CN1207500A - 一种配电网故障检测方法及检测系统 - Google Patents

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李晓波
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Abstract

一种全新的配电网故障检测方法及检测系统,借助一信号发生装置向母线注入一特频信号,结合设置于线路上的故障检测探头同时对相间及单相对地故障进行检测,并将检测信息通过通讯设备传输给中心计算机。该方法及系统实现了用同一套设备即可完成对相间及单相对地故障的全自动检测,节省了大量人力、物力、财力,大幅度提高了故障检测效率及准确率,大大提高了供电可靠性。

Description

一种配电网故障检测方法及检测系统
本发明涉及一种电网的故障检测方法及设备，特别涉及一种用于检测配网相间及单相对地故障的方法及其检测系统。
我国的电网基本承袭原苏联的体系结构(如图2所示)，一般把66KV及以下电压系统称为配电网，简称配网。随着城市电网的发展和配电网规模的不断扩大，配网的故障频繁发生，其中以单相对地故障及相间故障为主。配网延伸至各角落，网络密集，分支多，造成故障查找、排除非常困难，由此带来的经济损失是难以估量的。
目前，国内相间故障的检测技术较为成熟。当发生相间故障时，由于短路电流有明显的突变(如图1所示)，特征显著，相对较易检测到。比较先进的方法是在线路上设置检测探头，当探头检测到相间故障特征电流时，线路寻视人员即可根据各探头上的故障指示，找到故障点。但该探头多是采用普通的元器件(如CMOS堆砌)构成的检测回路，因此在检测的准确性及复杂情况下的判断尚存在缺陷，且无法实现故障点的自动定位。
我国配网的变压器采用中性点不接地或经消弧线圈接地，因此发生单相对地故障时，无故障通道的构成，接地电流较小，对系统的运行在短时间内无明显影响，因此国家标准规定：允许在此故障情况下继续运行2小时。但长时间如此运行会给系统带来许多危害。由于单相对地故障接地电流小，而电压等无明显特征变化，所以检测相当困难。目前，常用检测手段，主要围绕零序电压电流的特点来进行，检测有很大的局限性，可应用的范围不足配网的十分之一，且只能确定故障出线及故障相，不能定位，而不得不采用“拉路法”，导致大面积停电，给供用电双方都带来重大损失。也有一些国内外的先进技术采用母线注入特频信号法，结合人工手持检测设备进行巡线跟踪，检测单相对地故障，但仍不能实现故障点的自动定位。更未见同时可检测上述两种故障的方法及设备。
本发明的目的即在于提供一种集检测相间及单相对地故障为一体，并能准确定位故障点的全自动检测方法及其检测系统。
为实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案：
一种配电网故障检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：
a．通过至少一个信号发射装置，可以向配电网母线注入一特定频率的信号，
b．通过设置于配电网线路上的检测设备，接收和监测线路上的各种信号，
c．选择一种通讯方式，将各检测设备获取的信息汇总传输．
d．设置至少一个接收主站，接收由步骤c传回的各检测设备发出的检测信息，并经计算机综合处理，输出故障位置等全部故障检测结果。
本发明用以判断配电网发生相间故障方法的特征在于，使用所述的检测设备，依据线路上电流信号的变化，直接判别是否发生相间故障。
本发明用以判断配电网发生单相对地故障方法的特征在于，当发生单相对地故障时，由信号发射装置向配网母线注入一特定频率的信号，若安装于主干线路及分支线路上的检测探头获取该信号后，即表示该处已发生单相对地故障，随之将故障信息传输给接收主站。
本发明的另一特征在于，所述信号发射装置，设置于变电站PT(电压互感器)的二次侧上。
本发明的另一特征还在于，所述检测设备是一种探头，该探头设置于各用户分支处，并同时具备信号处理、传输及故障显示等功能。
本发明的再一特征在于，所述检测探头悬挂于用户分支处主干线路及相应分支线路的每一相线上。
本发明还涉及一种配电网故障检测系统，其特征在于，它包括：
信号发射装置，用于判断故障相，和向母线发射特定频率的信号；
检测设备，用于检测线路上的各种信号，并具备通讯功能；
通讯设备，用于传输检测设备的检测信息；
信息接收及处理装置，接收并处理由检测设备传回的检测信息，输出检测结果。
本发明所述的信号发射装置包括：故障检测回路、CPU、频率合成回路、功放回路等，故障检测回路的输入端连接到变电站PT二次侧绕组上，经整流后将各相电压信息分别采样传输至CPU的A/D口，同时CPU输出的控制信号连接至频率合成回路及功放回路的控制端，频率合成回路采用另一个CPU，产生一特殊频率的信号送至功放回路的输入端，功放回路将信号放大后，输出至PT二次侧故障相上。
本发明所述的检测设备是一种探头，它包括电路单元及故障警示单元，电路单元包括电源回路、带通滤波回路、采样回路、CPU、驱动回路、及通讯回路等。电源回路通过电感线圈感应获取电能，提供给电路单元中各回路；带通滤波回路的信号输入端连接电感线圈以获取信号，其输出信号连接至CPU的I/O口；采样回路亦从电感线圈上获取线路电流信号，经整流后输入CPU的A/D口，CPU的输出控制端分别连接通讯回路及驱动回路的输入端；驱动回路的输出端连接故障警示单元；通讯回路的输出端连接一发射装置。
本发明所述的信息接收及处理装置包括：接收装置、A/D转换器、I/O接口及中心计算机，接收装置将自各探头直接或间接发回的信号通过A/D转换器、I/O接口传输给中心计算机。
本发明所述探头的故障警示单元可以是声音报警、光电报警或其结合，也可以是带色标的警示部件。
本发明利用系统发生单相对地故障时，变电站母线PT的故障相暂时“闲置”，通过向配网母线注入一特定频率的电流信号，利用PT的故障相与故障发生处构成的回路，达到检测故障并确定故障位置的目的。
由于采用了上述技术方案，使本发明既能对相间故障，又能对单相对地故障进行检测，经济实用，并快速准确定位故障发生位置，给出所需故障信息，消除了以往找不到的故障死角，对于清除隐患，快速恢复供电提供了保障，同时也为供电部门带来了可观的经济效益。实现了电网故障实时、自动监控。从根本上解决了长期以来配网故障检测方法单一，手段落后等问题。随着配电自动化技术的发展，本发明的技术方案可使配网自动化内容更加丰富、直观，可视性也将更加明显。
以下将结合附图及实施例对本发明作进一步详细描述。
图1为发生相间故障时的相电流随时间变化曲线；
图2为国内配电网结构示意图；
图3为本发明故障检测方法原理图；
图4为本发明信号发射装置电路原理图；
图5为本发明检测探头的电路原理图；
图6为本发明信息接收及处理装置电路原理图。
本发明可以下述方式实施：
首先建立一套检测系统，包括：
安装信号发射装置(参见图4)：
在变电站的PT(电压互感器)二次侧安装一信号发射装置，其故障检测回路从PT的二次侧绕组上采集(感应)母线各相电压信息，经整流后将信号送至CPU的A/D接口。CPU的输出控制端通过继电器或大功率三极管，控制频率合成回路及功放回路的通断。频率合成回路可通过另一个CPU产生一特定频率的信号，该特频信号亦可由脉冲发生器、计数器、分频器、滤波器等元件组成的频率合成回路产生。功放回路通过一个由继电器或大功率三极管组成的输出控制回路连接PT二次侧，选择对故障发生相注入特频信号。
该信号发射装置也可以采用变频器或其他通用的功放设备替代。
所说的特频信号频率选择范围为50＜f0＜500Hz。本实施例选用220Hz的特频信号。
将合成的特频信号通过功放回路进行功率放大，产生一个5A大小的电流信号，加载该信号至PT二次侧绕组的故障相上，并感应到一次侧，即在PT一次侧的接地中性点与故障点之间形成一个信号电流的通路。
安装检测探头FD(参见图3及图5)：
在每一个用户分支处的主干线路及分支线路的每一相线上各悬挂一个、共6个检测探头，每一个探头都有各自的地址编码。利用探头上的电感线圈，一方面可以从线路上获取电能供探头工作；另一方面通过电磁感应获取当前线路上的电流信号，经带通滤波回路及选频器滤出由信号发射装置发出的特频信号；同时直接经采样回路采集当前相电流信息。
将所得滤波信号及电流信息分别输入CPU的I/O接口及A/D接口，经CPU判别后控制驱动回路及通讯回路。
驱动回路可以连接一个警示单元，发出声音、光电报警信号或其结合，也可以驱动带有色标的警示部件。
上述的带通滤波回路可以是由LF347或LF353及周边电路构成；所述的采样回路可以是常用的AD芯片，如AD652或AD574等型号，亦可以利用89C51等型号的CPU内部AD进行采样处理。
CPU可以使用8031或89C51等型号的芯片。所述驱动回路可以是9013三极管组成的对接放大电路，或由9014三极管组成的推挽放大电路；所述的通讯回路采用VD5026或MC145026编解码芯片编址发射近距离无线编码信号。该检测探头也可以配合其他设备安装于地面或电线杆等设施上。
安装接收子站及通讯装置：
为便于数据传输，可以在探头和接收主站之间设置若干接收子站TS(参见图3所示)，如，在用户分支处，每组(6个)探头设置一个接收子站，将探头发出的信息与接收子站的地址码形成一个综合地址码，通过编码电路，以无线或有线方式传输给接收主站。
当检测探头FD检测到故障时，可以使用近距离(约50米)无线头向接收子站TS发出地址编码，接收子站在接收到的地址编码后加入其自身的地址信息，使用远距离(10公里)发射装置发给接收主站。为加强通讯能力，还可根据需要，在各站点间加设中继装置。
接收子站与接收主站之间的通讯方案，也可以采用音频双绞线或光纤构成的网络，甚至可以利用已有的电话通讯设备。其优点在于通讯方式是双向的，为将来的数据及控制量的传输奠定了基础，且受干扰小，无频段瓶颈问题等。
设立接收主站(参见图6)：
将信息接收处理装置安装于配电网监控中心，接收由线路上的检测探头发回的检测信息。配合所采用的通讯设备，使用无线、双绞线或光纤等接口，再通过RS232或485接口与中心计算机相连，对故障信息进行实时处理。结合故障探头的地址码及已有的配电管理信息系统，显示、输出故障发生位置等信息。
利用上述安装的检测系统，其故障检测过程是：
当发生相间故障时，电流在突变后持续一定的时间，最终电流、电压都降为零(如图1所示)。利用这一特性，通过悬挂在线路上的检测探头，不断检测线路电流，并与前一次的检测结果进行比较，若其正向差值超过一预设的门坎电流值，则认为发生了相间故障，并将该信息连同探头地址、接收子站地址信息传回接收主站。
当发生单相对地故障时，信号发射装置首先检测出故障相，同时接通频率合成回路及功放回路，向母线故障相注入一特频电流信号；线路上的探头检测到该信号后，启动驱动回路及警示单元报警，同时将故障信息连同探头地址、接收子站地址信息传回接收主站。
接收主站结合已有的配电网管理软件包，将故障位置显示于配电网地理位置图上，亦可以是LCD显示屏上，并发出音响报警。
接收主站还配有电气接线图输出、探头配置网络拓扑图输出、故障段线路区段设备图形资料输出等功能。

Claims (18)

1．一种配电网故障检测方法，其特征在于，它包括以下步骤：
a．通过至少一个信号发射装置，可以由它向配电网母线注入一特定频率的信号，
b．通过设置于配电网线路上的检测设备，接收和监测线路上的各种信号，
c．选择一种通讯方式，将各检测设备获取的信息汇总传输，
d．设置至少一个接收主站，接收步骤C传回的由各检测设备发出的检测信息，并经计算机综合处理，输出故障位置等全部故障检测结果。
2．如权利要求1所述的配电网故障检测方法，其特征在于，当配电网发生相间故障时，由所述的检测设备利用检测线路上电流信号的变化，直接判别是否发生相间故障及显示故障位置。
3．如权利要求2所述的配电网故障检测方法，其特征在于，当发生单相对地故障时，由所述信号发射装置向配网母线注入一特定频率的信号，若安装于主干线路及分支线路上的检测备获取该信号后，即表示该处已发生单相对地故障，随之将故障信息传输给接收主站。
4．如权利要求2或3所述的配电网故障检测方法，其特征在于，所述信号发射装置，设置于变电站的PT(电压互感器)二次侧。
5．如权利要求4所述的配电网故障检测方法，其特征在于，所述检测设备是一种探头，该探头设置于各用户分支处，并同时具备信号处理、传输及故障显示等功能。
6．如权利要求5所述的配电网故障检测方法，其特征在于，所述检测探头悬挂于用户分支处主干线路及相应分支线路的每一相线上。
7．如权利要求6所述的配电网故障检测方法，其特征在于，所述的通讯方式可以采用有线或无线通讯方式。
8．如权利要求7所述的配电网故障检测方法，其特征在于，所述的通讯方式是在每个用户分支处设置一个无线或有线接收子站，接收来自悬挂于主干线路及分支线路每一相线上、共6个探头发射的编码信息，再将该编码信息连同接收子站的地址信息以无线或其他方式通讯方式传输给远方的接收主站。
9．如权利要求8所述的配电网故障检测方法，其特征在于，所述的特定频率信号，其频率f0范围为50＜f0＜500Hz。
10．一种如权利要求1所述的配电网故障检测系统，其特征在于，它包括：
信号发射装置，用于判断故障相，和向母线发射特定频率的信号，
检测设备，用于检测线路上的各种信号，并具备通讯功能，
通讯设备，用于传输检测设备的检测信息，
信息接收及处理装置，接收并处理由检测设备传回的检测信息，输出检测结果。
11．如权利要求10所述的配电网故障检测系统，其特征在于，所述的信号发射装置包括：故障检测回路、CPU、频率合成回路、功放回路等，故障检测回路的输入端连接到变电站PT二次侧绕组上，经整流后将各相电压信息分别采样传输至CPU的A/D口，同时CPU输出的控制信号连接至频率合成回路及功放回路的控制端，频率合成回路采用另一个CPU，产生一特殊频率的信号送至功放回路的输入端，功放回路将信号放大后，输出至PT二次侧故障相上。
12．如权利要求11所述的配电网故障检测系统，其特征在于，所述的检测设备是一种探头，它包括电路单元及故障警示单元，电路单元包括电源回路、带通滤波回路、采样回路、CPU、驱动回路、及通讯回路等，
电源回路通过电感线圈感应获取电能，提供给电路单元中各回路，
带通滤波回路的信号输入端连接电感线圈以获取信号，其输出信号连接至CPU的I/O口，
采样回路亦从电感线圈上获取线路电流信号，经整流后输入CPU的A/D口，CPU的输出控制端分别连接通讯回路及驱动回路的输入端，
驱动回路的输出端连接故障警示单元，
通讯回路的输出端连接一发射装置。
13．如权利要求12所述的配电网故障检测系统，其特征在于，所述的通讯设备可以是双绞线或光缆，亦可以是常用的无线通讯设备。
14．如权利要求13所述的配电网故障检测系统，其特征在于，所述的信息接收及处理装置包括：接收装置、A/D转换器、I/O接口及中心计算机，接收装置将由各探头直接或间接发回的信号通过A/D转换器、I/O接口传输给中心计算机。
15．如权利要求14所述的配电网故障检测系统，其特征在于，所述探头的故障警示单元可以是声音报警、光电报警或其结合，也可以是带色标的警示部件。
16．如权利要求12所述的配电网故障检测系统，其特征在于，所述检测探头可以悬挂于线路上，或附设于地面其他设备上。
17．如权利要求11至16中任一项所述的配电网故障检测系统，其特征在于，所述的信息接收及处理装置配合相应软件可实现故障位置显示等功能。
18．如权利要求11所述的配电网故障检测系统，其特征在于，所述的功放回路通过一个输出控制回路连接PT的二次侧，用以选择只对故障发生相注入特频信号。
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