CN103701218B - 输电线路故障监测装置及监测方法 - Google Patents

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Abstract

一种输电线路故障监测装置，包括用于采集二次相电流的电流采集电路；用于采集二次线电压的电压采集电路；用于接收二次相电流及二次线电压的ADC芯片，并将二次相电流及二次线电压传送给主控器；用于检测开关状态的遥信检测电路；用于控制开关动作的遥控输出电路；用于与外界通信的通信电路；及用于根据二次相电流及二次相电压判定输电线路故障的主控器；当输电线路发生故障时，主控器控制遥信检测电路及遥控输出电路控制所属控制区域内的开关进行分合闸，并通过通信电路给外界发送故障信息。该方案能够准确判断故障位置，控制控制区域内的开关进行动作，可快速恢复非故障区域的供电。

Description

输电线路故障监测装置及监测方法
技术领域
本发明涉及电力监测领域，尤其涉及一种输电线路故障监测装置及监测方法。
背景技术
目前，现有的输电线路故障监测装置都具有继电保护装置，继电保护装置工作原理基本基于所述监测电流或电压的大小进行判断并作出保护，出现短路故障时，进行速断保护或限时保护或定时保护，根据电流的大小进行开关的分时段控制，达到隔离故障恢复供电的目的，或使用重合闸的方式判断电压，一般在三次重合闸内也能判断故障区域并进行故障区域的隔离和非故障区域的恢复供电。
现有的继电保护装置的缺陷是电流保护因分时判断，即每个开关依次延时的方式进行判断，总共使用的时间过长，对于非瞬时故障容易因发热等各种原因烧毁供电设备，造成供电的不稳定，给用电单位易造成影响，即使采用重合闸方式，通过重合闸的方式依次合闸开关，直到遇到故障区域再跳闸，三次以内重复这样的过程总共用时也较长，而且还具有合闸故障电流的风险，用电单位也会经历几次断电来电又断电这样的过程。该种方式极易造成故障区域范围的扩大。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中输电线路故障监测装置故障判断用时长，工作可靠性差的技术问题，提供一种准确判断故障位置，可快速恢复非故障区域的供电的输电线路故障监测装置。
本发明提供一种输电线路故障监测装置，包括
用于采集二次相电流的电流采集电路；
用于采集二次线电压的电压采集电路；
用于接收二次相电流及二次线电压的ADC芯片，并将二次相电流及二次线电压传送给主控器；
用于检测开关状态的遥信检测电路；
用于控制开关动作的遥控输出电路；
用于与外界通信的通信电路；及
用于根据二次相电流及二次线电压判定输电线路故障的主控器，所述主控器根据接收的二次相电流及二次线电压计算采样电压的有效值和采样电流的有效值，并计算判定有功功率的方向，如果功率方向为负方向，那么故障点不在本控制区域，开关不分闸继续运行；如果功率方向为正方向，那么故障点在本控制区域，主控器控制遥信检测电路及遥控输出电路控制所属控制区域内的开关进行分合闸，并通过通信电路给外界发送故障信息；
其中，所述线电压为90°接线的线电压，所述二次相电流与二次线电压相位差90°。
优选地，所述电流采集电路包括用于采集二次相电流Ia的第一电流采集电路、用于采集二次相电流Ib的第二电流采集电路及用于采集二次相电流Ic的第三电流采集电路；
所述电压采集电路包括用于采集二次线电压Ubc的第一电压采集电路、用于采集二次线电压Uca的第二电压采集电路及用于采集二次线电压Uab的第三电压采集电路；
所述第一电流采集电路、第二电流采集电路、第三电流采集电路、第一电压采集电路、第二电压采集电路及第三电压采集电路分别与所述ADC芯片相连接；
其中，二次相电流Ia与二次线电压Ubc相位差90°、二次相电流Ib与二次线电压Uca相位差90°、二次相电流Ic及二次线电压Uab相位差90°
优选地，所述第一电流采集电路、第二电流采集电路及第三电流采集电路分别通过一个电抗变压器采集对应的二次相电流；
所述第一电压采集电路、第二电压采集电路及第三电压采集电路分别通过一个电压变压器采集对应的二次线电压。
本发明的实施例还提供一种输电线路故障监测方法，包括以下步骤：
步骤S100，通过电抗变压器、电压变压器分别对同一周期内的二次相电流、及对应的二次线电压进行N次采样；
步骤S200，判定所采样的电流值是否超过设定值Iset；若否，返回步骤S100；若是，进入步骤S300；
步骤S300，计算采样电压的有效值U和采样电流的有效值I，并计算判定有功功率的方向，当有功功率的方向为负时，返回步骤S100；否则，进入步骤S400；
步骤S400，检测控制区域内的开关状态，若是分闸状态，返回步骤S100，反之线路发生故障，进入步骤S500；
步骤S500，输出分闸控制信号，控制开关进行分闸操作；
步骤S600，排除或修复线路故障，并发送线路故障或修复排除信号；
步骤S700，输出合闸控制信号，控制控制区域内的开关进行合闸操作；
其中，所述线电压为90°接线的线电压，所述二次相电流与二次线电压相位差90°。
优选地，所述二次相电流为A相电流Ia、二次线电压为相线B与相线C之间的电压Ubc，或所述二次相电流为B相电流Ib、二次线电压为相线C与相线A之间的电压Uca，或所述二次相电流为C相电流Ic、二次线电压为相线A与相线B之间的电压Uab；
其中，二次相电流Ia与二次线电压Ubc相位差90°、二次相电流Ib与二次线电压Uca相位差90°、二次相电流Ic及二次线电压Uab相位差90°。
优选地，所述步骤S300具体包括：
计算出采样电压的有效值U，采样电流的有效值I，并计算视在功率S、有功功率P，得到功率因数具体为：
U = 1 N Σ i = 1 N u i 2 , I = 1 N Σ i = 1 N i i 2 , S = U I , P = 1 N Σ i = 1 N u i i i , c o s φ = P S
其中，ui为每次的二次线电压的采样值，ii为每次的二次相电流的采样值；
计算的值，当在区间(-90°，90°)内时，功率方向为正方向，反之功率方向为负方向，其中α为电抗变压器的角差。
优选地，所述步骤S500与步骤S600之间还包括步骤：
S510，通过遥信检测开关合闸状态，当检测次数大于设定值n时，输出遥控故障信息并上报，然后进入步骤S600；若否，则直接进入步骤S600。
优选地，所述步骤S700之后还包括步骤：
S710，通过遥信检测开关分闸状态，当检测次数大于设定值n时，输出遥控故障信息并上报，然后进入步骤S600；若否，则本次故障监测结束。
优选地，所述电抗变压器二次相电流的输入范围为0-5A，所述电压变压器二次线电压的输入范围为0-100V。
优选地，所述设定值n为3。，
以上技术方案中，采集二次相电流及二次线电压进行变换、移相、交直流转化后进行分析计算，并根据计算结果判定输电线路是否发生故障，当输电线路发生故障时，主控制器控制遥信检测电路及遥控输出电流进行分合闸，并通过通信电路给外界发送故障信息。能够准确判断故障位置，控制控制区域内的开关进行动作，可快速恢复非故障区域的供电。
附图说明
图1是本发明一种实施例的输电线路故障监测装置的电路组成框图；
图2是本发明第二种实施例的输电线路故障监测装置的电路组成框图；
图3是本发明输电线路故障监测的方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明的实施例提供一种输电线路故障监测装置，包括用于采集二次相电流的电流采集电路100，用于采集二次线电压的电压采集电路200，用于接收二次相电流及二次线电压的ADC芯片300，并将二次相电流及二次线电压传送给主控器；用于检测开关状态的遥信检测电路600，遥信检测电路600负责所述控制区域内的开关状态的检测；用于控制开关动作的遥控输出电路500，遥控输出电路500负责控制所述控制区域内的开关的合闸或分闸操作；用于与外界通信的通信电路700，包括负责线路故障信息及装置自身故障信息的上报；及用于根据二次相电流及二次相电压判定输电线路故障的主控器400；
当输电线路发生故障时，主控器400控制遥信检测电路600及遥控输出电路500控制所属控制区域内的开关进行分合闸，并通过通信电路700给外界发送故障信息。其中，所述线电压为90°接线的线电压，所述二次相电流与二次线电压相位差90°。
主控器400根据接收的二次相电流及二次线电压计算采样电压的有效值U和采样电流的有效值I，并计算判定有功功率的方向，如果功率方向为负方向，那么故障点不在本控制区域，开关不分闸继续运行；如果功率方向为正方向，那么故障点在本控制区域，要检测开关状态并进行分闸操作。
作为本发明的第二种实施例，所述电流采集电路100包括用于采集二次相电流Ia的第一电流采集电路110、用于采集二次相电流Ib的第二电流采集电路120及用于采集二次相电流Ic的第三电流采集电路130。
所述电压采集电路200包括用于采集二次线电压Ubc的第一电压采集电路210、用于采集二次线电压Uca的第二电压采集电路220及用于采集二次线电压Uab的第三电压采集电路230。
所述第一电流采集电路110、第二电流采集电路120、第三电流采集电路130、第一电压采集电路210、第二电压采集电路220及第三电压采集电路230分别与所述ADC芯片300相连接；
其中，二次相电流Ia与二次线电压Ubc相位差90°、二次相电流Ib与二次线电压Uca相位差90°、二次相电流Ic及二次线电压Uab相位差90°
进一步地，所述第一电流采集电路110、第二电流采集电路120及第三电流采集电路130分别通过一个电抗变压器采集对应的二次相电流；例如，第一电流采集电路110通过第一电抗变压器DKB1采集二次相电流Ia、第二电流采集电路120通过第二电抗变压器DKB2采集二次相电流Ib及第三电流采集电路130通过第三电抗变压器DKB3采集二次相电流Ic。
所述第一电压采集电路210、第二电压采集电路220及第三电压采集电路230分别通过一个电压变压器采集对应的二次线电压。例如，第一电压采集电路210通过第一电压变压器YB1采集二次线电压Ubc、第二电压采集电路220通过第二电压变压器YB2采集二次线电压Uca及第三电压采集电路230通过第三电压变压器YB3采集二次线电压Uab。
在上述实施例中，所述每个电抗变压器二次相电流的输入范围为0-5A，所述每个电压变压器二次线电压的输入范围为0-100V。
结合图3所示，本发明还提供一种上述输电线路故障监测装置的故障监测方法，包括以下步骤：
步骤S100，通过电抗变压器、电压变压器分别对同一周期内的二次相电流、及对应的二次线电压进行N次采样。
步骤S200，判定所采样的电流值是否超过设定值Iset；若否，返回步骤S100；若是，进入步骤S300；由于各地线路的负荷情况不同，所以应整定一个电流值Iset，如果检测到N次采样值内的采样电流值小于或等于Iset，则返回继续步骤100，如果检测到的电流大于Iset，表示电流已超出整定值，可能是线路出现短路故障，需要继续进行功率方向的判定。
步骤S300，计算采样电压的有效值U和采样电流的有效值I，并计算判定有功功率的方向，当有功功率的方向为负时，返回步骤S100；否则，进入步骤S400；如果功率方向为负方向，那么故障点不在本控制区域，开关不分闸继续运行；如果功率方向为正方向，那么故障点在本控制区域，要检测开关状态并进行分闸操作。
步骤S400，检测控制区域内的开关状态，若是分闸状态，返回步骤S100，反之线路发生故障，进入步骤S500；
步骤S500，输出分闸控制信号，控制开关进行分闸操作；即在开关合闸的状态下才能进行分闸操作。
步骤S600，排除或修复线路故障，并发送线路故障或修复排除信号；
步骤S700，输出合闸控制信号，控制控制区域内的开关进行合闸操作；
其中，所述线电压为90°接线的线电压，所述二次相电流与二次线电压相位差90°。
优选地，步骤S100中，通过电抗变压器、电压变压器分别对同一周期内的二次相电流、及对应的二次线电压进行N次采样。这里所述的二次相电流为A相电流Ia、二次线电压为相线B与相线C之间的电压Ubc，或二次相电流为B相电流Ib、二次线电压为相线C与相线A之间的电压Uca，或所述二次相电流为C相电流Ic、二次线电压为相线A与相线B之间的电压Uab；
其中，二次相电流Ia与二次线电压Ubc相位差90°、二次相电流Ib与二次线电压Uca相位差90°、二次相电流Ic及二次线电压Uab相位差90°。
进一步地，在所述步骤S300中，计算采样电压的有效值U和采样电流的有效值I，并计算判定有功功率的方向的具体方法为：
U = 1 N Σ i = 1 N u i 2 , I = 1 N Σ i = 1 N i i 2 , S = U I , P = 1 N Σ i = 1 N u i i i , c o s φ = P S
其中，ui为每次的二次线电压的采样值，ii为每次的二次相电流的采样值；S为视在功率、P为有功功率，为功率因数。
同时，这里假设采集对应的二次相电流的电抗变压器的角差为α，平衡电抗变压器的角差，那么计算出的相角的结果应减去此角差α。因此计算的值，当在区间(-90°，90°)内时，功率方向为正方向，反之功率方向为负方向，其中α为电抗变压器的角差。
更近一步地，在述步骤S500与步骤S600之间还包括步骤：
S510，通过遥信检测开关合闸状态，当检测次数大于设定值n时，输出遥控故障信息并上报，然后进入步骤S600；若否，则直接进入步骤S600。优选地，这里的设定值n为3，当遥信检测为合闸位时，输出分闸信号控制所述控制区域内的开关进行分闸，然后反馈开关的遥信位置，若还是为合闸位，则继续输出分闸信号控制所述控制区域内的开关进行分闸，然后反馈开关的遥信位置。如果遥信检测开关合闸状态次数大于3次时，表明出现遥控故障，需要上报遥控故障信息。
同样地，所述步骤S700之后还包括步骤：
S710，通过遥信检测开关分闸状态，当检测次数大于设定值n时，输出遥控故障信息并上报，然后进入步骤S600；若否，则本次故障监测结束。优选地，这里的设定值n也为3。
上述实施例中，所述电抗变压器DKB1二次相电流的输入范围为0-5A，所述电压变压器YB1二次线电压的输入范围为0-100V。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种输电线路故障监测装置，其特征在于：包括
用于采集二次相电流的电流采集电路；
用于采集二次线电压的电压采集电路；
用于接收二次相电流及二次线电压的ADC芯片，并将二次相电流及二次线电压传送给主控器；
用于检测开关状态的遥信检测电路；
用于控制开关动作的遥控输出电路；
用于与外界通信的通信电路；及
用于根据二次相电流及二次线电压判定输电线路故障的主控器，所述主控器根据接收的二次相电流及二次线电压计算采样电压的有效值和采样电流的有效值，并计算判定有功功率的方向，如果功率方向为负方向，那么故障点不在本控制区域，开关不分闸继续运行；如果功率方向为正方向，那么故障点在本控制区域，主控器控制遥信检测电路及遥控输出电路控制所属控制区域内的开关进行分合闸，并通过通信电路给外界发送故障信息；
其中，所述线电压为90°接线的线电压，所述二次相电流与二次线电压相位差90°。
2.根据权利要求1所述的输电线路故障监测装置，其特征在于：所述电流采集电路包括用于采集二次相电流Ia的第一电流采集电路、用于采集二次相电流Ib的第二电流采集电路及用于采集二次相电流Ic的第三电流采集电路；
所述电压采集电路包括用于采集二次线电压Ubc的第一电压采集电路、用于采集二次线电压Uca的第二电压采集电路及用于采集二次线电压Uab的第三电压采集电路；
所述第一电流采集电路、第二电流采集电路、第三电流采集电路、第一电压采集电路、第二电压采集电路及第三电压采集电路分别与所述ADC芯片相连接；
其中，二次相电流Ia与二次线电压Ubc相位差90°、二次相电流Ib与二次线电压Uca相位差90°、二次相电流Ic及二次线电压Uab相位差90°。
3.根据权利要求2所述的输电线路故障监测装置，其特征在于：所述第一电流采集电路、第二电流采集电路及第三电流采集电路分别通过电抗变压器采集对应的二次相电流；
所述第一电压采集电路、第二电压采集电路及第三电压采集电路分别通过电压变压器采集对应的二次线电压。
4.一种输电线路故障监测方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S100，通过电抗变压器、电压变压器分别对同一周期内的二次相电流、及对应的二次线电压进行N次采样；
步骤S200，判定所采样的电流值是否超过设定值Iset；若否，返回步骤S100；若是，进入步骤S300；
步骤S300，计算采样电压的有效值U和采样电流的有效值I，并计算判定有功功率的方向，当有功功率的方向为负时，返回步骤S100；否则，进入步骤S400；
步骤S400，检测控制区域内的开关状态，若是分闸状态，返回步骤S100，反之线路发生故障，进入步骤S500；
步骤S500，输出分闸控制信号，控制开关进行分闸操作；
步骤S600，排除或修复线路故障，并发送线路故障或修复排除信号；
步骤S700，输出合闸控制信号，控制控制区域内的开关进行合闸操作；
其中，所述线电压为90°接线的线电压，所述二次相电流与二次线电压相位差90°。
5.根据权利要求4所述的一种输电线路故障监测方法，其特征在于：所述二次相电流为A相电流Ia、二次线电压为相线B与相线C之间的电压Ubc，或所述二次相电流为B相电流Ib、二次线电压为相线C与相线A之间的电压Uca，或所述二次相电流为C相电流Ic、二次线电压为相线A与相线B之间的电压Uab；
其中，二次相电流Ia与二次线电压Ubc相位差90°、二次相电流Ib与二次线电压Uca相位差90°、二次相电流Ic及二次线电压Uab相位差90°。
6.根据权利要求4所述的输电线路故障监测方法，其特征在于：所述步骤S300具体包括：
计算出采样电压的有效值U，采样电流的有效值I，并计算视在功率S、有功功率P，得到功率因数具体为：
U = 1 N Σ i = 1 N u i 2 , I = 1 N Σ i = 1 N i i 2 , S＝UI， P = 1 N Σ i = 1 N u i i i , c o s φ = P S ;
其中，ui为每次的二次线电压的采样值，ii为每次的二次相电流的采样值；
计算的值，当在区间(-90°，90°)内时，功率方向为正方向，反之功率方向为负方向，其中α为电抗变压器的角差。
7.根据权利要求4所述的输电线路故障监测方法，其特征在于：所述步骤S500与步骤S600之间还包括步骤：
S510，通过遥信检测开关合闸状态，当检测次数大于设定值n时，输出遥控故障信息并上报，然后进入步骤S600；若否，则直接进入步骤S600。
8.根据权利要求4所述的输电线路故障监测方法，其特征在于：所述步骤S700之后还包括步骤：
S710，通过遥信检测开关分闸状态，当检测次数大于设定值n时，输出遥控故障信息并上报，然后进入步骤S600；若否，则本次故障监测结束。
9.根据权利要求4所述的输电线路故障监测方法，其特征在于：所述电抗变压器二次相电流的输入范围为0-5A，所述电压变压器二次线电压的输入范围为0-100V。
10.根据权利要求7或8所述的输电线路故障监测方法，其特征在于：所述设定值n为3。
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