CN116106688A - 短路故障检测装置和系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种短路故障检测装置和系统，涉及输电线路故障检测技术领域。短路故障检测装置包括：设置在母线上的第一线圈；电流生成电路，被配置为与第一线圈电连接，并根据第一线圈提供的第一交流电压生成母线的母线电流；触发电路，被配置为与第一线圈、母线和短路故障检测装置的壳体电连接，并在母线出现短路故障的情况下，输出触发信号；检测电路，被配置为与触发电路和电流生成电路电连接，并以第一预设频率对母线电流进行采样，在接收到触发信号的情况下，将从故障发生时间开始的预设时长内的采样值作为检测信号，并将检测信号和故障发生时间发送给服务器。

Description

短路故障检测装置和系统

技术领域

本公开涉及电力线路故障检测技术领域，特别涉及一种短路故障检测装置和系统。

背景技术

随着电网规模的不断增大，电力线路的故障发生率也随之增加。特别是在风电场、光伏电站等新能源场站和一些城郊及农村地区，由于集电线路并联多个风机或光伏子阵以及分支繁多的配电网线路，运行方式复杂，以及变化无常的恶劣天气及人为外力破坏的情况发生，导致绝缘子短路故障和单相接地短路故障频发。

目前，新能源场站中集电线路的故障定位主要用于主干线路中，用于并联分支线路的故障监测方法较少；而在配电网故障检测中，通常采用故障指示器进行配电线路的故障监测，用配网自动化设备进行故障的隔离。故障指示器通过监测线路状态，并将所采集到的故障报警、停送电状态等信息发送回后台服务器，以便后台服务器对接收到的信息进行数据统计和分析处理，以确定故障区域，从而引导工作人员迅速准确找到故障点。配网自动化设备结合开关装置可迅速断开故障线路的连接，缩小故障停电范围。

发明内容

发明人注意到，相关技术中的故障指示器为了能够指示相间短路故障与单相接地故障，需要在故障指示器内部设置短路传感器和接地传感器。因此此类故障指示器在安装时，需将短路传感器和接地传感器与线路直接进行接触，从而增加了安全隐患。而配网自动化设备不仅成本较高，而且无法确定后续负荷端线路的故障位置；对于开关后段所带线路较长的情况下，停电设计的范围仍然很广，所需故障排查时间仍然很长。

据此，本公开提供一种短路故障检测方案，能够在无需设置短路传感器和接地传感器的情况下精确地实现短路故障定位，同时有效避免了安全隐患。本公开解决了大量带有分支线路的电力线故障定位问题，主要用于新能源场站集电线路和配电网的故障定位中。

根据本公开实施例的第一方面，提供一种短路故障检测装置，包括：设置在母线上的第一线圈；电流生成电路，被配置为与所述第一线圈电连接，并根据所述第一线圈提供的第一交流电压生成所述母线的母线电流；触发电路，被配置为与所述第一线圈、所述母线和所述短路故障检测装置的壳体电连接，并在所述母线出现短路故障的情况下，输出触发信号；检测电路，被配置为与所述触发电路和所述电流生成电路电连接，并以第一预设频率对所述母线电流进行采样，在接收到所述触发信号的情况下，将从故障发生时间开始的预设时长内的采样值作为检测信号，并将所述检测信号和所述故障发生时间发送给服务器。

在一些实施例中，所述触发电路被配置为根据所述母线对地寄生电容产生的位移电流，以及所述第一交流电压确定所述母线是否出现短路故障。

在一些实施例中，所述触发电路包括：第一转换电路，被配置为与所述母线和所述壳体电连接，并将所述位移电流转换为第一直流电流；第二转换电路，被配置为与所述第一线圈电连接，并将所述第一交流电压转换为第二直流电流；触发控制电路，被配置为与所述第一转换电路和第二转换电路电连接，并在所述第一直流电流和所述第二直流电流之和大于预设阈值的情况下，输出所述触发信号。

在一些实施例中，所述触发控制电路包括：加法器，被配置为与所述第一转换电路和所述第二转换电路电连接，并将所述第一直流电流和所述第二直流电流之和作为输出信号；滞环比较器，被配置为与所述加法器电连接，并输出与所述输出信号相对应的电平信号；触发器，被配置为与所述滞环比较器电连接，并在所述电平信号为预设电平的情况下输出所述触发信号。

在一些实施例中，所述预设电平为高电平。

在一些实施例中，所述检测电路包括：时间确定电路，被配置为与所述触发电路电连接，并根据所述触发信号确定故障发生时间；信号处理电路，被配置为与所述触发电路、所述时间确定电路和所述电流生成电路电连接，并以所述第一预设频率对所述母线电流进行采样，在接收到所述触发信号的情况下，将从所述故障发生时间开始的预设时长内的采样值作为所述检测信号；通信电路，被配置为与所述信号处理电路电连接，并将所述检测信号和所述故障发生时间发送给所述服务器。

在一些实施例中，所述时间确定电路包括：信号接收器，被配置为接收卫星授时信号，并发送秒脉冲信号；计数器，被配置为与所述信号接收器电连接，并根据具有第二预设频率的输入信号进行计数，其中在接收到所述秒脉冲信号的情况下将计数值清零，并重新开始计数；锁存器，被配置为与所述计数器和所述触发电路电连接，并在接收到所述触发信号的情况下锁存所述计数器当前的计数值；时间生成电路，被配置为与所述信号接收器、所述触发电路和所述锁存器电连接，并在接收到所述触发信号的情况下，根据当前的卫星授时信号和所述锁存器当前锁存的计数值确定所述故障发生时间。

在一些实施例中，所述时间确定电路还包括：锁相环，被配置为与所述信号接收器和所述信号处理电路电连接，并将所述秒脉冲信号进行倍频处理，以得到具有所述第一预设频率的倍频信息，并将所述倍频信息发送给所述信号处理电路。

在一些实施例中，所述信号接收器包括GPS信号接收器或北斗信号接收器中的至少一项。

在一些实施例中，所述电流生成电路包括：积分器，被配置为将所述第一交流电压转换为所述母线电流。

在一些实施例中，所述电流生成电路还包括：电压跟随器，其中所述电压跟随器设置在所述第一线圈和所述积分器之间。

在一些实施例中，所述第一线圈为罗氏线圈。

在一些实施例中，短路故障检测装置还包括：供电电路，被配置为利用所述母线上的电能为所述电流生成电路、所述触发电路和所述检测电路供电。

在一些实施例中，所述供电电路包括：设置在所述母线上的第二线圈；电压变换电路，被配置为与所述第二线圈电连接，并将所述第二线圈提供的第二交流电压转换为第一直流电压；储能电路，被配置为与所述电压变换电路电连接，并利用所述第一直流电压进行电能储存；电压转换电路，被配置为与所述储能电路、所述电流生成电路、所述触发电路和所述检测电路电连接，并将所述储能电路提供的第二直流电压转换为工作电压，以便利用所述工作电压为所述电流生成电路、所述触发电路和所述检测电路供电。

根据本公开实施例的第二方面，提供一种短路故障检测系统，包括：间隔设置在母线上的多个如上述任一实施例所述的短路故障检测装置；服务器，被配置为检测多个短路故障检测装置中各相邻的两个短路故障检测装置发送的检测信号之间的偏差，在相邻的第一短路故障检测装置发送的第一检测信号和第二短路故障检测装置发送的第二检测信号之间的偏差最大的情况下，确定所述母线在所述第一短路故障检测装置和所述第二短路故障检测装置之间的区段为故障区段，并根据所述第一短路故障检测装置发送的第一故障发生时间和所述第二短路故障检测装置发送的第二故障发生时间确定短路故障点在所述故障区段中的位置。

在一些实施例中，所述服务器被配置为根据所述第一故障发生时间和所述第二故障发生时间之差，以及所述故障区段的区段长度，确定所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的距离。

在一些实施例中，所述服务器被配置为在所述第一故障发生时间早于所述第二故障发生时间的情况下，将所述第一故障发生时间减去所述第二故障发生时间的差值与行波波速的乘积作为第一距离，根据所述第一距离和所述区段长度之和确定所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的距离。

在一些实施例中，所述服务器被配置为在所述第一故障发生时间晚于所述第二故障发生时间的情况下，将所述第二故障发生时间减去所述第一故障发生时间的差值与行波波速的乘积作为第二距离，根据所述第二距离和所述区段长度之和确定所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的距离。

在一些实施例中，上述系统还包括第三短路故障检测装置，其中在相邻的所述第一短路故障检测装置和所述第二短路故障检测装置之间的区段上具有支线，所述第三短路故障检测装置设置在所述支线上，且所述第三短路故障检测装置为上述任一实施例所述的短路故障检测装置；所述服务器还被配置为在所述第一短路故障检测装置发送的第一检测信号、所述第二短路故障检测装置发送的第二检测信号和所述第三短路故障检测装置发送的第三检测信号之和大于预设门限的情况下，根据所述第一短路故障检测装置发送的第一故障发生时间、所述第二短路故障检测装置发送的第二故障发生时间、所述第三短路故障检测装置发送的第三故障发生时间、所述第一短路故障检测装置和所述第二短路故障检测装置之间的第一线路距离、所述第一短路故障检测装置和所述第三短路故障检测装置之间的第二线路距离确定短路故障点的位置。

在一些实施例中，所述服务器将所述第一故障发生时间减去所述第二故障发生时间的差值与行波波速的乘积作为第三距离，根据所述第三距离和所述第一线路距离之和确定第一长度X，将所述第一故障发生时间减去所述第三故障发生时间的差值与行波波速的乘积作为第四距离，根据所述第四距离和所述第二线路距离之和确定第二长度Y，在所述第一长度X不等于所述第二长度Y、且所述第二长度Y大于所述第一长度X的情况下，确定所述短路故障点位于所述支线上，且所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的线路长度为所述第二长度Y；在所述第一长度X不等于所述第二长度Y、且所述第一长度X大于所述第二长度Y的情况下，确定所述短路故障点位于所述支线的分接点与所述第二短路故障检测装置之间的母线上，且所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的线路长度为所述第一长度X；在所述第一长度X等于所述第二长度Y的情况下，确定所述短路故障点位于所述支线的分接点与所述第一短路故障检测装置之间的母线上，且所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的线路长度为所述第一长度X或所述第二长度Y。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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为本公开一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。

图2为本公开另一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。

图3为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。

图4为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。

图5为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。

图6为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。

图7为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。

图8为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。

图9为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。

图10为本公开一个实施例的短路故障检测系统的结构示意图。

图11为本公开一个实施例的短路故障检测系统的结构示意图。

附图标记：1、母线；2、壳体；11、第一线圈；12、触发电路；13、电流生成电路；14、检测电路；15、供电电路；21、第一转换电路；22、第二转换电路；23、触发控制电路；31、加法器；32、滞环比较器；33、触发器；41、积分器；42、电压跟随器；51、时间确定电路；52、信号处理电路；53、通信电路；61、信号接收器；62、计数器、63、锁存器；64、时间生成电路；65、晶振；66、锁相环；91、第二线圈；92、电压变换电路；93、储能电路；94、电压转换电路；101、短路故障检测装置；102、短路故障检测装置；103、短路故障检测装置；104、短路故障检测装置；105、服务器；106、卫星；107、短路故障检测装置；110、短路故障点；111、支线；112、分接点。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

图1为本公开一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。如图1所示，短路故障检测装置包括设置在母线1上的第一线圈11、触发电路12、电流生成电路13和检测电路14。

第一线圈11用于提供第一交流电压，该第一交流电压反映了母线1的电流变化情况。例如，若母线1上的电流为i，则第一交流电压与di/dt相关联。

触发电路12与母线1、第一线圈11和短路故障检测装置的壳体2电连接，并在母线1出现短路故障的情况下输出触发信号。

例如，触发电路12根据母线对地寄生电容产生的位移电流，以及第一交流电压确定母线1是否出现短路故障。

在一些实施例中，触发电路12的结构如图2或图3所示。

电流生成电路13与第一线圈11电连接，并根据第一线圈11提供的第一交流电压生成母线1的母线电流。

在一些实施例中，电流生成电路13的结构如图4所示。

检测电路14与触发电路12和电流生成电路13电连接，并以第一预设频率对母线电流进行采样，在接收到触发信号的情况下，将从故障发生时间开始的预设时长内的采样值作为检测信号，并将检测信号和故障发生时间发送给服务器。

在一些实施例中，检测电路14的结构如图5-7中的任一结构所示。

在本公开上述实施例提供的短路故障检测装置中，触发电路12根据母线对地寄生电容产生的位移电流，以及第一交流电压确定母线1是否出现短路故障，在母线1出现短路故障的情况下输出触发信号，检测电路14在接收到触发信号的情况下，将从故障发生时间开始的预设时长内的采样值作为检测信号，并将检测信号和故障发生时间发送给服务器，以便服务器利用在母线上间隔设置的多个短路故障检测装置发送的信息精确地实现短路故障定位。同时在本公开上述实施例提供的短路故障检测装置中无需设置短路传感器和接地传感器，从而有效避免了安全隐患。

图2为本公开另一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。图2与图1的不同之处在于，如图2所示，触发电路12包括第一转换电路21、第二转换电路22和触发控制电路23。

第一转换电路21与母线1和壳体2电连接，并将母线对地寄生电容产生的位移电流转换为第一直流电流。

例如，第一转换电路21为整流电路。

第二转换电路22与第一线圈11电连接，并将第一线圈11提供的第一交流电压转换为第二直流电流。

例如，第二转换电路22包括整流子电路和转换子电路。整流子电路用于将第一交流电压转换为对应的直流电压，转换子电路用于将该直流电压转换为第二直流电流。

触发控制电路23与第一转换电路21和第二转换电路22电连接，并在第一直流电流和第二直流电流之和大于预设阈值的情况下，输出触发信号。

在一些实施例中，触发控制电路23的结构如图3所述。

图3为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。图3与图2的不同之处在于，如图3所示，触发控制电路23进一步包括加法器31、滞环比较器32和触发器33。

加法器31与第一转换电路21和第二转换电路22电连接，并将第一直流电流和第二直流电流之和作为输出信号。

滞环比较器32与加法器31电连接，并输出与输出信号相对应的电平信号。

触发器33被配置为与滞环比较器32电连接，并在电平信号为预设电平的情况下输出触发信号。

例如，预设电平为高电平。

需要说明的是，在母线未出现短路故障的情况下，滞环比较器32输出低电平，例如“0”。而在母线出现短路故障的情况下，滞环比较器32输出高电平，例如“1”。

图4为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。图4与图1的不同之处在于，如图4所示，电流生成电路13中包括积分器41。积分器41用于将第一线圈11提供的第一交流电压转换为母线电流。

在一些实施例中，电流生成电路13还包括电压跟随器42。电压跟随器42设置在第一线圈11和积分器41之间。

需要说明的是，通过在第一线圈11和积分器41之间设置电压跟随器42，以便放大交流电流，从而提高整个电路的带负载能力。同时电压跟随器42还能隔离电路前后级之间的影响，以起到隔离和缓冲作用。

图5为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。图5和图1的不同之处在于，如图5所述，检测电路14包括时间确定电路51、信号处理电路52和通信电路53。

时间确定电路51与触发电路12电连接，并根据触发信号确定故障发生时间。

在一些实施例中，时间确定电路51的结构如图6所示。

信号处理电路52与触发电路12、时间确定电路51和电流生成电路13电连接，并以第一预设频率对电流生成电路13提供的母线电流进行采样，在接收到触发信号的情况下，将从故障发生时间开始的预设时长内的采样值作为检测信号。

例如，信号处理电路52为MCU（Microcontroller Unit，微控制单元）或其它具有信号处理能力的电路。

通信电路53与信号处理电路52电连接，并将检测信号和故障发生时间发送给服务器。

例如，通信电路53为NB-IoT（Narrow Band Internet of Things，窄带物联网）通信电路或其它具有通信能力的电路。

图6为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。如图6所示，时间确定电路51包括信号接收器61、计数器62、锁存器63和时间生成电路64。

信号接收器61用于接收卫星授时信号，并发送秒脉冲（Pulse Per Second，简称：PPS）信号。

例如，信号接收器61包括GPS（Global Positioning System，全球定位系统）信号接收器或北斗信号接收器中的至少一项。

计数器62被配置为与信号接收器61电连接，并根据具有第二预设频率的输入信号进行计数，其中在接收到秒脉冲信号的情况下将计数值清零，并重新开始计数。

例如，利用晶振65为计数器62提供具有第二预设频率的输入信号。例如，第二预设频率为100MHz。

锁存器63与计数器62和触发电路12电连接，并在接收到触发信号的情况下锁存计数器62当前的计数值。

需要说明的是，计数器62在计数过程中，会将每个计数值发送给锁存器63。锁存器63在未接收到触发信号的情况下，会利用计数器62当前发送的计数值覆盖计数器62上一次发送的计数值。锁存器63在接收到触发信号的情况下，对锁存器63中当前的计数值进行锁存。

时间生成电路64被配置为与信号接收器61、触发电路12和锁存器63电连接，并在接收到触发信号的情况下，根据当前的卫星授时信号和锁存器63当前锁存的计数值确定故障发生时间。由此，信号处理电路52在接收到触发信号的情况下，从时间生成电路64获得故障发生时间。

例如，晶振65的频率为100MHz。在时间生成电路64接收到触发信号的情况下，当前的卫星授时信号所提供的时间为9时5分10秒，锁存器63当前锁存的计数值为328，则确定故障发生时间为9时5分10.328秒。由此可有效提高时间精度。

在一些实施例中，时间生成电路64为MCU或其它具有信号处理能力的电路。

在一些实施例中，如图6所示，时间确定电路51还包括锁相环66。锁相环66与信号接收器61和信号处理电路52电连接，将信号接收器61发送的秒脉冲信号进行倍频处理，以得到具有第一预设频率的倍频信息，并将倍频信息发送给信号处理电路52，以便信号处理电路52利用该第一预设频率进行采样。

需要说明的是，在图6中，时间生成电路64和信号处理电路52是两个分立的电路。在一些实施例中，为了简化电路设计，时间生成电路64和信号处理电路52可设置在同一个电路中。例如，如图7所示，可将时间生成电路64设置在信号处理电路52中，从而信号处理电路52具有确定故障发生时间的能力。

如图7所示，锁存器63在接收到触发信号的情况下锁存计数器62当前的计数值。信号处理电路52在接收到触发信号的情况下，从锁存器63获取当前锁存的计数值，并根据信号接收器61提供的当前卫星授时信号和锁存器63当前锁存的计数值确定故障发生时间。

图8为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。图8与图1的不同之处在于，如图8所示，短路故障检测装置还包括供电电路15。供电电路15利用母线1上的电能为触发电路12、电流生成电路13和检测电路14供电。

图9为本公开又一个实施例的短路故障检测装置的结构示意图。如图9所示，供电电路15包括设置在母线1上的第二线圈91、电压变换电路92、储能电路93和电压转换电路94。

电压变换电路92与第二线圈91电连接，并将第二线圈91提供的第二交流电压转换为第一直流电压。

储能电路93与电压变换电路92电连接，并利用第一直流电压进行电能储存。

例如，储能电路93可包括储能电池或其它具有电能存储能力的电路。

电压转换电路94与储能电路93、触发电路12、电流生成电路13和检测电路14电连接，并将储能电路93提供的第二直流电压转换为工作电压，以便利用工作电压为触发电路12、电流生成电路13和检测电路14供电。

需要说明的是，本实施例是首先将母线上的电能存储在储能电路中，再由储能电路将所存储的电能提供给短路故障检测装置中的各电路。因此在母线发生故障的情况下，储能电路仍可为短路故障检测装置中的各电路提供电能，从而确保短路故障检测装置正常工作。

图10为本公开一个实施例的短路故障检测系统的结构示意图。如图10所示，短路故障检测系统包括：间隔设置在母线1上的多个短路故障检测装置101-104，多个短路故障检测装置101-104中的每一个短路故障检测装置为图1-9中任一实施例涉及的短路故障检测装置。

为了简明起见，图10中仅给出了4个短路故障检测装置作为示例，可以了解的是，可根据需要在母线1中设置更多的短路故障检测装置。

例如，相邻的两个短路故障检测装置之间的距离可以为200米、500米或其它合适的长度。

需要说明的是，由于各短路故障检测装置101-104都基于卫星106提供的卫星授时信息确定故障发生时间，从而确保各短路故障检测装置101-104能够同步工作。

服务器105检测各相邻的两个短路故障检测装置发送的检测信号之间的偏差，在相邻的第一短路故障检测装置发送的第一检测信号和第二短路故障检测装置发送的第二检测信号之间的偏差最大的情况下，确定母线1在第一短路故障检测装置和第二短路故障检测装置之间的区段为故障区段，并根据第一短路故障检测装置发送的第一故障发生时间和第二短路故障检测装置发送的第二故障发生时间确定短路故障点110在故障区段中的位置。

例如，如图10所示，在短路故障检测装置102和短路故障检测装置103之间的区段中存在短路故障点110，在这种情况下，母线电流迅速增大、以及母线对地寄生电容产生的位移电流也会迅速发生变化，由此短路故障检测装置102发送的检测信号和短路故障检测装置103发送的检测信号之间的偏差较大。而在短路故障检测装置101和短路故障检测装置102之间的区段中没有短路故障点，短路故障检测装置101和短路故障检测装置102在母线上串联连接，因此短路故障检测装置101发送的检测信号和短路故障检测装置102发送的检测信号之间的偏差较小。基于同样的原因，短路故障检测装置103发送的检测信号和短路故障检测装置104发送的检测信号之间的偏差较小。

在这种情况下，短路故障检测装置102发送的检测信号和短路故障检测装置103发送的检测信号之间的偏差是最大的，由此将短路故障检测装置102和短路故障检测装置103之间的区段确定为故障区段。服务器105根据短路故障检测装102置发送的第一故障发生时间和短路故障检测装置103发送的第二故障发生时间确定短路故障点110在故障区段中的位置。

在一些实施例中，服务器105根据第一故障发生时间和第二故障发生时间之差，以及故障区段的区段长度，确定短路故障点110与第一短路故障检测装置的距离。

在一些实施例中，在第一故障发生时间ta早于第二故障发生时间tb的情况下，服务器105将第一故障发生时间ta减去第二故障发生时间tb的差值与行波波速v的乘积作为第一距离，根据第一距离和区段长度L之和确定短路故障点110与第一短路故障检测装置的距离。

例如，在第一故障发生时间ta早于第二故障发生时间tb的情况下，短路故障点110在故障区段中与短路故障检测装置102的距离d1为：d1=((ta-tb)v+L)/2。

在一些实施例中，在第一故障发生时间ta晚于第二故障发生时间tb的情况下，服务器105将第二故障发生时间tb减去第一故障发生时间ta的差值与行波波速v的乘积作为第二距离，根据第二距离和区段长度L之和确定短路故障点110与第一短路故障检测装置的距离。

例如，在第一故障发生时间ta晚于第二故障发生时间tb的情况下，短路故障点110在故障区段中与短路故障检测装置102的距离d2为：d1=((tb-ta)v+L)/2。

图11为本公开一个实施例的短路故障检测系统的结构示意图。图11和图10的不同之处在于，如图11所述，短路故障检测装置102和短路故障检测装置103之间的区段上设有支线111，该支线111上设有短路故障检测装置107。短路故障检测装置107为图1-9中任一实施例涉及的短路故障检测装置。

需要说明的是，根据基尔霍夫定律可知，流向同一个节点的所有电流之和为零。因此，针对该支线111在母线1上的分接点112，可利用短路故障检测装置102、短路故障检测装置103和短路故障检测装置107发送的检测信号检测是否满足基尔霍夫定律。

在短路故障检测装置102发送的第一检测信号、短路故障检测装置103发送的第二检测信号和短路故障检测装置107发送的第三检测信号之和大于预设门限的情况下，服务器105根据短路故障检测装置102发送的第一故障发生时间t1、短路故障检测装置103发送的第二故障发生时间t2、短路故障检测装置107发送的故障发生时间t3、短路故障检测装置102和短路故障检测装置103之间的第一线路距离L12、短路故障检测装置102和短路故障检测装置107之间的第二线路距离L13确定短路故障点110的位置。

例如，服务器105将第一故障发生时间t1减去第二故障发生时间t2的差值与行波波速v的乘积作为第三距离，根据第三距离和第一线路距离L12之和确定第一长度X。

例如，第一长度X如下所示：X=((t1-t2)v+L12)/2。

接下来，服务器105将第一故障发生时间t1减去第三故障发生时间t3的差值与行波波速的乘积作为第四距离，根据第四距离和第二线路距离L13之和确定第二长度Y。

例如，第二长度Y如下所示：Y=((t1-t3)v+L13)/2。

根据第一长度X和第二长度Y之间的关系有以下三种情况。

1）第一长度X不等于第二长度Y、且第二长度Y大于第一长度X，则服务器105确定短路故障点110位于支线111上，且短路故障点110距离短路故障检测装置102的线路长度为第二长度Y。

2）第一长度X不等于第二长度Y、且第一长度X大于第二长度Y，则服务器105确定短路故障点110位于支线111的分接点112与短路故障检测装置103之间的母线上，且短路故障点110与短路故障检测装置102的线路长度为第一长度X。

3）第一长度X等于第二长度Y，则服务器105确定短路故障点110位于支线111的分接点112与短路故障检测装置102之间的母线上，且短路故障点110与短路故障检测装置102的线路长度为第一长度X或第二长度Y。

在本公开上述实施例提供的短路故障检测系统，通过在母线上间隔设置多个短路故障检测装置，根据多个短路故障检测装置上报的信息确定出短路故障点所在的故障区段，以及短路故障点在该故障区段中的具体位置，从而精确地实现短路故障定位。同时在本公开上述实施例提供的短路故障检测装置中无需设置短路传感器和接地传感器，从而有效避免了安全隐患。

在一些实施例中，在上面所描述的功能单元可以实现为用于执行本公开所描述功能的通用处理器、可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，简称：PLC）、数字信号处理器（Digital Signal Processor，简称：DSP）、专用集成电路（ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称：ASIC）、现场可编程门阵列（Field-ProgrammableGate Array，简称：FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件或者其任意适当组合。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

本公开的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本公开限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本公开的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本公开从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (20)

1.一种短路故障检测装置，包括：

设置在母线上的第一线圈；

电流生成电路，被配置为与所述第一线圈电连接，并根据所述第一线圈提供的第一交流电压生成所述母线的母线电流；

触发电路，被配置为与所述第一线圈、所述母线和所述短路故障检测装置的壳体电连接，并在所述母线出现短路故障的情况下，输出触发信号；

检测电路，被配置为与所述触发电路和所述电流生成电路电连接，并以第一预设频率对所述母线电流进行采样，在接收到所述触发信号的情况下，将从故障发生时间开始的预设时长内的采样值作为检测信号，并将所述检测信号和所述故障发生时间发送给服务器。

2.根据权利要求1所述的短路故障检测装置，其中，

所述触发电路被配置为根据所述母线对地寄生电容产生的位移电流，以及所述第一交流电压确定所述母线是否出现短路故障。

3.根据权利要求2所述的短路故障检测装置，其中，所述触发电路包括：

第一转换电路，被配置为与所述母线和所述壳体电连接，并将所述位移电流转换为第一直流电流；

第二转换电路，被配置为与所述第一线圈电连接，并将所述第一交流电压转换为第二直流电流；

触发控制电路，被配置为与所述第一转换电路和第二转换电路电连接，并在所述第一直流电流和所述第二直流电流之和大于预设阈值的情况下，输出所述触发信号。

4.根据权利要求3所述的短路故障检测装置，其中，所述触发控制电路包括：

加法器，被配置为与所述第一转换电路和所述第二转换电路电连接，并将所述第一直流电流和所述第二直流电流之和作为输出信号；

滞环比较器，被配置为与所述加法器电连接，并输出与所述输出信号相对应的电平信号；

触发器，被配置为与所述滞环比较器电连接，并在所述电平信号为预设电平的情况下输出所述触发信号。

5.根据权利要求4所述的短路故障检测装置，其中，

所述预设电平为高电平。

6.根据权利要求1所述的短路故障检测装置，其中，所述检测电路包括：

时间确定电路，被配置为与所述触发电路电连接，并根据所述触发信号确定故障发生时间；

信号处理电路，被配置为与所述触发电路、所述时间确定电路和所述电流生成电路电连接，并以所述第一预设频率对所述母线电流进行采样，在接收到所述触发信号的情况下，将从所述故障发生时间开始的预设时长内的采样值作为所述检测信号；

通信电路，被配置为与所述信号处理电路电连接，并将所述检测信号和所述故障发生时间发送给所述服务器。

7.根据权利要求6所述的短路故障检测装置，其中，所述时间确定电路包括：

信号接收器，被配置为接收卫星授时信号，并发送秒脉冲信号；

计数器，被配置为与所述信号接收器电连接，并根据具有第二预设频率的输入信号进行计数，其中在接收到所述秒脉冲信号的情况下将计数值清零，并重新开始计数；

锁存器，被配置为与所述计数器和所述触发电路电连接，并在接收到所述触发信号的情况下锁存所述计数器当前的计数值；

时间生成电路，被配置为与所述信号接收器、所述触发电路和所述锁存器电连接，并在接收到所述触发信号的情况下，根据当前的卫星授时信号和所述锁存器当前锁存的计数值确定所述故障发生时间。

8.根据权利要求7所述的短路故障检测装置，其中，所述时间确定电路还包括：

锁相环，被配置为与所述信号接收器和所述信号处理电路电连接，并将所述秒脉冲信号进行倍频处理，以得到具有所述第一预设频率的倍频信息，并将所述倍频信息发送给所述信号处理电路。

9.根据权利要求7所述的短路故障检测装置，其中，

所述信号接收器包括GPS信号接收器或北斗信号接收器中的至少一项。

10.根据权利要求1所述的短路故障检测装置，其中，所述电流生成电路包括：

积分器，被配置为将所述第一交流电压转换为所述母线电流。

11.根据权利要求10所述的短路故障检测装置，其中，所述电流生成电路还包括：

电压跟随器，其中所述电压跟随器设置在所述第一线圈和所述积分器之间。

12.根据权利要求1所述的短路故障检测装置，其中，

所述第一线圈为罗氏线圈。

13.根据权利要求1-12中任一项所述的短路故障检测装置，还包括：

供电电路，被配置为利用所述母线上的电能为所述电流生成电路、所述触发电路和所述检测电路供电。

14.根据权利要求13所述的短路故障检测装置，其中，所述供电电路包括：

设置在所述母线上的第二线圈；

电压变换电路，被配置为与所述第二线圈电连接，并将所述第二线圈提供的第二交流电压转换为第一直流电压；

储能电路，被配置为与所述电压变换电路电连接，并利用所述第一直流电压进行电能储存；

电压转换电路，被配置为与所述储能电路、所述电流生成电路、所述触发电路和所述检测电路电连接，并将所述储能电路提供的第二直流电压转换为工作电压，以便利用所述工作电压为所述电流生成电路、所述触发电路和所述检测电路供电。

15.一种短路故障检测系统，包括：

间隔设置在母线上的多个如权利要求1-14中任一项所述的短路故障检测装置；

服务器，被配置为检测多个短路故障检测装置中各相邻的两个短路故障检测装置发送的检测信号之间的偏差，在相邻的第一短路故障检测装置发送的第一检测信号和第二短路故障检测装置发送的第二检测信号之间的偏差最大的情况下，确定所述母线在所述第一短路故障检测装置和所述第二短路故障检测装置之间的区段为故障区段，并根据所述第一短路故障检测装置发送的第一故障发生时间和所述第二短路故障检测装置发送的第二故障发生时间确定短路故障点在所述故障区段中的位置。

16.根据权利要求15所述的短路故障检测系统，其中，

所述服务器被配置为根据所述第一故障发生时间和所述第二故障发生时间之差，以及所述故障区段的区段长度，确定所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的距离。

17.根据权利要求16所述的短路故障检测系统，其中，

所述服务器被配置为在所述第一故障发生时间早于所述第二故障发生时间的情况下，将所述第一故障发生时间减去所述第二故障发生时间的差值与行波波速的乘积作为第一距离，根据所述第一距离和所述区段长度之和确定所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的距离。

18.根据权利要求16所述的短路故障检测系统，其中，

所述服务器被配置为在所述第一故障发生时间晚于所述第二故障发生时间的情况下，将所述第二故障发生时间减去所述第一故障发生时间的差值与行波波速的乘积作为第二距离，根据所述第二距离和所述区段长度之和确定所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的距离。

19.根据权利要求15-18中任一项所述的短路故障检测系统，还包括：

第三短路故障检测装置，其中在相邻的所述第一短路故障检测装置和所述第二短路故障检测装置之间的区段上具有支线，所述第三短路故障检测装置设置在所述支线上，且所述第三短路故障检测装置为权利要求1-14中任一项所述的短路故障检测装置；

所述服务器还被配置为在所述第一短路故障检测装置发送的第一检测信号、所述第二短路故障检测装置发送的第二检测信号和所述第三短路故障检测装置发送的第三检测信号之和大于预设门限的情况下，根据所述第一短路故障检测装置发送的第一故障发生时间、所述第二短路故障检测装置发送的第二故障发生时间、所述第三短路故障检测装置发送的第三故障发生时间、所述第一短路故障检测装置和所述第二短路故障检测装置之间的第一线路距离、所述第一短路故障检测装置和所述第三短路故障检测装置之间的第二线路距离确定短路故障点的位置。

20.根据权利要求19所述的短路故障检测系统，其中，

所述服务器将所述第一故障发生时间减去所述第二故障发生时间的差值与行波波速的乘积作为第三距离，根据所述第三距离和所述第一线路距离之和确定第一长度X，将所述第一故障发生时间减去所述第三故障发生时间的差值与行波波速的乘积作为第四距离，根据所述第四距离和所述第二线路距离之和确定第二长度Y，在所述第一长度X不等于所述第二长度Y、且所述第二长度Y大于所述第一长度X的情况下，确定所述短路故障点位于所述支线上，且所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的线路长度为所述第二长度Y；在所述第一长度X不等于所述第二长度Y、且所述第一长度X大于所述第二长度Y的情况下，确定所述短路故障点位于所述支线的分接点与所述第二短路故障检测装置之间的母线上，且所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的线路长度为所述第一长度X；在所述第一长度X等于所述第二长度Y的情况下，确定所述短路故障点位于所述支线的分接点与所述第一短路故障检测装置之间的母线上，且所述短路故障点与所述第一短路故障检测装置的线路长度为所述第一长度X或所述第二长度Y。

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