CN103713239B - 基于电流方向和次数的线路故障检测方法 - Google Patents

基于电流方向和次数的线路故障检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力检测领域，尤其涉及基于电流方向和次数的线路故障检测方法。在有故障的线路两端分别有一个供电所，其特征在于，包含如下步骤，设定其中一个供电方向为正方向；则另一侧供电方向为负方向；根据如下情况进入不同的判断逻辑：备投－重合模式、单备投模式、单重合模式、重合－备投模式；检测电流方向和过电次数，依照如上所述的模式分别判断两个或者两个以上的电流检测点位的结果，根据故障判断区域的重合，即可判定故障点。有益效果：准确性更高；可靠性更高；判断速度更快；投资更小；更方便便捷。

Description

基于电流方向和次数的线路故障检测方法
技术领域
本发明涉及电力检测领域，尤其涉及基于电流方向和次数的线路故障检测方法。
背景技术
铁路自闭/贯通供电线路沿铁路线分布，每40～60公里设一个配电所，配电所的电源进线取自地方电力系统，两个配电所的自闭出线或贯通出线构成一个供电区间（臂），两侧互为主备供，每个供电区间由车站开关划分为若干线段，每个水电段管理多个供电区间。
图1是一个典型的自闭或贯通供电线路区间。
线路供电区间的运行方式：主备供配电所出线开关保护的运行方式决定了该区间的运行方式，铁路水电系统供电区间常见的运行方式包括：
（1）备投-重合模式，最常见的工作模式；
当发生永久性相间短路故障（大电流故障）时，主供侧保护动作，开关0秒速断；备投方经备投时间后备投，备投失败；主供侧经重合闸时间重合，重合失败，全线失电。
（2）单备投模式
当发生永久性相间短路故障（大电流故障）时，主供侧保护动作，开关0秒速断；备投方经备投时间后备投，备投失败，全线失电。
（3）单重合模式
当发生永久性相间短路故障（大电流故障）时，主供侧保护动作，开关0秒速断；主供侧经重合闸时间重合，重合失败，全线失电。
（4）重合-备投模式
与备投-重合模式相比，重合-备投模式只是备投、重合的先后次序发生了变化；
当发生永久性相间短路故障（大电流故障）时，主供侧保护动作，开关0秒速断；主供侧开关经重合闸时间重合，重合失败；备投方经备投时间后备投，备投失败，全线失电。
目前的解决方案
二分法：所谓二分法，就是当发生永久性故障时，先将供电臂中间的开关打开，再从一个配电所送电，如果送电成功，则说明故障存在于另一半供电臂，如果送电不成功，则说明故障存在于此半供电臂。
如图2所示，当K1点出现永久故障时，先打开2号开关，从甲所送电，合闸送电成功，则说明故障在2号开关至乙配电之间，然后再打开4号开关，从甲所送电，由于合闸于故障点上，甲所合闸失败，则说明故障点在4号开关至2号开关之间，再打开3号开关，甲所送电，送电成功，则说明故障点在3号开关和4号开关之间。
二分法有手动和远动二种，手动是人工去开合开关，远动是通过遥控开合开关。
主站法：主站法是在每个开关上安装检测装置FTU，检测流过此开关的故障电流，把检测到的故障电流信息通过通信信道送到主站，最后由主站软件进行判断，判断出故障在哪两个开关之间。
主站法的系统构成一般由主站、FTU、配电所出线开关保护单元和通信网络等组成，系统结构如图3所示。
主站法的定位原理如图4所示
备投－重合模式
经过完整的备投-重合过程之后，感受到两次故障的FTU和感受到一次故障的FTU之间为永久性故障点。
如图4所示，当甲所主供时，若K1点出现相间短路故障，则FTU1和FTU2分别感受到过流故障，甲所出线开关跳开，乙所备投投入，这样由于故障没有消除，FTU3和FTU4也分别感受到一次过流故障，并且乙所得出线开关也跳开；甲所的重合闸投入，再次合到故障上，这样FTU1和FTU2会第二次感受到故障，甲所出线开关第二次跳开，全线失压。
这样根据FTU1和FTU2感受到两次故障，FTU3和FTU4感受到一次故障，可以很容易的确定故障点的位置在FTU2和FTU3之间。
单备投模式
发生故障备投失败后，FTU1、FTU2、FTU3、FTU4均感受到一次过流故障，不同的是FTU1、FTU2感受的时间是一致的，FTU3、FTU4感受的时间是一致的，并且FTU1、FTU2和FTU3、FTU4感受到的时间相差在120ms左右，因为备投的时间为120ms，这要求各个FTU的时间标尺要高度一致，相差精度要达到10ms级别，否则不能判断出故障。
单重合模式
在单生命模式下，FTU1、FTU2会感受到两次过流故障，FTU3、FTU4没有感受到过流故障，很容易判断出故障所在的区段。
重合-备投模式
在此模式下，结果和备投生命模式一样，FTU1、FTU2感受到两次过电流故障，FTU3、FTU4感受到一次过电流故障。
发明内容
发明的目的：为解决铁路供电线路故障区段准确、快速的定位问题，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。
为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：
基于电流方向和次数的线路故障检测方法，在有故障的线路两端分别有一个供电所，其特征在于，包含如下步骤，
设定其中一个供电方向为正方向；则另一侧供电方向为负方向；
根据如下情况进入不同的判断逻辑：备投－重合模式、单备投模式、单重合模式、重合－备投模式；
备投－重合模式下判断方式如下，备投－重合结束后，如果检测到一次反方向过电流，即1－，则判断故障发生在本发明的电流检测点位之前；备投－重合结束后，如果检测到二次正方向过电流，即2+，则判断故障发生在本发明的电流检测点位之后；
单备投模式下判断方式如下，如果备投失败，备投结束后，如果检测到一次反方向过电流，即1－，则故障发生在本发明的电流检测点位之前；备投成功，备投结束后，如果检测到一次正方向过电流，即1+，则故障发生在本发明的电流检测点位之后；
单重合模式下判断方式如下，单重合结束后，如果没有检测到任何方向过电流，即0，则故障发生在本发明的电流检测点位之前；单重合结束后，如果检测到二次正方向过电流，即2+，则故障发生在本发明的电流检测点位之后；
重合－备投模式下判断方式同备投-重合的判断模式。
本发明进一步技术方案在于，在线路中设置两个或者两个以上的电流检测点位进行检测，检测电流方向和过电次数，依照如上所述的模式分别判断两个或者两个以上的电流检测点位的结果，根据故障判断区域的重合，即可判定故障点。
本发明进一步技术方案在于，正向电流和反向电流的本发明的电流方向检测方法是基于功率方向的判别方法，即引入电压量为基准量，比较安装处基准电压与电流的相位关系，从而确定电流方向是正向还是反向，具体实现方法如下：
装置取UBC为基准电压，比较流过装置的电流IA与UBC的相位关系来判断电流方向。设定其中一个方向为正方向，则另一个方向为反方向，
如果流过装置的电流IA与电压UBC的相位关系满足以下公式
ΦK-900≤arg(UBC/IA) ≤ΦK+900
则电流为正方向；
如果流过装置的电流IA与电压UBC的相位关系满足以下公式
ΦK+900≤arg(UBC/IA) ≤ΦK+2700
则电流为反方向。
采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：
和二分法相比较
二分法不能自动识别故障区段，需要人工或者遥控不断的开合开关，不断的合闸，才能最后识别出故障区段。对电网冲击厉害，损害设备寿命，特别是人工分合开关，需要人开车去线路开关处分合开关，耗费大量人力物力，才能判断出故障所在区段。
此方法不需要象二分法那样反复的开合开关，铁路供电线路失电后，即可判断出故障区段，时间短，准确率高，节省人力物力。
和主站法相比较。
、准确性更高
主站法中的判断功能在主站，FTU把收集到的过电流的次数及时间等信息及时发送到主站，由主站完成故障区段的判断，对通信的实时性依赖特别大，很容易受到通信的影响，导致不判或者误判。
本方法的判断功能在于智能终端装置本身，智能终端装置独立完成故障判断结果后，只是用通信把判断结果告知相关人员，判断功能对通信的实时性依赖并不强，所以准确率更高。
、可靠性更高
主站法的可靠性不仅依赖于终端设备（FTU），还依赖于主站软、硬件、通信的可靠性，本方法完成判断不再依赖于主站设备、通信设备，独立完成判断，因此可靠性更高。
、判断速度更快
主站法依赖于过电流次数传输到主站，为了避免延迟传送导致误判，通常会等待一段时间才会定位故障。而本方法不依赖于主站，可以瞬时产生定位结果。
、投资更小
主站法中需要收集所有终端的数据进行综合判断，本方法由终端设备直接产生结果，不再依赖于主站，可省去一大部分投资。
、更方便便捷
主站法需要到主站查询故障，本方法智能终端装置直接将判断结果发送至相关人员的手机上，更加方便快捷。
附图说明
为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：
图1为供电区间示意图；
图2为供电区间二分法故障分析示意图；
图3为供电区间主站法系统示意图；
图4为供电区间主站法故障分析原理图；
图5-7为故障发生在电流检测点位之前的过电情况简图；
图8-10为故障发生在电流检测点位之后的过电情况简图；
图11为本发明单独应用于供电线路上的故障分析示意图；
图12为本发明叠加应用于供电线路上的故障分析示意图；
图13为电流为正方向时的电流与电压的示意图；
图14为电流为反方向时的电流与电压的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例进行说明，实施例不构成对本发明的限制：
本发明的实现是基于过电次数的检测和电流方向的检测，电流方向的检测可以参考《功率方向判断方法》 ；比如可以采用二极管单向电流亮灯的方式进行标识；过电次数是在DTU单元中设定一个电流门槛值，越过门槛值则认为是过电流，DTU单元本身可以记录过电流次数。因此本发明的实现没有任何问题。
另外本发明还能做成一个装置，该装置结构由箱体，DTU单元，不间断电源，通信装置等组成，通过航空插头与电流互感器、电压互感器连接。
结合图13和图14；本发明进一步技术方案在于，正向电流和反向电流的本发明的电流方向检测方法是基于功率方向的判别方法，即引入电压量为基准量，比较安装处基准电压与电流的相位关系，从而确定电流方向是正向还是反向，具体实现方法如下：
装置取UBC为基准电压，比较流过装置的电流IA与UBC的相位关系来判断电流方向。设定其中一个方向为正方向，则另一个方向为反方向，
如果流过装置的电流IA与电压UBC的相位关系满足以下公式
ΦK-900≤arg(UBC/IA) ≤ΦK+900
则电流为正方向；
如果流过装置的电流IA与电压UBC的相位关系满足以下公式
ΦK+900≤arg(UBC/IA) ≤ΦK+2700
则电流为反方向。
附图中FTU是指：开关监测控制器；DTU是指本发明的装置。
本装置的特点是单台装置能独立判断出故障区段发生在本装置的哪一侧。
本装置所采用的判断原理是通过检测流过本装置的过电流次数+电流方向（功率方向）。
本装置在线路上安装完毕后，会检测到线路的实际供电方向，本装置会给此实际供电方向命名，以确定线路的供电方向，装置会设定其中一个供电方向为正方向；则另一侧供电方向为负方向。
备投－重合模式
第一种情况：故障发生在智能装置之前
如图5、6、7所示，设定甲所供电方向为正方向，永久故障发生在智能装置前的K1点。
备投－重合结束后，智能装置检测到一次反方向过电流，即1－。
第二种情况：故障发生在智能装置之后
如图8、9、10所示，设定甲所供电方向为正方向，永久故障发生在K2点，
备投－重合结束后，智能装置检测到二次正方向过电流，即2+。
单备投模式
第一种情况：故障发生在智能装置之前
如图5、6，故障发生在K1点，备投失败后。
备投结束后，智能装置检测到一次反方向过电流，即1－。
第二种情况：故障发生在智能装置之后
如图8、9所示，设定甲所供电方向为正方向，永久故障发生在K2点，
备投结束后，智能装置检测到一次正方向过电流，即1+。
单重合模式
第一种情况：故障发生在智能装置之前
如图5、7所示，设定甲所供电方向为正方向，永久故障发生在智能装置前的K1点。
单重合结束后，智能装置未检测到任何方向过电流。
第二种情况：故障发生在智能装置之后
如图8、10所示，设定甲所供电方向为正方向，永久故障发生在K2点，
单重合结束后，智能装置检测到二次正方向过电流，即2+。
重合－备投模式
此种模式的结果和备投－重合模式一样。
安装多台智能装置情况下故障区段判断原理
当线路上安装一台智能装置时，本智能装置判断故障区段情况如图11所示。
当线路上安装两台智能装置时，本智能装置判断故障区段的情况如图12所示。
当线路上安装更多的智能装置时，它们的交集区段，就是故障区段。
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。本领域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范围内。

Claims (2)

1.基于电流方向和次数的线路故障检测方法，在有故障的线路两端分别有一个供电所，其特征在于，包含如下步骤，
设定其中一个供电方向为正方向；则另一侧供电方向为负方向；
根据如下情况进入不同的判断逻辑：备投－重合模式、单备投模式、单重合模式、重合－备投模式；
备投－重合模式下判断方式如下，备投－重合结束后，如果检测到一次反方向过电流，即1－，则判断故障发生在本发明的电流检测点位之前；备投－重合结束后，如果检测到二次正方向过电流，即2+，则判断故障发生在电流检测点位之后；
单备投模式下判断方式如下，如果备投失败，备投结束后，如果检测到一次反方向过电流，即1－，则故障发生在电流检测点位之前；备投成功，备投结束后，如果检测到一次正方向过电流，即1+，则故障发生在电流检测点位之后；
单重合模式下判断方式如下，单重合结束后，如果没有检测到任何方向过电流，即0，则故障发生在电流检测点位之前；单重合结束后，如果检测到二次正方向过电流，即2+，则故障发生在电流检测点位之后；
重合－备投模式下判断方式同备投-重合的判断模式；
正向电流和反向电流的本发明的电流方向检测方法是基于功率方向的判别方法，即引入电压量为基准量，比较安装处基准电压与电流的相位关系，从而确定电流方向是正向还是反向，具体实现方法如下：
装置取UBC为基准电压，比较流过装置的电流IA与UBC的相位关系来判断电流方向；设定其中一个方向为正方向，则另一个方向为反方向，
如果流过装置的电流IA与电压UBC的相位关系满足以下公式；
ΦK-900≤arg(UBC/IA) ≤ΦK+900
则电流为正方向；
如果流过装置的电流IA与电压UBC的相位关系满足以下公式
ΦK+900≤arg(UBC/IA) ≤ΦK+2700
则电流为反方向。
2.如权利要求1所述的基于电流方向和次数的线路故障检测方法，其特征在于，在线路中设置两个或者两个以上的电流检测点位进行检测，检测电流方向和过电次数，依照权利要求1所述的模式分别判断两个或者两个以上的电流检测点位的结果，根据故障判断区域的重合，即可判定故障点。
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