CN203896048U - 用于配电网的接地故障检测系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于配电网的接地故障检测系统，包括多个监测终端，监测终端均包括：处理器及与处理器相连的采样装置、通信装置和开关控制装置；采样装置用于采集监测终端在供电线路所处位置的供电状态信息并将供电状态信息发送给处理器；通信装置用于在多个监测终端之间建立通信连接，以传递供电状态信息和遥控指令；处理器，用于判断接地故障；开关控制装置用于根据处理器的本地指令或者接收的遥控指令控制供电线路的通断；其中，通信装置采用无线通信电路。本实用新型将传统的集中式故障检测下放到各监测终端，各监测终端通过共享的故障信息实现对故障区域的准确定位，能够准确快速地处理接地故障，提高供电可靠性和改善供电质量。
Description
技术领域
本实用新型涉及配电控制领域，特别地，涉及一种用于配电网的接地故障检测系统。
背景技术
配电网自动化系统由主站、通信网络、终端装置三部分组成。配电网自动化系统的终端装置，一般称为配电自动化终端，用于中压配电网中的开闭所、重合器、柱上分段开关、环网柜、配电变压器、线路调压器、无功补偿电容器的监视与控制，与配电网自动化主站通信，提供配电网运行控制及管理所需的数据，执行主站给出的对配电网设备进行调节控制的指令。配电终端是配电网自动化系统的基本组成单元，其性能与可靠性直接影响到整个系统能否有效地发挥作用。
在电力系统中，线路接地故障占总故障的70％以上，配电终端对接地故障的监测十分重要。所以，在我国35KV及以下电力系统中，普遍采用中性点不接地系统和消弧线圈接地系统，因其发生接地故障时流过接地点的电流小，所以被称为小电流接地系统。据电力部门故障统计报告可知，小电流接地系统发生单相接地故障的概率很高，约占故障总数的80％。对于中性点不接地和经消弧线圈接地配电网来说，其单相接地故障(又称为小电流接地故障)由于故障电流小、特征不明显，故障检测存在较大的技术难度。
目前电力系统中投运的微机式接地选线装置品种和数量虽然很多，但是从实际应用效果来看，正确动作率不高，尤其是在经消弧线圈接地系统中动作正确率很低，给运行单位造成困难，许多都退出运行。因而，多年来，中性点经消弧线圈接地的电力系统单相接地选线问题是电力系统的难题之一。
目前国内对中性点非直接接地系统单相接地故障的监测，多采用集中式小电流接地选线装置；集中式选线装置一般安装在变电站或者是调度中心，通过各种通讯方式采集各条线路的数据，当有线路发生故障时，装置综合分析各条线路的数据，判断出故障线路，实现故障隔离。
其中，集中式选线装置判别故障线路的方法主要有两种，一种方法是装置首先通过测量母线的零序电压判断哪段母线接地，然后通过判断那段母线上各条线路的零序电流与零序电压，零序电流落后零序电压90°的线路确定接地线路；还有一种方式是选线试跳法，判断母线接地后，通过探索跳闸，经重合闸延时后重合闸动作，自动合上开关，当零序电压仍然存在，表明“本线路未接地”；当零序电压不存在，表明“本线路接地”。
集中式选线装置需要把所有相关线路的数据全部采集到装置，才能进行故障判断，所以通讯十分重要；目前一般采用载波通道传送数据，也有部分装置采用光纤以太网传输数据；通讯的稳定性影响着集中式接地故障判别的正确性。
现有的集中式小电流接地选线装置存在的主要问题是：使用集中处理模式实现接地故障隔离和非故障段恢复供电，对通信网依赖性大，故障信息上传和动作命令的下发都必须经过通信网，故障处理时间长；可靠性不高，一旦故障节点通讯中断，则会引发误判，影响非故障区段；在做故障线路判断时，由于所有线路数据需要综合判断，所以判据复杂，容易发生误判。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种用于配电网的接地故障检测系统，以解决现有的集中式小电流接地选线装置因数据集中处理导致的通信网络依赖性大，数据处理效率低及小电流接地故障的判断依据复杂的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种用于配电网的接地故障检测系统，包括多个监测终端，监测终端均包括：处理器及与处理器相连的采样装置、通信装置和开关控制装置；
采样装置用于采集监测终端在供电线路所处位置的供电状态信息并将供电状态信息发送给处理器；
通信装置用于在多个监测终端之间建立通信连接，以传递供电状态信息和遥控指令；
处理器用于根据接收的供电状态信息判断接地故障位置，并生成本地指令或者遥控指令，遥控指令经通信装置传递给相应的处理器；
开关控制装置用于根据处理器的本地指令或者接收的遥控指令控制供电线路的通断；
其中，通信装置采用无线通信电路。
进一步地，处理器连接有用于存储监测终端对应的身份标识信息的存储模块。
进一步地，通信装置为ZigBee通信模块，多个监测终端经ZigBee通信模块建立无线通信网络；身份标识信息包括：监测终端的ID号和监测终端在无线通信网络中的网络层级号。
进一步地，采样装置包括：光电耦合单元和零序电流采样器，零序电流采样器采集供电线路上的零序电流信号并将零序电流信号经光电耦合单元传递给处理器。
进一步地，采样装置还包括：零序电压采样器，零序电压采样器采集供电线路上的零序电压信号并将零序电压信号经光电耦合单元传递给处理器。
进一步地，处理器连接有用于输出接地故障信息的显示装置。
进一步地，开关控制装置为接触器。
本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型用于配电网的接地故障检测系统，包括多个用于检测小电流接地系统单相接地故障的监测终端，且各监测终端之间经无线通信装置建立通信连接，将传统的集中式故障检测下放到各监测终端，各监测终端通过共享的故障信息实现对故障区域的准确定位，通过开关控制装置断开故障区域两端的供电，实现故障隔离，从而能够准确快速地处理接地故障，提高供电可靠性和改善供电质量。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是本实用新型优选实施例用于配电网的接地故障检测系统的网络拓扑结构示意图；
图2是本实用新型优选实施例监测终端的原理方框示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本实用新型基于无线通信技术，采用分布式检测的方式来对传统的配电网的中性点非直接接地系统单相接地故障进行监测。本实用新型优选实施例提供的用于配电网的接地故障检测系统，包括多个监测终端，参照图1，每个监测终端均包括：处理器11及与处理器11相连的采样装置12、通信装置13和开关控制装置14。
其中，采样装置12用于采集监测终端在供电线路所处位置的供电状态信息并将供电状态信息发送给处理器11，其中，供电状态信息为供电线路的零序电流信号和/或零序电压信号；通信装置13用于在多个监测终端之间建立通信连接，以传递供电状态信息和遥控指令，本实施例中，通信装置13采用无线通信电路，使用ZigBee技术，还可以采用其他无线通信技术，如基于移动通信网络的GPRS通信模块、CDMA通信模块、GSM通信模块等；处理器11用于根据接收的供电状态信息判断接地故障位置，并生本地指令或者遥控指令，遥控指令经通信装置13传递给相应的处理器11，其中，接地故障位置的检测可以根据现有技术中的零序电流法进行检测或者暂态功率法进行检测，当处理器11检测到该供电线路上存在接地故障后，处理器11会生成本地指令给开关控制装置14，处理器11还生成遥控指令并发送给出现接地故障的相应的监测终端，以免重复动作；开关控制装置14用于根据处理器11的本地指令或者接收的遥控指令控制供电线路的通断，以对故障区域进行隔离，保证非故障区域的正常供电。优选地，本实施例中，处理器11连接有合闸输入17，合闸输入17用于检测供电线路上的开关的状态，以保证开关的准确合闸或者断开。
本实施例采用分布式的接地故障检测处理模式，克服了接地故障需集中处理、过于依赖通信网的弱点，实现了就近隔离判断的分布式单相接地故障处理方式，因而避免了对整个通信系统和某台自动化终端的完全依赖，动作准确、可靠、即时，大大减少了人工维护量。
优选地，本实施例中，监测终端与配电网上的配电终端相对应，监测终端上的处理器11共用配电终端上的处理器芯片，以节省配电网接地故障检测系统的成本。
优选地，通信装置13为ZigBee通信模块，多个监测终端经ZigBee通信模块建立无线通信网络。由于ZigBee通信具有低功耗、高可靠性、低成本、时延短、网络容量大及自组织网络等优势，在配电网的接地故障分布式检测领域中应用，能够保证各监测终端之间的供电状态信息及接地故障信息的共享。
本实施例中，配电网上相邻的监测终端的安装距离一般不超过2公里，考虑到ZigBee技术自身优点，本实施例中，ZigBee通信模块采用CC2530F256芯片，其提供了101dB链路质量，优秀的接收器灵敏度和健壮的抗干扰性。CC2530F256芯片将接收的其他监测终端采集来的供电状态信息发送给处理器11。本实施例中，处理器11选用DSP，采样装置12包括：光电耦合单元121和零序电流采样器125，零序电流采样器125采集供电线路上的零序电流信号并将零序电流信号经光电耦合单元121传递给处理器11。CC2530F256芯片将接收的其他监测终端采集的零序电流信号发送给DSP，DSP结合本监测终端采样的零序电流信号，比较对应零序电流大小，最大的则为故障线路，DSP生成遥测指令，并驱动开关控制装置14隔离对应的线路。本实施例中，开关控制装置14选用接触器，已断开需要隔离的供电线路，保证非隔离区域的正常供电。优选地，采样装置12还包括：零序电压采样器123，零序电压采样器123采集供电线路上的零序电压信号并将零序电压信号经光电耦合单元121传递给DSP。
由于多个监测终端经各自的CC2530F256芯片通信连接构建成无线通信网络，故每一个监测终端在该无线通信网络中都被看作成一个节点，CC2530F256芯片的收发信号端使得各个监测终端之间可以实现信息互联共享。本实施例中，优选地，处理器11连接有用于存储监测终端对应的身份标识信息的存储模块15。信息共享时，各自发送给其他监测终端的信息包含本终端的ID号和本终端在无线通信网络中的网络层级号，其中，网络层级号在进行接地故障时将优化判断，最大化的保护配电网络，最小化隔离故障区。DSP根据接收的零序电流信号比较本监测终端的零序电流信号，判断接地故障信息对应的监测终端的ID号后，还进一步检测接地故障对应的监测终端的下一级网络层是否出现接地故障，通过逐层检测，在确定下一级网络层不存在接地故障后，在本层级发送遥控指令，以对故障区域进行隔离。下面结合图2举例说明，参照图2，该无线通信网络包括三级网络线路，其中，监测终端10A、10B处于1级线路，监测终端10C-10E处于2级线路，监测终端10F-10I处于3级线路。假设2级线路上的监测终端10D处的供电线路出现接地故障，周围的监测终端都将接收到对应的故障信息，但是监测终端10D处出现的接地故障，必将影响上一级线路，比如监测终端10B的供电线路会有影响，那么此时，通过比较监测终端10B和10D的网络层级号，从而隔离监测终端10D的供电线路，而不是受影响的监测终端10B处的供电线路，保证电网更加可靠、稳定。同理，监测终端10G处的供电线路出现零序接地故障也不会引起上一级线路跳闸。
优选地，为了方便直观地给出接地故障的提示信息，本实施例中，处理器11连接有用于输出接地故障信息的显示装置16，该显示装置16可为LCD或者LED显示屏。
本实施例检测系统启动后，先进行初始化，并建立初始化网络和路由表。由于ZigBee网络的节点分为FFD(full-functional device，完整功能设备)和RFD(reduced-functional device，简化功能设备)两种，RFD不具有路由功能，只能向路由节点传播信息，不能转发信息，鉴于此，可以将最底层的监测终端设置为RFD，进一步简化网络和节约成本，这可以根据使用环境情况而设定。在初始网络建成后，监测终端引入接地故障就地判断算法，将采集信息整合处理分析，若发现故障，及时判断，下达遥测命令执行跳闸动作，实时实现故障隔离，从而实现分布式故障处理，不再将采集的数据均通过网络上传至控制中心，由控制中心判断处理，再通过网络下发命令进行故障处理。本实施例由于各个监测终端之间信息互联，所以当一个监测终端附近线路出现故障时，其相邻的监测终端节点将收到相应的故障信息，为此，避免重复判断和发送遥测命令，在第一次有监测终端处理完此次故障后，向周围广播发送信息，让相邻节点更新信息表，健全分布式故障处理方案。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于配电网的接地故障检测系统，其特征在于，包括多个监测终端，所述监测终端均包括：处理器(11)及与所述处理器(11)相连的采样装置(12)、通信装置(13)和开关控制装置(14)；
所述采样装置(12)用于采集所述监测终端在供电线路所处位置的供电状态信息并将所述供电状态信息发送给所述处理器(11)；
所述通信装置(13)用于在所述多个监测终端之间建立通信连接，以传递所述供电状态信息和遥控指令；
所述处理器(11)用于根据接收的所述供电状态信息判断接地故障位置，并生成本地指令或者所述遥控指令，所述遥控指令经所述通信装置(13)传递给相应的所述处理器(11)；
所述开关控制装置(14)用于根据所述处理器(11)的所述本地指令或者接收的所述遥控指令控制供电线路的通断；
其中，所述通信装置(13)采用无线通信电路。
2.根据权利要求1所述的用于配电网的接地故障检测系统，其特征在于，
所述处理器(11)连接有用于存储所述监测终端对应的身份标识信息的存储模块(15)。
3.根据权利要求2所述的用于配电网的接地故障检测系统，其特征在于，
所述通信装置(13)为Z i g B e e通信模块，所述多个监测终端经所述Zig Bee通信模块建立无线通信网络；所述身份标识信息包括：所述监测终端的ID号和所述监测终端在所述无线通信网络中的网络层级号。
4.根据权利要求1所述的用于配电网的接地故障检测系统，其特征在于，
所述采样装置(12)包括：光电耦合单元(121)和零序电流采样器(125)，所述零序电流采样器(125)采集供电线路上的零序电流信号并将所述零序电流信号经所述光电耦合单元(121)传递给所述处理器(11)。
5.根据权利要求4所述的用于配电网的接地故障检测系统，其特征在于，
所述采样装置(12)还包括：零序电压采样器(123)，所述零序电压采样器(123)采集供电线路上的零序电压信号并将所述零序电压信号经所述光电耦合单元(121)传递给所述处理器(11)。
6.根据权利要求5所述的用于配电网的接地故障检测系统，其特征在于，
所述处理器(11)连接有用于输出接地故障信息的显示装置(16)。
7.根据权利要求1所述的用于配电网的接地故障检测系统，其特征在于，
所述开关控制装置(14)为接触器。
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