CN107247217B - 一种配电网故障定位装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种配电网故障定位装置，涉及电力检测技术领域，为解决检测单相接地故障的可靠性与灵敏度的问题而发明。主要内容包括：故障指示器和信号源；故障指示器包括，测试探头设置在配电网输电线上；故障判断单元与测试探头连接；第一无线信号收发单元与故障判断单元连接；信号源包括配电网输电线的第一相输电线、第二相输电线和第三相输电线分别与电压互感器的一端连接，电压互感器的另一端与控制单元连接；配电网输电线的各相输电线通过高压开关与电流互感器的一端连接；电流互感器的另一端与控制单元连接；控制单元与高压开关的控制端连接；控制单元与第二无线信号收发单元连接。

Description

一种配电网故障定位装置
技术领域
本申请涉及电力检测技术领域，尤其涉及一种配电网故障定位装置。
背景技术
配电网是电力系统的末端网络，直接联系用户、向用户供应电能和分配电能，它的可靠性水平是整个电力系统结构及运行特性的集中反映,直接影响对用户的供电质量。我国的配电网多采用放射式的网状结构,对故障比较敏感。据不完全统计,用户停电故障中主要由配电系统的故障引起的,对用户供电可靠性的影响很大。配电自动化是提高供电可靠性和供电质量、扩大供电能力、实现配电网高效经济运行的重要手段，也是实现智能电网的重要基础之一。其核心内容和赖以实现的基础是对配电网进行实时地监测控制，在配电网发生故障时快速检测和定位故障，及时诊断，正确隔离，自动恢复非故障部分的正常供电，避免大面积、长时间停电。
近年来，单相接地故障选线及定位技术在众多科研人员的努力下不断发展，适合于不同场合的各类故障指示装置也用运而生。故障指示装置应用于配电网中，能够实时检测配电线路的不正常运行状态，快速检测和定位线路的短路或接地故障，帮助相关人员快速隔离故障区段，进行维修，减少停电时间和停电范围。因此故障指示装置系统在我国得到了广泛的应用。
为了保证故障指示装置在线路发生故障时能够准确动作，在投运前，必须要对故障指示装置的动作性能进行检测。把待检的故障指示装置安装到实际配网的线路上进行检测，需要各电力部门的协调，耗时费力，而且受电力系统的安全、经济运行的限制。因此，建立一套模拟单相接地故障发生后的电压、电流变化状况，并且能够检测故障指示装置动作可靠性和灵敏度的系统是当前单相接地故障选线及定位技术要继续发展所要亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供了一种配电网故障定位装置，以解决检测单相接地故障的可靠性与灵敏度的问题。
本申请提供了一种配电网故障定位装置，该装置包括：故障指示器和信号源；
所述故障指示器包括故障判断单元、第一无线信号收发单元和测试探头，包括第一测试探头、第二测试探头和第三测试探头；
所述配电网输电线包括第一相输电线、第二相输电线和第三相输电线，所述第一测试探头设置在所述第一相输电线上，所述第二测试探头设置在所述第二相输电线上，所述第三测试探头设置在所述第三相输电线上；
所述故障判断单元与所述测试探头连接，用于判断所述配电网各相配电线是否出现故障；
所述第一无线信号收发单元与所述故障判断单元连接，所述第一无线信号收发单元用于发送和接收无线信号；
所述信号源包括：电压互感器、高压开关、控制单元、电流互感器和第二无线信号收发单元；
所述配电网输电线的第一相输电线、第二相输电线和第三相输电线分别与所述电压互感器的一端连接，所述电压互感器的另一端与所述控制单元连接；
所述高压开关包括第一开关、第二开关和第三开关，所述第一相输电线通过所述第一开关与所述电流互感器连接，所述第二相输电线通过所述第二开关与所述电流互感器连接，所述第三相输电线通过所述第三开关与所述电流互感器连接；
所述电流互感器的另一端与所述控制单元连接；
所述控制单元与所述高压开关的控制端连接；
所述控制单元与所述第二无线信号收发单元连接。
优选地，所述故障判断单元，用于：
判断第一相输电线的线电压、第二相输电线的线电压和第三相输电线的线电压是否发生变化；
判断零序电压是否大于预置阈值。
优选地，所述第一无线信号收发单元包括无线网络收发模块WIFI或者通用分组无线服务模块GPRS。
优选地，所述第二无线信号收发单元包括无线网络收发模块WIFI或者通用分组无线服务模块GPRS。
优选地，所述控制单元，用于：
控制所述高压开关的开关状态，以便于生成方波电流信号。
本申请提供的一种配电网故障定位装置，能够及时发现故障点，为维修提供宝贵时间。具备系统相电压、零序电压监测功能；具备接地电流监测功能。能监测并主动上送报警、故障信息及系统电压等。通过发现故障，及时通过GSM\GPRS或光纤通信上传信息到主站，精确定位故障点。实施简单，成本低，可靠性高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请提供的一种配电网故障定位装置的结构示意图。
附图说明：1-配电网输电线，11-第一相输电线，12-第二相输电线，13-第三相输电线，2-故障指示器，21-故障判断单元，22-第一无线信号收发单元，23-测试探头，231-第一测试探头，232-第二测试探头，233-第三测试探头，3-信号源，31-电压互感器，32-高压开关，321-第一开关，322-第二开关，323-第三开关，33-控制单元，34-电流互感器，35-第二无线信号收发单元。
具体实施方式
单相接地是10kV(35kV)小电流接地系统单相接地，单相接地故障是配电系统最常见的故障，多发生在潮湿、多雨天气。由于树障、配电线路上绝缘子单相击穿、单相断线以及小动物危害等诸多因素引起的。单相接地不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。我国3～63kV电力系统大多数采用中性点不接地或经消弧线圈接地的运行方式，即为小电流接地系统。在小电流接地系统中，单相接地是一种常见的临时性故障，多发生在潮湿、多雨天气。发生单相接地后，故障相对地电压降低，非故障两相的相电压升高，但线电压却依然对称，因而不影响对用户的连续供电，系统可运行1～2h，这也是小电流接地系统的最大优点。但是若发生单相接地故障时电网长期运行，因非故障的两相对地电压升高，可能引起绝缘的薄弱环节被击穿，发展成为相间短路，使事故扩大，影响用户的正常用电。还可能使电压互感器铁心严重饱和，导致电压互感器严重过负荷而烧毁。同时弧光接地还会引起全系统过电压，进而损坏设备，破坏系统安全运行。
配电网线路发生故障时，往往一个故障点的出现，会引起一条线路上都出现故障故障，所以需要对具体的故障位置进行定位，以加快配电线路的检修工作，减少供电用户的损失。
参见图1，为本申请提供的一种配电网故障定位装置的结构示意图。如图1所示，该装置包括：
故障指示器2和信号源3；
所述故障指示器2包括故障判断单元21、第一无线信号收发单元22和测试探头23，包括第一测试探头231、第二测试探头232和第三测试探头233；
所述配电网输电线1包括第一相输电线11、第二相输电线12和第三相输电线13，所述第一测试探头231设置在所述第一相输电线11上，所述第二测试探头232设置在所述第二相输电线12上，所述第三测试探头233设置在所述第三相输电线13上；
所述故障判断单元21与所述测试探头23连接，用于判断所述配电网各相配电线是否出现故障；
所述第一无线信号收发单元22与所述故障判断单元21连接，所述第一无线信号收发单元22用于发送和接收无线信号；
所述信号源3包括：电压互感器31、高压开关32、控制单元33、电流互感器34和第二无线信号收发单元35；
所述配电网输电线1的第一相输电线11、第二相输电线12和第三相输电线13分别与所述电压互感器31的一端连接，所述电压互感器31的另一端与所述控制单元33连接；
所述高压开关32包括第一开关321、第二开关322和第三开关323，所述第一相输电线11通过所述第一开关321与所述电流互感器34连接，所述第二相输电线12通过所述第二开关322与所述电流互感器34连接，所述第三相输电线13通过所述第三开关323与所述电流互感器34连接；
所述电流互感器34的另一端与所述控制单元33连接；
所述控制单元33与所述高压开关32的控制端连接；
所述控制单元33与所述第二无线信号收发单元35连接。
本申请提供的配电网故障定位装置，安装再配电网线路上，其安装位置可以是：长线路的中段和分支入口，指示线路故障区段及故障分支；变电站出口，判明是站内或站外故障；用配变高压进线处，判明故障是否由用户原因造成；电缆和架空线连接处，区分故障是否在电缆段。正常运行时，指示装置窗口为白色显示；发生故障时，窗口翻牌为红色且闪光显示。配电网故障指示装置大多同时具备短路故障和单相接地故障的指示功能。除此之外，如果需要，故障指示装置还可以具有负荷电流、导线温度等简单的线路运行状态监测能力。
本申请提供的配电网故障定位装置，通过故障指示器2和信号源3共同配合实现对配电网故障的定位。故障指示器2用于判断线路是否存在故障，信号源3用于根据配电网中的各相电流或电压产生方波信号。当故障指示器2中检测到的配电网线路的电流或电压的变化与信号源3产生的方波信号是否匹配确定配电网故障的具体位置。
故障指示器2的测试探头23设置在配电网输电线1的各相输电线上，能够测试配电网的各相输电线上的电流或电压。现有配电网的电力传输线一般为3相电，即配电网输电线1包括第一相输电线11、第二相输电线12和第三相输电线13。为了测试各相输电线的电流或电压，在每一相输电线上都设置测试探头23。在第一相输电线11上设有第一测试探头231、在第二相输电线12上设有第二测试探头232，在第三输电线上设有第三测试探头233。第一测试探头231、第二测试探头232和第三测试探头233分别与故障判断单元21连接，故障判断单元21根据测试探头23测试的电流或电压值判断该输电线上的电流或电压是否正常。故障判断单元21与第一无线信号收发单元22连接，第一无线信号收发单元22用于发送和接收无线信号，即接收信号源3发送的方波信号，并传输至故障判断单元21，由故障判断单元21判断该故障指示器2的测试点是否为故障点，故障判断单元21的判断结果由第一无线信号收发模块发送，发送至主站系统以实现对故障点的定位。
信号源3用于产生定位故障的特征信号，包括电压互感器31、高压开关32、控制单元33、电流互感器34和第二无线信号收发单元35。配电网输电线1的各相输电线分别与高压互感器的一端连接，电压互感器31的另一端与控制单元33连接，配电网输电线1个各相输电线通过高压开关32与电流互感器34的一端连接，电流互感器34的另一端与控制单元33连接，形成从配电网输电线1到电流互感器34或电压互感器31在倒控制器的通路，实现对配电网各相输电线上电流和电压的检测。配电网输电线1的各相输电线通过高压开关32与电流互感器34连接，并且控制单元33与高压开关32的控制端连接，控制单元33发动控制信号，控制高压开关32投切，以实现各相输电线与电流互感器34的接通时机。为了实现对各相输电线的控制，高压开关32包括第一开关321、第二开关322和第三开关323。其中，第一相输电线11通过第一开关321与电流互感器34连接，第二相输电线12通过与第二开关322与电流互感器34连接，第三相输电线13通过第三开关323与电流互感器34连接。信号源3中还包括第二无线信号收发单元35，用于发送控制单元33形成的方波信号。方波信号，由负荷电流、电流信号序列幅值、单相接地故障发送时刻、信号源3的启动延时、信号源3动作后闭锁时刻、开关设备单次合闸时间、开关设备单次投切时间，以及开关设备第一次投入到最后一个分闸时间共同构成。
优选地，所述故障判断单元21，用于：判断第一相输电线11的线电压、第二相输电线12的线电压和第三相输电线13的线电压是否发生变化；判断零序电压是否大于预置阈值。
对于单相接地故障，示例性的包括三种情况。第一，如果某一相不完全接地，即通过高电阻或电弧接地，故障相的电压降低，非故障相的电压升高，非故障相的电压大于正常的相电压，但达不到线电压。电压互感器31开口三角处的电压达到整定值，电压继电器动作，发出接地信号。第二，如果某一相完全接地，则故障相的电压降到零，非故障相的电压升高到线电压。此时电压互感器31开口三角处出现三倍于原来的相电压，电压继电器动作，发出接地信号。第三，如果电压互感器31高压侧出现某一相断线或熔断件熔断，则故障相的指示不为零，这是由于此相电压表在二次回路中经互感器线圈和其他两相电压表形成串联回路，出现比较小的电压指示，但不是该相实际电压，非故障相仍为相电压。互感器开口三角处会出现35V左右电压值，并启动继电器，发出接地信号。
所以故障判断单元21，需要检测第一相输电线11的线电压、第二相输电线12的线电压和第三相输电线13的线电压，并判断其是否发生变化，同时还需要判断零序电压是否大于预置阈值。对电压是否变化以及是否大于预置阈值的判断，可以通过电压比较器判断，这里对电压比较器的决堤比较方法不再详述。
优选地，所述第一无线信号收发单元22包括无线网络收发模块WIFI或者通用分组无线服务模块GPRS。
为了实现无线信号的传输，可以使用WIFI模块，也可以使用GPRS模块，两者的使用方式相同，可以根据设置故障指示器2的地理环境、故障指示器2与信号源3的距离、以及不同模块的特点，确定最终第一无线收发单元选取的用于实现无线通信的模块。
当然如果在无线信号收发单元中及包括WIFI模块又包括GPRS模块，同样能够实现无线信号的传输，但是对户外设备而言包括的部件越多其存在故障的可能性也就越大，所以该方案的缺点大于优点，往往不作为实现方案。
优选地，所述第二无线信号收发单元35包括无线网络收发模块WIFI或者通用分组无线服务模块GPRS。
对于第二无线信号收发单元35的限定与第一信号收发单元的限定相似，这里不再赘述。
优选地，所述控制单元33，用于：控制所述高压开关32的开关状态，以便于生成方波电流信号。
本申请提供的一种配电网故障定位装置，能够及时发现故障点，为维修提供宝贵时间。具备系统相电压、零序电压监测功能；具备接地电流监测功能。能监测并主动上送报警、故障信息及系统电压等。通过发现故障，及时通过GSM\GPRS或光纤通信上传信息到主站，精确定位故障点。实施简单，成本低，可靠性高。
具体实现中，本发明还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时可包括本发明提供的呼叫方法的各实施例中的部分或全部步骤。所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(英文：read-only memory，简称：ROM)或随机存储记忆体(英文：random access memory，简称：RAM)等。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (5)

1.一种配电网故障定位装置，其特征在于，所述装置包括：故障指示器(2)和信号源(3)；
所述故障指示器(2)包括故障判断单元(21)、第一无线信号收发单元(22)和测试探头(23)，包括第一测试探头(231)、第二测试探头(232)和第三测试探头(233)；
所述配电网输电线(1)包括第一相输电线(11)、第二相输电线(12)和第三相输电线(13)，所述第一测试探头(231)设置在所述第一相输电线(11)上，所述第二测试探头(232)设置在所述第二相输电线(12)上，所述第三测试探头(233)设置在所述第三相输电线(13)上；
所述故障判断单元(21)与所述测试探头(23)连接，用于判断所述配电网各相配电线是否出现故障；
所述第一无线信号收发单元(22)与所述故障判断单元(21)连接，所述第一无线信号收发单元(22)用于发送和接收无线信号；
所述信号源(3)包括：电压互感器(31)、高压开关(32)、控制单元(33)、电流互感器(34)和第二无线信号收发单元(35)；
所述配电网输电线(1)的第一相输电线(11)、第二相输电线(12)和第三相输电线(13)分别与所述电压互感器(31)的一端连接，所述电压互感器(31)的另一端与所述控制单元(33)连接；
所述高压开关(32)包括第一开关(321)、第二开关(322)和第三开关(323)，所述第一相输电线(11)通过所述第一开关(321)与所述电流互感器(34)连接，所述第二相输电线(12)通过所述第二开关(322)与所述电流互感器(34)连接，所述第三相输电线(13)通过所述第三开关(323)与所述电流互感器(34)连接；
所述电流互感器(34)的另一端与所述控制单元(33)连接；
所述控制单元(33)与所述高压开关(32)的控制端连接，以生成方波电流信号；
所述控制单元(33)与所述第二无线信号收发单元(35)连接；
所述第二无线信号收发单元(35)与所述第一无线信号收发单元(22)信号连接，用于传输所述方波电流信号。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述故障判断单元(21)，用于：
判断第一相输电线(11)的线电压、第二相输电线(12)的线电压和第三相输电线(13)的线电压是否发生变化；
判断零序电压是否大于预置阈值。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一无线信号收发单元(22)包括无线网络收发模块WIFI或者通用分组无线服务模块GPRS。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二无线信号收发单元(35)包括无线网络收发模块WIFI或者通用分组无线服务模块GPRS。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元(33)，用于：
控制所述高压开关(32)的开关状态，以便于生成方波电流信号。
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Title
Automatic and Fast Faulted Line-Section Location Method for Distribution Systems Based on Fault Indicators;Jen-Hao Teng;《IEEE Transactions on Power Systems》;20140106;全文 *
利用故障指示器实现配电线路短路及接地故障定位系统;吕艳年;《数字技术与应用》;20101231;全文 *

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