CN102323515A - 一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统及定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统及定位方法，本发明通过并联中电阻有规律的投切获取电流编码波，各监测终端通过电流编码波的采集获取故障判定信息，再通过故障判定信息来确定相应的故障区段。本发明中涉及的故障判定信息与电网系统参数和接地故障类型无关，不受系统干扰，故障区段定位可靠性高；故障区段定位监控平台能够自动处理故障信息、判定故障、显示故障区段定位结果，提高了配电网故障区段定位的智能化。

Description

一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统及定位方法
技术领域
本发明涉及一种配电网故障区段定位技术，具体涉及一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统及定位方法。
背景技术
我国的配电网多为谐振接地系统，即中性点经消弧线圈接地的系统，谐振接地系统可以有效地抑制弧光接地故障，降低系统的过电压水平，但由于接地故障电流较小，给故障选线和定位带来了困难。目前，现有技术的故障区段定位产品较多，该类产品通过采样线路开关处零序电流、五次谐波等信号，根据一定的判定方法，找出故障线路或故障区段，从而实现故障区段定位。由于配电网谐振接地系统单相接地故障电流较小、电网结构复杂的特点，故障信号量较小，现有判定方法过于简单，导致故障判定准确率较低。
如中国专利：申请号20071003505.7，公开号CN101063698A，其记载了一种“基于拓扑图的配电系统故障测试方法”，分为测前故障诊断和测后故障诊断两个阶段，测前故障诊断采用故障字典法，首先建立一个动态更新的故障库，将常出现的故障输入到故障库，并根据测试结果更新诊断故障的优先级别；接着由故障注入系统从故障库中选择故障注入到目标电路中，并利用电路仿真系统进行故障仿真，生成故障测试码，组成故障字典，在测试完成后将返回的测试结果信息与故障字典比较，从中快速找出发生的故障；测后故障诊断则是根据测试后的测试结果，将没有发生的故障隔离、排除，并根据图形电路结构进行故障搜索、查找，将故障定位。
再者，中国专利申请号0113866.0，公开号CN1430318A，记载了一种“配电线路故障检测定位及隔离的方法及装置”，与分段配电柱上真空开关(PVC)、电源装置(SPS)、及配电网故障段指示器(FSI)组合使用，共同组成配电网自动化系统的核心部件。
上述现有技术采用传统的电气信号监测方法，判定方法过于简单，在谐振接地系统中使用存在着一定的局限性，虽然能够判定故障电气信号量较大的短路故障，但对80％的单相接地故障，故障区段定位准确率较低。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种谐振接地系统故障区段定位系统和方法，通过该系统和方法避免了现有故障区段定位产品在谐振接地系统中应用上的不足，提高谐振接地系统接地故障判定的准确性。
为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统，所述定位系统包括配电网故障监控平台、并联中电阻、真空接触器、第一监测终端、第二监测终端、单相电压互感器、第一零序电流互感器和第二零序电流互感器，
所述并联中电阻、真空接触器、第一监测终端、单相电压互感器和第一零序电流互感器安装在配电网系统的变电站中，所述并联中电阻安装在变电站的变压器中性点与地线之间，所述真空接触器串接在并联中电阻支路上，所述单相电压互感器与变电站的变压器中性点并联，所述第一零序电流互感器串联在变电站的母线的各条出线段上，所述变电站的母线的各条出线段上的第一零序电流互感器的二次线接入第一监测终端，所述单相电压互感器的二次线接入第一监测终端；
所述第二监测终端和第二零序电流互感器安装在配电网线路上的开闭所或开关站内，所述第二零序电流互感器串接在开闭所或开关站的各出线上，并且开闭所或开关站的各出线上的第二零序电流互感器的二次线接入第二监测终端；
所述配电网故障监控平台控制连接所述第一监测终端和第二监测终端。
进一步的，所述第一监测终端和第二监测终端包括信号采集和故障判定模块、故障指示模块和数据通信模块；所述信号采集和故障判定模块可以实现母线电压和12条线路电流采样，并对采样结果进行故障判定；所述故障指示模块由12个LED和驱动电路组成，每个LED灯代表一条线路，可实现12条线路的故障指示；所述数据通信模块主要功能是线路故障数据上传和信号交流。
进一步的，所述并联电阻为功率电阻。
进一步的，所述真空接触器为永磁结构的高压交流真空接触器。
进一步的，所述单相电压互感器为电磁式单相电压互感器。
进一步的，所述第一零序电流互感器和第二零序电流互感器为开口式零序电流互感器。
作为本发明的第二目的，一种应用于谐振接地系统的故障区段定位方法，该方法包括如下步骤：
(1)当系统发生永久性接地故障时，在设定时间内变电站内的监测终端控制并联中电阻投切，向系统注入一个电流编码波，所述电流编码波仅在接地故障线路中流通；
(2)故障线路上的监测终端检测到电流编码波后，将故障信息通过通信网络上传到配电网故障监控平台；
(3)配电网故障监控平台根据收到的故障信息，进行综合判定，确定故障区段，并将故障区段定位点显示在配电网系统动态拓扑图中。
进一步的，所述永久性接地故障的判定方法如下：
当配电网系统的中性点电压高于30％配电网系统的相电压，并且这种过电压状态在5秒内不能自行消除，则判定配电网系统发生了永久性接地故障。
进一步的，所述步骤(1)中设定时间为0.5秒。
再进一步的，所述电流编码波为幅值随时间有规律变化的注入电流波。
本发明借助并联中电阻实现配电网故障区段定位，克服了配电网谐振接地系统接地故障电流较小、不易判定故障点的缺点，提高了故障区段定位准确性。
本配电网故障区段定位方法通过并联中电阻有规律的投切获取电流编码波，各监测终端通过电流编码波的采集获取故障判定信息，与电网系统参数和接地故障类型无关，不受系统干扰，故障区段定位可靠性高；故障区段定位监控平台能够自动处理故障信息、判定故障、显示故障区段定位结果，提高了配电网故障区段定位的智能化。
本发明能够实现故障线路查找自动化，免去检修人员逐级查找故障线路的工作，节省了故障查找时间和成本。
附图说明
以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。
图1为本发明中定位系统的连接示意图。
图2为故障线路上的电流有效值随时间变化曲线。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参见图1，本发明提供的应用于谐振接地系统的故障区段定位系统，整个定位系统包括配电网故障监控平台100、并联中电阻R、真空接触器K、第一监测终端200、若干第二监测终端300、单相电压互感器PT、第一零序电流互感器和第二零序电流互感器。
其中，并联中电阻R、真空接触器K、第一监测终端200、单相电压互感器PT和第一零序电流互感器安装在配电网系统的变电站中。
并联中电阻R安装在变电站的变压器T中性点与地线之间，而真空接触器K串接在并联中电阻支路上。
单相电压互感器PT与变电站的变压器T中性点并联，与并联中电阻R和真空接触器K形成并联，同时单相电压互感器PT的二次线接入第一监测终端200。
第一零序电流互感器串联在变电站的母线的各条出线段上，并且变电站的母线的各条出线段上的第一零序电流互感器的二次线接入第一监测终端200。
第二监测终端300和第二零序电流互感器安装在配电网线路上的开闭所或开关站内，第二零序电流互感器串接在开闭所或开关站的各出线上，并且开闭所或开关站的各出线上的第二零序电流互感器的二次线接入第二监测终端300。
配电网故障监控平台100为整个定位系统的控制计算中心，其通过通信网络控制连接第一监测终端200和第二监测终端300。
第一监测终端200用于监测整个配电系统，第二监测终端300用于监测各个开闭所或开关站。监测终端主要有三部分组成：信号采集和故障判定模块、故障指示模块和数据通信模块；信号采集和故障判定模块可以实现母线电压和12条线路电流采样，并对采样结果进行故障判定；故障指示模块由12个LED和驱动电路组成，每个LED灯代表一条线路，可实现12条线路的故障指示；数据通信模块主要功能是线路故障数据上传和信号交流。
在具体实施时，监测终端主要由PC104模块、DSP模块以及GPRS通讯模块组成。
进一步的，本发明中并联电阻为功率电阻，真空接触器为永磁结构的高压交流真空接触器，单相电压互感器为电磁式单相电压互感器，第一零序电流互感器和第二零序电流互感器为开口式零序电流互感器。
由此，第一监测终端200通过单相电压互感器监测系统的不平衡电压，同时通过第一零序电流互感器来监测变电站内各线路的零序电流。
第二监测终端300通过第二零序电流互感器来监测开闭所、开关站内各线路的零序电流。
基于上述系统，本发明进行故障区段定位的方法如下：
(1)实时监测配电系统，当系统发生永久性接地故障时，在设定时间内(一般为0.5秒)变电站内的第一监测终端控制并联中电阻投切，向系统注入一个电流编码波(即幅值随时间有规律变化的注入电流波)，该电流编码波仅在接地故障线路中流通。
由于电流编码波为零序电流信号，只能在系统的零序回路中流通，即在中性点接地线路、故障线路和大地形成的零序回路中流通。
该步骤中系统发生永久性接地故障的判定方法如下：
第一监测终端通过单相电压互感器PT检测到配电网系统的中性点电压高于30％配电网系统的相电压，并且这种过电压状态在5秒内不能自行消除，则判定配电网系统发生了永久性接地故障。
(2)故障线路上的第二监测终端通过相应的零序电流互感器检测到电流编码波后，可判定流过电流编码波的线路为故障线路，将该故障线路的编号通过通信网络上传到配电网故障监控平台。
(3)配电网故障监控平台根据收到的故障信息进行故障区段判定，以变电站为始点，系统最末级开闭所的监测终端上传的故障线路编号为故障区段，并将故障区段定位点显示在配电网系统动态拓扑图中。
根据上述方案，本发明的具体实施如下：
参见图1，首先将并联中电阻R和真空接触器K串联后连接于变电站的变压器T的中性点与地线之间，单相电压互感器PT连接于变电站的变压器T的中性点且与并联中电阻R和真空接触器K相并联。
接着，在变电站、开闭所1、开闭所2、开闭所3、开闭所4、开关站1和开关站2安装监测终端。监测终端通过相应的零序电流互感器监测变电站、开闭所、配电站内各线路的零序电流，通过单相电压互感器监测系统的不平衡电压。
最后，形成的系统对配电网系统进行实时监控。
如，当开闭所3管辖的10#线路发生了永久性接地故障时，在设定的时间0.5秒内，变电站内的监测终端控制并联中电阻投切，向系统注入一个电流编码波，该编码波仅在变电站母线上的1#线路、开闭所1母线上的1#线路、开闭所3母线上的10#线路上流通。
其中，电流编码波为幅值随时间变化的电流注入波，参见图2，I的波形是故障线路上的电流有效值随时间变化曲线，t1为故障发生的时间，t2为特定编码波的注入时间，Δt为每次的注入时间，数值为0.3秒，Δt1、Δt2、Δt3为注入的时间间隔，数值分别为1秒、1.5秒、2秒。
在注入电流编码波后，变电站、开闭所1和开闭所3的监测终端检测到电流编码波后，将故障信息通过通信网络上传到配电网故障监控平台。
配电网故障监控平台根据收集到的故障信息，进行综合判定后，确定故障区段为开闭所3母线上的10#线路发生了接地故障。
最后，线路检修人员只需在开闭所3母线上的10#线路排除故障。
本实施例与现有故障定位方法相比具有如下优点：
(1)本实施例借助并联中电阻装置取得明显的电流编码波，取得较大的故障信号特征值，故障判定原理直观，故障判定准确，并且判定方法不受系统参数的限制和信号的干扰，故障判定可靠性高，解决了谐振接地系统接地故障电流小、故障信号特征不明性、故障判定不准确的问题。
(2)本实施例实现了故障线路查找自动化，免去了检修人员逐级查找故障线路的工作，节省了故障查找时间和成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统，其特征在于，所述定位系统包括配电网故障监控平台、并联中电阻、真空接触器、第一监测终端、第二监测终端、单相电压互感器、第一零序电流互感器和第二零序电流互感器，
所述并联中电阻、真空接触器、第一监测终端、单相电压互感器和第一零序电流互感器安装在配电网系统的变电站中，所述并联中电阻安装在变电站的变压器中性点与地线之间，所述真空接触器串接在并联中电阻支路上，所述单相电压互感器与变电站的变压器中性点并联，所述第一零序电流互感器串联在变电站的母线的各条出线段上，所述变电站的母线的各条出线段上的第一零序电流互感器的二次线接入第一监测终端，所述单相电压互感器的二次线接入第一监测终端；
所述第二监测终端和第二零序电流互感器安装在配电网线路上的开闭所或开关站内，所述第二零序电流互感器串接在开闭所或开关站的各出线上，并且开闭所或开关站的各出线上的第二零序电流互感器的二次线接入第二监测终端；
所述配电网故障监控平台控制连接所述第一监测终端和第二监测终端。
2.根据权利要求1所述的一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统，其特征在于，所述第一监测终端和第二监测终端包括信号采集和故障判定模块、故障指示模块和数据通信模块；所述信号采集和故障判定模块可以实现母线电压和12条线路电流采样，并对采样结果进行故障判定；所述故障指示模块由12个LED和驱动电路组成，每个LED灯代表一条线路，可实现12条线路的故障指示；所述数据通信模块主要功能是线路故障数据上传和信号交流。
3.根据权利要求1所述的一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统，其特征在于，所述并联电阻为功率电阻。
4.根据权利要求1所述的一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统，其特征在于，所述真空接触器为永磁结构的高压交流真空接触器。
5.根据权利要求1所述的一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统，其特征在于，所述单相电压互感器为电磁式单相电压互感器。
6.根据权利要求1所述的一种应用于谐振接地系统的故障区段定位系统，其特征在于，所述第一零序电流互感器和第二零序电流互感器为开口式零序电流互感器。
7.一种应用于谐振接地系统的故障区段定位方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
(1)当系统发生永久性接地故障时，在设定时间内变电站内的监测终端控制并联中电阻投切，向系统注入一个电流编码波，所述电流编码波仅在接地故障线路中流通；
(2)故障线路上的监测终端检测到电流编码波后，将故障信息通过通信网络上传到配电网故障监控平台；
(3)配电网故障监控平台根据收到的故障信息，进行综合判定，确定故障区段，并将故障区段定位点显示在配电网系统动态拓扑图中。
8.根据权利要求7所述的一种应用于谐振接地系统的故障区段定位方法，其特征在于，所述永久性接地故障的判定方法如下：
当配电网系统的中性点电压高于30％配电网系统的相电压，并且这种过电压状态在5秒内不能自行消除，则判定配电网系统发生了永久性接地故障。
9.根据权利要求7所述的一种应用于谐振接地系统的故障区段定位方法，其特征在于，所述步骤(1)中设定时间为0.5秒。
10.根据权利要求7所述的一种应用于谐振接地系统的故障区段定位方法，其特征在于，所述电流编码波为幅值随时间有规律变化的注入电流波。
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