所述线路状态传感器(3)用来采集线路阻抗回路中的电流信号，得到故障相绝缘电阻R_m的值后送至比较控制器(2)进行处理，比较控制器(2)将处理结果传送至主控制单元(1)后，主控制单元(1)经输出端对合闸回路(4)发出继续闭锁或合闸的信号。

4、根据权利要求3所述的输配电线路状态智能诊断装置，其特征在于：所述线路状态传感器(3)包括直流电压源(31)、可控硅(32)、保护电阻R(33)以及采样电阻R_i(34)，所述直流电压源(31)用来提供直流电压，可控硅(32)、保护电阻R(33)、采样电阻R_i(34)与故障相绝缘电阻R_m组成阻抗回路。

5、根据权利要求3或4所述的输配电线路状态智能诊断装置，其特征在于：所述线路状态传感器(3)依次经交流电流转直流电压转换单元(7)和A/D转换单元与比较控制器(2)、主控制单元(1)相连，所述交流电流转直流电压转换单元(7)用于将交流电流信号转换为直流电压信号。

6、根据权利要求5所述的输配电线路状态智能诊断装置，其特征在于：所述主控制单元(1)与一时钟模块(6)相连。

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