CN105510769A - 一种配电网单相接地故障指示器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网单相接地故障指示器，包括自适应信号注入装置、快速故障检测终端和通信控制主机，自适应信号注入装通过自动调节注入信号大小和特征来实现检测终端具备对接地点和故障点的精确定位的可能，快速故障检测终端过该故障快速检测终端，完成对具体配网线路上的故障电流和特征信号的检测，达到有效快速定位故障点，通信控制主机实现对周边检测终端两遥信号的合并上传至调度主站，使工作人员能够及时得知故障地点。该故障指示器结构简单，操作方便，能实现接地故障精确查找，大幅缩短当前现场实际故障查找时间，大幅度提高定位效果。

Description

一种配电网单相接地故障指示器

技术领域

本发明涉及配电故障巡查设备技术领域，具体涉及一种配电网单相接地故障指示器。

背景技术

故障指示器起源于二十世纪八十年代的德国，发明它的目的是为了指示电力线路短路电流流过的途径，帮助人们查找到故障点。起初故障指示器主要采用模拟器件和逻辑组合电路，不过随着电子芯片技术和通讯技术的快速发展，数字化的故障指示器已经逐渐普及，数字化的故障指示器除了实现故障检测、指示和信号远传等“遥信”功能以外，还可以实现“遥测”信号量，并且可以在线调整运行参数。

目前国内配电故障指示器市场上厂家主要有北京科锐、北京水木源华、上海宏力达以及长沙威胜。从应用效果来看，目前普遍存在在线率不高，只能实现“一遥“功能等问题，不能满足智能配电网发展对配电网运行状态进行实时监控的要求。对于故障指示的应用效果，对于单相接地故障的检测，由于国内的配电网大多为中性点不接地或者经消弧线圈接地，从检测原理和实现成本上来讲，常用有电容电流突变法、首半波法、5次谐波法、注入信号法等，各种方法各有优缺点，实际应用的情况差异较大，应用效果来讲都不太理想。

目前架空系统中安装有专门的架空故障指示器，为配合此种系统的绝缘特性，指示器未与系统设备电气连接，也不用光纤进行连接，而是采用无线通信技术传递运行信息。线路系统中的故障指示器的卡线结构可在运行过程中吸收线路中的电能供应电池消耗。架空故障指示器应用于架空系统中，供电电池多为锂电池，能够对架空系统中产生的故障进行分析后将检测与分析信息经无线电进行短距离的传输，此种系统中故障产生种类不多、故障频率较低，因而故障指示器发出的信息代码也较简短，其产生的功耗基本接近继电器触点。另外，架空故障指示器不能实现待机运行，因而多应用于电流较大的线路系统中。架空电路系统的故障指示器通过其中的无源传感器将检测到的故障信息经光纤传送至主机系统处，帮助主机实现短距离无线信号至DTU的传输，最终由DTU将接收到的故障信息经GPRS传送至主站系统，既实现了系统运行过程故障信息的无障碍传输，又大大方便了系统及指示器的安装工作及维护工作。应当注意的是，架空系统安装故障指示器后应加强破坏防护，将系统中的GPRS天线进行更为隐秘、规范的安装，防止天线的破坏和信号的削弱。同时，由于故障信息传送的限制问题，故障指示器不建议在郊外等较为偏僻的区域使用。

故障指示器在电缆系统中的应用。小电阻接地式的电缆系统中常使用故障指示器进行日常运行过程中的接地故障、短路故障检测分析：短路故障检测分析应用。用于检测电缆系统运行过程短路故障之时，将故障指示器安装于系统的相线处，指示器可依照既定的程序与标准对电缆系统中的各部位线路负荷电流状况及短路状况进行实时监控分析，还可实现电缆头相接部位的温度监控。另外，电缆系统可通过故障指示器进行一定范围之内的光纤传输，在一次设备及二次设备隔离的情况下实现电缆系统短路故障的严密监控。接地故障检测分析应用。电缆系统中的三相电缆部分常使用故障指示器进行系统日常运行过程的接地故障检测。故障指示器在我国三相电缆中的使用应适应国内电缆系统的特点，要充分使用国内配电网络运行中的谐振接地、小电阻接地等不同的接地方式，国内的故障指示器应同时能够满足谐振接地、小电阻接地的接地方式。面板型故障指示器应用。电缆系统常应用面板型的故障指示器避免电缆沟内观察难度大的问题，方便电缆系统日常运行中接地问题及短路问题的检测分析。

目前市场上销售的故障指示器种类繁多，型号复杂，按照判断检测特征量的不同分为两种，一种是利用故障发生时配网本身的变化特征进行故障点的检测，一种是在检测到故障时认为的向系统注入一个特殊信号，通过检测特殊信号流经的回路，实现故障点的检测；按照应用功能可分为短路故障检测、接地故障检测以及短路接地检测二合一三种。

对于故障指示的应用效果，对于单相接地故障的检测，由于国内的配电网大多为中性点不接地或者经消弧线圈接地，从检测原理和实现成本上来讲都是世界性难题，目前市场上使用最为广泛的单相接地检测原理是五次谐波检测方法和首半波检测方法。

另外故障指示器应用不足之处是其在线率比较低，不能满足智能配电网发展对配电网运行状态进行实时监控的要求。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种配电网单相接地故障指示器，该故障指示器结构简单，操作方便，能实现接地故障精确查找，大幅缩短当前现场实际故障查找时间，大幅度提高定位效果。

实现本发明上述目的所采样的技术方案为：

一种配电网单相接地故障指示器，其特征在于：包括自适应信号注入装置、快速故障检测终端和通信控制主机；

自适应信号注入装置至少包括变压器式消弧线圈，所述变压器式消弧线圈的一次绕组W1为工作绕组一端与接地变压器相连，所述一次绕组W1另一端与地网连接，变压器式消弧线圈的二次绕组W2为控制绕组；

快速故障检测终端包括括用于输出S检测信号的信号源、挂扣于被测负荷导线上高压钳流表以及分别悬挂于三相线路上的三根S信号注入挂接令克棒，三根S信号注入挂接令克棒通过两根三相端接线短接；S注入信号线的一端与变压器式消弧线圈的二次绕组W2相连，另一端连接到一根S信号注入挂接令克棒上；信号源的接地端通过接地线接地；高压钳流表的下端连接钳流表令克棒，高压钳流表通过无线方式将S检测信号值传送给用于计算实际S检测信号值的PDA掌上终端；

通信控制主机包括中央处理器，以及与所述中央处理器分别连接的模拟量输入电路、开关量输入电路、脉冲输出电路、开关量输出电路、通讯电路和人机交互器；

所述中央处理器包括可编程逻辑控制电路；

所述模拟量输入电路包括与所述配电网接地故障处理系统中的电流互感器及电压互感器连接的模拟输入端；

所述开关量输入电路包括一个或多个开入节点；所述脉冲输出电路设有控制脉冲输出端；所述开关量输出电路包括一个或多个开出节点；

所述通讯电路包括信号输出端，以实现与后台监控系统和调度系统通信连接；

PDA掌上终端与开关量输入电路连接。

所述的通信控制主机还包括人机交互器，人机交互器包括对所述控制器的运行参数进行设置的数值整定器。

与现有技术相比，本发明的有益效果和优点在于：

1）自适应信号注入装通过自动调节注入信号大小和特征来实现检测终端具备对接地点和故障点的精确定位的可能；

2）快速故障检测终端过该故障快速检测终端，完成对具体配网线路上的故障电流和特征信号的检测，达到有效快速定位故障点；

3）通信控制主机实现对周边检测终端两遥信号的合并上传至调度主站，使工作人员能够及时得知故障地点。

总之，该故障指示器结构简单，操作方便，能实现接地故障精确查找，大幅缩短当前现场实际故障查找时间，大幅度提高定位效果。

附图说明

图1为本发明提供的配电网单相接地故障指示器的结构示意图。

图2为自适应信号注入装置的结构示意图。

图3为快速故障检测终端的结构示意图。

图4为通信控制主机的结构示意图。

其中，1-接地变压器，2-变压器式消弧线圈，3-地网，4-三相端接线，5-挂接令克棒，6-高压钳流表，7-S注入信号线，8-接地线，9-钳流表令克棒，10-PDA掌上终端，11-接地点，12-模拟量输出电路，13-开关量输入电路，14-脉冲输出电路，15-通信电路，16-人机交互器，17-自适应信号注入装置，18-快速故障检测终端，19-通信控制主机，20-中央处理器。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细说明。

本发明提供的配电网单相接地故障指示器的结构如图1所示，包括自适应信号注入装置17、快速故障检测终端18和通信控制主机19。

自适应信号注入装置19至少包括变压器式消弧线圈2，所述变压器式消弧线圈的一次绕组W1为工作绕组一端与接地变压器1相连，所述一次绕组W1另一端与地网3连接，变压器式消弧线圈2的二次绕组W2为控制绕组。

经变压器式消弧线圈二次绕组W2注入，使变压器式消弧线圈一次绕组W1达到预

定容量Xl，实现消除接地电弧。同时注入的检测信号，在一次绕组W1、地网5、接地电阻Rj、接地线路、接地相母线和接地变压器2构成的回路中流动。

快速故障检测终端20包括用于输出S检测信号的信号源7、挂扣于被测负荷导线上高压钳流表6以及分别悬挂于三相线路上的三根S信号注入挂接令克棒5，三根S信号注入挂接令克棒通过两根三相端接线4短接；S注入信号线的一端与变压器式消弧线圈的二次绕组W2相连，另一端连接到一根S信号注入挂接令克棒上；信号源的接地端通过接地线8接地；高压钳流表的下端连接钳流表令克棒9，高压钳流表通过无线方式将S检测信号值传送给用于计算实际S检测信号值的PDA掌上终端10。

打开变压器式消弧线圈面板上的电源开关，凭借S注入信号线与三相短接线向三相线路上注入S信号，此时S信号会通过接地点11、大地、接地线与信号源构成信号回路，并且通过三相线路的分布电容、大地、接地线与信号源构成信号回路；此时高压钳流表会将测量到S信号值通过WIFI模块转发给PDA掌上终端，并将检测到的S信号值暂时存放在数据缓存区里；接着通过按下PDA掌上终端上的“下一步”按钮，边相数据区将被选中，此时数据缓存区数据将被转发到边相数据区内，待测量数据稳定后，按下PDA掌上终端上的“下一步”按钮，边相数据区的数据将被保存，同时中相数据区将被激活，依次类推测量完三相数据后，点击PDA掌上终端上的“下一步”按钮，PDA掌上终端将会给出接地点方向的判断结果；接着继续点击PDA掌上终端上的“下一步”按钮，界面将会初始化到继续检测的界面状态同时上次检测的结果将进行保存，此时根据PDA掌上终端判断的结果采用二分法继续选择故障区段中点处依据第一次操作方法进行进一步判断，依次类推直到缩小故障区段并确定接地点位置。

通信控制主机21包括中央处理器18，以及与所述中央处理器18分别连接的模拟量输入电路12、开关量输入电路13、脉冲输出电路14、开关量输出电路15之外，还包括通信电路16以及人机交互器17。其中，所述通讯电路包括信号输出端，以实现与后台监控系统和调度系统通信连接。所述人机交互器包括对所述控制器的运行参数进行设置的数值整定器。

具体实施时，通讯电路用于通过信号输出端，与后台监控系统和调度系统传输信号，该信号包括成套装置运行状态和告警信号。人机交互器17用于用户对系统及设备运行的了解并进行相关的数值整定。其中，通讯电路16的信号输出端口可以为RS-232口或RS-485接口，并具备IEC61850智能变电站访问接口，以适应智能变电站无人值守变电站要求。IEC61850是基于通用网络通信平台的变电站自动化系统唯一国际标准，通过对设备的一系列规范化，使其形成一个规范的输出，实现电力系统的无缝连接。而人机交互器的作用主要是方便用户系统及设备运行的了解并进行相关的数值整定。

开关量输入电路13中的开入节点包括用于与PDA掌上终端连接的第一开入节点，以及用于与配电网中性点连接的第二开入节点。再进一步地，所述开关量输出电路中的开出节点包括用于与所述小电阻连接的第一开出节点。

具体实施时，开关量输入电路13通常通过真空接触器或断路器与PDA掌上终端连接。例如，所述开关量输入电路通过所述高压接触器与所述PDA掌上终端连接；所述开关量输出电路通过所述高压接触器与所述小电阻连接，或者所述开关量输出电路通过所述断路器与所述小电阻连接。

Claims (2)

1.一种配电网单相接地故障指示器，其特征在于：包括自适应信号注入装置、快速故障检测终端和通信控制主机；

自适应信号注入装置至少包括变压器式消弧线圈，所述变压器式消弧线圈的一次绕组W1为工作绕组一端与接地变压器相连，所述一次绕组W1另一端与地网连接，变压器式消弧线圈的二次绕组W2为控制绕组；

快速故障检测终端包括括用于输出S检测信号的信号源、挂扣于被测负荷导线上高压钳流表以及分别悬挂于三相线路上的三根S信号注入挂接令克棒，三根S信号注入挂接令克棒通过两根三相端接线短接；S注入信号线的一端与变压器式消弧线圈的二次绕组W2相连，另一端连接到一根S信号注入挂接令克棒上；信号源的接地端通过接地线接地；高压钳流表的下端连接钳流表令克棒，高压钳流表通过无线方式将S检测信号值传送给用于计算实际S检测信号值的PDA掌上终端；

通信控制主机包括中央处理器，以及与所述中央处理器分别连接的模拟量输入电路、开关量输入电路、脉冲输出电路、开关量输出电路、通讯电路和人机交互器；

所述中央处理器包括可编程逻辑控制电路；

所述模拟量输入电路包括与所述配电网接地故障处理系统中的电流互感器及电压互感器连接的模拟输入端；

所述开关量输入电路包括一个或多个开入节点；所述脉冲输出电路设有控制脉冲输出端；所述开关量输出电路包括一个或多个开出节点；

所述通讯电路包括信号输出端，以实现与后台监控系统和调度系统通信连接；

PDA掌上终端与开关量输入电路连接。

2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障指示器，其特征在于：所述的通信控制主机还包括人机交互器，人机交互器包括对所述控制器的运行参数进行设置的数值整定器。