CN201398071Y - 基于线路重合器的小电流接地故障自动隔离装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种小电流接地故障自动隔离装置，该装置适用于6～10KV配电网电网架空线路。自动隔离装置包括单相接地选线装置和安装在架空线路上的将线路分为若干区段的多台线路重合器，故障发生后变电站内的选线装置采用新型综合选线方法短在时间内准确选出故障线路，并按照设定好的延时时间及动作顺序发信号自动断开或闭合故障线路出口断路器，并与线路重合器进行配合，通过一次重合闸确定故障区段，通过二次重合闸隔离故障区段，并恢复非故障区段供电。同时选线装置能够自动判断故障所在的区段，并将故障信息发送至调度后台，同时以手机短信方式发送给指定用户。本实用新型技术成熟、可靠性高。

Description

基于线路重合器的小电流接地故障自动隔离装置

技术领域

本实用新型属于一种电力技术和设备，适用于6～10kV配电网架空线路，能够对单相接地故障的进行快速故障区段自动隔离与非故障区段自动恢复供电。

背景技术

我国6-10kV配电网采用小电流接地方式，其特点是分支众多、负荷分散，当线路发生接地故障后，传统的措施是从线路始端断开线路，然后进行故障排除，或者人工进行故障区段的隔离。这就导致了线路所有负荷在较长时间内停电，极大的影响了供电可靠性及经济效益。同时由于线路分布区域广，故障定位问题也困扰着运行部门。

本实用新型可实现单相接地故障的进行快速故障区段自动隔离与非故障区段自动恢复供电，同时自动将故障区段信息发送至调度后台并以短信方式通知运行人员。该系统在架空线路上无需架设光缆及安装电池，更适合架空线路的运行环境并有利于日常维护。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术上的不足，提出新的故障隔离与恢复供电方法，并提供一种针对配电网架空线路单相接地故障的故障隔离与恢复供电装置。该装置能够快速、准确地确定故障区段，并适用于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。

本实用新型的技术方案如下：

一种小电流接地故障自动隔离装置，该装置由单相接地选线装置、多台线路重合器两部分组成，其中多台线路重合器装设于架空线路的不同区段上，将线路分为若干区段，其特征在于：

当线路发生单相接地故障时，单相接地选线装置进行故障相的选相，控制线路断路器跳闸，并与线路重合器进行时间上的配合，通过一次重合闸确定故障区段，通过二次重合闸隔离故障区段，并恢复非故障区段供电。

其中单相接地选线装置为电力系统二次设备安装于变电站内，线路重合器为电力系统一次设备，安装于变电站外架空线路上。

发生单相接地故障后选线装置采用综合选线技术在3s内快速选出故障线路，并在3s内发信号断开线路断路器。由于线路失去电压，因此线路重合器全部跳闸；5s后线路断路器重合，线路重合器依次检测到电压并延迟7s逐个合闸，直至闭合到故障区段；此时继电保护装置或选线装置二次断开线路断路器，而故障区段始端线路重合器由于检测到线路在3s以内又失去电压，因此进行闭锁，这样通过一次重合闸确定故障区段。通过一次重合闸确定故障区段后，选线装置延迟60s进行二次重合闸，此时故障区段始端的线路重合器闭锁，其他重合器一次闭合，这样通过二次重合闸实现故障区段的自动隔离与非故障区段的自动恢复供电。

选线装置在一次重合闸后开始计时，直至再次发生故障断开线路断路器，通过计时判断故障点所在的区段，并将信息至调度后台，同时以手机短信方式发送给指定用户。选线装置能够记录事件的动作顺序，便于事后分析。

本实用新型的优点如下：

1、能够准确确定故障点所在的区段，有助于运行人员迅速找到故障点并排除故障。

2、利用时间延迟实现变电站内外设备的配合，无需通信设备，系统简单可靠。

3、故障隔离及恢复供电迅速，1分钟内可以实现故障区段的隔离及非故障区段的恢复供电，极大的提高了供电可靠性。

4、适用于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。

附图说明

图1是本实用新型的功能示意图；

图2是单相接地选线装置及检测终端的硬件框图；图3是单相接地选线装置及检测终端的硬件原理图；

图4是GPRS无线通信硬件原理图

图5是装置软件流程图；

图6是各种选线方法的有效域曲线图；

图7为接地故障自动隔离方法示意图。

具体实施方式

下面结合说明书如图，通过具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。

小电流接地故障装置由单相接地选线装置、线路断路器、线路重合器三个部分组成，其中单相接地选线装置为电力系统二次设备，线路断路器、线路重合器为电力系统一次设备。线路断路器安装于变电站内，线路重合器安装于架空线路上。如图1所示，A为变电站，继电保护装置和单相接地选线装置安装在变电站A内，CB为线路断路器，一条架空线路有一个线路断路器，B、C、D、E为线路重合器，一条线路可以安装多个线路重合器，将架空线路分割成若干个区域。

单相接地选线装置的硬件框图如图2所示，硬件平台供由五个部分构成，分别是模数转换AD模块、断路器状态输入DI模块、断路器跳闸信号输出DO模块、CPU模块、操作通信模块，其中AD模块实现测量系统零序电流和零序电压的功能，DI模块实现检测断路器的分合状态的功能，DO模块实现输出跳闸信号的功能，CPU模块实现运算和控制的功能，操作通信模块实现键盘输入及液晶显示的功能，并通过232/485串口实现与调度后台的通信功能，通过GPRS无线通信网络将信息通过手机短信的方式发送到指定手机上，各个模块采用PCI总线结构组合在一起，便于扩展。

单相接地选线装置及检测终端装置的硬件原理如图3所示。图中(一)为AD模块，系统的母线零序电压以及各条线路的零序电流经过PT和CT变换后输入单相接地选线装置，电压和电流信号经过高精度变换器进一步变换，所有信号变换为电压信号；电压信号输入低通滤波器去除干扰，输出波形平滑的电压模拟信号；装置采用基于PCI总线的AD转换器对电压信号进行A/D采样，采样数据通过PCI总线存入系统内存，供CPU运算使用。图中(二)为DO模块，CPU通过PCI在总线将信号传送给开关量卡输出寄存器以+3.5V电压形式输出，再通过光电隔离后传送给继电器回路实现跳闸。图中(三)为DI模块，断路器的辅助触点以+5V电压形式输入到开关量输入寄存器中，通过PCI总线存入系统内存，供CPU运算使用。图中(四)为CPU模块，包括CPU单元、内存单元和FLASH存储器单元。其中CPU单元负责核心运算和控制，内存单元负责存储相关数据，FLASH存储器单元负责存储录波数据文件，掉电后数据不消失。三个单元以标准计算机总线互相连接，进行数据交换。图中(五)为操作通信模块，包括液晶显示、键盘输入、串口输出和GPRS无线网络输出。

GPRS无线网络通信原理图如图4所示，其中MSC1210控制GPRS模块接收和发送信息，通过标准RS232串口和外部控制器进行数据通信。用软件实现中断，完成数据的转发。

单相接地选线装置及检测终端装置的软件包括两个：①单相接地故障选线；②判断故障区域。软件流程图如图5所示，分为两个子模块，完成上述两个功能。

(一)、单相接地故障选线

装置实时采集系统零序电流和零序电压，发现零序电压越限后立即进行选线，同时发出报警信号，在设定的延时后(3s)进行跳闸。装置记录故障发生后10个周波的数据，供故障分析使用。

装置采用三种选线方法具体包括比幅比相方法、五次谐波法、小波包法，由于每种选线方法的有效性具有一定的模糊性，因此通过模糊理论来定量的描述算法有效性。对于每一种选线方法都可以构造一个模糊隶属度函数，如图6(a)所示。

其中横坐标代表该选线方法所需要的故障信号的特征，纵坐标代表在某个故障特征的情况下该方法的有效性，其值Y∈[0，1]。下面分别讨论各种选线方法的模糊隶属度函数：

对于上述选线方法，分别建立有效性定量表述如下：

(1)比幅比相方法。判据是：零序电压超前故障线路零序电流π/2、滞后非故障线路零序电流π/2，故障线路的零序电流幅值等于非故障线路的零序电流幅值。对该方法构造有效性函数，

$\mathrm{\&mu;}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& k>=2\\ M_{\mathrm{base}}/M_{\mathrm{noise}}& 1<k<2\\ 0& k<=2\end{array}\right.$

如图6(b)所示，其中横坐标代表基波信号和干扰噪声在中心频率处的的功率谱密度的比值。

(2)五次谐波法。判据是：故障线路的零序电流谐波与非故障线路的零序电流谐波相位相反，利用的谐波分量主要是五次谐波。对该方法构造有效性函数，

$\mathrm{\&mu;}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& k>=15\%\\ M_{\mathrm{harmonic}}/M_{\mathrm{base}}& 5\%<k<15\%\\ 0& k<=5\%\end{array}\right.$

如图6(c)所示，其中横坐标选择信号畸变率v(3-7次谐波有效值平方和的方根值和基波有效值的比率)。

(3)小波包法。判据是：故障后的暂态过程中，利用小波包变换提取各条线路零序电流的暂态分量，故障线路的零序电流的暂态高频分量与非故障线路的零序电流极性相反。对该方法构造有效性函数，

$\mathrm{\&mu;}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& k>=1.5\\ \mathrm{Slope}& 0.5<k<1.5\\ 0& k<=0.5\end{array}\right.$

如图6(c)所示，其中横坐标选择在小波包分解并重构后的有效值和基波有效值的比率。

确定选线方法的隶属度函数之后，可以通过故障信号的特征计算各种选线方法的有效性，最终认为有效性最高的方法的计算结果为故障线路。

(二)、判断故障区域

装置在一次重合闸后开始计时，直至再次发生故障断开线路断路器停止计时，由于线路重合器的延时为7s，因此我们可以根据公式7*(n-1)≤t≤7*n判断故障区段。举例来说如果一次重合闸后3s内又跳开，则故障区域为第一段；如果一次重合闸后10s内又跳开，则故障区域为第二段。装置获得故障区段的位置后，将信息至调度后台，同时以手机短信方式发送给指定用户。

本发明所述的单相接地故障自动诊断隔离方法如下：发生单相接地故障后选线装置在3s内发信号断开线路断路器。由于线路失去电压，因此线路重合器全部跳闸；5s后线路断路器重合，线路重合器依次检测到电压并延迟7s逐个合闸，直至闭合到故障区段；此时选线装置二次断开线路断路器，而故障区段始端线路重合器由于检测到线路在3s以内又失去电压，因此进行闭锁，这样通过一次重合闸确定故障区段。通过一次重合闸确定故障区段后，继电保护装置或选线装置延迟60s进行二次重合闸，此时故障区段始端的线路重合器闭锁，其他重合器一次闭合，这样通过二次重合闸实现故障区段的自动隔离与非故障区段的自动恢复供电。

下面结合具体实例，详细说明本发明所公开的小电流接地故障自动隔离装置方法，如图7所示，A为变电站，CB为线路出线断路器，线路上分别安装了线路重合器“B”“C”“D”“E”，这样线路通过四个线路重合器分为五个区域。正常运行时，线路断路器及所有线路重合器均为合闸情况，四个线路重合器的延时分别设为7s、14s、7s、14s，表示当各级开关在感受到一端来电时，通过上述的延时时间完成闭合。

下面结合具体实施例，给出了当线路c区段发生接地故障时，整条线路的工作过程。

①电网在正常状态下，断路器CB和重合器“B”“C”“D”“E”均处于合闸状态，线路供电正常。

②当c段发生故障，因接地故障引起变电站内CB跳闸，这时所有的杆上重合器因失压而打开。

③站内的线路断路器CB进行第一次重合闸，这时电源送至重合器“B”的一侧。

④当重合器“B”的控制器在感受到一侧电源后，开始计时，在完成了7s计时后，重合器“B”自动合闸，“b”区段供电。这时，电源同时送至重合器“D”“C”的一侧，其控制器同时启动计时。

⑤当计时器计满7s后重合器“D”自动合闸，d区段恢复供电，而重合器“C”继续计时。

⑥当重合器“C”控制器完成14s记时后，合闸重合器“C”。因重合其合闸到接地点而引起站内线路断路器CB再次跳闸。这时，重合器“C”的控制器记忆下其后端发生故障并锁扣，重合器不允许再次投入。

⑦CB进行第二次重合闸，依电源顺序由源边送至除c区段的正常区间。

⑧一次重合闸之后，单相接地选线装置及检测终端装置开始计时，由于在21s与28s之间时线路断路器CB再次跳闸，因此根据公式7*(n-1)≤t≤7*n判断故障点一定在第四个区域内，即c段。装置将信号发送至调度后台和指定人员手机，显示c段内发生单相接地故障。

Claims (2)

1、一种小电流接地故障自动隔离装置，该装置由单相接地选线装置、多台线路重合器两部分组成，其中多台线路重合器装设于架空线路的不同区段上，将线路分为若干区段，其特征在于：

所述单相接地选线装置的输出跳闸信号至线路断路器，所述多台线路重合器一次重合闸确定故障区段，二次重合闸隔离故障区段。

2、根据权利要求1所述的小电流接地故障自动隔离装置，其特征为：所述单相接地选线装置包括模数转换AD模块、断路器状态输入DI模块、断路器跳闸信号输出DO模块、CPU模块、操作通信模块，其中通过AD模块输入端接系统零序电流和零序电压，DI模块输入端接断路器的分合状态信息，DO模块输出跳闸信号至断路器，CPU模块实现运算和控制的功能，并通过通信模块与键盘及液晶相连，并通过232/485串口与调度后台的通信，通过GPRS无线通信网络与指定手机通信，各个模块采用PCI总线结构组合在一起。

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