CN209525412U - 一种高压输电线路短路故障精确定位装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了电力系统技术领域的一种高压输电线路短路故障精确定位装置，包括数据处理模块，数据处理模块的输入端电性连接有模数转换器，模数转换器的输入端电性连接有信号调理模块，信号调理模块的输入端电性连接有瞬时过电压保护器，瞬时过电压保护器的输入端电性连接有电容式电场传感器，数据处理模块的传输端口分别电性连接有电源模块、通讯模块、蓝牙模块、授时模块和温补压控晶振模块，本装置直接采集短路故障时所产生的行波电压信号，并接收授时的同步秒脉冲信号，通过通讯模块将纯净的原始信号上传至服务器，纯净的原始信号为后续的故障测距提供更优异的可靠性和准确性。

Description

一种高压输电线路短路故障精确定位装置

技术领域

本实用新型公开了一种高压输电线路短路故障精确定位装置，具体为电力系统技术领域。

背景技术

随着电力系统规模的不断扩大，输电线路的电压等级越来越高，长度越来越长，所处的环境越来越复杂，因此发生故障的可能性也不可避免的会增加。在线路故障时，如果能快速准确地进行故障测距，就能缩短寻找线路故障点的时间，准确到达故障点，迅速排除故障和及时恢复线路供电，减少因停电时间所造成的损失，节约大量人力物力。可见大力发展故障定位测距技术具有极其重大的现实意义，目前输电线路故障定位方法按原理可以分为：基于工频信号的故障分析法和基于故障时产生行波的时差定位法，随着电力系统综合自动化水平的提高，故障线路的切除时间大大缩短，但再短的故障切除时间也足以采集行波法测距所需要的信息。但对需要抽取幅值和相角的工频测距法来说，就必须在不足一周波甚至更短的时间内从复杂的暂态波形中得到所需要的信息，无疑增加了算法的难度，影响最终的测距精度。在测距原理上行波法几乎不受过渡电阻和线路不对称等因素的影响，而工频单端测距方法则会受到上述因素的影响，同时还要受对端系统阻抗变化的影响。因此，从测距原理上看，在测距精度方面，行波法优于工频单端法，虽然行波法原理不受过渡电阻和线路不对称等因素的影响，但是安装在变电站内的二次设备，其最终采集的信号都要通过电压互感器(PT)，电流互感器(CT) 的变换，而且一次互感器的接线再到二次测距设备，中间有较多的电缆一起从电缆沟，桥架布线，由于阻抗的不连续和分布参数的影响，会造成原始行波信号的衰减、反射及串扰等，严重降低最终测距设备采集的信号质量，造成漏测，误测。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高压输电线路短路故障精确定位装置，以解决上述背景技术中提出的安装在变电站内的二次设备，其最终采集的信号都要通过电压互感器(PT)，电流互感器(CT)的变换，而且一次互感器的接线再到二次测距设备，中间有较多的电缆一起从电缆沟，桥架布线，由于阻抗的不连续和分布参数的影响，会造成原始行波信号的衰减、反射及串扰等，严重降低最终测距设备采集的信号质量，造成漏测，误测的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种高压输电线路短路故障精确定位装置，包括数据处理模块，所述数据处理模块的输入端电性连接有模数转换器，所述模数转换器的输入端电性连接有信号调理模块，所述信号调理模块的输入端电性连接有瞬时过电压保护器，所述瞬时过电压保护器的输入端电性连接有电容式电场传感器，所述数据处理模块的传输端口分别电性连接有电源模块、通讯模块、蓝牙模块、授时模块和温补压控晶振模块。

优选的，所述电源模块由太阳能电池、蓄电池和超级电容组成，且蓄电池的充电接口和用电接口分别与太阳能电池和超级电容通过导线连接。

优选的，所述电容式电场传感器设置有三组且每相一组。

优选的，所述信号调理模块由工频信号带通滤波器和行波信号带通滤波器组成。

优选的，所述模数转换器由工频信号数模转换器和行波信号数模转换器组成，且工频信号带通滤波器和行波信号带通滤波器的输出端分别与工频信号数模转换器和行波信号数模转换器的输入端电性连接。

优选的，所述通讯模块为3G通讯模块或4G通讯模块的一种。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本装置直接安装在高压输电的杆塔上，采集高压输电线路短路故障时所产生的行波电压信号，并接收授时的同步秒脉冲信号，结合本地的压控温补晶振，产生准确的同步时标信号，通过通讯模块将纯净的原始信号上传至服务器，纯净的原始信号为后续的故障测距提供更优异的可靠性和准确性。

附图说明

图1为本实用新型高压输电线路短路故障精确定位装置系统框图；

图2为本实用新型电源模块系统框图；

图3为本实用新型高压输电线路短路故障精确定位装置系统流程图。

图中：1数据处理模块、2电容式电场传感器、3瞬时过电压保护器、4 高阻抗前置放大器模块、5信号调理模块、6模数转换器、7电源模块、8通讯模块、9蓝牙模块、10授时模块、11温补压控晶振模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-3，本实用新型提供一种技术方案：一种高压输电线路短路故障精确定位装置，包括数据处理模块1，数据处理模块1的输入端电性连接有模数转换器6，模数转换器6的输入端电性连接有信号调理模块5，信号调理模块5的输入端电性连接有瞬时过电压保护器3，瞬时过电压保护器3的输入端电性连接有电容式电场传感器2，数据处理模块1的传输端口分别电性连接有电源模块7、通讯模块8、蓝牙模块9、授时模块10和温补压控晶振模块 11。

其中，电源模块7由太阳能电池、蓄电池和超级电容组成，且蓄电池的充电接口和用电接口分别与太阳能电池和超级电容通过导线连接，电容式电场传感器2设置有三组且每相一组，信号调理模块5由工频信号带通滤波器和行波信号带通滤波器组成，模数转换器6由工频信号数模转换器和行波信号数模转换器组成，且工频信号带通滤波器和行波信号带通滤波器的输出端分别与工频信号数模转换器和行波信号数模转换器的输入端电性连接，通讯模块8为3G通讯模块或4G通讯模块的一种。

数据处理模块1：为高性能低功耗的处理器及外围存储器件等构成，主要用于高速采集输电线路的行波数据，辨别行波信号，提取信号，标注到达的时标，及时上传数据以及存储数据。并根据授时模块的1PPS(秒脉冲)信号结合本地的温补晶振进行对时和守时，产生稳定的绝对时刻时标，用于标记行波波头到达时刻的时标；

电容式电场传感器2：用于测量电力输电线路与大地之间的行波电场，可安装在杆塔绝缘子的正下方的安全间距以内，这样可以在输电线路不停电的情况下进行安装和维护，不会影响电力系统的正常运行。电容式电场传感器由一个半球壳状电极和一个平板电极构成。半球壳状电极球顶端朝上，易于于防雨，用于感应输电线路的变化电场，平板电极处于半球电极内部，接大地，作为接地电极。这样每条输电线路都需要一个电容式电场传感器；

瞬时过电压保护器3：由于感应的瞬时电场可能较强，为了防止过大的感应信号损坏后级电路，必须增加高速低等效电容值的瞬时过电压保护器；

高阻抗前置放大器模块4：由于电容式电场传感器的源阻抗较大，为了真实采集原始的电压行波信号，需要使用高阻抗的前置放大器；

信号调理模块5：将前置放大器的输入信号进一步放大，并分为两路：一路是低频的工频电场信号带通滤波器，带宽是45-55Hz；另外一路是高频的行波信号带通滤波器，带宽为100KHz-5MHz。分为2路的好处是由于传感器对工频信号和行波信号的敏感度不一样，使用模拟电路将2者分离后，再单独进行信号放大，使各自放大后的信号匹配对应的模数转换器的量程，避免两者之间的相互影响；

模数转换器6：数模转换器分为2个，一路为低采样率的模数转换器，用于采样工频信号，另外一路是高采样率的模数转换器，用于采样行波信号。工频信号用于判断被测线路当前有无工频电压，即可以判断是否处于运行状态，如果检测到行波信号后的数个工频周期内监测的本回3相工频电压信号降低或者消失，则可以配合判断本回输电线路的确发生了故障，即本次检测的行波信号为有效信号

电源模块7：为整个装置提供电源，由于装置安装在杆塔上，无市电进行供电，需使用太阳能电池进行光电转化，并使用蓄电池进行储能；辅以超级电容，用于通讯模块开启时中的瞬时大功率的需求，减少对蓄电池的冲击，延长蓄电池的使用寿命，提高设备的可靠性；

授时模:8：可以选择GPS授时模块或者北斗授时模块的一种，数据处理模块接收其产生的秒脉冲信号，结合本地的温补压控晶振，产生稳定的绝对时刻时标；

蓝牙模块9：可以近距离通过无线方式将数据传输到便携终端上(例如智能手机，便携电脑等)，用于人工检修时在杆塔下不用爬塔据就可以查看本装置的运行状态；

通讯模块10：选用3G或者4G无线通讯方式的一种，将最终识别的行波原始波形数据以及波头的采样的绝对时标上送至服务器；

温补压控晶振模块11：由于装置安装在杆塔上，昼夜温差较大，温度对晶振输出频率的稳定性不能忽略不计，需要使用温补压控晶振，可以通过数据处理模块输出控制电压，来调节晶振的输出频率。

工作原理：

采集行波信号的高频模数转换器6一直工作，当监测到某一相有突变信号时，记录突变数据的采集时标并同时触发记录3相信号一段波形的数据；

实时采集并计算工频信号的有效值，记录行波突变时的工频信号的有效值，与突变3个周波后的有效值进行比较，如果降低到触发时有效值的一半以下，则可以确定本回输电线路发生了相间短路或者接地短路故障，输电线路两侧的断路器已经跳闸，输电线路从系统切除，输电线路上无工频电压。

通过无线模块通讯模块8将本次记录的3相行波数据及其触发时刻的时标上传至服务器；服务器再根据行波到达线路两端的时标和本回线路的长度由时差法来计算故障点的位置。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种高压输电线路短路故障精确定位装置，包括数据处理模块(1)，其特征在于：所述数据处理模块(1)的输入端电性连接有模数转换器(6)，所述模数转换器(6)的输入端电性连接有信号调理模块(5)，所述信号调理模块(5)的输入端电性连接有瞬时过电压保护器(3)，所述瞬时过电压保护器(3)的输入端电性连接有电容式电场传感器(2)，所述数据处理模块(1)的传输端口分别电性连接有电源模块(7)、通讯模块(8)、蓝牙模块(9)、授时模块(10)和温补压控晶振模块(11)。

2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路短路故障精确定位装置，其特征在于：所述电源模块(7)由太阳能电池、蓄电池和超级电容组成，且蓄电池的充电接口和用电接口分别与太阳能电池和超级电容通过导线连接。

3.根据权利要求1所述的一种高压输电线路短路故障精确定位装置，其特征在于：所述电容式电场传感器(2)设置有三组且每相一组。

4.根据权利要求1所述的一种高压输电线路短路故障精确定位装置，其特征在于：所述信号调理模块(5)由工频信号带通滤波器和行波信号带通滤波器组成。

5.根据权利要求1所述的一种高压输电线路短路故障精确定位装置，其特征在于：所述模数转换器(6)由工频信号数模转换器和行波信号数模转换器组成，且工频信号带通滤波器和行波信号带通滤波器的输出端分别与工频信号数模转换器和行波信号数模转换器的输入端电性连接。

6.根据权利要求1所述的一种高压输电线路短路故障精确定位装置，其特征在于：所述通讯模块(8)为3G通讯模块或4G通讯模块的一种。