CN212060532U - 输电线路单相接地故障自恢复系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种输电线路单相接地故障自恢复系统，该系统的断路器间隔设置在输电线路上，采集器与断路器一侧的输电线路连接；采集器通过电压互感器、电流互感器分别检测断路器一侧的电压信号、电流信号；接地故障定位器的采集芯片分别与电压互感器、电流互感器以及输电线路的地线连接，MCU用于根据采集芯片传输的信息判断输电线路是否发生接地故障，并在确定发生接地故障时，控制断路器断开；MCU还用于在断路器断开预设时间后，根据信息判断接地故障是否消除，并在接地故障消除时控制断路器闭合以恢复输电线路供电。本实用新型通过控制断路器实现输电线路的断电与供电，缩短了接地故障的处理时间，减少了人力物力的消耗以及处理成本。

Description

输电线路单相接地故障自恢复系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统故障检测领域，尤其涉及一种输电线路单相接地故障自恢复系统。

背景技术

目前我国的配电网大多数是采用中性不接地系统或者经消弧线圈接地系统，也称小电流接地系统，在小电流接地系统中，单相接地故障出现的概率较大，约占故障总数的80％以上，其中，单相接地故障的位置被称为接地故障点。

在发生单相接地故障时，需判断是哪座变电站的馈线发生了单相接地故障，才能进行准确的单相接地故障处理。目前，应用较为广泛的单相接地故障定位方法是S注入法，具体的，S注入法的原理是：通过线路上的PT(电压互感器)向线路注入特定的电流信号，利用线路上安装的多个探测器探测电流信号，探测到电流信号的位置即为单相接地故障的位置。但是，S注入法的注入信号强度受PT容量限制，当单相接地电阻较大时，线路上分布电容会对注入的电流信号分流，给单相接地故障定位带来干扰，导致定位不准确，因此在出现故障后，不能根据输电线路上的故障进行断电和恢复供电处理，需要管理人员根据接地故障的实际情况进行人工处理，既浪费时间，又消耗人力物力，提高了接地故障的处理成本。

实用新型内容

为了克服现有技术的不足，本实用新型提出一种输电线路单相接地故障自恢复系统，通过单个采集器采集输电线路的信息，不需要向输电线路注入电流信号，避免了分布电容的干扰，提高了定位的准确性，并且根据接地故障的位置和实际情况控制断路器开关与闭合，进而实现输电线路的断电与供电，缩短了接地故障的处理时间，减少了人力物力的消耗以及处理成本。

为解决上述问题，本实用新型采用的一个技术方案为：一种输电线路单相接地故障自恢复系统，所述输电线路单相接地故障检测及自恢复系统包括断路器、采集器以及接地故障定位器；所述断路器间隔设置在输电线路上，所述采集器与所述断路器一侧的输电线路连接；所述采集器包括电压互感器、电流互感器，通过所述电压互感器、电流互感器分别检测所述断路器一侧的电压信号、电流信号；所述接地故障定位器包括采集芯片、MCU，所述采集芯片分别与所述电压互感器、电流互感器以及所述输电线路的地线连接，所述MCU用于根据所述采集芯片传输的信息判断所述输电线路是否发生接地故障，并在确定发生接地故障时，控制所述断路器断开，所述信息包括所述电压信号、电流信号、电压互感器的接地端电压以及所述地线的电压；所述MCU还用于在所述断路器断开预设时间后，根据所述信息判断所述接地故障是否消除，并在所述接地故障消除时控制所述断路器闭合以恢复所述输电线路供电。

进一步地，所述输电线路单相接地故障自恢复系统还包括：继电器，所述继电器分别与所述断路器、MCU连接，所述MCU通过所述继电器控制所述断路器断开与闭合。

进一步地，所述采集芯片设置有AD采集接口，所述采集芯片通过所述AD采集接口与所述电压互感器、电流互感器连接以接收所述电压互感器、电流互感器采集的电压信号、电流信号。

进一步地，所述AD采集接口还与所述电压互感器的接地端、所述地线连接以获取所述接地端电压和所述地线的电压。

进一步地，所述接地故障定位器还包括串口输出芯片，所述MCU与所述串口输出芯片连接，所述MCU在确定发生接地故障时，通过所述串口输出芯片输出发生接地故障的信息。

进一步地，所述电压互感器为三相电压互感器，所述电压互感器为三相电流互感器。

进一步地，所述电压互感器包括电压采集电路，所述电压采集电路包括电压采集器、第一电阻，所述电压采集器的输入端与所述输电线路的其中一相连接，输出端与所述第一电阻并联。

进一步地，所述电压采集器的型号为PT202H1，所述第一电阻的阻值为3.3KΩ。

进一步地，所述电流互感器包括电流采集电路，所述电流采集电路包括电流采集器、第二电阻，所述电流采集器的输入端与所述输电线路的其中一相连接，输出端与所述第二电阻并联。

进一步地，所述电流采集器的型号为HCT226BC，所述第二电阻的阻值为1KΩ。

相比现有技术，本实用新型的有益效果在于：通过单个采集器采集输电线路的信息，不需要向输电线路注入电流信号，避免了分布电容的干扰，提高了定位的准确性，并且根据接地故障的位置和实际情况控制断路器开关与闭合，进而实现输电线路的断电与供电，缩短了接地故障的处理时间，减少了人力物力的消耗以及处理成本。

附图说明

图1为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统一实施例的结构图；

图2为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统中接地定位器一实施例的结构图；

图3为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统中采集器在输电线路中的设置位置一实施例的示意图；

图4为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统电压互感器的电压采集电路一实施例的结构图；

图5为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统中电力互感器的电流采集器电路一实施例的结构图；

图6为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统中接地定位器一实施例的器件连接结构图

图7为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统接地故障发生时一实施例的工作流程图；

图8为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统接地故障排出后时一实施例的工作流程图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本实用新型做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

请参阅图1-8，其中，图1为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统一实施例的结构图；图2为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统中接地定位器一实施例的结构图；图3为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统中采集器在输电线路中的设置位置一实施例的示意图；图4为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统电压互感器的电压采集电路一实施例的结构图；图5为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统中电力互感器的电流采集器电路一实施例的结构图；图6为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统中接地定位器一实施例的器件连接结构图图7为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统接地故障发生时一实施例的工作流程图；图8为本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统接地故障排出后时一实施例的工作流程图。其中，图3中标号为1、2、3、4、5的圆圈代指断路器，电阻R2设置在标号1的断路器前端，R4设置在标号1的断路器后端，电压互感器和电流互感器可设置在标号1的断路器后端，并采集断路器后端的电压信号和电流信号。结合附图1-8对本实用新型输电线路单相接地故障自恢复系统作详细说明。

在本实施例中，输电线路单相接地故障检测及自恢复系统包括断路器、采集器以及接地故障定位器；断路器间隔设置在输电线路上，采集器与断路器一侧的输电线路连接；采集器包括电压互感器、电流互感器，通过电压互感器、电流互感器分别检测所述断路器一侧的电压信号、电流信号；接地故障定位器包括采集芯片、MCU，采集芯片分别与电压互感器、电流互感器以及输电线路的地线连接，MCU用于根据采集芯片传输的信息判断输电线路是否发生接地故障，并在确定发生接地故障时，控制断路器断开，信息包括电压信号、电流信号、电压互感器的接地端电压以及地线的电压；MCU还用于在断路器断开预设时间后，根据信息判断接地故障是否消除，并在接地故障消除时控制断路器闭合以恢复输电线路供电。

在本实施例中，输电线路单相接地故障自恢复系统还包括：继电器，继电器分别与断路器、MCU连接，MCU通过继电器控制断路器断开与闭合。

在本实施例中，采集芯片设置有AD采集接口，采集芯片通过AD采集接口与电压互感器、电流互感器连接以接收电压互感器、电流互感器采集的电压信号、电流信号。

在本实施例中，AD采集接口还与电压互感器的接地端、地线连接以获取接地端电压和地线的电压。

在本实施例中，接地故障定位器还包括串口输出芯片，MCU与串口输出芯片连接，MCU在确定发生接地故障时，通过串口输出芯片输出发生接地故障的信息。

在一个具体的实施例中，输电线路为三相线路，电压互感器与电流互感器分别为三相电压互感器、三相电流互感器。在其他实施例中，输电线路也可以为单相线路以及其他线路，相应的，电压互感器与电流互感器也可以根据输电线路的类型进行设置，在此不做限定。

在本实施例中，电压互感器包括电压采集电路，电压采集电路包括电压采集器、第一电阻，电压采集器的输入端与输电线路的其中一相连接，输出端与第一电阻并联。

在一个具体的实施例中，电压采集器的型号为PT202H1，PT202H1的电压输入端与输电线路的其中一相连接，第一电阻为一个3.3KΩ％1的贴片电阻。

在本实施例中，电流互感器包括电流采集电路，电流采集电路包括电流采集器、第二电阻，电流采集器的输入端与输电线路的其中一相连接，输出端与第二电阻并联。

在一个具体的实施例中，电流采集器的型号为HCT226BC，每一个HCT226BC用于获取输电线路其中一相的电流，第二电阻为一个1KΩ％1的贴片电阻。

在本实施例中，断路器间隔设置在输电线路中，每个断路器的一侧对应设置有电压互感器和电流互感器，通过该电压互感器和电流互感器的信号判断接地故障发生在对应的断路器前端还是后端。

在一个具体的实施例中，采集芯片的型号为AD7606，MCU的型号为STM32F407ZGT6。MCU与采集芯片连接，采集芯片将电压互感器、电流互感器传输的模拟信号转换为数字信号，并将该数字信号传输给MCU。

在本实施例中，采集芯片设置有AD采集接口，采集芯片通过AD采集接口接收电压互感器、电流互感器分别采集的输电线路的电压信号、电流信号。

在本实施例中，采集芯片的AD采集接口与电压互感器的接地端、输电线路的地线连接，MCU通过采集芯片获取接地端以及地线的电压。

在本实施例中，MCU接收采集芯片传输的信息中的电压信号、电流信号后，通过快速傅里叶变换、小波变换以及其他计算方式对电压信号、电流信号进行处理以获取零序电压值、零序电流值。

在本实施例中，MCU获取零序电压值和零序电流值的同时，获取地线与接地端的电压差，并将该电压差与输电线路未故障时地线与接地端的电压差进行对比，判断是否大于未故障时的电压差，若大于，则确定出现接地故障，若不大于，则确定未出现接地故障。

在本实施例中，MCU根据电压差确定出现接地故障后，根据零序电压值和零序电流值的相位差与输电线路未故障时的相位差之间的大小确定接地故障的位置。

其中，MCU根据零序电压值和零序电流值的相位差与输电线路未故障时的相位差之间的大小确定接地故障的位置的步骤具体包括：MCU判断零序电压值和零序电流值的相位差大于输电线路未故障时的相位差时，确定接地故障位于断路器前端。

MCU根据零序电压值和零序电流值的相位差与输电线路未故障时的相位差之间的大小确定接地故障的位置的步骤还包括：MCU判断零序电压值和零序电流值的相位差小于输电线路未故障时的相位差时，确定接地故障位于断路器后端。

下面结合表1、2、3对本实用新型判断接地故障位置的方式进行说明，其中，表1为无故障正常线路参数值，表二为断路器前端接地故障线路参数值，表三为断路器后端接地故障线路参数值。

表1、无故障正常线路参数值

表2、断路器前端接地故障线路参数值

表3、断路器后端接地故障线路参数值

表中的VA、VB、VC分别代表输电线路中的不同相，PE值地线，VCOM指电压互感器的接地端。从上表可以看出，地线与接地端之间的电压差大于输电线路未故障时的电压差时，输电线路发生接地故障。零序电压值与零序电流值之间的相位差大于正常值时，接地故障的位置位于断路器的前端。零序电压值与零序电流值之间的相位差小于正常值时，接地故障的位置位于断路器的后端。

在本实施例中，MCU根据零序电压值与零序电流值的相位差确定接地故障的位置的步骤还包括：输出发生接地故障的信息以及接地故障的位置。

在本实施例中，接地故障定位系统包括串口输出芯片，MCU与串口输出芯片连接，通过串口输出芯片输出发生接地故障的信息以及接地故障的位置。

在一个具体的实施例中，串口输出芯片的型号为SP3232EEN，在其他实施例中，MCU也可以与无线通信模块或网线接口连接，通过该无线通信模块或网线接口输出发生接地故障的信息以及接地故障的位置。

在本实施例中，输电线路单相接地故障自恢复系统还包括：继电器，继电器分别与断路器、MCU连接，MCU通过继电器控制断路器断开与闭合。

在一个具体的实施例中，继电器的型号为G6S-2-5V。

下面通过输电线路单相接地故障自恢复系统的具体工作流程对其作进一步说明。

三相电压互感器实时采集输电线路线路上的电压信号，将该电压信号传输给采集芯片的AD采集接口；三相电流互感器实时采集输电线路线路上的电流信号，将该电流信号传输给采集芯片的AD采集接口。三相电压互感器的接地端端及地线的引出接口线与采集芯片的AD采集接口连接。MCU通过采集芯片的AD采集接口汇总电压信号、电流信号，接地端电压、地线电压，进行一系列转换及计算得出输电线路的出零序电压值，零序电流值，接地端电压值、地线电压值；MCU通过零序电压值，零序电流值，接地端电压值、地线电压值与正常值的变化关系，判定出接地故障是否发生，发生在断路器前端还是后端，通过继电器断开断路器开关，并通过串口输出芯片输出判定结果。

故障排除后，MCU通过采集芯片继续检测输电线路的电压信号、电流信号以及三相电压互感器接地端电压、地线的电压，判断这些线路参数是否恢复为正常值，若是，则初步判断已排除，延迟一段时间后再检查一遍线路参数值是否已恢复正常值，确认故障已排除后闭合断路器，恢复线路供电。

在本实施例中，MCU延迟的时间可根据用户需求进行设定，在此不做赘述。

有益效果：本实用新型的输电线路单相接地故障自恢复系统通过单个采集器采集输电线路的信息，不需要向输电线路注入电流信号，避免了分布电容的干扰，提高了定位的准确性，并且根据接地故障的位置和实际情况控制断路器开关与闭合，进而实现输电线路的断电与供电，缩短了接地故障的处理时间，减少了人力物力的消耗以及处理成本。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备、模块和电路，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，所述模块或结构器件的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个或模块可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。

所述作为分离部件说明的可以是或者也可以不是物理上分开的，作为显示的部件可以是或者也可以不是物理，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个位置。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部来实现本实施方式方案的目的。

上述实施方式仅为本实用新型的优选实施方式，不能以此来限定本实用新型保护的范围，本领域的技术人员在本实用新型的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本实用新型所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种输电线路单相接地故障自恢复系统，其特征在于，所述输电线路单相接地故障检测及自恢复系统包括断路器、采集器以及接地故障定位器；

所述断路器间隔设置在输电线路上，所述采集器与所述断路器一侧的输电线路连接；

所述采集器包括电压互感器、电流互感器，通过所述电压互感器、电流互感器分别检测所述断路器一侧的电压信号、电流信号；

所述接地故障定位器包括采集芯片、MCU，所述采集芯片分别与所述电压互感器、电流互感器以及所述输电线路的地线连接，所述MCU用于根据所述采集芯片传输的信息判断所述输电线路是否发生接地故障，并在确定发生接地故障时，控制所述断路器断开，所述信息包括所述电压信号、电流信号、电压互感器的接地端电压以及所述地线的电压；

所述MCU还用于在所述断路器断开预设时间后，根据所述信息判断所述接地故障是否消除，并在所述接地故障消除时控制所述断路器闭合以恢复所述输电线路供电。

2.如权利要求1所述的输电线路单相接地故障自恢复系统，其特征在于，所述输电线路单相接地故障自恢复系统还包括：继电器，所述继电器分别与所述断路器、MCU连接，所述MCU通过所述继电器控制所述断路器断开与闭合。

3.如权利要求1所述的输电线路单相接地故障自恢复系统，其特征在于，所述采集芯片设置有AD采集接口，所述采集芯片通过所述AD采集接口与所述电压互感器、电流互感器连接以接收所述电压互感器、电流互感器采集的电压信号、电流信号。

4.如权利要求3所述的输电线路单相接地故障自恢复系统，其特征在于，所述AD采集接口还与所述电压互感器的接地端、所述地线连接以获取所述接地端电压和所述地线的电压。

5.如权利要求1所述的输电线路单相接地故障自恢复系统，其特征在于，所述接地故障定位器还包括串口输出芯片，所述MCU与所述串口输出芯片连接，所述MCU在确定发生接地故障时，通过所述串口输出芯片输出发生接地故障的信息。

6.如权利要求1所述的输电线路单相接地故障自恢复系统，其特征在于，所述电压互感器为三相电压互感器，所述电压互感器为三相电流互感器。

7.如权利要求1所述的输电线路单相接地故障自恢复系统，其特征在于，所述电压互感器包括电压采集电路，所述电压采集电路包括电压采集器、第一电阻，所述电压采集器的输入端与所述输电线路的其中一相连接，输出端与所述第一电阻并联。

8.如权利要求7所述的输电线路单相接地故障自恢复系统，其特征在于，所述电压采集器的型号为PT202H1，所述第一电阻的阻值为3.3KΩ。

9.如权利要求1所述的输电线路单相接地故障自恢复系统，其特征在于，所述电流互感器包括电流采集电路，所述电流采集电路包括电流采集器、第二电阻，所述电流采集器的输入端与所述输电线路的其中一相连接，输出端与所述第二电阻并联。

10.如权利要求9所述的输电线路单相接地故障自恢复系统，其特征在于，所述电流采集器的型号为HCT226BC，所述第二电阻的阻值为1KΩ。

Images