專利名稱：一種配電網(wǎng)故障定位裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電力技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種配電網(wǎng)故障定位裝置。
背景技術(shù)：
配電網(wǎng)線路復(fù)雜，分支繁多，最短的線路只有幾公里，這一般在城市里。最長的線 路可達(dá)100公里，比如在廣大的郊區(qū)和農(nóng)村，尤其是在內(nèi)蒙，所以很難有一種定位手段能夠 解決所有地區(qū)的問題，目前需要一種具有實(shí)用水平的配電網(wǎng)故障定位裝置。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提出一種配電網(wǎng)故障定位裝置，能夠快速有效地檢測出配 電線路中故障的位置。 為達(dá)此目的，本實(shí)用新型采用以下技術(shù)方案 —種配電網(wǎng)故障定位裝置，包括信號源和手持探測器，所述信號源用于產(chǎn)生低頻
交流信號，所述手持探測器用于檢測注入故障相的低頻交流信號的強(qiáng)度。 所述信號源進(jìn)一步包括控制單片機(jī)、VM0S管全橋電路、脈寬調(diào)制單元和液晶顯示
單元，所述控制單片機(jī)用于觸發(fā)控制、顯示控制、恒流控制和信號采集，所述VMOS管全橋電
路用于產(chǎn)生60赫茲低頻信號，所述脈寬調(diào)制單元用于調(diào)節(jié)電壓以保證恒流輸出，所述液晶
顯示單元用于顯示操作。 所述VMOS管全橋電路由4只VMOS管組成。 所述控制單片機(jī)型號為C8051F310，液晶顯示單元型號為LCM064。 所述信號源為輸出電壓為0到5000伏，輸出電流強(qiáng)度為150毫安，輸出頻率為60
赫茲的信號源。 所述手持探測器進(jìn)一步包括單電源、控制單片機(jī)、液晶顯示單元、放大器和兩個(gè)有 源濾波器，所述單電源用于產(chǎn)生正5V和負(fù)4. 5V電源；所述控制單片機(jī)用于放大控制、顯示 控制、電源控制和信號處理；所述液晶顯示單元型號為LCM046，所述放大器為按鍵可控放 大器，所述有源濾波器采用URF42芯片。所述單電源為9V單電源，所述控制單片機(jī)型號為C8051F310。 采用了本實(shí)用新型的技術(shù)方案，不僅能夠快速地檢測到配電線路上故障發(fā)生的位
置，而且檢測裝置使用也非常方便。

圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中信號源電原理圖。 圖2是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中內(nèi)阻說明示意圖。 圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中探測器電原理圖。 圖4是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中配電線路故障檢測的示意圖。 圖5是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中故障電阻與分布電容的等效電路圖。[0018] 圖6是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中故障電阻與分布電容的電流關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖并通過具體實(shí)施方式
來進(jìn)一步說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案。 本實(shí)用新型技術(shù)方案的主要思想是采用低頻交流故障定位法，向故障相注入低頻
交流信號，然后用手持探測器沿故障線路進(jìn)行地面巡測，當(dāng)測得配電線路有電流時(shí)，說明故
障點(diǎn)在測量點(diǎn)的下游，若無電流，說明故障點(diǎn)在測量點(diǎn)的上游。在故障點(diǎn)前后手持探測器的
指示有明顯的大幅度變化，根據(jù)手持探測器的明顯變化判斷故障點(diǎn)所在。 本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中的配電網(wǎng)故障定位裝置，包括信號源和手持探測器，
信號源能夠產(chǎn)生低頻交流信號，手持探測器則能夠檢測注入故障相的低頻交流信號的強(qiáng)度。 圖1是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中信號源電原理圖。如圖1所示，信號源包括控 制單片機(jī)、VM0S管全橋電路(即全橋主回路)、脈寬調(diào)制單元和液晶顯示單元(即液晶顯 示器)，控制單片機(jī)機(jī)型號為C8051F310，用于觸發(fā)控制、顯示控制、恒流控制和信號采集， VMOS管全橋電路由4只VMOS管組成，用于產(chǎn)生60赫茲低頻信號，脈寬調(diào)制單元用于調(diào)節(jié)電 壓以保證恒流輸出，液晶顯示單元型號為LCM064，用于顯示操作。信號源輸出電壓為0到 5000伏，輸出電流強(qiáng)度為150毫安，輸出頻率為60赫茲。 其中輸出電壓測量在變壓器的源邊測量比較困難，圖2是本實(shí)用新型具體實(shí)施方 式中內(nèi)阻說明示意圖。全橋回路即全橋電路，需要測量顯示的電壓是UO，而脈寬調(diào)制和變 壓器電源有內(nèi)阻Rn， RL是接地電阻，測量在源邊，當(dāng)電流變化時(shí)Rn也變化，因此測量非常困 難。 設(shè)源邊測量電壓為U1，輸出電流為1，脈沖寬度為P—Width，都為已知，則內(nèi)阻Rn 與1/P—Width有關(guān)，得:t/0 = 20xt/l-/xi " = 20xf/l-/x——^——x8 圖3是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中探測器電原理圖。如圖3所示，手持探測器包 括單電源、控制單片機(jī)、液晶顯示單元(即液晶顯示器)、放大器和兩個(gè)有源濾波器，單電源 為9V單電源，用于產(chǎn)生正5V和負(fù)4. 5V電源；控制單片機(jī)型號為C8051F310，用于放大控制、 顯示控制、電源控制和信號處理；液晶顯示單元型號為LCM046，放大器為按鍵可控放大器， 有源濾波器采用URF42芯片。關(guān)鍵技術(shù)是放大器電子可調(diào)，采用多路開關(guān)控制。9V單電源 工作很關(guān)鍵，因?yàn)樗行酒际钦?fù)雙電源供電。兩級有源濾波是必要的，因?yàn)楫?dāng)信號較強(qiáng) 時(shí)，放大器輸出會稱為方波，經(jīng)第二次濾波后會稱為正弦波。 下面具體介紹配電線路故障檢測的過程。 當(dāng)配電線路發(fā)生單相接地故障停電后，向故障相注入低頻交流信號，該低頻交流 信號是頻率為60赫茲，電壓為0到5000伏，電流強(qiáng)度為150毫安的穩(wěn)流交流信號。 采用二分法選擇配電線路的一點(diǎn)作為檢測點(diǎn)，即先選擇配電線路的中點(diǎn)，使用手 持探測器檢測低頻交流信號。 由于手持探測器的指示數(shù)值與配電線路內(nèi)的低頻交流信號大小成正比，當(dāng)?shù)皖l交 流信號高于第一預(yù)設(shè)數(shù)值，即對應(yīng)該手持探測器的指示數(shù)值為80時(shí)，則可以判斷故障位于配電線路上遠(yuǎn)離變電站的檢測點(diǎn)的下游，也就是相對變電站的后半段配電線路；當(dāng)?shù)皖l交
流信號低于第二預(yù)設(shè)數(shù)值，即對應(yīng)該手持探測器的指示數(shù)值為60時(shí)，則判斷故障位于配電
線路上距離變電站較近的檢測點(diǎn)的上游，也就是相對變電站的前半段配線電路。 這里80對應(yīng)低頻交流信號強(qiáng)度150毫安，60對應(yīng)低頻交流信號強(qiáng)度0毫安，探測
器顯示的數(shù)據(jù)和低頻交流信號強(qiáng)度兩者的正比例系數(shù)不固定，它與人的高度，手持探測器
高度，桿塔高度有關(guān)，這里只需要知道低頻交流信號的有無，80以上說明有信號，60以下說
明無信號，60到80不能判斷低頻交流信號強(qiáng)度，因此不能判斷故障方向，此時(shí)需要檢測人
的經(jīng)驗(yàn)判斷。 確定了故障位于的配電線路半段后，再選擇發(fā)生故障的部分配線電路上的一點(diǎn)作
為檢測點(diǎn)，最好是重點(diǎn)，重復(fù)上述的檢測判斷過程，直到確定故障的位置。 如果配線電路出現(xiàn)分支線路時(shí)，可以在每一條分支線路上距離分支點(diǎn)5米處，使
用手持探測器檢測配電線路中低頻交流信號。 當(dāng)?shù)皖l交流信號高于第一預(yù)設(shè)數(shù)值，即對應(yīng)該手持探測器的指示數(shù)值為80時(shí)，則 判斷故障位于本條分支線路上，當(dāng)?shù)皖l交流信號低于第二預(yù)設(shè)數(shù)值，即對應(yīng)該手持探測器 的指示數(shù)值為60時(shí)，則判斷故障不位于本條分支線路上。 然后在用二分法對故障所在的分支線路進(jìn)行檢測判斷。 圖4是本實(shí)用新型具體實(shí)施方式
中配電線路故障檢測的示意圖。如圖4所示，注 入低頻交流信號電流通過路徑節(jié)點(diǎn)O-節(jié)點(diǎn)1-節(jié)點(diǎn)2-節(jié)點(diǎn)3-節(jié)點(diǎn)f流入大地，并由大地 返回電源點(diǎn)。 電流從節(jié)點(diǎn)0注入，在節(jié)點(diǎn)1處，分別對節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)5支路和節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)2支 路進(jìn)行電流測量，結(jié)果是節(jié)點(diǎn)1到節(jié)點(diǎn)5支路的電流為較小，只是電容電流，節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2支 路的電流較大，是故障電流，由此可以判斷節(jié)點(diǎn)1節(jié)點(diǎn)2支路是故障回路的一員，繼續(xù)向前 巡測，節(jié)點(diǎn)2到節(jié)點(diǎn)3支路也是故障回路的一員，到節(jié)點(diǎn)3進(jìn)行檢測，節(jié)點(diǎn)3到節(jié)點(diǎn)4支路 電流較大，節(jié)點(diǎn)3到節(jié)點(diǎn)7支路電流較小，說明故障點(diǎn)在節(jié)點(diǎn)3到節(jié)點(diǎn)4支路或在下游，檢 測到節(jié)點(diǎn)4，節(jié)點(diǎn)3到節(jié)點(diǎn)4支路的電流較小，說明節(jié)點(diǎn)3到節(jié)點(diǎn)4支路為故障分支，到此， 節(jié)點(diǎn)0-節(jié)點(diǎn)1-節(jié)點(diǎn)2-節(jié)點(diǎn)3為故障路徑，故障點(diǎn)必在節(jié)點(diǎn)3到節(jié)點(diǎn)4支路的某一點(diǎn)上， 經(jīng)過以上幾步完成了故障路徑和故障分支的檢測任務(wù)。 確定故障分支以后，用二分法繼續(xù)尋找故障點(diǎn)。在某一個(gè)測量點(diǎn)，如果電流較大說 明故障點(diǎn)在下游，如果電流較小，說明故障點(diǎn)在上游，這樣很快就能找到故障點(diǎn)。這種二分 法的尋找速度是驚人的，比如在京廣鐵路上放一枚硬幣，用二分法只要找20次就能找到， 因此對于幾十公里的線路而言一般只需要測量4次便可以找到故障點(diǎn)。 在選擇低頻交流信號注入能量時(shí)需要知道線路的長度和故障接地電阻，而這兩個(gè) 關(guān)鍵量卻是不確定的。流入故障點(diǎn)的電流應(yīng)該能大于流過導(dǎo)線的分布電容電流，故障電阻 與分布電容的等效電路如圖5所示，故障電阻與分布電容的電流關(guān)系如圖6所示。 顯然，/ = VV "c2 。 為了進(jìn)行有效定位，手持探測器必須能夠區(qū)分電容電流和故障電流，怎樣區(qū)分呢， 只要讓電容電流等于或小于故障電流即可。由于總電容電流與故障電流相等，即在節(jié)點(diǎn)f 電流為Ir， Ir = Ic，所以在節(jié)點(diǎn)0處的電流為
5[0042] / = VV = a/V +// =我 其余各點(diǎn)電流都小于這個(gè)數(shù)值。在任何一個(gè)分支處，都是故障路徑的電流大，這是 因?yàn)槿康碾娙蓦娏鞑排c故障電流相等，所以在分支點(diǎn)上的其它支路的電流肯定小于故障 路徑的電流。 故障定位要想實(shí)用化，必須能夠?qū)拥仉娮?0kQ的故障進(jìn)行有效定位，所以不 妨就設(shè)接地電阻為20kQ，如果對20kQ的接地故障能定位，那么小于20kQ的接地故障肯 定能夠定位。 確定了接地電阻以后再確定注入信號電壓，如果希望故障電阻得到100mA的電
流，則注入信號電壓為U: U = 0. 1X20 X 103 = 2000V 當(dāng)故障電流大于或等于電容電流時(shí)，交流法能夠有效定位。如果這時(shí)的電容電流 也是lOOmA，則檢測故障將比較容易，注入電流為 / = = V x 100 = 141 otJ 為了延長交流定位法的有效定位長度，最容易想到的就是增加注入信號的電流， 比如將故障電流增加到200mA，但是提高注入信號能量并不能延長有效定位長度，這個(gè)道理 很簡單，適當(dāng)?shù)脑黾幼⑷腚娏鞔_實(shí)能夠提高定位的準(zhǔn)確性，那是因?yàn)榻涣餍盘柼綔y器需要 一定的能量，當(dāng)注入信號達(dá)到了探測器需要的能量以后，再增加注入能量就沒有作用了，此 時(shí)故障點(diǎn)電流增加，電容電流也在增加，用加大注入電壓增加注入電流的辦法來提高交流 定位的有效長度是不可能的。 有些故障2000V有可能不被擊穿，這時(shí)裝置會自動提高電壓，待故障被擊穿后， 裝置會自動調(diào)整電壓使電流固定在150mA左右，此時(shí)被擊穿的故障電阻值就會變小， 2000V-5000V的注入信號電壓足以保證注入電流保持在150mA。 以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的具體實(shí)施方式
，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不 局限于此，任何熟悉該技術(shù)的人在本實(shí)用新型所揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或 替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要 求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求一種配電網(wǎng)故障定位裝置，其特征在于，包括信號源和手持探測器，所述信號源用于產(chǎn)生低頻交流信號，所述手持探測器用于檢測注入故障相的低頻交流信號的強(qiáng)度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)故障定位裝置，其特征在于，所述信號源進(jìn)一步 包括控制單片機(jī)、VM0S管全橋電路、脈寬調(diào)制單元和液晶顯示單元，所述控制單片機(jī)用于觸 發(fā)控制、顯示控制、恒流控制和信號采集，所述VMOS管全橋電路用于產(chǎn)生60赫茲低頻信號， 所述脈寬調(diào)制單元用于調(diào)節(jié)電壓以保證恒流輸出，所述液晶顯示單元用于顯示操作。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種配電網(wǎng)故障定位裝置，其特征在于，所述VMOS管全橋電 路由4只VMOS管組成。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種配電網(wǎng)故障定位裝置，其特征在于，所述控制單片機(jī)型 號為C8051F310，液晶顯示單元型號為LCM064。
5. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種配電網(wǎng)故障定位裝置，其特征在于，所述信號源為輸出 電壓為0到5000伏，輸出電流強(qiáng)度為150毫安，輸出頻率為60赫茲的信號源。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種配電網(wǎng)故障定位裝置，其特征在于，所述手持探測器進(jìn) 一步包括單電源、控制單片機(jī)、液晶顯示單元、放大器和兩個(gè)有源濾波器，所述單電源用于 產(chǎn)生正5V和負(fù)4. 5V電源；所述控制單片機(jī)用于放大控制、顯示控制、電源控制和信號處 理；所述液晶顯示單元型號為LCM046，所述放大器為按鍵可控放大器，所述有源濾波器采 用URF42芯片。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種配電網(wǎng)故障定位裝置，其特征在于，所述單電源為9V單 電源，所述控制單片機(jī)型號為C8051F310。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種配電網(wǎng)故障定位裝置，包括信號源和手持探測器，信號源用于產(chǎn)生低頻交流信號，手持探測器用于檢測注入故障相的低頻交流信號的強(qiáng)度。采用了本實(shí)用新型的技術(shù)方案，不僅能夠快速地檢測到配電線路上故障發(fā)生的位置，而且檢測裝置使用也非常方便。
文檔編號G01R31/08GK201464599SQ20092010649
公開日2010年5月12日 申請日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者戚宇林, 戚曉林 申請人:黑龍江火地電氣科技有限公司