CN103490393A - 一种配电线路短路故障隔离系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例公开了一种配电线路短路故障隔离系统。该系统包括：安装于配电线路上、在线路发生短路故障时被触发向数据转发器发送地址信息和动作信息的故障探头、与故障探头连接的数据转发器、与所述转发器连接的GSM/GPRS中心站、监控主站和智能开关，其中：数据转发器用于向GSM/GPRS中心站发送故障探头的动作信息和地址信息；GSM/GPRS中心站用于对接收的信息进行解调、解码和数据处理，将处理结果发送到监控主站；监控主站用于根据该处理结果生成断开指令；智能开关位于安装故障探头的线路两端，用于根据断开指令断开故障线路连接。本申请还公开了配电线路短路故障隔离方法。本申请实施例可以提高短路故障的隔离效率，提高自动化水平。

Description

一种配电线路短路故障隔离系统及其方法

技术领域

本申请涉及电力系统的配电系统技术领域，特别涉及一种架空线路故障隔离系统及其对应的方法。

背景技术

通常，电力系统被划分为发电、输电和配电三大组成系统，其中的配电系统是指电力系统中从降压配电变电站（高压配电变电站）出口到用户终端的这一段的电力网络系统。配电系统包括多种配电设备（或元件）以及配电设备之间起连接作用的架空线路。由于配电系统作为电力系统的最后一个环节直接面向终端用户，它的完善与否直接关系着广大用户的用电可靠性和用电质量。然而，配电系统分支线多且复杂，由于各种因素经常容易出现短路故障。为了减少或避免短路故障的发生，通常会在主干线上设置开关分段或断路器，当发生短路故障时，相应的断路器将跳闸，通过主干线上的开关分段将故障段隔离开。但是，在短路故障时，通常仅有出口断路器会跳闸，主干线上设置的开关分段也仅能将主干线隔离为有限的几段，要定位到具体故障位置并将该具体故障位置进行隔离往往还需耗费大量人力、物力和时间，这种部分设备与人工现场查找结合的方式，自动化水平不高，短路故障隔离效率较低。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种配电线路短路故障隔离系统及其对应方法，以提高短路故障的隔离效率，提高自动化水平。

本申请实施例提供的配电线路短路故障隔离系统包括：至少两个智能开关、至少一个故障探头、数据转发器、GSM/GPRS中心站和监控主站，其中：

所述故障探头安装于配电线路上，在故障探头安装的配电线路发生短路故障时故障探头将被触发向数据转发器发送动作信息；

所述数据转发器与故障探头连接，用于在接收到故障探头的动作信息后，向GSM/GPRS中心站发送故障探头的动作信息和地址信息；

所述GSM/GPRS中心站与所述转发器连接，用于接收故障探头的动作信息和地址信息，并对动作信息和地址信息进行解调、解码和数据处理，将处理结果发送到监控主站；

所述监控主站与所述GSM/GPRS中心站连接，用于根据GSM/GPRS中心站的处理结果显示短路故障点的地理位置信息；

所述智能开关位于安装故障探头的线路的两端，用于在接收到断开指令后根据该断开指令断开安装故障探头的线路连接。

优选地，在所述系统应用于中性点不直接接地的配电系统时，所述系统还包括安装于配电线路上的不对称电流源，用于在短路故障发生时输入用于故障点探测的信号。

进一步优选地，所述不对称电流源包括与配电线路的各相电路分别连接的多个真空开关，以及高压二级管、限流电阻和用于控制真空开关开闸/合闸的控制器，其中：多个真空开关并联后与高压二级管串联，高压二极管与限流电阻串联。

优选地，所述数据转发器通过短距离无线传输系统与故障探头连接，所述GSM/GPRS中心站通过GSM传输系统与数据转发器连接，所述监控主站通过串口信息传输方式与GSM/GPRS中心站连接。

优选地，一个数据转发器与最多九个故障探头连接，所述数据转发器封闭在聚碳酸酯的密封盒内，利用卡线结构卡在配电线路上。

本申请实施例还提供了一种配电线路短路故障隔离方法。该方法包括：

安装于配电线路上的故障探头在配电线路发生短路故障时被触发向数据转发器发送动作信息；

数据转发器接收故障探头发送的动作信息后，向GSM/GPRS中心站发送故障探头的动作信息和地址信息；

GSM/GPRS中心站接收到故障探头的动作信息和地址信息后，对动作信息和地址信息进行解调、解码和数据处理，并将处理结果发送到监控主站；

监控主站根据GSM/GPRS中心站的处理结果显示短路故障点的地理位置信息；

安装故障探头的线路的两端的智能开关在接收到断开指令后根据该断开指令断开安装故障探头的线路连接。

优选地，在所述方法应用于中性点不直接接地的配电系统时，在配电线路上还安装有不对称电流源，在短路故障发生时输入用于故障点探测的信号，所述故障探头探测到所述信号后被触发。

优选地，所述故障探头通过短距离无线传输系统向数据转发器发送动作信息；所述数据转发器通过GSM传输系统向所述GSM/GPRS中心站发送故障探头的动作信息和地址信息；所述GSM/GPRS中心站通过串口信息传输方法向监控主站发送GSM/GPRS中心的处理结果。

本申请实施例通过智能开关、故障探头、数据转发器、GSM/GPRS中心站和监控主站组成的系统，将故障探头探测到的故障情况输送到监控主站，由监控主站生成断开指令，然后发送给智能开关，由智能开关根据该断开指令断开故障探头所在线路的连接，从而起到隔离的作用。与现有技术相比，本方法实施例将故障指示器技术、GSM通信技术和GIS技术结合起来，提供了一种完全自动化的故障隔离系统和方法，从而提高了短路故障的隔离效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请的配电线路短路故障隔离系统实施例的结构框图；

图2为本申请的配电线路短路故障隔离系统实施例的一个实例示意图；

图3为本申请的数据转发器的一种结构示意图；

图4为本申请的不对称电流源的原理示意图；

图5为本申请的配电线路短路故障隔离方法实施例的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

参见图1，该图示出了本申请的配电线路短路故障系统实施例的结构图。该系统由至少一个故障探头101、数据转发器102、GSM/GPRS中心站103和监控主站104、至少两个智能开关105等组成。下面分别叙述各组成部分之间的连接关系和功能作用。

故障探头（Fault Detector，FD）101被安装于配电线路上，这里的配电线路可以是架空线、电缆或者开关柜的母排等配电设施。在配电线路发生短路故障时，安装于故障分支（相对于配电主干线路而言）上的故障探头FD将被触发，随后向数据转发器发送FD的地址信息和动作信息，“地址信息”是故障探头FD的安装位置信息，该信息可以通过数字编码信号的形式发送到数据转发器，动作信息是故障探头在短路故障发生时产生的触发消息。故障探头检测到短路故障（或者短路故障时被触发）的原理是：根据短路时的特征，通过电磁感应方法测量线路中的负荷电流，根据负荷电流计算出当时的过流定值，当电流超过该过流定值时，故障探头被触发。由检测过程可知，故障探头FD对故障的检测是一种适应负荷电流变化，只与故障时短路电流分量有关的故障检测装置。在故障探头FD检测出故障时，还可以使故障探头FD通过颜色给出报警信息，比如显示为红色。

数据转发器102用于将故障探头的地址信息和动作信息发送给GSM/GPRS中心站。故障探头FD与数据转发器之间采用无线通讯的方式，为保证传输的准确性，无线通讯通常采用短距离无线传输系统实现，比如通讯距离在20m以内，这种情况下，故障探头FD可以通过短距离无线发射单元，以无线电波的方式发射到数据转发器。实际应用过程中，还将数据转发器封闭在一个聚碳酸酯的密封盒内，利用“卡线”结构直接卡在配电线路上。通过这种安装方式一方面可以带电拆装，无需取下；另一方面数据转发器可以从线路上取“能”，结合内部作为后备电池的高能锂电池向系统和GSM使用。数据转发器是一个信息收集点，一个数据转发器可以对应多个故障探头，当它安装于线路分支点处时，他可以接收来自三个分支共9个故障探头的编码信息。对于开关柜和环网柜而言，在每个开闭所或环网柜内设置一个数据转发器，可以以无线方式接收最多16路出现的故障信息、温度报警信息等。

GSM/GPRS中心站103与数据转发器连接，用于对接收到的故障探头的动作信息和地址信息进行解调、解码和数据处理，然后将处理结果发送到监控主站。数据转发器与GSM/GPRS中心站之间的连接关系在实际应用过程中可具体采用GSM传输系统实现，这样可以通过手机短消息的方式发送到主站。

监控主站104与所述GSM/GPRS中心站连接，用于根据GSM/GPRS中心站的处理结果进行拓扑分析计算，生成与被触发的故障探头安装的线路对应的断开指令，并将该指令发送给智能开关；

智能开关105位于安装故障探头的线路的两端，用于在接收到断开指令后根据该断开指令断开安装故障探头的线路连接。实际实现过程中，智能开关可以采用断路器。

本系统实施例通过智能开关、故障探头、数据转发器、GSM/GPRS中心站和监控主站组成的系统，将故障探头探测到的故障情况输送到监控主站，由监控主站生成断开指令，然后发送给智能开关，由智能开关根据该断开指令断开故障探头所在线路的连接，从而起到隔离的作用。与现有技术相比，本方法实施例将故障指示器技术、GSM通信技术和GIS技术结合起来，提供了一种完全自动化的故障隔离系统和方法，从而提高了短路故障的隔离效率。

为了更进一步说明本申请的技术方案的技术特征，下面以一个更加详细的实例予以说明。参见图2，该图示出了本申请的配电线路短路故障隔离系统的一个示意图（注：图中仅画出了一个智能开关）。在该图中，故障探头FD（Fault Detector）安装在各线路分支处的分支线上，系统出现短路故障时，FD检测到短路故障电流或特定信号电流流过，通过短距离无线收发系统，将动作信号传送给相隔20m的数据转发器（见图中的DT[Data Transfer]）。数据转发器安装在线路的分支处，可以接收9只FD（分别在三个分支的9相线路上）发送过来的动作信息。数据转发器在收到动作信息后，将动作分支的FD地址信息通过GSM通讯系统发给GSM/GPRS中心站。GSM/GPRS中心站得到该信息后进行处理，将处理结果送给监控主站进行显示。监控主站依据从GSM/GPRS中心站收到的这些动作信息，与地理信息系统相结合进行网络拓扑计算分析，随后显示出故障点地理位置信息，并在地理背景上显示出来。此外，如果监控主站还包括打印机，还可以打印出地理位置信息。

在上述的具体实例中，故障探头FD可以具体采用智能型线路故障指示器构成。智能型线路故障指示器是可以指示线路故障电流通路的装置。使用线路故障指示器，可快速确定相间短路及接地故障区段，其可以广泛应用于油田、城市的架空、电缆线路或与开关柜、箱变等一次设备配套，可迅速、准确判断故障线路和故障点。该故障指示器采用微功耗、高性能微控制器作为信号处理单元，利用现代的数字信号处理技术对故障信息进行识别，与采用模拟电路的故障指示器相比，具有可扩展性强、一致性好、性能稳定、精度高、抗干扰能力强等优点。结合超声波、无线等通信技术，还可以构成远方自动故障监视系统。在实际生产过程中，可以采用下面的技术参数：

a、系统电压等级：0.4～35kV；

b、过流定值：根据负荷电流自动调整过流定值；

c、适用导线直径：<41mm；

d、最大耐受短路电流能力：31.5kA/2S；

e、故障复位时间：根据用户要求出厂时设定；

f、闪光报警：0.25Hz，红色，夜间300M可见；

g、正常工作环境温度：-40～85℃；h、可动作次数：>2000次；

i、重量：0.35kg；j、尺寸：Φ75mm×100mm。

在上述具体实例中数据转发器的功能是将故障指示器发送过来的无线信息接收后进行解调、解码，通过GSM将信息发送给GSM/GPRS中心站。具体地，包括如下主要功能：无线接收：接收故障指示器发送的故障类型和分支号；GSM发送：向GSM/GPRS中心站发送数据转发器的地址、故障类型和分支号；后备电源：数据转发器内部包括线路取能和后备电池，后备电池采用高能锂电，在没有任何线路取能的情况下，后备电池可以支持数据转发器工作5年/300个故障汇报过程。在实际生产过程中，可以采用下面的技术参数（参见图3，该图示出了数据转发器内部接线图）：

a、控制器尺寸：长×宽×高=160mm×80mm×80mm；

b、控制器重量：<1Kg；c、额定工作电压：3.6VDC±10%；

d、额定工作电流：20uA；e、整机功耗：<60uW；

f、无线接收距离：≤20m；g、无线接收频率：433MHz；

h、无线调制模式：GFSK；

i、GSM模块：E-GSM/GPRS900/1800双频带；j、SIM卡电源：3V；

k、指示器最多配置数：架空型≤9个，电缆型<16路；

l、后备电池使用寿命：>5年。

在上述具体实例中的GSM/GPRS中心站主要用于实现通信管理和数据集中功能，它向下与各个数据转发器通信，负责收集现场故障指示器采集到的故障信息，向上与监控主站通信，传送所收集的数据。GSM/GPRS中心站可以采用开放式系统设计思想进行设计，其在硬件上可以由机箱、电源模块、主模块和GSM通信模块组成；其能够支持的通信方式包括通过如下的各种接口实现多种通信方式：RS232、RS485、10BASE-T，默认为RS232接口。

在上述具体实例中的监控主站主要用来收集现场指示器动作数据，并根据线路逻辑图进行网络拓扑计算获得故障点位置。该监控主站可以包括两个子系统：配电网图形编辑系统和故障检测与定位信息系统。配电网图形编辑系统用来创建和修改配电网网络图,包括电力线路、杆塔、开关和故障指示器；故障检测与定位系统是一个集数据采集、配电网逻辑图显示、智能故障位置搜索等功能于一体的系统，它既可用来实时监测配电网络状态和故障，便于电路的维护和事故抢修，又可用来对配电网设施进行管理，便于设施信息的录入、查询和统计。在实际应用过程中，还可以开发出系统软件对监控主站进行控制。故障定位系统的软件系统的主要作用是搜集通讯主站传送的地址信息，对其进行纠错、校正后，通过拓扑分析和计算找出故障位置及故障通路，最终显示在GIS的地理背景上。故障定位系统以地理信息系统GIS为图形支撑平台，其核心算法（如拓扑分析、故障查找、纠错和补漏）可采用组件技术实现，GIS平台采用了MapObjects2.4组件。除了基本的GIS功能，如显示、放大缩小和漫游等，本系统在GIS平台上还可以实现如下特有的功能：（1）以不同的颜色显示故障通路；（2）不断闪烁故障支路直至调度员清除；（3）以不同的颜色显示动作不正确的故障指示器以提醒调度员；（4）保存故障信息以便故障重演和分析。

需要说明的是：在实际应用过程中，还存在一种特殊的短路故障，即单相接地故障。这类故障是由于大多数配电网采用的是中心点不直接接地系统，这类系统发生单相接地故障时，因故障电流较小，故障特征复杂，因而故障点的查找非常困难。针对这类故障，本申请优选在配电线路上安装不对称电流源。当线路上任何一点发生单相接地故障时，装在变电站内的不对称电流源检测到故障信息后，首先判断出故障相,然后对故障相施加特定信号，安装在线路上的故障检测装置检测FD流过本线路的特定信号，若满足故障特征则FD被触发。在某些情况下，还可以设置指示灯进行提示，比如在FD被触发时，给出红色显示，同时发出一无线编码信息。这里的不对称电流源可以按照如下的组成构成：由K1、K2、K3三个真空开关、高压二极管和限流电阻组成，三个真空开关分别接线路的A、B、C三相（参见图4中示出的不对称电流源的原理图）。当线路上的某处发生接地故障时，变电站的PT零序电压升高，接地相对地电压降低，非故障相对地电压升高，不对称电流源控制器控制相应的开关动作，使故障线路（段）上流过脉动单向特征电流，而其它的非故障线路无该特征电流流过，安装在线路上和变电站的故障检测装置检测到该信号后即可检测出故障线路和位置，从而实现接地选线和定位。此外，由于户外安装的不对称电流源附近没有电磁式PT信号可用，因此可以内置准电子PT，利用该电子PT来判断是否有接地故障发生，从而确定高压接触器是否动作。

上述内容对本申请实施例的系统实施例进行了详细描述，相应地，本申请还提供了一种配电线短路故障隔离方法。参见图5，该图示出了该实施例的流程。该实施例包括：

步骤S501：安装于配电线路上的故障探头在配电线路发生短路故障时被触发向数据转发器发送地址信息和动作信息；

步骤S502：数据转发器接收故障探头发送的动作信息后，向GSM/GPRS中心站发送故障探头的动作信息和地址信息；

步骤S503：GSM/GPRS中心站接收到故障探头的动作信息和地址信息后，对动作信息和地址信息进行解调、解码和数据处理，并将处理结果发送到监控主站；

步骤S504：监控主站根据GSM/GPRS中心站的处理结果显示短路故障点的地理位置信息；

步骤S505：安装故障探头的线路的两端的智能开关在接收到断开指令后根据该断开指令断开安装故障探头的线路连接。

本方法实施例通过安装于配电线路上的故障探头侦测短路故障，然后向数据转发器发送地址信息和动作信息，然后由数据转发器转发到GSM/GPRS中心站，GSM/GPRS中心站接收到故障探头的动作信息和地址信息后，对动作信息和地址信息进行解调、解码和数据处理，并将处理结果发送到监控主站，由监控主站生成断开指令，然后发送给智能开关，由智能开关根据该断开指令断开故障探头所在线路的连接，从而起到隔离的作用。与现有技术相比，本方法实施例将故障指示器技术、GSM通信技术和GIS技术结合起来，提供了一种完全自动化的故障隔离系统和方法，从而提高了短路故障的隔离效率。

在实际应用过程中，上述方法实施例由于应用场景的不同，方法步骤可能存在差异，以适应特殊需要，改进技术效果。比如，当前述方法实施例应用于中性点不直接接地的配电系统时，在配电线路上还安装有不对称电流源，在短路故障发生时输入用于故障点探测的信号，所述故障探头探测到所述信号后被触发。增加这一步骤扩大了前述方法实施例的适用范围。还比如，在实际过程中，每个步骤进行信息传递过程中传递的速度、准确性等可能受到每个传输主体之间的连接方式的影响，本申请优选故障探头通过短距离无线传输系统向数据转发器发送动作信息；数据转发器通过GSM传输系统向所述GSM/GPRS中心站发送故障探头的动作信息和地址信息；GSM/GPRS中心站通过串口信息传输方法向监控主站发送GSM/GPRS中心的处理结果。

需要说明的是：为了叙述的简便，本说明书的上述实施例以及实施例的各种变形实现方式重点说明的都是与其他实施例或变形方式的不同之处，各个情形之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于方法实施例的几个改进方式而言，由于其基本相似于系统实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。以上所描述的系统实施例的各单元可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络环境下。在实际应用过程中，可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的，本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (8)

1.一种配电线路短路故障隔离系统，其特征在于，所述系统包括：至少两个智能开关、至少一个故障探头、数据转发器、GSM/GPRS中心站和监控主站，其中：

所述故障探头安装于配电线路上，在故障探头安装的配电线路发生短路故障时故障探头将被触发向数据转发器发送地址信息和动作信息；

所述数据转发器与故障探头连接，用于在接收到故障探头的动作信息后，向GSM/GPRS中心站发送故障探头的动作信息和地址信息；

所述GSM/GPRS中心站与所述转发器连接，用于接收故障探头的动作信息和地址信息，并对动作信息和地址信息进行解调、解码和数据处理，将处理结果发送到监控主站；

所述监控主站与所述GSM/GPRS中心站连接，用于根据GSM/GPRS中心站的处理结果进行拓扑分析计算，生成与被触发的故障探头安装的线路对应的断开指令，并将该指令发送给智能开关；

所述智能开关位于安装故障探头的线路的两端，用于在接收到断开指令后根据该断开指令断开安装故障探头的线路连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，在所述系统应用于中性点不直接接地的配电系统时，所述系统还包括安装于配电线路上的不对称电流源，用于在短路故障发生时输入用于故障点探测的信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述不对称电流源包括与配电线路的各相电路分别连接的多个真空开关，以及高压二级管、限流电阻和用于控制真空开关开闸/合闸的控制器，其中：多个真空开关并联后与高压二级管串联，高压二极管与限流电阻串联。

4.根据权利要求1至3中任何一项所述的系统，其特征在于，所述数据转发器通过短距离无线传输系统与故障探头连接，所述GSM/GPRS中心站通过GSM传输系统与数据转发器连接，所述监控主站通过串口信息传输方式与GSM/GPRS中心站连接。

5.根据权利要求1至3中任何一项所述的系统，其特征在于，一个数据转发器与最多九个故障探头连接，所述数据转发器封闭在聚碳酸酯的密封盒内，利用卡线结构卡在配电线路上。

6.一种配电线路短路故障隔离方法，其特征在于，所述方法包括：

安装于配电线路上的故障探头在配电线路发生短路故障时被触发向数据转发器发送动作信息；

数据转发器接收故障探头发送的动作信息后，向GSM/GPRS中心站发送故障探头的动作信息和地址信息；

GSM/GPRS中心站接收到故障探头的动作信息和地址信息后，对动作信息和地址信息进行解调、解码和数据处理，并将处理结果发送到监控主站；

监控主站根据GSM/GPRS中心站的处理结果进行拓扑分析计算，生成与被触发的故障探头安装的线路对应的断开指令，并将该指令发送给智能开关；

安装故障探头的线路的两端的智能开关在接收到断开指令后根据该断开指令断开安装故障探头的线路连接。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述方法应用于中性点不直接接地的配电系统时，在配电线路上还安装有不对称电流源，在短路故障发生时输入用于故障点探测的信号，所述故障探头探测到所述信号后被触发。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述故障探头通过短距离无线传输系统向数据转发器发送动作信息；所述数据转发器通过GSM传输系统向所述GSM/GPRS中心站发送故障探头的动作信息和地址信息；所述GSM/GPRS中心站通过串口信息传输方式向监控主站发送GSM/GPRS中心的处理结果。

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