CN103344884B - 电力架空线路故障双频信号检测定位方法及其专用定位仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力架空线路故障双频信号检测定位方法及其专用定位仪，该方法向故障相线注入双频信号电流，然后用双频信号探测器检测信号电流，以两个信号电流的比值不同作为故障线路和非故障线路的判据，不仅适用于接地故障的快速、准确检测定位，并且可以用于检测短路故障，实现接地、短路故障检测二合一；可以使检测过渡电阻的范围大大提高，实现了对高阻接地故障的精确判断；其专用定位仪在故障线路停电后注入信号，是一套独立系统，与变电站的设备无任何联系，不会影响站内设备安全；远离导线，检测工作安全、速度快。

Description

电力架空线路故障双频信号检测定位方法及其专用定位仪

技术领域

本发明涉及电力线路故障定位技术领域，尤其涉及一种电力架空线路故障双频信号检测定位方法及其专用定位仪。

背景技术

目前,小电流接地系统（6KV、10KV、35KV）中性点不接地或经消弧线圈接地，当发生单相接地故障时，虽可允许继续运行1—2小时，但对非故障相线的绝缘造成极大危害，甚至可能继而导致相间短路故障，对电网的安全稳定运行构成极大威胁！然而，对单相接地故障的检测又非常困难！因此，如何对单相接地故障进行检测，并在第一时间对故障点进行定位，成为亟待解决的技术难题。国内外对单相接地故障检测技术一直在不断研究探讨。我国自上世纪80年代初以来，经过不断研究探索，相继推出了不同的检测方法与产品。目前主要有以下几种类型：1）利用接地故障发生后线路中电气参数的变化量作为诊断的判据：零序电流法、五次谐波分量法、首半波法等是利用故障前后稳态分量或暂态分量的变化作为判断依据。在算法上采用了小波理论、模糊理论及模式识别等方法。用以上方法做成的故障指示器和接地选线装置曾大量推广。但是，由于线路自身的电气参数变化量微弱，并且受线路中各次谐波的干扰以及线路分布电容的影响等使装置的动作准确率受到很大影响，现有的故障指示器和接地选线装置在实际应用中很多都不起作用、形同虚设。2）信号注入法的应用：为了克服线路自身电气参数变化量微弱而且不稳定的缺点，研究人员提出了“信号注入法”，就是当接地故障发生后，通过站内PT向故障相线注入一个特殊频率的信号电流，然后利用探测器或故障指示器检测“注入信号”，以信号的有无和大小作为故障的判据。由于线路分布电容的影响和线路中谐波的影响，该方法只能应用在金属性接地或过度电阻很小的接地故障检测中，无法检测高阻接地故障，使其应用范围受到极大限制。3）信号注入法的改进情况：为了克服分布电容的影响，研究人员提出了不同的改进方案，大都是在线路停电后在开关外侧向线路注入单一频率信号，并且降低注入信号的频率。一是将频率降低至60HZ，通过比较信号电流的大小判断故障线路和故障点，但降低后仍然保证不了长分支线路情况下出现的误判断；二是将频率降低至几个HZ，接近直流状态，并且提高信号电压。由于频率太低，电磁感应弱，探测器只能用接触方式检测，操作很不方便，且存在较大安全隐患。

发明内容

本发明的目的是旨在提供一种电力架空线路故障双频信号检测定位方法，该方法向故障相线注入双频信号电流，然后用双频信号探测器检测信号电流，以两个信号电流的比值不同作为故障线路和非故障线路的判据，不仅适用于接地故障的快速、准确检测定位，并且可以用于检测短路故障，实现接地、短路故障检测二合一。

本发明的另一个目的在于提供一种用于所述电力架空线路故障双频信号检测定位方法的专用定位仪。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种电力架空线路故障双频信号检测定位方法，包括以下步骤：

1）切断故障线路电源、出线开关解除备用，并对开关外侧故障线路上检测确认无电压存在；

2）在开关外侧接入双频信号源，向故障线路注入双频信号电流；

3）用双频信号探测器首先在各分支与干线接点附近对干线和分支线进行信号电流检测，以两个信号电流的比值作为故障线路和非故障线路的判据，确定故障线路；

4）移动检测位置，用双频信号探测器在故障线路上进行信号电流检测，以两个信号电流的比值作为故障段和非故障段的判据，确定故障点位置。

进一步的，所述步骤2）中，注入双频信号电流的频率选择范围为50～

400HZ。

进一步的，所述步骤3）和4）中，双频信号探测器进行检测时与被测线路

之间的距离为6～8m。

进一步的，所述步骤3）和4）中，双频信号探测器进行接地故障检测时，

其感应环所在平面与被测导线平行，用于检测接地故障。

进一步的，所述步骤3）和4）中，所述双频信号探测器进行短路检测时，其感应环套在被测导线上，用于检测短路故障。

一种实施上述电力架空线路故障双频信号检测定位方法的专用定位仪：包括双频信号源和双频信号探测器，所述双频信号源包括依次连接的双频信号发生器、功率放大器和升压变压器，所述双频信号发生器、功率放大器与电源连接，所述升压变压器连接有信号注入端子和接地端子；所述双频信号探测器包括传感器、与所述传感器连接的有源带通滤波器、运算放大器和蓝牙模块、以及与所述蓝牙模块无线连接的信号处理器；所述信号处理器包括依次连接的数据接收模块、数据滤波模块、数据处理模块、图形显示模块和数据显示模块。

进一步的，所述传感器为闭合的环状结构，并设置感应线圈，用于检测接地故障线路。

进一步的，所述传感器为开口环状结构，并设置铁芯和感应线圈，用于检测短路故障线路。

进一步的，所述信号处理器采用在智能手机上实现高精度数字滤波和数据处理及界面显示功能，蓝牙通讯距离不小于10米。

进一步的，所述升压变压器的变比为900V～1500V/30V。

本发明的电力架空线路故障双频信号检测定位方法及其专用定位仪，主要是利用故障线路和非故障线路的阻抗性质不同，对两种频率呈现不同的阻抗，从而使两种频率的信号电流有不同的比值，以此作判据进行故障线路选择和故障点定位，具体分析如下。

架空线路对地有分布电容存在，容抗与频率成反比：Zc=1/2πfC,设信号基波频率为f1，n次谐波频率为fn，fn=nf1，信号电压V1=Vn。

非故障线路为纯电容负载：基波容抗Zc1=1/2πf1C，n次谐波容抗Zcn=1/2πfnC，Zc1=nZcn，则基波电流：I1=V1/Zc1，n次谐波电流：In=Vn/Zcn，

In：I1=Vn/Zcn：（V1/Zc1）=N；

故障线路接近纯电阻负载，阻抗大小与频率无关：Z1=Zn，I1=V1/Z1，In=Vn/Zn

In：I1=Vn/Zn：V1/Z1=1。

由此可见，故障线路和非故障线路上两个频率的信号电流比值不同，两个频率差别越大比值相差越明显。

基于上述，本发明提出了双频信号检测定位方法。在线路停电后，向故障相线注入双频信号电流，然后用双频信号探测器检测信号电流，以两个信号电流的比值不同作为故障线路和非故障线路的判据，并且用同样的判据检测短路故障，实现接地、短路故障二合一。

本发明电力架空线路故障双频信号检测定位方法及其专用定位仪的有益效果是：

1、使用了两种频率电流信号的比值大小，而非信号电流的绝对值，所以克服了长线路分布电容的影响所造成的误判断；

2、可以使检测过渡电阻的范围大大提高，实现了对高阻接地故障的精确判断；

3、本仪器既能准确对单相接地故障点定位，同时能对短路故障点进行准确定位；

4、本仪器是在故障线路停电后注入信号，是一套独立系统，与变电站的设备无任何联系，不会影响站内设备安全；

5、双频信号探测器检测信号电流是在地面上进行，远离导线，检测工作安全、速度快；

6、既有数字又有图形的双重显示方式，判断方便快捷；

7、便携式仪器轻便灵活，可以在故障线路的任何方便位置接入双频信号源；

8、仪器为室外防雨型，可在雨天进行故障定位，为缩短停电时间创造条件。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1是本发明接地故障检测示意图；

图2是本发明短路故障检测示意图；

图3是本发明中双频信号源的接线示意图；

图4是本发明中双频信号探测器及信号处理器系统示意图；

图5是本发明中接地传感器线圈示意图；

图6是本发明中短路传感器线圈示意图。

具体实施方式

如图1-6所示，本发明的电力架空线路故障双频信号检测定位方法，是基于故障线路和非故障线路的阻抗性质不同，对两种频率呈现不同的阻抗，从而使两种频率的信号电流有不同的比值，因而以信号电流有不同的比值作为判据，快速准确地进行接地故障线路选择和故障点定位，并且用同样的判据检测短路故障，实现接地、短路故障二合一。

进行接地故障线路检测的具体方法是：首先切断故障线路电源，停止故障线路供电、解除出线开关1备用，并对开关1外侧故障线路8上检验，确认无电压存在，以便进行故障检测定位，并保证站内及非故障段设备、线路的安全和完好；确认无电压后，在开关1外侧接入双频信号源2，向故障线路8注入双频信号电流，所述双频信号电流的频率选择范围为50～400HZ。然后，即可用带有闭合环状传感器4-1的双频信号探测器4在各分支与干线接点附近对干线和分支线的接地故障或短路故障进行信号电流检测：当对接地故障检测时，操作者手持带有闭合环状传感器4-1的双频信号探测器4置于线路检测点下方，使闭合环状传感器4-1所在平面与待检测线路平行，距线路之间的距离为6～8m，此时根据电磁感应原理，闭合环状传感器4-1的感应线圈4-11即产生感应电流，经有源带通滤波器4-3、运算放大器4-4处理后由蓝牙模块4-5发送至信号处理器3进行处理、图像显示和数字显示，即可以两个信号电流的比值作为故障段7和非故障段5的判据：两个信号电流比值为1时是故障线路，两个信号电流比值为n时是非故障线路；然后再故障线路上检测是否故障段：两个信号电流比值为1时，即为故障线路的故障段7。再更换双频信号探测器4在故障段7上的检测位置进行信号电流检测，若两个信号电流比值为n，则为非故障段。故障点6位于故障段7和非故障段5的分界点上。如此采用“瞎子爬山法”更换检测点位置，即可快速准确的确定故障点6位置；

当需要对短路故障进行故障检测时，其方法与接地故障检测的不同之处在于：需要将双频信号源2加在两故障相线9、10之间，将双频信号源2的接地端子和相连的故障相线10一起接地，并用带有开口环状传感器4-2的双频信号探测器4进行检测，并将开口环状传感器4-2卡套在接地一条故障相线10上，两信号电流的比值为1时为故障线路或故障段，无电流时为非故障线路或非故障段，据此可检测确定短路故障点的准确位置。

小电流接地（即中性点不接地）系统中，单相接地故障占线路故障的百分之七十以上。因此，根据故障段7的长短，一般通过估计选择检测2～3个检测点即可快速准确判断出接地故障点6的位置。由此大大减轻电力职工的劳动强度，提高劳动生产率。该方法自2010年以来，对6kV、10kV、35kV配电线路中100多起接地、短路故障进行试用检测，故障点定位准确率达到98%以上，目前已在本地区100多个供电所推广应用，效果良好，得到广泛赞誉。

本发明用于实施上述电力架空线路故障双频信号检测定位方法的专用定位仪：包括双频信号源2和双频信号探测器4。所述双频信号源2用于向待检测线路提供双频信号电流，其包括依次连接的双频信号发生器2-1、功率放大器2-2和升压变压器2-3，所述双频信号发生器2-1、功率放大器2-2与电源连接，所述升压变压器2-3连接有信号注入端子2-4和接地端子2-5，所述升压变压器2-3将信号电压升高后注入故障相线路电压比为900V-1500V/30V。所述双频信号探测器4包括传感器、与所述传感器连接的有源带通滤波器4-3、运算放大器4-4和蓝牙模块4-5，以及与所述蓝牙模块4-5无线连接的信号处理器3；所述信号处理器3包括依次连接的数据接收模块3-4、数据滤波模块3-1、数据处理模块3-2和图形、数据显示模块3-3，所述信号处理器3采用在智能手机上实现高精度数字滤波和数据处理及界面显示功能，蓝牙通讯距离不低于10米。为实现接地和短路两种故障检测，所述传感器分为闭合环状传感器4-1和开口环状传感器4-2两种结构，所述闭合环状传感器4-1设置感应线圈4-11，如图5所示，用于检测接地故障线路；开口环状传感器4-2设置铁芯4-21和感应线圈4-22，如图6所示，用于检测短路故障线路。所述感应线圈4-11、4-22的线圈均为0.5漆包线100匝。

Claims (10)

1.一种电力架空线路故障双频信号检测定位方法，其特征在于：它包括以下步骤：

1）切断线路电源、出线开关解除备用，并对出线开关外侧线路上检测确认无电压存在；

2）在出线开关外侧接入双频信号源，向线路注入双频信号电流；

3）用双频信号探测器首先在各分支与干线接点附近对干线和分支线进行信号电流检测，以两个信号电流的比值作为故障线路和非故障线路的判据，确定故障线路；

4）移动检测位置，用双频信号探测器在故障线路上进行信号电流检测，以两个信号电流的比值作为故障段和非故障段的判据，确定故障点位置。

2.如权利要求1所述的电力架空线路故障双频信号检测定位方法，其特征在于：所述步骤2）中，注入双频信号电流的频率选择范围为50～400HZ。

3.如权利要求1所述的电力架空线路故障双频信号检测定位方法，其特征在于：所述步骤3）和4）中，双频信号探测器进行检测时与被测线路之间的距离为6～8m。

4.如权利要求1所述的电力架空线路故障双频信号检测定位方法，其特征在于：所述步骤3）和4）中，双频信号探测器进行接地故障检测时，其感应环所在平面与被测导线平行，用于检测接地故障。

5.如权利要求1所述的电力架空线路故障双频信号检测定位方法，其特征在于：所述步骤3）和4）中，所述双频信号探测器进行短路检测时，其感应环套在被测导线上，用于检测短路故障。

6.一种实施权利要求2-4任一项所述电力架空线路故障双频信号检测定位方法的专用定位仪，其特征在于：它包括双频信号源和双频信号探测器，所述双频信号源包括依次连接的双频信号发生器、功率放大器和升压变压器，所述双频信号发生器、功率放大器与电源连接，所述升压变压器连接有信号注入端子和接地端子；所述双频信号探测器包括传感器、与所述传感器连接的有源带通滤波器、运算放大器和蓝牙模块、以及与所述蓝牙模块无线连接的信号处理器；所述信号处理器包括依次连接的数据接收模块、数据滤波模块、数据处理模块、图形显示模块和数据显示模块。

7.如权利要求6所述的电力架空线路故障双频信号检测定位方法的专用定位仪，其特征在于：所述传感器为闭合的环状结构，并设置感应线圈，用于检测接地故障线路。

8.如权利要求6所述的电力架空线路故障双频信号检测定位方法的专用定位仪，其特征在于：所述传感器为开口环状结构，并设置铁芯和感应线圈，用于检测短路故障线路。

9.如权利要求6所述的电力架空线路故障双频信号检测定位方法的专用定位仪，其特征在于：所述信号处理器采用在智能手机上实现高精度数字滤波和数据处理及界面显示功能，蓝牙通讯距离不小于10米。

10.如权利要求6所述的电力架空线路故障双频信号检测定位方法的专用定位仪，其特征在于：所述升压变压器的变比为900V～1500V/30V。