CN110244191A - 一种电力架空线路接地故障测距装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力架空线接地故障测距装置及方法，包括信号源、切换装置、控制器，信号源用以输出高压低频交流电源信号，切换装置用以切换测距系统的内部参数，控制器设有模拟信号采集模块用以采集切换装置切换前后两个状态的电气参数。控制器根据切换前后的电气量参数计算出接地故障点距离配电站的距离。本发明可以快速的定位故障点大体位置，缩短线路故障查找时间，提高供电质量。

Description

一种电力架空线路接地故障测距装置及方法

技术领域

本发明涉及电力系统中故障测距技术领域,具体为一种电力架空线路接地故障测距装置及方法。

背景技术

我国6kV～35kV配电网广泛采用中性点非有效接地方式，又称小电流接地系统，其优点是发生单相接地故障时，不需要立刻断开故障线路，允许带故障运行一到两个小时。缺点是在发生单相接地故障时无法确认问题出在哪一条线路上，无法迅速找到故障点。由于这种故障引起的相电压升高对系统的绝缘性能构成很大威胁，必须迅速查出故障线路并加以排除。目前市场上已经有比较成熟的选线装置和定点设备,但是缺少相应的测距装置。目前采用将故障线路分段,爬杆挂接检测传感器，逐段排除的方法，操作过程相对复杂，故障定点效率低。由于配电网络存在多级分支，而且线路上安装有大量配电变压器，从而导致广泛用于输电线路的阻抗法、行波法等等技术在配电线路上难以应用。所以设计一种输电线路故障测距装置成为一种迫切的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：一种可以测量架空线路接地故障点距离配电所出线端距离的一种架空线路接地故障测距装置。

本发明要解决的技术问题的技术方案是：一种电力架空线接地故障测距装置，包括控制器，其特征在于：还包括与控制器电气连接的信号源、切换装置以及第一、二采样电阻，所述信号源的输出端输出高压低频交流电源信号，所述信号源输出端的两极分别为信号极和接地极，所述接地极接地，所述切换装置为继电器组成的换向电路，所述控制器与切换装置的继电器电气连接，所述第一、二采样电阻的一端分别与信号极电气连接，所述第一、二采样电阻的另一端分别与切换装置输入端的两极电气连接，所述切换装置的输出端的两极分别用以连接接地故障线路首端的故障相和任一非故障相，所述控制器通过采集切换装置切换前、后两个状态下的第一、二采样电阻电压值以及信号源输出的电压值为计算故障点的距离提供原始数据，所述第一、二采样电阻的阻值不同。

更好的，所述信号源产生的高压低频交流电源信号的频率为0.5Hz～15Hz，最大输出电压为架空线路额定电压的80％～110％。

更好的，所述信号源产生的高压低频交流电源信号的频率为1Hz～5Hz，最大输出电压为架空线路额定电压的85％～100％。

更好的，所述第一、二采样电阻为精密电阻。

更好的，所述控制器设有三个模拟信号采集模块，用以采集信号源输出的电压以及第一、二采样电阻的电压。

更好的，所述控制器设有五个模拟信号采集模块，其中三个模拟信号采集模块用以采集第一、二采样电阻的电压以及信号源输出的电压，第四个模拟信号采集模块用以采集切换装置的输出端的一极和接地故障线路故障相连接点与信号极之间的电压，第五个模拟信号采集模块用以采集切换装置输出端的另一极和接地故障线路非故障相连接点与信号极之间的电压。

更好的，还包括短接件，用以短接接地故障线路末端的故障相和非故障相，所述短接件为两端带有接线夹的导线。

更好的，包括由盒体和盒盖组成的壳体、试验线，所述盒体内部设有操作面板，所述信号源、切换装置、控制器设于操作面板下部，所述操作面板上嵌设有显示器、开关以及试验线插孔，所述显示器和控制器电气连接，所述试验线插孔包括两个信号输出插孔和两个信号采集插孔，两个信号输出插孔与切换装置输出端电气连接，两个信号采集插孔与第四个和第五个模拟信号采集模块的输入端电气连接，所述试验线包括钳形接线夹，所述钳形接线夹的两个钳臂上分别引出两根导线，两根导线的端部设有插头，其中一根导线用以与信号输出插孔插接，另一个导线用以与信号采集插孔插接。

应用一种电力架空线接地故障测距装置进行接地故障点测距的方法，其特征在于：所述接地故障相的接地故障点到首端的线路电阻为前段电阻，所述接地故障相的接地故障点到末端的线路电阻为后段电阻，接地故障线路总电阻＝前段电阻+后段电阻，

步骤1、在接地故障线路的首端将切换装置的输出端和接地故障线路的故障相、任一非故障相电气连接，将信号源的接地极接地，在接地故障线路的末端将接地故障线路的故障相和非故障相良好短接；

步骤2、启动信号源输出高压低频交流电源信号，采集并记录切换装置切换前第一、二采样电阻的电压值U₁₁、U₁₂以及信号源输出的电压U₁₀，之后停止信号源；

步骤3、启动切换装置，然后启动信号源输出高压低频交流电源信号，采集并记录切换装置切换后第一、二采样电阻的电压值U₂₁、U₂₂以及信号源输出的电压U₂₀，之后停止信号源，

步骤4、将步骤2和步骤3中采集的电压参数转换为相量并根据基尔霍夫电压定律分别列出方程，将两个方程组成二元一次方程组，并计算出前段电阻、后段电阻以及总电阻的阻值；

步骤5、根据导线电阻的阻值与导线长度成正比的原理，利用步骤4中计算出的前段电阻和总电阻，计算出接地故障点距离首端的长度占线路总长度的比值。

应用一种电力架空线接地故障测距装置进行接地故障点测距的方法，其特征在于：所述接地故障相的接地故障点到首端的线路电阻为前段电阻，所述接地故障相的接地故障点到末端的线路电阻为后段电阻，故障线路总电阻＝前段电阻+后段电阻，

步骤1、在接地故障线路的首端将切换装置的输出端和接地故障线路的故障相、任一非故障相电气连接，将信号源的接地极接地，在接地故障线路的末端将接地故障线路的故障相和非故障相良好短接；

步骤2、启动信号源输出高压低频交流电源信号，采集并记录切换装置切换前第一、二采样电阻的电压值U₁₁、U₁₂以及信号源输出的电压U₁₀、切换装置的输出端的一极和接地故障线路故障相连接点与信号极之间的电压U₁₃、切换装置的输出端的另一极和接地故障线路非故障相连接点与信号极之间的电压U₁₄，之后停止信号源；

步骤3、启动切换装置，然后启动信号源输出高压低频交流电源信号，采集并记录切换装置切换后第一、二采样电阻的电压U₂₁、U₂₂以及信号源输出的电压U₂₀、切换装置的输出端的一极和接地故障线路故障相连接点与信号极之间的电压U₂₃、切换装置的输出端的另一极和接地故障线路非故障相连接点与信号极之间的电压U₂₄，之后停止信号源，

步骤4、将步骤2和步骤3中采集的电压参数转换为相量并根据基尔霍夫电压定律分别列出方程，将两个方程组成二元一次方程组，并计算出前段电阻、后段电阻以及总电阻的阻值；

步骤5、根据导线电阻的阻值与导线长度成正比的原理，利用步骤4中计算出的前段电阻和总电阻，计算出接地故障点距离首端的长度占线路总长度的比值。

本发明的有益效果为：可以快速的定位故障点大体位置，缩短线路故障查找时间，提高供电质量。

附图说明

图1是本发明一种实施例的系统示意图，

图2是测距时切换装置切换之前的等效电路图，

图3是测距时切换装置切换之后的等效电路图，

图4是本发明第二实施例的系统示意图，

图5是第二实施例测距时切换装置切换之前的等效电路图，

图6是第二实施例测距时切换装置切换之后的等效电路图，

图7是本发明第三实施例的系统示意图。

图中：

102、接地极；101、信号极；R04、第二接触电阻；R03、第一接触电阻；Rab、总电阻；Rkb、后段电阻；Rak、前段电阻；R01、第一采样电阻；R02、第二采样电阻；400、控制器；300、模拟信号采集模块；200、切换装置；100、信号源；K01、继电器；

具体实施方式

为使本发明的技术方案和有益效果更加清楚，下面对本发明的实施方式做进一步的详细解释。

实施例一

一种电力架空线接地故障测距装置，包括控制器400、和控制器400电气连接的信号源100、切换装置200以及第一、二采样电阻R01、R02。控制器400是具有输入输出接口且具有数据处理功能的模块或者装置，可以采用微型计算机实现，也可以采用单片机等CPU芯片搭建控制器。在微机继电保护装置领域，微机继电保护装置等智能电气设备中都设有控制器，用以实现遥信、遥测信号的采集以及遥控信号的输出，以及继电保护功能的计算。信号源100在控制器的控制下产生一个高压低频交流电源信号。切换装置200用以将信号源100产生的高压低频电源信号加载到接地故障线路的故障相和非故障相上，并且可以切换两者的连接状态。第一、二采样电阻R01、R02和控制器400电气连接，用以采集第一、二采样电阻R01、R02的电压，同时采集信号源100输出的电压以实现将采集的电压信号转换为相量的形式为后续的计算提供原始数据。

现有技术中，本领域技术人员认为，架空线路上由于挂接变压器以及线路导线对地电容的影响，不管是采用直流信号源还是交流信号源，采用阻抗法测量接地故障位置都具有较大的误差。本发明的创新点在于：克服本领域技术人员的对架空线路测距的常规理解和技术偏见，采用高压低频交流电源信号加载的故障线路中，可以利用阻抗法获取故障点的位置。经过本公司开发人员的研究和实践发现，采用高压低频交流电源信号加载到故障相和非故障相与大地之间时，信号注入方式为两个相线对地之间注入，此时：

一、变压器一次侧感抗Zl＝2πfL，频率越高、电感越大，感抗值越大，当感抗值远远大于回路阻抗时，相当于开路，频率为0时，为直流电，相当于短路。现有技术中，变压器的电感往往达到百亨级，即使频率很低，感抗值也是在数百亨的范围内，远远大于架空输电线路的电阻，因此可以认为是开路状态。在实际运行中，由于线路的输电线自身材质以及环境的影响，两个相线之间的压差很小，同时，由于注入电流较小，一般在100mA以下，线缆的最大电阻小于10Ω，因此加载高压低频交流电源信号的两个相线之间的电压压差为1V或小于1V。1V的压差对变压器以及变压器负载产生的电流很小，可以忽略不计，因此避免了变压器及其负载对测距的影响。而采用直流时，变压器相当于短路，同样影响测量结果，故直流不可用，即0Hz不可用。

二、架空输电线路分布电容在加载交流信号后产生的对地电流是无法避免的，其中回路总容抗Zc＝1/(2πfC)，在频率越高，其产生的容性电流就越大，影响测量结果。因此选用频率较低的信号源100，使其容抗较高，减少容性电流对测量结果的影响。在实际应用的过程中，利用高压低频交流电源信号，挂接在线路上的变压器的影响可以忽略，但是对地电容的影响无法消除，只能无限的缩小对地电容的容性电流对阻性电流的影响。为了使计算更加准确，在计算的过程中采用相量法进行计算。或者将采集的各电压进过正交运算分离出容性成分和阻性成分，然后利用阻性电流进行计算和处理，基于此控制器400还设有采集信号源100电压信号的模拟信号采集模块300。

综合第一条和第二条，采用高压低频交流电源信号时，线路总容抗较大，容性电流较小，对阻性电流影响较小，通过相量计算可以分离出阻性成分。同时变压器百亨级别的电感相当于开路因此可以采用高压低频交流电源信号并采用阻抗法进行计算和测量。经过公司综合测算频率范围选择0.5Hz～15Hz之间。为了重现接地故障，使接地故障点在加载高压低频交流电源信号的状态下再次接地，输出电压为架空线路额定电压的80％～110％。其中优选输出电压为架空线路的额定电压。

如图1所示，信号源100的输出端的两极分别为信号极101和接地极102，所述接地极102接地。信号源100的输出端输出高压低频交流电源信号。信号源100产生高压低频交流电源信号的方式以及产品有多种，通过低频信号发生器可产生低频信号，然后通过升压变压器或者倍压电路实现电压等级的升高。本实施例中，信号源100包括数字功放、升压变压器、倍压电路组成。数字功放用以产生交流信号。升压变压器将交流信号电压升高，再通过被压电流将电压进一步升高。通过控制数字功放输出的通断产生一个低频信号，其断续的频率为低频率0.5Hz～15Hz之间。

优选的，信号源100输出的高压低频交流电源信号的频率为1～5Hz，电压为架空线路额定电压的85％～100％。

外部电源或者蓄电池的电源给信号源100以及控制器400内部的各模块提供电源，控制器400的输出接口与各模块的控制接口连接实现控制。信号发生器的控制端或者控制接口和控制器400电气连接，用以实现数据通信、控制信号的收发。控制器400是一种具有输入输出接口并且能够进行数据处理的一种控制装置，常见的有单片机为主芯片构成的控制系统，在此不再详细描述。

采用阻抗法需要测量电流电压参数，为了便于检测，本发明设置了两个采样电阻，分别为第一、二采样电阻R01、R02，并且第一、二采样电阻R01、R02为精密电阻。如图1所示，第一、二采样电阻R01、R02的一端分别与信号极101电气连接，第一、二采样电阻R01、R02的另一端分别与切换装置200的输入端电气连接。切换装置200的输出端的两极分别用以连接接地故障线路的故障相和任一非故障相。因此通过采集第一、二采样电阻的电压以及已知的第一、二采样电阻的阻值即可以获取故障线路的相应的电流电压的参数，为计算提供依据。

本发明采用非平衡电桥的形式进行测试，并且未知数为两个，分别为接地故障相的接地故障点到首端的线路电阻为前段电阻Rak，接地故障相的接地故障点到末端的线路电阻为后段电阻Rkb。因此需要测量两种不同状态下的第一、二采样电阻R01、R02的电压参数，组成二元一次方程组才能解出两个未知数的值。本发明通过切换装置200改变本发明与故障线路组成的系统的参数。切换装置200具有改变内部电气参数的功能，具体为改变电路的连接结构。本实施例中切换装置200包括继电器K01。继电器K01的两对常开常闭触点组成换向电路。换向电路的输入端或输出端分别与第一、二采样电阻R01、R02连接，另一端做为切换装置200的输出端。如图1所示，继电器K01的两个公共端作为输出端，继电器K01的一个转换触头的常闭点与另一个转换触头的常开点短接后作为输入端的一极，继电器K01的余下的两个转换触头的触点短接后作为输入端的另一极。继电器K01的线圈绕组和控制器400的控制输出端电气连接，用以控制继电器K01的动作。继电器K01动作后，继电器K01的输出端与输入端连接的状态会发生改变。换向电路的输出端和切换装置200的输出端电气连接，换向电路的输入端分别与第一、二采样电阻R01、R02连接，第一、二采样电阻R01、R02的另一端连接后与切换装置200的输入端的信号极101电气连接。高压低频交流电源信号进入切换装置200之后，通过信号极101分成两路分别通过第一、二采样电阻R01、R02以及继电器K01组成的换向电路到达切换装置200的输出端。通过改变切换装置200来改变其与故障线路组成的电路的内部参数，本实施例中切换装置200是改变了第一、二采样电阻R01、R02与故障相和非故障相的连接顺序。为了保证在改变连接顺序之后，系统的参数发生变化，第一、二采样电阻R01、R02的阻值不同。

控制器400设有模拟信号采集模块300用以采集第一、二采样电阻R01、R02的电压参数以及信号源100输出的电压，故模拟信号采集模块300设有三个。模拟信号采集模块300在微机继电保护装置中是较为常见的功能模块，用以采集电压、电流，并将电压、电流转为数字信号进行后续计算和处理。具体的电路结构在此不再举例。控制器400通过采集切换装置200切换前、后两个状态下的第一、二采样电阻R01、R02电压参数为计算故障点的距离提供依据，两组参数组成两个方程，构成方程组解出前段电阻Rak和后段电阻Rkb。

更好的，实用本发明进行测距时，需要将本发明在首端与接地故障线路的故障相和非故障相连接，在末端将故障相和非故障相短接。因此本发明还包括短接件，其中短接件为两端带有接线夹的导线。

基于上述结构一种电力架空线接地故障测距装置进行接地故障点测距的方法，包括以下步骤：

接地故障相的接地故障点到首端的线路电阻为前段电阻Rak其阻值为R_ak，接地故障相的接地故障点到末端的线路电阻为后段电阻Rkb其阻值为R_kb，故障线路总电阻Rab阻值为R_ab。R_ab＝R_ak+R_kb。第一、二采样电阻R01、R02的阻值分别为R₀₁和R₀₂且R₀₁≠R₀₂。以本发明在架空输电线路的首端为例。

步骤1、如图1所示，在接地故障线路的首端将切换装置200的输出端和接地故障线路的故障相、任一非故障相电气连接，将信号源100的接地极102接地，在接地故障线路的末端将接地故障线路的故障相和非故障相良好短接。在末端将故障相和非故障相短接，可以三相同时短接，也可以只短接首端连接本装置的故障相和非故障相。短接完成之后，就形成了一个测距回路。即信号源100的高压低频交流电源信号通过接地网加载到测距回路上。首端的接地极102接地，相当于通过大地与接地故障线路的接地点连接，因此构成了一个回路。

步骤2、启动信号源100输出高压低频交流电源信号，采集并记录切换装置200切换前第一、二采样电阻R01、R02的电压值的波形数据以及信号源100输出的电压波形数据，之后停止信号源100。

切换装置200切换之前，如图2所示，第一采样电阻R01和非故障相连接，第二采样电阻R02和故障相连接。根据电压波形其中为初相。函数为周期性函数。本实施例中定义信号源100的输出电压的初相为0度，转换为相量后以信号源100输出的电压为基准信号，得到第一、二采样电阻R01、R02的电压的相量值

步骤3、启动切换装置200，然后启动信号源100输出高压低频交流电源信号，采集并记录切换装置200切换后第一、二采样电阻R01、R02的电压以及信号源100的输出电压，之后停止信号源100。

如图3所示，切换装置200切换之后，第一采样电阻R01和故障相连接，第二采样电阻R02和非故障相连接。确认连接之后，启动信号源100输出高压低频交流电，同样将采集的信号源100的输出电压的初相设为0度，转换为相量后第一、二采样电阻R01、R02的电压的相量值为

步骤4、利用步骤2和步骤3中采集的电压参数并根据并联电路的电压相等的原理列出方程，将两个方程组成二元一次方程组，并计算出前段电阻Rak、后段电阻Rkb以及总电阻Rab的阻值。具体为：

获取步骤2中各电压值的相量值之后，可以利用相量进行计算，之后将计算出的相量值的结果分离出实部和虚部，其中实部即为输电线路的电阻。或者，将获取相量值通过正交计算获得电压值的阻性分量，然后利用电压的阻性分量进行计算。先以后者为例：

为例便于计算，其中相量值的U₁₁和U₁₂为有效值。

如图2所示，切换之前，流过非故障相的阻性电流为

I₁₁＝U₁₁cosα₁/R₀₁ (1)

流过故障相的电流

I₁₂＝U₁₂cosβ₁/R₀₂ (2)

此时，根据基尔霍夫电压定律可知，并联连接的两个电路的电压相等，列出如下方程

U₁₁cosα₁+I₁₁(R_ak+2R_kb)＝U₁₂cosβ₁+I₁₂R_ak (3)

带入公式(1)和公式(2)得，

U₁₁cosα₁+(U₁₁cosα₁/R₀₁)(R_ak+2R_kb)＝U₁₂cosβ₁+(U₁₂cosβ₁/R₀₂)R_ak (4)

如图3所示，切换装置200动作之后，流过非故障相的电流

I₂₂＝U₂₂cosβ₂/R₀₂ (5)

流过故障相的电流，

I₂₁＝U₂₁cosα₂/R₀₁ (6)

列出方程如下，

U₂₁cosα₂+I₂₁R_ak＝U₂₂cosβ₂+I₂₂(R_ak+2R_kb) (7)

将公式(5)和公式(6)带入公式(7)得，

U₂₁cosα₂+(U₂₁cosα₂/R₀₁)R_ak＝U₂₂cosβ₂+(U₂₂cosβ₂/R₀₂)(R_ak+2R_kb) (8)

将公式(4)和公式(8)组成一个二元一次方程组，并通过控制器400内部设定的程序进行解方程。解出前段电阻Rak的后段电阻Rkb的阻值。

步骤5、根据导线电阻的阻值与导线长度成正比的原理，利用步骤4中计算出的前段电阻Rak和总电阻Rab，计算出接地故障点距离首端的长度占线路总长度的比值。线路的长度可以根据记载或者施工图、竣工图获取，其为已知条件，假设为L，则k点距离前端的距离D＝L(R_ak/(R_ak+R_kb))。

在步骤4中，同样可以采用相量法进行计算，其中接地故障相的接地故障点到首端的线路阻抗为前段阻抗Xak其电抗值为接地故障相的接地故障点到末端的线路阻抗为后段阻抗Xkb其阻抗值为计算出和阻值后，在分离出电抗的实部，即线路的电阻为

实施例二

由于切换装置200内部的继电器K01的节点以及切换装置200与线路上的导线的连接点存在一定的接触电阻，为了减少接触电阻的影响，提高测量精确度，本实施例在实施例一的基础上，控制器400的模拟信号采集模块300设有五个，其中三个用以采集第一、二采样电阻R01、R02的电压以及信号源100输出的电压。众所周知，在继电器K01常开触点与常闭触点之间存在接触电阻，切换装置200通过导线与故障线路连接的两个连接点之间同样存在接触电阻。上述接触电阻在通过电流之后会产生分压，因此会影响测量结果，为了避免接触电阻的影响设置了第四个和第五个模拟信号采集模块300。

如图4所示，第四个模拟信号采集模块300用以采集切换装置200的输出端和故障线路故障相连接点与信号极101之间的电压，第五个模拟信号采集模块300切换装置200的另一输出端和故障线路非故障相连接点与信号极101之间的电压。假设该两处的接触电阻为第一接触电阻R03、第二接触电阻R04的电压。其中，切换装置200的输出端和故障线路故障相连接点与信号极101之间的电压为第一接触电阻R03和第一采样电阻R01的电压之和。

或者，如图7所示，第四个模拟信号采集模块300用以切换装置200的输入端第一极和输出端第一极与故障线路故障相连接点之间的电压，第五个模拟信号采集模块300用以切换装置200的输入端第二极和输出端第二极与故障线路非故障相连接点之间的电压。

为了便于携带和操作，本发明还包括由盒体和盒盖组成的壳体、试验线。盒体内部设有操作面板。信号源100、切换装置200、控制器400设于操作面板下部。操作面板上嵌设有显示器、开关以及试验线插孔。显示器和控制器400电气连接。

试验线插孔包括两个信号输出插孔和两个信号采集插孔，两个信号输出插孔与切换装置200输出端电气连接，两个信号采集插孔与第四个和第五个模拟信号采集模块300的输入端电气连接。试验线包括钳形接线夹。钳形接线夹的两个钳臂上分别引出两根导线，两根导线的端部设有插头，其中一根导线用以与信号输出插孔插接，另一个导线用以和信号采集插孔插接。在与故障线路连接时，钳形接线夹夹设在电缆上或者铜排上，试验线的两个导线的另一端分别插接在对应的信号输出插孔和信号采集插孔。

本实施例中，一种电力架空线接地故障测距装置进行接地故障点测距的方法，包括以下步骤：

步骤1与实施例1中的步骤相同。

步骤2、启动信号源100输出高压低频交流电源信号，采集信号源100输出的电压，并转换为相量其中的初相为0°。采集切换装置200切换前第一、二采样电阻R01、R02的电压值并以信号源100输出电压为基准转换为电压相量采集切换装置200的输出端的一极和接地故障线路故障相连接点与信号极101之间的电压并以信号源100输出电压为基准采集切换装置200的输出端的另一极和接地故障线路非故障相连接点与信号极101之间的电压并以信号源100输出电压为基准转换为电压相量之后停止信号源100。

其中

步骤3、启动切换装置200，然后启动信号源100输出高压低频交流电源信号，采集信号源100输出的电压，并转换为相量其中的初相为0°。采集切换装置200切换前第一、二采样电阻R01、R02的电压值并以信号源100输出电压为基准转换为电压相量采集切换装置200的输出端的一极和接地故障线路故障相连接点与信号极101之间的电压并以信号源100输出电压为基准采集切换装置200的输出端的另一极和接地故障线路非故障相连接点与信号极101之间的电压并以信号源100输出电压为基准转换为电压相量之后停止信号源100。

其中

步骤4、利用步骤2和步骤3中采集的电压参数并根据并联电路的电压相等的原理列出方程，将两个方程组成二元一次方程组，并计算出前段电阻Rak、后段电阻Rkb以及总电阻Rab的阻值。具体为：

获取步骤2中各电压值的相量值之后，可以利用相量进行计算，之后将计算出的相量值的结果分离出实部和虚部，其中实部即为输电线路的电阻。或者，将获取相量值通过正交计算获得电压值的阻性分量，然后利用电压的阻性分量进行计算。本实施例中同样以后者为例：

如图5所示，切换装置200切换前，第一采样电阻R01和故障相连接，其接触电阻为第二接触电阻R04，第二采样电阻R02和非故障相连接，其接触电阻为第一接触电阻R03。

该状态下：

流过非故障相的电流，

I₁₂＝U₁₂cosβ₁/R₀₂ (9)

流过故障相的电流

I₁₁＝U₁₁cosα₁/R₀₁ (10)

此时，根据两个并联电路的两端的电压相等的原理，并结合公式(9)和公式(10)列出方程如下，

U₁₃cosδ₁+(U₁₁cosα₁/R₀₁)R_ak＝U₁₄cosε₁+(U₁₂cosβ₁/R₀₂)(R_ak+2R_kb) (11)

如图6所示，切换装置200切换之后，第一采样电阻R01和非故障相连接，其接触电阻为第一接触电阻R03，第二采样电阻R02和故障相连接，其接触电阻为第二接触电阻R04。

该状态下：

流过非故障相的电流，

I₂₁＝U₂₁cosα₂/R₀₁ (12)

流过故障相的电流

I₂₂＝U₂₂cosβ₂/R₀₂ (13)

此时，根据两个并联电路的两端的电压相等的原理，并结合公式(12)和公式(13)列出方程如下，

U₂₃cosδ₂+(U₂₂cosβ₂/R₀₂)R_ak＝U₂₄cosε₂+(U₂₁cosα₂/R₀₁)(R_ak+2R_kb) (14)

将公式(11)和公式(14)两个方程组成二元一次方程组，并计算出前段电阻Rak、后段电阻Rkb以及总电阻Rab的阻值。

同样可以采用相量法进行计算，其中接地故障相的接地故障点到首端的线路阻抗为前段阻抗Xak其电抗值为接地故障相的接地故障点到末端的线路阻抗为后段阻抗Xkb其阻抗值为计算出和阻值后，在分离出电抗的实部，即线路的电阻为

步骤5与实施例一中的步骤5相同。

实施例三

在实施例的基础上，如图7所示，第四个模拟信号采集模块300采集第一采样电阻R01的信号输出端、切换装置200与非故障相连接点之间的电压；第五个模拟信号采集模块300采集第二采样电阻R02的信号输出端、切换装置200与故障相连接点之间的电压。然后在步骤4中列出方程，解出前段电阻Rak和后段电阻Rkb的阻值。

综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的范围，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容， 凡依本发明的要求范围所述的形状、构造、特征及精神所谓的均等变化与修饰，均应包括与本发明的权利要求范围内。

Claims (10)

1.一种电力架空线接地故障测距装置，包括控制器(400)，其特征在于：

还包括与控制器(400)电气连接的信号源(100)、切换装置(200)以及第一、二采样电阻(R01、R02)，

所述信号源(100)的输出端输出高压低频交流电源信号，所述信号源(100)输出端的两极分别为信号极(101)和接地极(102)，所述接地极(102)接地，

所述切换装置(200)为继电器(K01)组成的换向电路，所述控制器(400)与切换装置(200)的继电器(K01)电气连接，

所述第一、二采样电阻(R01、R02)的一端分别与信号极(101)电气连接，

所述第一、二采样电阻(R01、R02)的另一端分别与切换装置(200)输入端的两极电气连接，所述切换装置(200)的输出端的两极分别用以连接接地故障线路首端的故障相和任一非故障相，

所述控制器(400)通过采集切换装置(200)切换前、后两个状态下的第一、二采样电阻(R01、R02)电压值以及信号源(100)输出的电压值为计算故障点的距离提供原始数据，

所述第一、二采样电阻(R01、R02)的阻值不同。

2.根据权利要求1所述的一种电力架空线接地故障测距装置，其特征在于：

所述信号源(100)产生的高压低频交流电源信号的频率为0.5Hz～15Hz，最大输出电压为架空线路额定电压的80％～110％。

3.根据权利要求2所述的一种电力架空线接地故障测距装置，其特征在于：

所述信号源(100)产生的高压低频交流电源信号的频率为1Hz～5Hz，最大输出电压为架空线路额定电压的85％～100％。

4.根据权利要求1所述的一种电力架空线接地故障测距装置，其特征在于：

所述第一、二采样电阻(R01、R02)为精密电阻。

5.根据权利要求1所述的一种电力架空线接地故障测距装置，其特征在于：

所述控制器(400)设有三个模拟信号采集模块(300)，用以采集信号源(100)输出的电压以及第一、二采样电阻(R01、R02)的电压。

6.根据权利要求1所述的一种电力架空线接地故障测距装置，其特征在于：

所述控制器(400)设有五个模拟信号采集模块(300)，

其中三个模拟信号采集模块(300)用以采集第一、二采样电阻(R01、R02)的电压以及信号源(100)输出的电压，

第四个模拟信号采集模块(300)用以采集切换装置(200)的输出端的一极和接地故障线路故障相连接点与信号极(101)之间的电压，

第五个模拟信号采集模块(300)用以采集切换装置(200)输出端的另一极和接地故障线路非故障相连接点与信号极(101)之间的电压。

7.根据权利要求1-6所述的一种电力架空线接地故障测距装置，其特征在于：

还包括短接件，用以短接接地故障线路末端的故障相和非故障相，所述短接件为两端带有接线夹的导线。

8.根据权利要求6所述的一种电力架空线接地故障测距装置，其特征在于：

包括由盒体和盒盖组成的壳体、试验线，所述盒体内部设有操作面板，所述信号源(100)、切换装置(200)、控制器(400)设于操作面板下部，所述操作面板上嵌设有显示器、开关以及试验线插孔，所述显示器和控制器(400)电气连接，

所述试验线插孔包括两个信号输出插孔和两个信号采集插孔，两个信号输出插孔与切换装置(200)输出端电气连接，两个信号采集插孔与第四个和第五个模拟信号采集模块(300)的输入端电气连接，

所述试验线包括钳形接线夹，所述钳形接线夹的两个钳臂上分别引出两根导线，两根导线的端部设有插头，其中一根导线用以与信号输出插孔插接，另一个导线用以与信号采集插孔插接。

9.应用权利要求5所述的一种电力架空线接地故障测距装置进行接地故障点测距的方法，其特征在于：

所述接地故障相的接地故障点到首端的线路电阻为前段电阻(Rak)，所述接地故障相的接地故障点到末端的线路电阻为后段电阻(Rkb)，接地故障线路总电阻(Rab)＝前段电阻(Rak)+后段电阻(Rkb)，

步骤1、在接地故障线路的首端将切换装置(200)的输出端和接地故障线路的故障相、任一非故障相电气连接，将信号源(100)的接地极(201)接地，在接地故障线路的末端将接地故障线路的故障相和非故障相良好短接；

步骤2、启动信号源(100)输出高压低频交流电源信号，采集并记录切换装置(200)切换前第一、二采样电阻(R01、R02)的电压值U₁₁、U₁₂以及信号源(100)输出的电压U₁₀，之后停止信号源(100)；

步骤3、启动切换装置(200)，然后启动信号源(100)输出高压低频交流电源信号，采集并记录切换装置(200)切换后第一、二采样电阻(R01、R02)的电压值U₂₁、U₂₂以及信号源(100)输出的电压U₂₀，之后停止信号源(100)，

步骤4、将步骤2和步骤3中采集的电压参数转换为相量并根据基尔霍夫电压定律分别列出方程，将两个方程组成二元一次方程组，并计算出前段电阻(Rak)、后段电阻(Rkb)以及总电阻(Rab)的阻值；

步骤5、根据导线电阻的阻值与导线长度成正比的原理，利用步骤4中计算出的前段电阻(Rak)和总电阻(Rab)，计算出接地故障点距离首端的长度占线路总长度的比值。

10.根据权利要求6所述的一种电力架空线接地故障测距装置进行接地故障点测距的方法，其特征在于：

所述接地故障相的接地故障点到首端的线路电阻为前段电阻(Rak)，所述接地故障相的接地故障点到末端的线路电阻为后段电阻(Rkb)，故障线路总电阻(Rab)＝前段电阻(Rak)+后段电阻(Rkb)，

步骤1、在接地故障线路的首端将切换装置(200)的输出端和接地故障线路的故障相、任一非故障相电气连接，将信号源(100)的接地极(102)接地，在接地故障线路的末端将接地故障线路的故障相和非故障相良好短接；

步骤2、启动信号源(100)输出高压低频交流电源信号，采集并记录切换装置(200)切换前第一、二采样电阻(R01、R02)的电压值U₁₁、U₁₂以及信号源(100)输出的电压U₁₀、切换装置(200)的输出端的一极和接地故障线路故障相连接点与信号极(101)之间的电压U₁₃、切换装置(200)的输出端的另一极和接地故障线路非故障相连接点与信号极(101)之间的电压U₁₄，之后停止信号源(100)；

步骤3、启动切换装置(200)，然后启动信号源(100)输出高压低频交流电源信号，采集并记录切换装置(200)切换后第一、二采样电阻(R01、R02)的电压U₂₁、U₂₂以及信号源(100)输出的电压U₂₀、切换装置(200)的输出端的一极和接地故障线路故障相连接点与信号极(101)之间的电压U₂₃、切换装置(200)的输出端的另一极和接地故障线路非故障相连接点与信号极(101)之间的电压U₂₄，之后停止信号源(100)，

步骤4、将步骤2和步骤3中采集的电压参数转换为相量并根据基尔霍夫电压定律分别列出方程，将两个方程组成二元一次方程组，并计算出前段电阻(Rak)、后段电阻(Rkb)以及总电阻(Rab)的阻值；

步骤5、根据导线电阻的阻值与导线长度成正比的原理，利用步骤4中计算出的前段电阻(Rak)和总电阻(Rab)，计算出接地故障点距离首端的长度占线路总长度的比值。