CN114814465B - 一种配电线路故障查找系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种配电线路故障查找系统及方法，包括：检测传感器、机械臂、接收装置和单相开关。所述单相开关设置于配电线路的每相电线上，以控制配电线路每相线路的通断。当发生故障时，所述单相开关断开；将所述机械臂的第一接线端与第二接线端接于所述单相开关两侧，闭合机械臂的启动开关，以使配电线路的线路产生零序电压。所述检测传感器与配电线路连接，通过所述检测传感器测量零序电压，并通过所述接收装置接收所述零序电压。通过分析不同位置的零序电压，判断是否发生单相故障以及故障产生的位置。本申请提供的一种配电线路故障查找系统及方法，可以精确、快速地查找单相故障的发生位置，提高故障处理的效率。

Description

一种配电线路故障查找系统及方法
技术领域
本申请涉及配电网故障检测技术领域，尤其涉及一种配电线路故障查找系统及方法。
背景技术
电力系统按接地处理方式可分为大电流接地系统、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。然而，在发生单相接地后，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，单相接地故障并不影响对用户的连续供电，且系统可运行1～2小时。
因此，当发生单相接地故障时，电力系统仍可以持续为用户供电。但此时由于电力系统长期运行，非故障的两相对地电压升高，可能会导致绝缘的薄弱环节被击穿。从而发展成为相间短路，使事故扩大。还可能损坏设备，破坏系统安全运行。
为了保证系统的安全运行，通常采用配电自动化与绝缘摇表对故障进行定位查找。但配电自动化仅能将故障隔离在一段距离内，并不能给出具体故障点；采用绝缘摇表进行对地绝缘测量，受容量的限制，导致故障点很难被发现。因此，维护人员常常由于找不到故障点，延长故障处理时间，造成故障处理的效率低下。
发明内容
本申请提供了一种配电线路故障查找系统及方法，以解决由于找不到故障点，延长故障处理时间，造成故障处理的效率低下的问题。
第一方面，本申请提供一种配电线路故障查找系统，包括：检测传感器、机械臂、接收装置和单相开关，其中：所述检测传感器连接配电线路，所述检测传感器用于检测所述配电线路的零序电压；所述检测传感器包括通信模块，所述通信模块用于发送所述零序电压；所述单相开关设置于配电线路的每相电线上，所述单相开关被配置为当所述配电线路发生故障时，所述单相开关断开；所述机械臂包括启动开关、第一接线端和第二接线端，所述启动开关与所述第一接线端、所述第二接线端串联，所述第一接线端和第二接线端用于短接所述单相开关；所述机械臂被配置为当配电线路发生故障时，将所述第一接线端、所述第二接线端短接于所述单相开关两侧，闭合所述启动开关，以产生所述零序电压；所述接收装置与所述通信模块通信连接，以接收所述通信模块发送的零序电压。通过所述机械臂与所述接收装置，获取线路中的零序电压。分析所述零序电压，可以判断出线路中是否存在单相故障。如果存在单相故障，根据所述零序电压值判断故障位置，从而提高故障处理的效率。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述检测传感器为三相传感器，所述检测传感器每相均连接所述通信模块，所述检测传感器每相均包括耦合电容，所述检测传感器包括测量阻抗，所述耦合电容与所述测量阻抗串联，以检测所述零序电压。根据测量阻抗更精准地测量出零序电压，提高了所述系统的精准度。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述通信模块为信号发射天线，所述接收装置包括信号接收天线，所述信号发射天线与所述信号接收天线用于以电磁波形式传输所述零序电压。以电磁波的形式传输所述零序电压，速度快且不需要介质。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述接收装置包括接收单元和处理单元，所述接收单元与所述通信模块通信连接。所述处理单元与所述接收单元连接，所述处理单元被配置为分析所述零序电压，以更方便处理所述零序电压。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述处理单元被进一步配置为如果配电线路中一相的所述零序电压与另外两相不相等，则获取该相中所述零序电压最小值的位置，以提高查找故障位置的精确度。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述系统还包括报警单元，所述报警单元与所述单相开关并联，所述报警单元被配置为当所述配电线路发生故障时，发出报警信号。保证在发生故障时，可以及时提醒维护人员进行检修。
结合第一方面，在第一方面的一种可实现方式中，所述检测传感器设有适配的防水外壳。防水外壳可以避免所述检测传感器受到雨水的侵蚀，以延长所述检测传感器的使用寿命。
第二方面，本申请提供一种配电线路故障查找方法，包括：
当配电线路发生故障时，单相开关断开；将机械臂的第一接线端、第二接线端接于配电线路每一相的所述单相开关两侧，闭合启动开关，以使配电线路的线路产生零序电压；通过检测传感器检测所述零序电压；通过通信模块发送所述零序电压；通过接收装置接收所述零序电压，以判断是否存在单相故障；如果存在单相故障，则根据所述零序电压判断故障点位置。
结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述判断是否存在单相故障，包括：通过零序电压函数分析所述零序电压，所述零序电压函数为其中，UX0i为不同位置第i个检测传感器1的零序电压，i为1～n，X为配电线路的不同相。如果配电线路中各相/>的数值相等，则不存在单相故障；如果配电线路中各相/>的数值不相等，则存在单相故障。
结合第二方面，在第二方面的一种可实现方式中，所述判断故障点位置，包括：筛选配电线路中与另外两相的数值不相等的目标相；获取当所述目标相中UX0i最小时i的数值时第i个检测传感器1的位置。
由以上技术方案可知，本申请提供一种配电线路故障查找系统及方法，通过所述单相开关控制配电线路线路的通断。当发生故障时，所述单相开关断开，以保护线路安全。将所述机械臂的第一接线端与第二接线端接于配电线路每相的所述单相开关两侧后，闭合所述启动开关，以使配电线路产生零序电压。所述检测传感器一端与配电线路连接，另一端接地，通过所述检测传感器测量零序电压，并通过所述接收装置接收所述零序电压。通过分析不同位置、不同相的零序电压数值大小，判断是否存在单相故障。如果存在单相故障，分析零序电压数值，判断故障位置。本申请提供的一种配电线路故障查找系统及方法，可判断线路中是否存在单相故障，可以更精确、快速地查找出单相故障的发生位置，从而减少故障处理时间，提高故障处理的效率。
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为本申请的一种配电线路故障查找系统的结构示意图；
图2为本申请实施例中接收装置的结构示意图；
图3为本申请实施例中报警单元的结构示意图；
图4为本申请实施例提供的一种配电线路故障查找系统方法的示例图；
图5为本申请实施例中一种配电线路故障查找方法的流程图。
图示说明：
其中，1-检测传感器，11-电容，12-测量阻抗，13-通信模块，2-机械臂，21-第一接线端，22-第二接线端，23-启动开关，3-接收装置，31-接收单元，32-处理单元，4-单相开关，5-报警单元。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
小电流接地系统是指中性点不接地或经过消弧线圈和高阻抗接地的三相系统，又称中性点间接接地系统。当某一相发生接地故障时，由于不能构成短路回路，接地故障电流往往比负荷电流小得多，所以这种系统被称为小电流接地系统。
在小电流接地系统中，单相接地是一种常见的临时性故障。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。主要由树障、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。因此，如何快速查找出故障位置，及时对故障进行处理至关重要。
但常采用的对故障进行定位查找方式为配电自动化与绝缘摇表。配电自动化是指以配电网一次网架和设备为基础，综合利用计算机、信息及通信等技术，并通过与相关应用系统的信息集成，实现对配电网的监测、控制和快速故障隔离，为配电管理系统提供实时数据支撑。但配电自动化仅能将故障隔离在一段距离内，并不能给出具体故障点。绝缘摇表为电工常用的一种测量仪表，主要用来检查电气设备、家用电器或电气线路对地及相间的绝缘电阻。但采用绝缘摇表进行对地绝缘测量，受容量的限制，导致故障点很难被发现。因此，维护人员常常由于找不到故障点，延长故障处理时间，造成故障处理的效率低下。
为了解决上述问题，本申请提供了一种配电线路故障查找系统，参见图1，包括：检测传感器1、机械臂2、接收装置3和单相开关4。其中，所述单相开关4设置于配电线路的每相电线上，单相开关4用于控制线路的通断。所述检测传感器1一端与配电线路连接，另一端接地，用于检测配电线路线路的零序电压。检测传感器1还包括通信模块13，通信模块13与接收装置3通信连接，通信模块13用于向接收装置3发送零序电压。机械臂2包括启动开关23、第一接线端21和第二接线端22，所述启动开关23与所述第一接线端21、所述第二接线端22串联。启动开关23用于控制机械臂2的通断，第一接线端21和第二接线端22用于短接单相开关4。
其中，所述单相开关4被配置为当所述配电线路的线路发生故障时，单相开关4断开。配电线路上的单相开关4断开后，配电线路的线路断路，以起到对线路的保护作用。需要说明是，本申请实施例中的配电线路均为三相高压电线。
在一些实施例中，单相开关4可采用线路上普遍安装的单相分段保护开关。所以，当单相开关4断开时，说明配电线路发生了接地故障。此时，应及时对故障进行处理。
在对故障进行处理的过程中，将机械臂2的第一接线端21和第二接线端22接于的单相开关4两侧。确认第一接线端21和第二接线端22的连接位置无误后，闭合机械臂2的启动开关23。此时，机械臂2使配电线路的线路重新恢复通路状态。相当于利用机械臂2继续对线路供压，使配电线路的线路产生零序电压。由于检测传感器1与配电线路连接，所以检测传感器1可以检测此时线路中产生的零序电压。在检测到零序电压后，检测传感器1通过通信模块13将零序电压发送给接收装置3。参见图2，接收装置3包括接收单元31与处理单元32，接收单元31与处理单元32连接。通过接收单元31接收零序电压，通过处理单元32对零序电压进行分析，判断线路中是否存在单相故障。如果存在单相故障，通过处理单元32分析零序电压，以判断故障的发生位置。
在一些实施例中，通信模块13采用信号发射天线，所述接收单元31采用信号接收天线。天线是无线传输必不可少的部分，除了我们用光纤、电缆、网线等传输有线信号，只要是在空中使用电磁波传播的信号，均需要各种形式的天线。本申请的信号发射天线与信号接收天线可根据实际情况选择合适的种类。信号发射天线与信号接收天线以电磁波形式传输零序电压，具有传输速度快、不需要介质的优点，并且信号发射天线与信号接收天线的体积小，占用面积小，使接收装置更加便携。
在一些实施例中，处理单元32被配置如果配电线路中一相的所述零序电压与另外两相不相等，则获取该相中所述零序电压最小值的位置。例如：配电线路的三相分别为A相、B相、和C相，设A相上所有检测传感器1测得的零序电压值总和为X；B相上所有检测传感器1测得的零序电压值总和为Y；C相上所有检测传感器1测得的零序电压值总和为Z；如果A＝B≠C,则C相存在单相故障，获取C相中检测到最低零序电压值的检测传感器1的位置，此位置即为最靠近故障点的位置。由此可以在故障查找过程中，更精确地判断出故障位置。
在本申请的部分实施例中，参见图3，为了能够及时提醒维护人员线路中存在单相故障，所述系统还包括报警单元5，所述报警单元5与单相开关4并联。报警单元5被配置为当发生故障时，报警单元5可以及时发出报警信号。报警信号可采用多种形式，例如：报警单元5可采用声报警器，当单相开关4断开时，声报警器可以播放语音提示或音乐提示，以提醒维护人员及时对故障进行处理；或者报警单元5可采用磁控开关报警器、震动报警器、超声波报警器等。维护人员在接收到报警单元5发出的报警信号后，关闭报警单元5，及时进行故障处理工作。
在本申请的部分实施例中，检测传感器1为三相传感器。其中，三相传感器的每相均包括耦合电容11、测量阻抗12。耦合电容，又称电场耦合或静电耦合，是由于分布电容的存在而产生的一种耦合方式。耦合电容器是使得强电和弱电两个系统通过电容器耦合并隔离，提供高频信号通路，阻止低频电流进入弱电系统，保证人身安全。测量阻抗12可以为电阻或电感的任意一种。设测量阻抗12的阻抗为Z，则Z通常为的0.01～0.0001倍。通过测量阻抗12可以更精确地测量出线路中的零序电压值。
在一些实施例中，检测传感器1设有适配的防水外壳。由于检测传感器1设置于室外，会沾染到雨水、露水等，从而发生氧化反应、缩短使用寿命。为了防止检测传感器1受到侵蚀，检测传感器1均设置有防水外壳，以增长检测传感器1的使用寿命。例如：可以采用聚碳酸酯材质的防水外壳，既有良好的防水性能，且具有电气性优、抗冲击性强等优点。
参见图5，为本申请实施例中一种配电线路故障查找方法的流程图。本申请还提供了一种与上述系统相对应的一种配电线路故障查找方法，如图5所示，包括以下步骤：
S100:当配电线路发生故障时，单相开关4断开；
S200:将第一接线端21、第二接线端22接于配电线路每一相的单相开关4两侧，闭合启动开关23，以使配电线路产生零序电压；
S300:通过检测传感器1检测零序电压；
S400:通过通信模块13发送零序电压；
S500:通过接收装置3接收零序电压，以判断是否存在单相故障；
S600:如果存在单相故障，根据零序电压判断故障点位置。
可见，本申请实施例中提供的一种配电线路故障查找方法，当线路中发生故障时，所述单相开关4断开，以保护线路安全。通过将所述机械臂2的第一接线端21与第二接线端22接于的所述单相开关4两侧，恢复线路的通路状态。此时，相当于继续为线路提供电压，电源会激励故障位置产生零序电压。通过与配电线路连接的检测传感器1测量零序电压，并通过通信模块13向接收装置3发送零序电压。接收装置3在接收所述零序电压后，通过分析不同位置的零序电压，可以判断出是否存在单相接地故障。如果存在单相接地故障，通过分析零序电压判断故障位置。
在一些实施例中，判断是否存在单相故障包括：通过零序电压函数分析所述零序电压，所述零序电压函数为其中，UX0i为不同位置第i个检测传感器1的零序电压，i为1～n，X为配电线路的不同相。如果配电线路中各相/>的数值相等，则不存在单相故障；如果配电线路中各相/>的数值不相等，则存在单相故障。
在一些实施例中，判断故障点位置，包括：筛选配电线路中与另外两相的数值不相等的目标相；获取当所述目标相中最小时i的数值时第i个检测传感器1的位置。
例如：参见图4，为本申请实施例提供的一种配电线路故障查找方法的示例图。当配电线路的单相开关4断开后，将机械臂2的第一接线端21和第二接线端22并联在A相单相开关4两端，闭合开关23，检测传感器1获得A相零序电压分布UA0；再将机械臂2的第一接线端21和第二接线端22并联在B相单相开关4两端，闭合开关23，检测传感器1获得B相零序电压分布UB0；然后将机械臂2的第一接线端21和第二接线端22并联在C相单相开关4两端时，闭合开关23，检测传感器1获得B相零序电压分布UC0。A相如有n个检测传感器1，每个检测传感器1的零序电压为UA0i，i为1～n；B相如有n个检测传感器1，每个检测传感器1的零序电压为UB0i，i为1～n；C相UC0如有n个检测传感器1，每个检测传感器1的零序电压为UC0i，i为1～n。则，
A相零序电压和函数为
B相零序电压和函数为
C相零序电压和函数为
如A、B、C各相的函数值都相等，即则线路无单相接地故障；如其中两个不等/>则B相故障。此时对B相零序电压进行分析，取UB0i为最小值时，i的值，获取第i个传感器的位置，即第i个传感器的位置为最靠近故障点的位置。
由以上技术方案可知，本申请提供一种配电线路故障查找系统及方法，通过所述单相开关4控制配电线路线路的通断。当线路中发生故障时，所述单相开关4断开，同时报警单元5同步发出报警信号。维护人员在接收到报警信号后，将所述机械臂2的第一接线端21与第二接线端22接于配电线路各相的所述单相开关4两侧，闭合所述启动开关23。此时，机械臂2恢复了线路的通路状态，使线路产生产生零序电压。所述检测传感器1通过与配电线路连接，测量零序电压，并通过通信模块13向接收装置3发送零序电压。所述接收装置3接收所述零序电压后，通过分析不同位置的零序电压大小，判断是否发生单相故障。如果发生了单相故障，通过零序电压值判断故障产生的位置。本申请提供的一种配电线路故障查找系统及方法，可以更精确、快速地查找出单相故障的发生位置，从而减少故障处理时间，提高故障处理的效率。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (9)

1.一种配电线路故障查找系统，其特征在于，包括：检测传感器(1)、机械臂(2)、接收装置(3)和单相开关(4)，其中：
所述检测传感器(1)连接配电线路，所述检测传感器(1)用于检测所述配电线路的零序电压；所述检测传感器(1)包括通信模块(13)，所述通信模块(13)用于发送所述零序电压；所述单相开关(4)设置于配电线路的每相电线上，所述单相开关(4)被配置为当所述配电线路发生故障时，所述单相开关(4)断开；
所述机械臂(2)包括启动开关(23)、第一接线端(21)和第二接线端(22)，所述启动开关(23)与所述第一接线端(21)、所述第二接线端(22)串联，所述第一接线端(21)和第二接线端(22)用于短接所述单相开关(4)；所述机械臂(2)被配置为配电线路发生故障时，将所述第一接线端(21)、所述第二接线端(22)短接于所述单相开关(4)两侧，闭合所述启动开关(23)，以产生所述零序电压；
所述接收装置(3)与所述通信模块(13)通信连接，以接收所述通信模块(13)发送的零序电压；所述接收装置(3)包括处理单元(32)，所述处理单元(32)被配置为如果配电线路中一相的所述零序电压与另外两相不相等，则获取该相中所述零序电压最小值的位置，以定位故障点位置。
2.根据权利要求1所述的配电线路故障查找系统，其特征在于，所述检测传感器(1)为三相传感器，所述检测传感器(1)每相均连接所述通信模块(13)，所述检测传感器(1)每相均包括耦合电容(11)，所述检测传感器(1)包括测量阻抗(12)，所述耦合电容(11)与所述测量阻抗(12)串联，以检测所述零序电压。
3.根据权利要求1所述的配电线路故障查找系统，其特征在于，所述通信模块(13)为信号发射天线，所述接收装置(3)包括信号接收天线，所述信号发射天线与所述信号接收天线用于以电磁波形式传输所述零序电压。
4.根据权利要求1所述的配电线路故障查找系统，其特征在于，所述接收装置(3)包括接收单元(31)，所述接收单元(31)与所述通信模块(13)通信连接，所述处理单元(32)与所述接收单元(31)连接。
5.根据权利要求1所述的配电线路故障查找系统，其特征在于，所述系统还包括报警单元(5)，所述报警单元(5)与所述单相开关(4)并联，所述报警单元(5)被配置为当所述配电线路发生故障时，发出报警信号。
6.根据权利要求1所述的配电线路故障查找系统，其特征在于，所述检测传感器(1)设有适配的防水外壳。
7.一种配电线路故障查找方法，其特征在于，包括：
当配电线路发生故障时，单相开关(4)断开；
将机械臂(3)的第一接线端(21)、第二接线端(22)接于配电线路每一相的所述单相开关(4)两侧，闭合启动开关(23)，以使配电线路的线路产生零序电压；
通过检测传感器(1)检测所述零序电压；
通过通信模块(13)发送所述零序电压；
通过接收装置(3)接收所述零序电压，以判断是否存在单相故障；
如果配电线路中一相的所述零序电压与另外两相不相等，则获取该相中所述零序电压最小值的位置，以定位故障点位置。
8.根据权利要求7所述的配电线路故障查找方法，其特征在于，所述判断是否存在单相故障，包括：
通过零序电压函数分析所述零序电压，所述零序电压函数为
其中，UX0i为不同位置第i个检测传感器(1)的零序电压，i为1～n，X为配电线路的不同相；
如果配电线路中各相的数值相等，则不存在单相故障；
如果配电线路中各相的数值不相等，则存在单相故障。
9.根据权利要求8所述的配电线路故障查找方法，其特征在于，所述获取该相中所述零序电压最小值的位置，包括：
筛选配电线路中与另外两相的数值不相等的目标相；
获取当所述目标相中UX0i最小时i的数值时第i个检测传感器(1)的位置。
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