CN201765290U - 电缆及架空线混合系统单相接地故障定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电缆及架空线混合系统单相接地故障定位装置，该定位装置由高压信号源和信号检测器两个部分组成，高压信号源由电压逆变器、升压变压器、整流桥、高压脉冲信号发生器组成，用于注入高压直流信号、高压流信号和高压脉冲信号；信号检测器分为直流检测器和交流检测器，直流检测器由霍尔直流检测器、蓝牙无线发送器以及蓝牙无线接收器组成，用于测量直流信号；交流检测器由交流电磁场感应器及信号处理显示环节组成，用于测量交流信号。本实用新型技术成熟、可靠性高。

Description

电缆及架空线混合系统单相接地故障定位装置

技术领域

本实用新型属于一种电力技术和设备，适用于3～10kV中性点非有效接地电网，能够对单相接地故障进行准确定位。

背景技术

我国3～60kV配电网广泛采用中性点非有效接地方式，又称为小电流接地系统，小电流接地系统的故障绝大多数是单相接地故障。发生单相接地故障时，接地电流很小，可以在故障情况下继续运行1～2个小时，但是必须尽快找到故障点，这就提出了故障定位问题。

配电网单相接地故障定位问题长期以来没有得到很好的解决，人工巡线不仅耗费了大量人力物力，而且延长了停电时间，影响供电安全。有文献提出从PT注入高频信号，沿线路检测该信号确定故障位置，但是由于线路分布电容对高频信号形成通路，因此在经电阻接地时定位不准确。特别是对于架空线与电缆混合系统，单相接地故障定位问题长期以来没有得到很好解决。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术上的不足，提出一种针对配电网单相接地故障的定位装置。该定位装置能够快速、准确地确定故障点，并适用于架空线与电缆混合系统，对于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况能正确定位。

本实用新型的技术方案如下：

一种电缆及架空线混合系统单相接地故障定位装置，该单相接地故障定位装置由高压信号源和信号检测器两个部分组成，其特征为：

所述高压信号源包括电压逆变器、变压器、整流桥、高压脉冲信号发生器，电压逆变器、变压器、整流桥、高压脉冲信号发生器四个部分顺次连接车载直流电源连接到所述电压逆变器的输入端；

所述信号检测器包括直流检测器和交流检测器，所述直流检测器由霍尔直流检测器、蓝牙无线发送器以及蓝牙无线接收器组成，霍尔直流检测器有钳型开口，用于套接线路，霍尔直流检测器与蓝牙无线发送器连接，蓝牙无线接收器与发送器通过无线连接，蓝牙无线接收器将结果显示到液晶上；交流检测器由交流电磁场感应器及信号处理显示装置组成，交流电磁场感应器用于检测交流信号，所述交流电磁场感应器与信号处理显示装置相连，通过信号处理显示装置将测量结果显示到液晶上。

本实用新型的故障定位装置通过以下原理实现故障定位：

故障定位分为两步，首先确定故障区段，然后确定故障点。断开故障线路后，在线路故障相始端注入高压直流信号，根据基尔霍夫定律，直流信号一定通过故障点构成回路，线路始端到故障点的路径上将能够测量到注入的直流信号，而非故障区域(包括非故障分支以及故障点之后)将不能测量到注入的直流信号。因此沿线路在关键分支点处用信号检测器检测各个分支流过的直流信号，如果发现某一分支能够检测到直流信号，说明故障点在该分支的下游，如果检测不到直流信号，说明故障点在上游，直至确定故障点所在的区段。

如果确定故障点位于架空线上，在线路始端注入高压交流信号。沿线路检测交流信号，当发现线路某个位置前能检测到的交流信号而之后不能检测到信号，则确定该位置就是故障准确位置。如果故障点位于电缆上，解开电缆两端的保护层接地线后注入高压交流信号。如果沿线路能够检测到交流注入信号，说明故障点直接接地，这样当发现线路某个位置前能检测到的交流信号而之后不能检测到信号，则确定该位置就是故障准确位置。如果沿线路不能能够检测到交流注入信号，说明故障点是电缆线芯通过保护层外铠经由电缆两端的保护层接地线接地，故障点处并未直接接地，此时注入高压脉冲信号，利用脉冲信号的高电压瞬时击穿故障点，使交流信号通过故障点流入大地。如果在某个位置处之前在脉冲信号发出瞬间能够检测到交流信号而之后不能检测到信号，说明该位置即为故障点。

本实用新型的优点如下：

(1)直流信号在中途没有衰减，而且故障路径和非故障路径信号差别非常明显，为准确判别故障路径提供了条件。

(2)不受线路长度限制，不受线路分支数量限制。

(3)架空线路定位不受故障点接地电阻影响。

(4)不受线路上的配电变压器数量限制。

(5)能够确定故障电缆区段。

(6)对于电阻小于30kΩ的故障，能够准确找到电缆线路的故障点。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是高压信号源的原理图；

图3是高压脉冲信号发生器的原理图；

图4是整流桥的电路图；

图5是直流信号检测器的原理图；

图6是交流信号检测器的原理图。

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。

本实用新型故障定位装置基于一种新的定位方法，其原理是先确定区段，然后确定故障点。断开故障线路后，在线路始端故障相注入高压直流信号，沿线路在关键分支点处用信号检测器检测各个分支流过的直流信号，根据直流信号的变化确定故障点所在的区段。

如果确定故障点位于架空线上，在线路始端注入高压交流信号。沿线路检测交流信号，当发现线路某个位置前能检测到的交流信号而之后不能检测到信号，则确定该位置就是故障准确位置。如果故障点位于电缆上，解开电缆两端的保护层接地线后注入高压交流信号。如果沿线路能够检测到交流注入信号，说明故障点直接接地，这样当发现线路某个位置前能检测到的交流信号而之后不能检测到信号，则确定该位置就是故障准确位置。如果沿线路不能能够检测到交流注入信号，说明故障点是电缆线芯通过保护层外铠经由电缆两端的保护层接地线接地，故障点处并未直接接地，此时注入高压脉冲信号，利用脉冲信号的高电压瞬时击穿故障点，使交流信号通过故障点流入大地。如果在某个位置处之前在脉冲信号发出瞬间能够检测到交流信号而之后不能检测到信号，说明该位置即为故障点。

本实用新型公开的电缆及架空线混合系统单相接地故障定位装置由高压信号源和信号检测器两个部分组成。所述的高压信号源包括电压逆变器、变压器、整流桥、高压脉冲信号发生器，电压逆变器、变压器、整流桥、高压脉冲信号发生器四个部分顺次连接，所述电压逆变器将车载直流电压逆变为交流电压，该交流电压通过变压器，在变压器的输出端得到交流高压信号。所述的高压脉冲信号发生器将交流高压信号整流为脉冲信号，可以与交流信号叠加共同输出。所述变压器输出端通过开关装置连接到所述整流桥，整流桥输出经过整流后得到直流高压信号，通过切换开关装置，所述高压信号源选择引出高压直流信号、高压交流信号(可以叠加高压脉冲信号)。

所述的信号检测器分为直流检测器和交流检测器，直流检测器由霍尔直流检测器、蓝牙无线发送器以及蓝牙无线接收器组成，交流检测器由交流电磁场感应器及信号处理显示环节组成。霍尔直流检测器有钳型开口，用于套接线路，利用霍尔效应对直流信号进行检测，霍尔直流检测器与蓝牙无线发送器连接，蓝牙无线接收器与发送器在10m范围内进行可靠的无线连接，接收器将结果显示到液晶上。交流电磁场感应器用于检测交流信号，能够在10m范围利用空间电磁场的电磁感应对交流信号进行测量，测量结果显示到液晶上。信号检测器采用手持结构，利用电池供电。

如图1所示，定位装置由高压信号源和信号检测器两个部分组成，发生接地故障后断开故障线路，将高压信号源的输出端子一端接在线路始端故障相上，另一端接在大地，调整切换开关选择直流输出、交流输出或高压脉冲输出。利用故障检测器沿线路对直流信号或交流信号进行检测，最终找到故障点位置。

高压信号源原理如图2所示，由电压逆变器、变压器、整流桥、高压脉冲信号发生器组成，四个部件顺次连接。R表示电压逆变器，对外引出一个输入端口R1+、R1-，使用时接在车载12V电源的正负极上，能够将车载12V直流电压逆变为220V、60Hz的交流电压；T表示双绕组升压变压器，变比为1∶14，能够将原边电压升高为3000V、60Hz的交流电压；D表示高压整流桥，能够将交流电压、电流整流为直流电压、电流；P表示高压脉冲信号发生器。高压信号源对外引出两个高压输出端口，其中K1+、K1-表示引出高压交流信号，K2+、K2-表示引出高压直流信号，通过切换开关K控制输出信号的类型。

高压脉冲信号发生器原理如图3所示。由变压器101、可控整流器102、储能电容103、IGBT 105、续流二极管104和脉冲变压器106组成。变压器的输入端接到电压逆变器的输出端上，变压器的变比为1∶14，可控整流器将交流电压转换为脉动电压，输出到储能电容上，对储能电容进行充电，IGBT与续流二极管并联后与脉冲变压器串联，再与储能电容并联。当储能电容充满电能时，通过触发IGBT的控制极使得IGBT导通，储存在储能电容上的电能通过脉冲变压器输出端子输出，其中K3+、K3-表示引出高压脉冲信号。

整流桥的电路图如图4所示。U2，i2表示升压后的高压交流电压、电流，VT1、VT2、VT3、VT4表示四个高压二极管，C表示平波电容，R表示负载。VT1和VT4组成一对桥臂，在U2正半周承受电压U2即导通，当U2过零时关断。VT2和VT3组成另一对桥臂，在U2负半周承受电压-U2即导通，当U2过零时关断。电容C起到平波作用，当电压U2高于电容C上的电压时，电压U2向电容充电，同时向负载R供电；而当电压U2低于电容C上的电压时，电容C向负载R供电。因此整流桥能够在输入正弦交流电压时保证向负载提供直流电压、电流，并通过平波电容保证直流电压、电流幅值不变。

直流信号检测器原理如图5所示，检测器包括霍尔直流检测器、蓝牙无线发送器以及蓝牙无线接收器。图5-A为霍尔直流检测器，其边缘处有钳型开口，用于套接线路，钳型开口内部嵌入霍尔元件，能够利用霍尔效应对直流信号进行检测。图5-B为采样处理电路及蓝牙无线发送器，能够对检测信号进行放大、滤波处理，并对信号进行AD转换传输给蓝牙无线发送器。其中8051F310为中央处理器，CA3140为运算放大器，CRM2400为蓝牙无线模块。图5-C为蓝牙无线接收器，能够接收信号并将结果显示到液晶上。其中8051F310为中央处理器，CA3140为运算放大器，CRM2400为蓝牙无线模块，LCM046为液晶显示模块。当线路注入直流信号后，需要登杆将检测器钳型口套接在线路上，在线路下方的蓝牙无线发送器能够自动显示测量结果。

交流信号检测器原理如图6所示，交流信号检测器由交流电磁场感应器及信号处理显示环节构成。当注入信号为60Hz交流信号时，会在线路周围空间产生60Hz交变电磁场。交流电磁场感应器是一个多匝数的感应线圈，空间电磁场信号能够在10m范围在感应器上感应出交流电压信号，这个电压幅值与线路上的电流幅值成正比。感应电压信号经过放大、滤波处理后，结果显示到液晶上。LF347是运算放大器，用于把感应到的60Hz交流电压信号放大，便于测量。LM317是稳压管，用于保证电池电源稳定工作。UAF42是滤波器，用于滤除干扰噪声信号，提取出有用的60Hz交流信号。当线路注入60Hz交流信号后，在线路下方就能够对信号进行检测并自动显示测量结果。

Claims (2)

1.一种电缆及架空线混合系统单相接地故障定位装置，该单相接地故障定位装置由高压信号源和信号检测器两个部分组成，其特征为：

所述高压信号源包括电压逆变器、变压器、整流桥、高压脉冲信号发生器，电压逆变器、变压器、整流桥、高压脉冲信号发生器四个部分顺次连接车载直流电源连接到所述电压逆变器的输入端；

所述信号检测器包括直流检测器和交流检测器，所述直流检测器由霍尔直流检测器、蓝牙无线发送器以及蓝牙无线接收器组成，霍尔直流检测器有钳型开口，用于套接线路，霍尔直流检测器与蓝牙无线发送器连接，蓝牙无线接收器与发送器通过无线连接，蓝牙无线接收器将测量结果显示到液晶上；交流检测器由交流电磁场感应器及信号处理显示装置组成，交流电磁场感应器用于检测交流信号，所述交流电磁场感应器与信号处理显示装置相连，通过信号处理显示装置将测量结果显示到液晶上。

2.根据权利要求1所述的单相接地故障定位装置，其特征为：所述车载直流电源为12V，所述逆变器的输出为220V、60Hz的交流电压，所述变压器的输出为3000V、60Hz交流电压并保证输出电流幅值150-200mA，所述整流桥的直流输出为3000V、150-200mA；所述的信号检测器为手持式，通过电池供电。

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