CN102590695A - 电力线路故障检测与定位装置 - Google Patents

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陈海勇
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Abstract

本发明属于电力系统自动化技术领域，公开了一种电力线路故障检测与定位装置。包括：电压互感器、电流互感器、CPU电路、数据三态门、数据采集单元、信号电缆、电源电路、故障鉴别电路、信号指示电路。对故障产生的暂态行波进行检测，通过识别来自故障点和不连续点的反射波来确定故障区段；在确定了故障区段的基础上，找到与故障点相关的2个反射波，并由这2个波的最大相关时间计算得到故障点到检测端的距离。该装置测量精度高、速度快、安全可靠。

Description

电力线路故障检测与定位装置
技术领域
本发明属于电力系统自动化技术领域，更具体地涉及一种电力线路故障检测与定位装置。
背景技术
随着经济社会的发展、科学技术的进步及人民生活水平的不断提高，人们对电力的需求和依赖性越来越大，对安全稳定供电的要求越来越强。然而，由于受到电力系统自身原因和外部干扰的影响，电网事故时有发生，这不但使电力经营企业的经济效益受到损失，而且对电力用户和整个社会都将造成严重的影响。
2003年8月14日美加大停电影响了5000万人口的供电区域，造成重大经济损失，是美国历史上最严重的停电事故。在美加大停电两周后，英国伦敦和东南部地区也发生了大停电，地铁线路几近完全瘫痪，给居民生活造成极大的不便。据报道，在西欧和日本，也都发生过由于失稳而造成的大面积停电事故。
保证连续可靠的供电已成为电力系统的一个极为重要的目标。这就要求当电力系统发生故障时，运行人员能够迅速准确地判断故障区域，识别真正的故障元件，以便将其隔离并为后续的故障恢复提供可靠的依据，从而恢复非故障区域的正常运行，增强供电的可靠性和连续性。
在我国，随着电力需求的快速增长，“西电东送，南北互供，全国联网”战略的实施，我国正在形成一个弱联系的全国互联大电网。预计到2020年，我国电网将发电装机容量将超过14亿千瓦，其中西电东送容量超过1亿千瓦。电网结构上的复杂性和运行控制的难度之大在世界范围内也是罕见的，如何保证复杂大电网的安全运行是一项非常有挑战性的课题。
目前，我国电网一般采用中性点不直接接地的小电流接地系统，单相接地的故障率是最高的。在以架空线为主的线缆混合线路中，由于架空线的电容电流很小，单相接地时的零序电流值也很小。现有的线路故障指示器产品只采样电流信号且动作值较大，一般只能指示短路故障。在已公开的技术方案CN1295254A中，采用了电压和电流的首半波信号来判别单相接地故障，虽然提高了灵敏度，但由于是瞬态高频信号，也还存在稳定性和易受干扰的问题。
对于电力线路故障测距方法，均采用低压脉冲法或脉冲电压法，使所测线路高压回路直接与测量仪器产生电耦合，通过仪器记录和显示线路故障击穿时产生的暂态电压或电流信号波形，并根据该波形来估计故障距离。到目前为止，现场所使用的测试方法及测试仪器普便存在对操作人员的专业知识与经验要求高，测量精度低、可靠性和安全性差，测量速度慢等缺陷，而且测量仪器体积大、耗电量多、携带不方便。
发明内容
本发明的目的是提供安全可靠的电力线路故障检测与定位装置，不但能够正确判断短路故障电流的通路，而且还能正确判断单相接地故障电流的通路，从而解决了各种故障线路区段和支线的定位问题。
本发明公开一种电力线路故障检测与定位装置，如图1所示，包括以下部分：电压互感器、电流互感器、CPU电路、数据三态门、数据采集单元、信号电缆、电源电路、故障鉴别电路、信号指示电路；电源电路、故障鉴别电路、信号指示电路之间连接，三根单芯高压电缆穿过电流互感器，电压互感器二次侧绕组通过信号电缆连接到电源电路和故障鉴别电路，电流互感器的二次侧绕组通过信号电缆连接到故障鉴别电路。
数据采集单元包括：地址计数器、数据存储器、A/D转换器、触发电路和控制电路，用于记录检测电流互感器检测出的电缆中的暂态信号。
地址计数器的时钟端由控制电路内的时间定时器进行控制，当触发电路收到暂态电流信号后触发翻转，启动定时器，以控制地址计数器对暂态电流信号的记录。
电压互感器为三芯五柱结构，电压互感器的一次侧绕组为星形连接，电压互感器的二次侧绕组接成星形，电压互感器的二次侧绕组接成开口三角形。
电力线路发生单相接地时，线路上所有电压互感器和电流互感器的二次侧绕组分别产生零序电压和零序电流，其中零序电压都相同，但故障线路和非故障线路的零序电流方向则是相反的。
零序电压、零序电流经信号电缆连接到故障鉴别电路，故障电路将采集到稳态的零序电压、零序电流信号进行零序方向鉴别后，由信号指示电路发出故障信号，说明该装置的负荷侧线路接地；否则线路无接地。
当电力线路发生相间短路时，故障线路上的电流互感器的二次侧绕组产生很大的电流信号，该电流进入到信号箱中的故障鉴别电路，经鉴别后由信号指示电路发出故障信号，说明负荷侧线路上有相间短路故障。
对故障产生的暂态行波进行检测，通过识别来自故障点和不连续点的反射波来确定故障区段；在确定了故障区段的基础上，找到与故障点相关的2个反射波，并由这2个波的最大相关时间计算得到故障点到检测端的距离。
本发明测量精度高、速度快、安全可靠，装置的体积小、耗电省、携带方便。
附图说明
图1为本发明的系统结构图。
具体实施方式
识别相继到达线路终端的行波波头，可利用它们来确定故障位置。定位工作的第一步是确定故障区段，在已知故障区段的基础上，利用与故障点相关的2个反射波，再进一步确定故障位置。
(1)在线路终端检测故障。中间某点发生故障，故障产生的行波遇到阻抗不连续点时会发生透射和反射，在膨点能相继检测到这些波。当波的传播速度已知时，根据线路的结构和各区段的长度，可以确定各个波头到达检测端的时刻。如果能检测到某分支端点的反射波，就可以确定故障在它的下方区段；如果不能检测到某分支端点的反射波，就可以确定故障在它的上方区段，可由此来确定区间。
(2)用来确定故障区段的波称为特征波，在特征波波头到达检测端的时刻捕捉波的信息并组成一个大矩阵，根据大矩阵中的数据可以确定故障区段。
(3)在已知故障区段的前提下，利用与故障相关的2个反射波，可以确定故障位置。
上述实施例不以任何方式限制本发明，凡是采用等同替换或等效变换的方式获得的技术方案均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种电力线路故障检测与定位装置，其特征在于包括：电压互感器、电流互感器、CPU电路、数据三态门、数据采集单元、信号电缆、电源电路、故障鉴别电路、信号指示电路；电源电路、故障鉴别电路、信号指示电路之间连接，电力线路的三根单芯高压电缆穿过电流互感器，电压互感器二次侧绕组通过信号电缆连接到电源电路和故障鉴别电路，电流互感器的二次侧绕组通过信号电缆连接到故障鉴别电路；采用行波法对线路故障进行定位。
2.根据权利要求1所述的电力线路故障检测与定位装置，其特征在于：数据采集单元包括地址计数器、数据存储器、A/D转换器、触发电路和控制电路，用于记录检测电流互感器检测出的电缆中的暂态信号。
3.根据权利要求2所述的电力线路故障检测与定位装置，其特征在于：地址计数器的时钟端由控制电路内的时间定时器进行控制，当触发电路收到暂态电流信号后触发翻转，启动定时器，以控制地址计数器对暂态电流信号的记录。
4.根据权利要求1所述的电力线路故障检测与定位装置，其特征在于：电压互感器为三芯五柱结构，电压互感器的一次侧绕组为星形连接，电压互感器的二次侧绕组接成星形，电压互感器的二次侧绕组接成开口三角形。
5.根据权利要求1所述的电力线路故障检测与定位装置，其特征在于：电力线路发生单相接地时，线路上所有电压互感器和电流互感器的二次侧绕组分别产生零序电压和零序电流，其中零序电压都相同，但故障线路和非故障线路的零序电流方向则是相反的。
6.根据权利要求1所述的电力线路故障检测与定位装置，其特征在于：零序电压、零序电流经信号电缆连接到故障鉴别电路，故障电路将采集到稳态的零序电压、零序电流信号进行零序方向鉴别后，由信号指示电路发出故障信号，说明该装置的负荷侧线路接地；否则线路无接地。
7.根据权利要求1所述的电力线路故障检测与定位装置，其特征在于：当电力线路发生相间短路时，故障线路上的电流互感器的二次侧绕组产生很大的电流信号，该电流进入到信号箱中的故障鉴别电路，经鉴别后由信号指示电路发出故障信号，说明负荷侧线路上有相间短路故障。
8.根据权利要求1所述的电力线路故障检测与定位装置，其特征在于：对故障产生的暂态行波进行检测，通过识别来自故障点和不连续点的反射波来确定故障区段；在确定了故障区段的基础上，找到与故障点相关的2个反射波，并由这2个波的最大相关时间计算得到故障点到检测端的距离。
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