CN203054157U - 一种配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，用于无线定位配电网故障区段，其中，包括一主站，一电压检测终端、至少一电流检测终端；所述主站分别与所述一电压检测终端及所述至少一电流检测终端相连接，用于控制所述一电压检测终端及所述至少一电流检测终端采集数据信息，并对所述数据信息进行分析，得出故障定位信息；所述一电压检测终端，用于采集零序电压信号信息并发送给所述主站；所述至少一电流检测终端，用于采集线路的零序电流信号信息，并发送给所述主站。采用本实用新型的技术方案，对于不接地系统的单相接地故障，利用零序电流的相位判据和幅值判据进行故障区段定位。

Description

一种配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统

技术领域

本实用新型涉及配电网故障无线定位系统，具体涉及一种配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统。

背景技术

目前解决配电网故障定位的方案很多，主要有阻抗法、行波法、“S”信号注入法、交直流综合注入法、脉冲信号注入法、中电阻法、故障指示器法、重合器与断路器配合定位法、端口故障诊断法等。下面将一一进行介绍。

(1)阻抗法

阻抗法的故障测距原理如下：假设线路为均匀传输线，故障回路阻抗或电抗与测量点到故障点的距离成正比，从而通过计算故障时测量点的阻抗或电抗值除以线路的单位阻抗或电抗值得到测量点到故障点的距离。有文献对利用最小二乘法进行测量阻抗参数估计进行了初步探讨，以解决线路阻抗参数在距离保护中不够准确的问题；有文献对利用故障分量电流的阻抗法进行研究，以提高阻抗法故障测距的精度。阻抗法具有投资少的优点，但受路径阻抗、线路负荷和电源参数的影响较大，对于带有多分支的配电线路，阻抗法无法排除伪故障点，所以阻抗法不能适用于配电网故障定位。

(2)行波法

依据行波理论，如果线路上发生扰动，其电气量都将以行波形式传播到系统的其它部分，因此理论上能够通过测量暂态行波信号来实现各种类型的故障测距。行波法的基本原理就是利用测量故障产生的行波往返于故障点与母线之间的时间（单端法）或利用故障产生的行波到达线路两端的时间差额（双端法）来计算故障距离。一般可分为A、B、C型行波法。A型行波法需要测量故障点行波往返于测量点到故障点的时间，通过此时间及行波波速来确定故障点位置。B型行波法的基本原理是利用故障行波传播到线路两端的时刻及通信手段确定故障点。C型行波法的原理是故障发生后，根据装置发射的高频脉冲往返于装置到故障点之间的时间进行故障定位。由于小电流系统接地电流小，故障点产生的行波强度很弱，利用注入行波虽然可以解决行波信号强弱的问题，但配电网分支多，结构复杂，子分支信号衰减可达1万倍，信号仍是难以检测。配电网的接地故障电阻很大，故障点的反射信号非常微弱，无法检测。因此行波法不能用于配电网的单相接地故障定位。

(3)“S”信号注入法

“S”信号注入法：其原理是通过母线PT向故障相注入信号电流，其注入信号的频率处于工频n次谐波与n+1次谐波之间，然后利用电流信号探测器查找故障线路和故障点。“S”信号注入法原理先进，使用简单，不需要额外投入一定的设备，降低了成本，不受消弧线圈影响，对只装设两相PT或没有零序互感器的场合也同样适用。但是，线路上分布电容在高次谐波作用下容抗变小，会对注入的信号分流，使得高阻接地情况下信号能够在非故障区域流通，可能导致定位失败。该方法的应用具有局限性，因此在实际应用需要改进研究。

(4)交直流综合注入法

在利用交直流注入法进行单相接地故障定位研究中发现过渡电阻和线路分布参数对注入信号有一定影响，而且定位的可靠性与注入信号的频率成反比，与过渡电阻的大小成反比，与线路长度成反比。交直流综合注入法定义了电阻－长度积的概念，并用电阻－长度积作为选用交流或直流方法的依据。电阻－长度积即过渡电阻与线路长度的乘积，单位为kΩ·km。当电阻－长度积较小时选用60Hz交流注入信号，当电阻－长度积较大时选用直流注入信号。但是在实际应用中，电阻－长度积计算起来比较困难，导致故障定位时间长，费时费力。

(5)脉冲信号注入法

脉冲信号注入法是日本采用的技术，达到实用化水平，目前在我国已有使用。脉冲信号注入法的基本原理如下：故障发生后，向故障相注入高压脉冲，电压最高可达15kV，脉冲周期为6秒；然后用手持脉冲信号检测器沿线路检测该脉冲信号，通过判断信号有无进行故障定位。检测时检测人员必须登杆检测，将手持脉冲信号检测器挂在导线上，其绝缘杆长度大约两米。当检测到脉冲信号时，检测器将发出响声，说明故障点在下游，若没有响声，说明故障点在上游，在分支处也用是同样检测，有响声的是故障分支，没响声的则是非故障分支。

以上各种方法都有其不易克服的缺陷，实用性不强。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述的不足，提供一种配电网故障无线定位系统。

实现上述目的的技术措施：

一种配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，用于无线定位配电网故障区段，其中，包括一主站，一电压检测终端、至少一电流检测终端；

所述主站分别与所述一电压检测终端及所述至少一电流检测终端相连接，用于控制所述一电压检测终端及所述至少一电流检测终端采集数据信息，并对所述数据信息进行分析，得出故障定位信息；

所述一电压检测终端，用于采集零序电压信号信息并发送给所述主站；

所述至少一电流检测终端，用于采集线路的零序电流信号信息，并发送给所述主站。

配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其中，还包括一消弧线圈控制器设置于所述主站中，用于通过串口通讯接收所述主站的控制命令，对消弧线圈进行调节。

配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其中，所述一电压检测终端安装在变电站中。

配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其中，所述变电站PT开口三角绕组的二次线路接入至所述电压检测终端中。

配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其中，所述一电压检测终端、所述至少一电流检测终端及所述消弧线圈控制器中分别内置GPRS模块，与所述主站之间通过GPRS网络进行通信。

配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其中，在所述电压检测终端设定阀值，当所述电压检测终端检测到零序电压信号信息超过设定阀值时，将零序电压信号信息发送给所述主站，所述主站向所述电流检测终端发出上传零序电流信号信息的命令。

配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其中，所述主站包括分析模块，用于将零序电流信号信息和零序电压信号信息进行分析，将相同时刻的零序电压信号信息和零序电流信号信息进行比较，得出相位差。

配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其中，所述主站还包括判断模块，用于根据所述相位差判断故障区段。

配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其中，所述主站还包括报警模块，用于定位所述判断故障区段后报警提示信息。

配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其中，所述主站还包括整理模块，用于整理归类历史数据、实时数据、报警提示信息。

采用本实用新型的技术方案，对于不接地系统的单相接地故障，利用零序电流的相位判据和幅值判据进行故障区段定位。在谐振接地系统中，由于消弧线圈的补偿功能，工频故障电流幅值减小、极性改变，故障定位难度增加。提出根据调节消弧线圈前后零序电流变化特性进行定位的方法。该方法通过改变消弧线圈电抗值，引起线路上各点的零序电流幅值发生变化，根据零序电流幅值的变化特性来判断故障区段。当经过渡电阻接地时，采用零序电流按零序电压进行折算的方法，解决了调节前后零序电压发生变化的问题。

基于上述故障区段定位原理的无线定位系统主要包括两部分，系统主站和检测终端。主站以工控机为硬件架构，选择Power2000自动化集成监控系统为软件开发环境，在此基础上完成主站软件的开发，主要实现接收远程数据、下发控制命令、数据处理、故障判断、画面显示等功能；

检测终端有电流检测终端和电压检测终端，主要实现零序电压和零序电流的数据采集、相关信息的无线传输等功能。需要开发的主要硬件模块包括主控制器模块、电源模块、数据采集模块、报警模块、GPS模块、GPRS模块等。并在此硬件基础上，实现检测终端的软件开发。

系统利用GPS技术实现电压电流的异地采样同步性，利用GPRS技术实现零序电压和零序电流相关数据信息的远程无线传输。利用GPS系统发出的秒脉冲作为采样触发信号，能够保证零序电压和零序电流的采样同步性；利用GPRS网络通信将零序电压和零序电流的幅值、相位、对应时标信息发送到系统主站，为主站进行故障区段判断提供准确的数据。

附图说明

图1为本实用新型一实施例示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的优选实施例进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

实施例一

如图1所示，主要由系统主站，电压检测终端、电流检测终端、消弧线圈控制器等构成。其中，消弧线圈控制器研制技术比较成熟，不再详细介绍。

系统中电流检测终端安装在线路上各个关键测点处，负责采集线路的零序电流信号信息。电压检测终端安装在变电站内，变电站PT开口三角绕组的二次线路接入至电压检测终端中，负责采集零序电压信号信息。若系统为谐振接地系统，需装有消弧线圈控制器，负责接收主站的控制命令，对消弧线圈进行调节。系统主站拥有公网固定IP地址，各个检测终端内置GPRS模块，与主站之间通过GPRS网络进行通信。

各检测终端都内设GPS接收模块，以GPS系统发出的标准秒脉冲作为采样触发信号，分别得到零序电压信号和零序电流信号相对于采样触发信号的相位。由于不同地区接收系统收到的秒脉冲误差在1微秒以内，所以用GPS秒脉冲的上升沿作为触发信号，可以保证电压电流的同步采样。根据前面描述的故障区段定位判据，故障区段定位分两种情况。

在中性点不接地系统中，定位时各检测终端都通过GPRS网络与主站保持连接。各个检测终端的GPS模块在获得时标的同时发出秒脉冲信号，在秒脉冲上升沿到来时刻启动采样，并利用FFT算法进行计算，得到零序电压和零序电流信号的幅值和相位。一旦电压检测终端检测到零序电压超过设定的阀值，就将零序电压的幅值和相位以及对应的时标信息通过GPRS网络传送给主站。主站接收到这些数据信息后，向各个电流检测终端发出命令，各个电流检测终端接到命令后，进行采样计算，将零序电流的幅值和相位以及对应的时标信息上传给主站。主站根据得到的零序电压和零序电流的数据信息表进行分析，将相同时刻的零序电压和零序电流信息进行比较，就可以得到二者之间的相位差了，根据前面所述的定位判据，判断各个电流检测点是否位于故障路径上。如果在故障路径上，则向该电流检测终端发出启动报警的命令，电流检测终端收到命令后执行相应的操作。同时，主站将接收的数据进行整理归类，将历史数据、实时数据、报警信息等以画面的形式显示出来，方便管理人员进行操作。

在谐振接地系统中，只涉及到消弧线圈改变前后的零序电压和零序电流的幅值变化量信息，不需要它们的相位信息。定位时各检测终端都通过GPRS网络与主站保持连接。各个检测终端的GPS模块在获得时标的同时发出秒脉冲信号，在秒脉冲上升沿到来时刻启动采样，并利用FFT算法进行计算，得到零序电压和零序电流信号的幅值信息。在定位时如果电压检测终端检测到零序电压幅值超过设定的阀值，就将零序电压的幅值以及对应的时标信息通过GPRS网络传送给主站，主站接收到零序电压的相关信息后，向电流检测终端发出上传零序电流信息的命令，当主站接收到电流检测终端上传的零序电流相关信息后，便向消弧线圈控制器发送改变消弧线圈电感参数的命令。一般情况下消弧线圈按照电感电流变化5~10A进行调节。消弧线圈参数改变后，主站再次向各个检测终端发出命令，将消弧线圈改变后的零序电压和零序电流相关信息上传到主站。主站根据接收的数据信息，对于每个电流检测终端，将调节消弧线圈后的零序电流按零序电压进行折算，将折算后的零序电流幅值和调节消弧线圈前的零序电流进行比较。如果变化很大，说明该检测点位于故障路径上，并向该电流检测终端发出启动报警的命令，电流检测终端收到命令后执行相应的操作；如果几乎没有变化，说明该检测点位于非故障路径上。

本系统可以在故障进入稳态后几分钟内便可确定故障区段，速度比较快。但需要在线路上安装一定数目的电流检测终端，所确定区段的大小和电流检测终端的安装数目有关，若希望能把故障确定在一个较小范围内，则需要安装数目较大。若只需要确定故障线路的重要分支，则只需要安装在某几个关键的测点处即可，在确定了较大范围的故障区段后利用辅助手段确定较小范围的故障区段或故障点。形式比较灵活，可以根据用户的实际需要来确定具体数目。

以上实施例，只是本实用新型较优选的具体实施方式之一，本领域的技术人员在本实用新型的方案范围内的通常变化和替换都应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，用于无线定位配电网故障区段，其特征在于，包括一主站，一电压检测终端、至少一电流检测终端； 

所述主站分别与所述一电压检测终端及所述至少一电流检测终端相连接，用于控制所述一电压检测终端及所述至少一电流检测终端采集数据信息，并对所述数据信息进行分析，得出故障定位信息； 

所述一电压检测终端，用于采集零序电压信号信息并发送给所述主站； 

所述至少一电流检测终端，用于采集线路的零序电流信号信息，并发送给所述主站。 

2.如权利要求1所述的配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其特征在于，还包括一消弧线圈控制器设置于所述主站中，用于通过串口通讯接收所述主站的控制命令，对消弧线圈进行调节。 

3.如权利要求2所述的配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其特征在于，所述一电压检测终端安装在变电站中。 

4.如权利要求3所述的配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其特征在于，所述变电站PT开口三角绕组的二次线路接入至所述电压检测终端中。 

5.如权利要求3所述的配电网零序信号法单相接地故障区段无线定位系统，其特征在于，所述一电压检测终端、所述至少一电流检测终端及所述消弧线圈控制器中分别内置GPRS模块，与所述主站之间通过GPRS网络进行通信。