CN112363014A - 一种配网接地短路故障距离检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网接地短路故障距离检测系统及其检测方法，包括中央控制单元、译制模块、驱动模块、电压采样模块、量程转换模块、信号调理模块、电流采样模块和限流电路模块，译制模块、电压采样模块、量程转换模块、信号调理模块电连接到中央控制单元，译制模块还连接到充电模块、驱动模块和限流电路模块，限流电路模块连接到量程转换模块和电流采样模块，信号调理模块连接到电流采样模块和量程转换模块，驱动模块通过高频变压器连接到倍压整流模块，倍压整流模块输出端连接高压源内阻和电压采样模块，电流采样模块和高压源内阻之间串接被测线路。本发明快速定位和锁定故障区域，提高抢险和工作效率，降低人机功效。

Description

一种配网接地短路故障距离检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及一种配网接地短路故障距离检测系统及其检测方法，属于电力 故障检测技术领域。

背景技术

目前我们国内对配网发生故障跳闸后，没有研究故障电流来判断故障区 域，导致很多故障需要很长时间才能查出。最早研究应用到配网中的检测， 只有机械式绝缘摇表用于排查接地故障，现在也还在广泛应用，近年来我国 引进了数字试绝缘兆欧表，包阔直流试送仪，都不能将故障跳闸电流转换成 故障距离应用技术，都是在线路为热备用状态下拉支线开关和主线分段开关 进行逐一排除法，这样查找方式，不但安全风险较高，而且抢修复电时间长， 定位故障点难度大，查找隐形故障花费的时间更长(一般需要1-2天)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种配网接地短路故障距离检测系统 及其检测方法，以解决上述现有技术中存在的问题。

本发明采取的技术方案为：一种配网接地短路故障距离检测系统，包括 中央控制单元、译制模块、驱动模块、电压采样模块、量程转换模块、信号 调理模块、电流采样模块和限流电路模块，译制模块、电压采样模块、量程 转换模块、信号调理模块电连接到中央控制单元，译制模块还连接到充电模 块、驱动模块和限流电路模块，限流电路模块连接到量程转换模块和电流采 样模块，信号调理模块连接到电流采样模块和量程转换模块，驱动模块通过 高频变压器连接到倍压整流模块，倍压整流模块输出端连接高压源内阻和电 压采样模块，电流采样模块和高压源内阻之间串接被测线路。

优选的，上述译制模块采用阻容干扰抑制电路，阻容干扰抑制电路利用 电阻和电容器进行信号滤波，在电阻与地端并联差模接入电容，具有阻高频 通低频的效果，有效抑制或消除高频干扰信号，阻容滤波后接运算放大器的 信号调理，输出与后续模块相匹配的电压信号。

优选的，上述中央控制单元还连接有按键和显示模块。

优选的，上述电压采样模块采用ICL7135芯片。

优选的，上述驱动模块采用脉宽调制电路。

一种配网接地短路故障距离检测系统的检测方法，该方法为：配网接地 短路故障距离检测系统将被测线路接入电流采样模块和高压源内阻之间的E 端和L端，通过施加一个高电压激励被测线路，测量激励所产生的电流，根 据欧姆定理计算出该被测线路的电阻，通过电阻计算故障距离点。

被测线路接入的高压源为：使用脉宽调制负反馈控制的工作方式，脉宽 调制芯片输出频率40kHz脉宽信号，控制开关功率管和驱动高频变压器工作， 变压器输出电压经多倍压整流后形成直流高电压，输出电压反馈输入高速运 算放大器实时调节脉宽信号。

故障距离点计算方法为：先按照主线计算故障点，如果按主线计算方式 计算距离超过支线以后都按照二级支线计算方式继续计算；计算完成后将最 接近故障点的节点进行标记，在地图上用红色标识标记，并提示故障距离。

故障距离点计算包括断保护短路动作计算故障距离计算和过流保护短路 动作计算故障距离；

线路的阻抗参数表1:

导线型号	LGJ240	LGJ185	LGJ150	LGJ120	LGJ95	LGJ70	LGJ50
								直流电阻Ω	0.1209	0.1542	0.198	0.2496	0.3019	0.4217	0.5946
阻抗:Ω/km	0.4035	0.4231	0.4486	0.4783	0.5124	0.5994	0.7379

速断保护短路动作计算故障距离：

式中：X:短路点距离，表示短路点与跳闸断路器的距离，单位：km；

U：运行线路电压，单位：kV；

I:被测线路短路电流，单位：A；

Z1:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应单位线路阻抗值； 阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z2:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应表1单位线路阻抗 值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z3：即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应表1单位线路阻 抗值；阻抗符号：Z。单位：Ω；

过流保护短路动作计算故障距离：

式中：X:短路点距离，表示短路点与跳闸断路器的距离，单位：km；

U：运行线路电压，单位：kV；

I:被测线路短路电流，单位：A；

Z1:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应表1单位线路阻抗 值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z2:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择支线路最小线径型号对应表1单位 线路阻抗值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z3：即速断保护跳闸选择线路型号，即选择支线路最小线径型型号对应表1 单位线路阻抗值；阻抗符号：Z，单位：Ω。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的定位方法，能够实现快 速定位和锁定故障区域，提高抢险和工作效率，降低人机功效，风险低，降 低故障点定位难度。

附图说明

图1为检测系统原理图；

图2为译制模块电路图；

图3为控制采样电路结构示意图；

图4为高压模块连接结构示意图；

图5为计算流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体的实施例对本发明进行进一步介绍。

实施例1：如图1-5所示，一种配网接地短路故障距离检测系统，包括中 央控制单元、译制模块、驱动模块、电压采样模块、量程转换模块、信号调 理模块、电流采样模块和限流电路模块，译制模块、电压采样模块、量程转 换模块、信号调理模块电连接到中央控制单元，译制模块还连接到充电模块、 驱动模块和限流电路模块，限流电路模块连接到量程转换模块和电流采样模 块，信号调理模块连接到电流采样模块和量程转换模块，驱动模块通过高频 变压器连接到倍压整流模块，倍压整流模块输出端连接高压源内阻和电压采 样模块，电流采样模块和高压源内阻之间串接被测线路。该检测系统采用锂 电池组作为供电电源，电源充电采用智能充电模块，无须人工调节充电参数。 锂电池容量大，体积小，续航时间长，充满电后可确保仪表较长时间的稳定 工作。中央控制单元作为仪表系统的中枢，采用单片机作为主控芯片，针对 机器的汇编语言编程，起到了协调各功能模块配合工作的作用。图中E端电 流作为泄漏电流，由电流采样模块测量其大小，中央控制单元自动调整电流采样量程，电流采样后的数字量经信号调理后输送给中央控制单元。

优选的，上述译制模块采用阻容干扰抑制电路，如图2所示，阻容干扰 抑制电路利用电阻和电容器进行信号滤波，在电阻与地端并联差模接入电容， 具有阻高频通低频的效果，有效抑制或消除高频干扰信号，阻容滤波后接运 算放大器的信号调理，输出与后续模块相匹配的电压信号。

译制模块识别中央控制单元发来的电压等级和启停信号，通过脉宽调制 电路驱动高频变压器工作，高频变压器次级绕组的电压输出经倍压整流和滤 波后，形成稳定的测试负高压。

优选的，上述中央控制单元还连接有按键和显示模块，独立式按键输入， 精简了硬件电路和软件设计，操作者能方便快捷地进行人工菜单输入。

优选的，上述电压采样模块采用ICL7135芯片，电压采样模块用于采样 高压值的大小，ICL7135作为四位半的A/D转换芯片，采用双积分技术，A/D 转换后将相应的数字量传给中央控制单元，漏电流采样有5个采样电阻档， CPU控制自动切换电流采样电阻，由偏置电流小的AD转换器将模拟量转换 为数字量，实现了小电流的高精度自动化测量

优选的，上述驱动模块采用脉宽调制电路。

中央控制单元输出各个控制信号，同时接收电压电流数字信号，接收按 键输入和环境温度和空气湿度的传感器输入信号，中央控制单元经数字处理 后，由大屏幕液晶MGLS240128将测试结果等信息输出显示。

三、实现了小电流的高精度自动化测量。

绝缘测试系统采用微电脑控制，中央控制器芯片协调运作电压电流测试， 计算绝缘电阻，自动得出吸收比，极化指数，泄漏电流，吸收电容等参数， 同时完成数据的存档与上传工作。该系统人机界面友好，操作方便，在电力 系统得到了广泛应用。

绝缘测试系统采用微电脑控制，中央控制器芯片协调运作电压电流测试， 计算绝缘电阻，自动得出吸收比，泄漏电流，吸收电容等参数，短路距离测 算时通过另外一个测试软件计算，同时完成数据的存档与上传工作

本发明的绝缘电阻测试：利用欧姆定律计算I﹦U/R，用途是得出线路的 整体绝缘数值，供运行人员判断线路是否具备送电。

本发明的吸收比：15秒测试绝缘电阻/60秒测试绝缘电阻的比值，用途是 监视检测过程中是否有误测试。

本发明的泄漏电流：对设备施压时，设备绝缘不良对地泄露的电流，供 测试人员参考。

本发明的吸收电容：线路中的容性设备所吸收电压和电流参数计算线路 分布电容为多少法，单位：uF，用途是供测试人员监视分布电容有多大。

实施例2：一种配网接地短路故障距离检测系统的检测方法，该方法为： 配网接地短路故障距离检测系统将被测线路接入电流采样模块和高压源内阻 之间的E端和L端，通过施加一个高电压激励被测线路，测量激励所产生的 电流，根据欧姆定理计算出该被测线路的电阻，通过电阻计算故障距离点。

被测线路接入的高压源为：使用脉宽调制负反馈控制的工作方式，脉宽 调制芯片输出频率40kHz脉宽信号，控制开关功率管和驱动高频变压器工作， 变压器输出电压经多倍压整流后形成直流高电压，输出电压反馈输入高速运 算放大器实时调节脉宽信号。通常长线电缆，大功率变压器，发电机等电力 设备具有较大的吸收电容，所以要求绝缘测试高压源具备较大的带载能力及 很强的稳定性。在设计高压源时，使用脉宽调制负反馈控制的工作方式，脉 宽调制芯片输出频率40kHz脉宽信号，控制开关功率管，驱动高频变压器工作，变压器输出电压经多倍压整流后形成直流高电压，输出电压反馈输入高 速运算放大器实时调节脉宽信号，从而确保了10KV高压源的输出功率和稳 定性。漏电流采样有5个采样电阻档，CPU控制自动切换电流采样电阻，由 偏置电流小的AD转换器将模拟量转换为数字量。

注：故障距离是另一套计算功能，与测试模块功能没有任何关联，

故障距离点计算方法为：先按照主线计算故障点，如果按主线计算方式 计算距离超过支线以后都按照二级支线计算方式继续计算；计算完成后将最 接近故障点的节点进行标记，在地图上用红色标识标记，并提示故障距离。

故障距离点计算包括断保护短路动作计算故障距离计算和过流保护短路 动作计算故障距离；

速断保护短路动作计算故障距离：

式中：X:短路点距离，表示短路点与跳闸断路器的距离，单位：km；

U：运行线路电压，单位：kV；

I:被测线路短路电流，单位：A；

Z1:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应单位线路阻抗值； 阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z2:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应表1单位线路阻抗 值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z3：即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应表1单位线路阻 抗值；阻抗符号：Z。单位：Ω；

线路的阻抗参数表1:

导线型号	LGJ240	LGJ185	LGJ150	LGJ120	LGJ95	LGJ70	LGJ50
								直流电阻Ω	0.1209	0.1542	0.198	0.2496	0.3019	0.4217	0.5946
阻抗:Ω/km	0.4035	0.4231	0.4486	0.4783	0.5124	0.5994	0.7379

过流保护短路动作计算故障距离：

式中：X:短路点距离，表示短路点与跳闸断路器的距离，单位：km；

U：运行线路电压，单位：kV；

I:被测线路短路电流，单位：A；

Z1:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应表1单位线路阻抗 值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z2:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择支线路最小线径型号对应表1单位 线路阻抗值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z3：即速断保护跳闸选择线路型号，即选择支线路最小线径型型号对应表1 单位线路阻抗值；阻抗符号：Z，单位：Ω。

相对于传统的手摇式仪表而言，该本发明的检测系统如下优势：

1)采用微电脑控制，菜单操作，大屏幕液晶LCD点阵显示，性能稳定， 设计有完备的保护电路，刚干扰能力强，属智能化仪表。

2)抗干扰能力强，适合在强电磁干扰环境中测量。

3)有50V、100V、250V、500V、1.0kV、2.5kV、5.0kV、10.0kV共8 个电压输出档。而且，电压等级还可以应用户要求进行升级。

4)输出高电压同时也可全范围连续无极调节，以达到任意设定电压。

5)自动测量R15、R60、R600，自动计算吸收比、极化指数，同时显示 泄漏电流和吸收电容。

6)带载能力强，适用分布电容很大的工况场合，短路电流约5mA。

7)测量范围最大为0～10TΩ，自动切换量程。

8)模拟条指针与数字显示相结合，形象的表明数据的变化趋势及准确的 测量结果。仪器显示界面友好。

9)随时显示测试时间，且每隔15秒蜂鸣器自动鸣叫提示。

10)测试前若检测到试品带电，则给出带电电压和相关提示。

11)能设置测试时间，达到预定的测试时长后，自动停止测量。

12)测量完毕自动泄放高压，高压泄放时间不超过30秒。

13)自动测量环境温度、空气湿度及每次测试的日期与时间。

14)能保存60组测量结果，且数据20年可不丢失。

15)自带RS232串行接口，能与计算机数据通信。

16)RS232串口外接打印机，可打印测量结果，免抄表工作。

17)非测试状态下，5分钟无任何操作，仪器提示关机。

18)具有全面完善的保护功能，工作可靠性高。

上述性能特点明显优越于手摇式仪表，该电子式绝缘表采用集成电路芯 片代替传统的分立元件，将计算机软件与模拟硬件技术相结合，大大提高了 自动化程度和工作可靠性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限 于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易 想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内，因此，本发明的保护 范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种配网接地短路故障距离检测系统，其特征在于：包括中央控制单元、译制模块、驱动模块、电压采样模块、量程转换模块、信号调理模块、电流采样模块和限流电路模块，译制模块、电压采样模块、量程转换模块、信号调理模块电连接到中央控制单元，译制模块还连接到充电模块、驱动模块和限流电路模块，限流电路模块连接到量程转换模块和电流采样模块，信号调理模块连接到电流采样模块和量程转换模块，驱动模块通过高频变压器连接到倍压整流模块，倍压整流模块输出端连接高压源内阻和电压采样模块，电流采样模块和高压源内阻之间串接被测线路。

2.根据权利要求1所述的一种配网接地短路故障距离检测系统，其特征在于：译制模块采用阻容干扰抑制电路，阻容干扰抑制电路利用电阻和电容器进行信号滤波，在电阻与地端并联差模接入电容，阻容滤波后接运算放大器的信号调理，输出与后续模块相匹配的电压信号。

3.根据权利要求1所述的一种配网接地短路故障距离检测系统，其特征在于：中央控制单元还连接有按键和显示模块。

4.根据权利要求1所述的一种配网接地短路故障距离检测系统，其特征在于：电压采样模块采用ICL7135芯片。

5.根据权利要求1所述的一种配网接地短路故障距离检测系统，其特征在于：驱动模块采用脉宽调制电路。

6.根据权利要求1所述的一种配网接地短路故障距离检测系统的检测方法，其特征在于：该方法为：配网接地短路故障距离检测系统将被测线路接入电流采样模块和高压源内阻之间的E端和L端，通过施加一个高电压激励被测线路，测量激励所产生的电流，根据欧姆定理计算出该被测线路的电阻，通过电阻计算故障距离点。

7.根据权利要求6所述的一种配网接地短路故障距离检测系统的检测方法，其特征在于：被测线路接入的高压源为：使用脉宽调制负反馈控制的工作方式，脉宽调制芯片输出频率40kHz脉宽信号，控制开关功率管和驱动高频变压器工作，变压器输出电压经多倍压整流后形成直流高电压，输出电压反馈输入高速运算放大器实时调节脉宽信号。

8.根据权利要求6所述的一种配网接地短路故障距离检测系统的检测方法，其特征在于：故障距离点计算方法为：先按照主线计算故障点，如果按主线计算方式计算距离超过支线以后都按照二级支线计算方式继续计算；计算完成后将最接近故障点的节点进行标记，在地图上用红色标识标记，并提示故障距离。

9.根据权利要求8所述的一种配网接地短路故障距离检测系统的检测方法，其特征在于：故障距离点计算包括断保护短路动作计算故障距离计算和过流保护短路动作计算故障距离；

速断保护短路动作计算故障距离：

式中：X:短路点距离，表示短路点与跳闸断路器的距离，单位：km；

U：运行线路电压，单位：kV；

I:被测线路短路电流，单位：A；

Z1:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应单位线路阻抗值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z2:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应单位线路阻抗值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z3：即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应单位线路阻抗值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

过流保护短路动作计算故障距离：

式中：X:短路点距离，表示短路点与跳闸断路器的距离，单位：km；

U：运行线路电压，单位：kV；

I:被测线路短路电流，单位：A；

Z1:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择主线路型号对应单位线路阻抗值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z2:即速断保护跳闸选择线路型号，即选择支线路最小线径型号对应单位线路阻抗值；阻抗符号：Z，单位：Ω；

Z3：即速断保护跳闸选择线路型号，即选择支线路最小线径型型号对应单位线路阻抗值；阻抗符号：Z，单位：Ω。

Images