CN106771881A - 星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的方法及装置，定位方法为当线路发生接地故障时，依次向三相线路的中点注入一不同于电网频率的异频电流信号，检测注入点两侧的电流信号强度，确定故障相；在所述故障相的端处继续注入所述异频电流信号，若能在故障相线路中点A检测到异频电流信号，则说明单相接地故障点还在A与故障相线路的另一端处之间；取A至故障相线路的另一端处的中点B处再进行检测，若检测不到异频电流信号，说明单相接地故障点在A、B之间；重复上述步骤，直到可以将单相接地故障点定位在人眼可视范围距离内。该方法可以有效加快单相接地故障点的定位时间，并且定位准确。

Description

星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的方法及装置。

背景技术

我国星型三相不接地系统中，由于中性点没有有效接地，发生单相接地故障后，故障信号微弱，使得故障点的自动化定位很困难。

以德州电网为例：德州电网大量使用故障寻址器作为检测星型三相不接地系统单相接地故障点的主要手段，该装置结构简单，单组造价低，一套装置在200元左右，通常安装在开关后段和分支线T接口处，大约每300米安装一套。图1为德州直供区赵虎站、赵宅站线路长度列表及安装的故障寻址器数量以在赵虎站、赵宅站安装故障寻址器为例，需要大约61373元，由于各分支线的综合长度远远大于主干线长度，若为了检测单相接地故障，而在各分支线上大量安装故障寻址器，造价过高。

图2和图3所示为通过现场调研，发现故障寻址器对于相间短路的判断正确率达到了85%以上，而对于单相接地故障判断正确率仅维持在20%-30%左右。鉴于故障寻址器价格和判断接地故障正确率低，大多数接地故障仍要依靠现场运维人员沿线巡检、肉眼观察的方式进行查找。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的方法及装置，能够有效加快单相接地故障点的定位时间，并且定位准确。

为了实现上述目的，本发明采用如下方案：

一种星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的方法：当线路发生接地故障时，依次向三相线路的中点注入一不同于电网频率的异频电流信号，检测注入点两侧的电流信号强度，确定故障相。

确定故障相具体为：若另外两相检测不到电流信号，且该注入点一侧电流信号强度大于另一侧电流信号强度时，确定当前相为故障相。

本发明适用于星形接法的三相不接地系统，当向电网中某一相注入一异频电流后，若另外两相检测不到电流信号，且该注入点一侧电流信号强度大于另一侧电流信号强度时，确定当前相为故障相；其原理是，接地相也就是故障相与大地构成回路，所以在另外两相几乎检测不到电流，而在故障相会检测到较大的电流，且由于注入点在线路中点，肯定会有一侧线路具有接地点，该点处与大地构成回路，那么在注入点两侧就会检测到不同幅值的电流信号，故而采用上述方法可以确定星型三相不接地配电网系统中出现接地故障的接地相，也就是故障相。

在所述故障相的端处继续注入所述异频电流信号，若能在故障相线路中点A检测到异频电流信号，则说明单相接地故障点还在A与故障相线路的另一端处之间；取A至故障相线路的另一端处的中点B处再进行检测，若检测不到异频电流信号，说明单相接地故障点在A、B之间；重复上述步骤，直到可以将单相接地故障点定位在人眼可视范围距离内。

进一步的，由于注入的异频电流在故障相与大地形成回路，此时测得的异频电流大，判为故障相，其有益效果是可以快速鉴别出三相线路中哪一相是故障相。

进一步的，所述异频电流信号的频率在20Hz至25Hz之间，幅值在40mA至45mA之间。异频电流信号的频率不同于电网频率，经多次实验验证，在上述频率区间和幅值区间的异频电流信号可以有效区别于电网的工频信号和三倍频信号。

进一步的，记录自线路发生故障到定位故障点经过的时间和故障点的位置，并采用无线通信方式向目标终端发送。本发明采用无线传播的方式将最终的检测结果通过最近的局域网或者4G网络发送至目标终端，有效加速了信息的反馈与汇总。

进一步的，所述异频电流信号采用正弦波、方波或包含多个谐波频率的其他波形。本发明采用上述波形的异频信号，是为了尽量控制异频信号和电网工频信号之间的差距，这样可以使异频电流信号的检测更为准确。

本发明还提出了一种星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的装置，包括信号发生装置，用于产生异频电流信号；信号传导装置，与信号发生装置的输出相连，用于向输电线路注入异频电流信号；信号检测装置，用于检测异频电流信号。这种装置具有结构简单，方便使用，检测定位快速且准确的优点。

进一步的，所述信号发生装置还具有显示单元，用于显示异频电流信号的频率和幅值。其有益效果是可以直观得看出异频电流信号的参数，方便后续的定位工作。

进一步的，所述信号发生装置还具有采用透明、半透明或带有颜色的半透明材料制成的外壳。这样做一方面提供了信号发生装置的防护措施，另一方面也是可以直观透过外壳，看出异频电流信号的参数，方便后续的定位工作。

进一步的，所述信号发生装置采用铅酸蓄电池或太阳能电池供电。铅酸蓄电池在使用中无需添加电解液或蒸馏水，利用正极产生氧气可在负极吸收达到氧循环，可防止水分减少。太阳能电池则有利于户外工作，随用随充。

进一步的，所述信号检测装置还设有无线通信模块，或采用无线高低压钳形电流表作为信号检测装置。其有益效果是可以将检测结果通过无线网络传播至目的接收端，有效加速了信息的反馈与汇总。

本发明的工作原理：当线路发生接地故障时，在故障线路大约中点处，通过一信号源向故障线路三相线路上逐次发送一个异频信号，再通过检测装置测量注入点两侧的信号强度大小与其他两相的信号强度大小，来确定故障相；在故障相确定后，再利用二分法检测接地相的接地点：即在线路的端处（起始杆处）注入异频电流，用检测装置先在线路的中点处（A处）进行检测，若能检测到异频电流，则说明接地点还在线路中点（A处）的后段，然后取中点（A处）至末端点的中间处（B处）再进行检测，若检测不到异频电流则说明接地点在A、B之间（说明：由于在接地点处异频信号与大地形成回路，所以在接地点后段检测不到异频电流），然后依次后推进行检测，直到可以将接地点定位在可以观测到的位置为准。

本发明的有益效果：

本发明主要提出了一种星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的方法及装置，通过在德州电网进行实地检测，发现从接地故障发生到查找到接地点的平均用时为163.6分钟，有效加快了单相接地故障点的定位时间，并且定位准确。同时本发明设置了具体参数的异频电流信号，尽量控制了异频信号和电网工频信号之间的差距，使得检测效果更为准确；另外本发明将检测结果通过无线网络传播至目的接收端，有效加速了信息的反馈与汇总。

附图说明

图1 为德州直供区赵虎站、赵宅站线路长度列表及安装的故障寻址器数量；

图2为故障寻址器对于单相接地故障判断正确率；

图3为故障寻址器动作正确率；

图4为本发明的装置构成；

图5为本发明的装置工作原理图

图6为本发明单相接地故障查找时间；

图7为本发明单相接地故障查找时间；

图8为本发明单相接地故障查找时间；

图9为本发明异频电流信号的控制电路图；

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

本发明初步设定定位单相接地故障点的装置由信号发生装置、信号传导装置、信号检测装置组成，信号发生装置可以通过对星型三相不接地系统线路人为施加一信号通过接地点形成回路。检测部分可以在回路范围内检测到该信号，在回路范围外无法检测到该信号，实现接地故障点区域的主动式判断。

实施例1：

一种星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的方法：当线路发生接地故障时，依次向三相线路的中点注入一不同于电网频率的异频电流信号，检测注入点两侧的电流信号强度，若另外两相检测不到电流信号，且该注入点一侧电流信号强度大于另一侧电流信号强度时，确定当前相为故障相；

在所述故障相的端处继续注入所述异频电流信号，若能在故障相线路中点A检测到异频电流信号，则说明单相接地故障点还在A与故障相线路的另一端处之间；取A至故障相线路的另一端处的中点B处再进行检测，若检测不到异频电流信号，说明单相接地故障点在A、B之间；重复上述步骤，直到可以将单相接地故障点定位在人眼可视范围距离内。

在确定哪一相为故障相时，由于注入的异频电流在故障相与大地形成回路，此时测得的异频电流大，判为故障相，采用这种检测方法可以快速鉴别出三相线路中哪一相是故障相；在确定了故障相后，采用上述方法逐次检测电路中的异频电流信号，有效加快了单相接地故障点的定位时间，并且定位准确。通过调查德州电网发生接地后的处理过程，发现从接地故障发生到查找到接地点的平均用时为163.6分钟，具体见图6-图8的2015年单相接地故障查找结果。利用单相接地点定位装置，每套装置预估在5万元左右；该装置易于操作，只需由两人即可完成接地查线任务；该装置查找效率较高，通过现场人员作业，配合“二分法”，预估得出利用该装置的平均查找用时为38分钟左右。

所述异频电流信号的频率在20Hz至25Hz之间，幅值在40mA至45mA之间。异频电流信号的频率不同于电网频率，经多次实验验证，在上述频率区间和幅值区间的异频电流信号可以有效区别于电网的工频信号和三倍频信号。因为地网的干扰信号较为复杂，其中最主要最明显的是电压干扰，电压干扰包括了输电线路和电压极引线上的感应电压。在向接地相也就是故障相注入电流之前，经过多次试验，发现50Hz和100Hz之间的电压级和接地相之间的干扰信号幅度是最大的，干扰信号的频率主要是电网工频信号和三倍频信号，本发明设置上述具体的异频电流信号可以有效避免来自电网的工频信号和三倍频信号的干扰。

本发明采用了正弦波、方波或包含多个谐波频率的其他波形作为异频电流信号，可以尽量控制异频信号和电网工频信号之间的差距，使异频电流信号的检测更为准确。

实施例2：在上述星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的方法基础上，记录自线路发生故障到定位故障点经过的时间和故障点的位置，并采用无线通信方式向目标终端发送。其有益效果是，可以利用信息网络，将检测结果及时通过最近的局域网或者4G网络发送至目标终端，有效加速了信息的反馈与汇总。

实施例3：

如图3所示，一种星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的装置，包括信号发生装置，用于产生异频电流信号；信号传导装置，与信号发生装置的输出相连，用于向输电线路注入异频电流信号；信号检测装置，用于检测异频电流信号。这种装置具有结构简单，方便使用，检测定位快速且准确的优点。

其中信号检测装置可以采用手持信号检测装置。信号发生装置还包括液晶显示模块、计量专用芯片、信号发生装置箱体、蓄电池。液晶显示模块用于显示异频电流信号的频率和幅值。其有益效果是可以直观得看出异频电流信号的参数，方便后续的定位工作。图9为本发明异频电流信号的控制电路图。

信号发生装置箱体采用透明、半透明或带有颜色的半透明材料制成的外壳。这样做一方面提供了信号发生装置的防护措施，另一方面也是可以直观透过外壳，看出异频电流信号的参数，方便后续的定位工作。

蓄电池采用铅酸蓄电池或太阳能电池，铅酸蓄电池在使用中无需添加电解液或蒸馏水，利用正极产生氧气可在负极吸收达到氧循环，可防止水分减少。太阳能电池则有利于户外工作，随用随充。

采用控制软件安装在信号发生装置上，用于控制异频电流的输出。

实施例4：

在上述的星型三相不接地系统中定位单相接地故障点装置中，为信号检测装置设置无线通信模块，或采用无线高低压钳形电流表作为信号检测装置。其有益效果是可以将检测结果通过无线网络传播至目的接收端，有效加速了信息的反馈与汇总。

故障寻址器和人员对于单相接地故障的查找效率非常低，本发明通过对线路注入异频信号，然后检测该异频信号，判断接地点的位置。现装置已能够投入使用，查找时间为每公里约10分钟左右。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的方法，其特征在于：包括

当线路发生接地故障时，依次向三相线路的中点注入一不同于电网频率的异频电流信号，检测注入点两侧的电流信号强度，确定故障相；

在所述故障相的端处继续注入所述异频电流信号，若能在故障相线路中点A检测到异频电流信号，则说明单相接地故障点还在A与故障相线路的另一端处之间；取A至故障相线路的另一端处的中点B处再进行检测，若检测不到异频电流信号，说明单相接地故障点在A、B之间；重复上述步骤，直到可以将单相接地故障点定位在人眼可视范围距离内。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：确定故障相具体为：若另外两相检测不到电流信号，且该注入点一侧电流信号强度大于另一侧电流信号强度时，确定当前相为故障相。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述异频电流信号的频率在20Hz至25

Hz之间，幅值在40mA至45mA之间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：记录自线路发生故障到定位故障点经过的时间和故障点的位置，并采用无线通信方式向目标终端发送。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述异频电流信号采用正弦波、方波或包含多个谐波频率的其他波形。

6.一种星型三相不接地系统中定位单相接地故障点的装置，其特征在于：包括信号发生装置，用于产生异频电流信号；信号传导装置，与信号发生装置的输出相连，用于向输电线路注入异频电流信号；信号检测装置，用于检测异频电流信号。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述信号发生装置还具有显示单元，用于显示异频电流信号的频率和大小。

8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述信号发生装置还具有采用透明、半透明或带有颜色的半透明材料制成的外壳。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述信号发生装置采用铅酸蓄电池或太阳能电池供电。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于：所述信号检测装置还设有无线通信模块，或采用无线高低压钳形电流表作为信号检测装置。