專利名稱：小電流接地故障在線定位裝置的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型屬于一種電力技術(shù)和設備，適用于3 60kV中性點非有效接地電網(wǎng)， 能夠在單相接地故障發(fā)生時，在帶故障運行的情況下進行準確定位。
背景技術(shù)：
我國3 60kV配電網(wǎng)廣泛采用中性點非有效接地方式，又稱為小電流接地系統(tǒng)， 小電流接地系統(tǒng)的故障絕大多數(shù)是單相接地故障。發(fā)生單相接地故障時，接地電流很小，可以在故障情況下繼續(xù)運行1 2個小時，但是必須盡快找到故障點，這就提出了帶電故障定位問題。小電流接地故障在線定位問題長期以來沒有得到很好的解決，人工巡線不僅耗費了大量人力物力，而且延長了停電時間，影響供電安全。目前現(xiàn)場存在兩種定位產(chǎn)品，第一種產(chǎn)品稱為“S”注入法，原理是從PT注入高頻信號，沿線路檢測該信號進行定位，但是由于線路分布電容對高頻信號形成通路，因此在正常線路和分支也能檢測注入信號，導致定位不準確。另一種產(chǎn)品稱為“故障指示器”，原理是測量線路故障電流進行定位，但是故障指示器測量的是相電流，由于單相接地電流遠小于負荷電流，因此“故障指示器”無法準確提取故障信息，導致定位不準確。綜上所述現(xiàn)場迫切需要實用、準確的在線定位裝置，提高配電網(wǎng)供電的可靠性和經(jīng)濟性。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，提出新的定位方法，并提供一種針對小電流接地故障的在線定位裝置。該定位裝置能夠快速、準確地確定故障點，并適用于金屬性接地、經(jīng)電弧接地、經(jīng)過渡電阻接地等多種故障情況。本實用新型的技術(shù)方案如下—種小電流接地故障在線定位裝置，該單相接地故障定位裝置由上位機和下位機兩個部分組成，其特征為所述的上位機包括信號源、上位機A/D轉(zhuǎn)換模塊、上位機CPU、上位機移動通信模塊、上位機GPS模塊，變電站電壓互感器相電壓二次繞組及零序電壓二次繞組通過上位機 A/D轉(zhuǎn)換模塊接入上位機CPU，所述上位機移動通信模塊、上位機GPS模塊均和信號源均與所述上位機CPU相連；所述的下位機包括下位機A/D轉(zhuǎn)換模塊、下位機CPU、下位機移動通信模塊、下位機GPS模塊，線路電流互感器二次側(cè)通過下位機A/D轉(zhuǎn)換模塊接入下位機CPU，所述下位機 CPU還分別與所述下位機移動通信模塊、下位機GPS模塊相連。所述上位機與下位機通過所述上位機移動通信模塊、下位機移動通信模塊無線通信連接。所述上位機安裝在變電站內(nèi)，所述下位機安裝在線路上，其中下位機為一個或多個。所述下位機采用鉗形表頭。所述信號源包括信號發(fā)生器、運算放大器、功率放大器和隔離變壓器，所述上位機 CPU、信號發(fā)生器、運算放大器、功率放大器和隔離變壓器順次相連，所述隔離變壓器的輸出端連接至變電站電壓互感器相電壓二次繞組。本實用新型的故障定位裝置通過以下方法實現(xiàn)故障定位所述的上位機裝置安裝于變電站內(nèi)，用于從變電站PT注入130-230HZ (不包括工頻50Hz的整數(shù)倍頻率)交流信號并測量母線注入信號的電壓相量，變電站PT相電壓二次繞組及零序電壓二次繞組接入上位機中，一旦上位機檢測到零序電壓超過啟動值，立即觸發(fā)信號源向故障相PT注入130-230HZ (不包括工頻50Hz的整數(shù)倍頻率)的交流信號。上位機的GPS模塊在獲得時標的同時發(fā)出秒脈沖信號，在每個整秒時刻觸發(fā)上位機A/D轉(zhuǎn)換模塊對注入信號的電壓進行采樣，上位機CPU采用FFT算法對采樣值進行計算，得到注入信號電壓信號的幅值和相位。所述的下位機裝置安裝在線路上，可以是一個或多個，用于測量注入信號的電流相量，下位機的GPS模塊在獲得時標的同時發(fā)出秒脈沖信號，在每個整秒時刻觸發(fā)下位機 A/D轉(zhuǎn)換模塊對注入信號的電流進行采樣，下位機CPU采用FFT算法對采樣值進行計算，得到注入信號電流信號的幅值和相位，然后利用移動通信方式將注入信號電流的幅值和相位以及對應的時標信息發(fā)送至上位機。上位機接收到下位機發(fā)送的注入信號電流幅值、相位后，通過時標對比，找到同一個時刻測量的電流的幅值和相位，從而計算出注入信號電壓和電流的相位差。如果相位差等于90度，則判斷故障點在該下位機的上游；如果相位差小于90度，則判斷故障點在該下位機的下游。這樣根據(jù)多個下位機的安裝位置，就能夠確定故障點的區(qū)段位置。本實用新型的優(yōu)點如下1、從變電站PT注入130-230HZ (不包括工頻50Hz的整數(shù)倍頻率)信號，不受50Hz 工頻負荷電流的影響。2、能夠確定故障點所在區(qū)域，下位機間距越小，定位越準確。3、同步測量注入信號電壓相量和電流相量，不受線路分布電容的影響，能夠有效解決高阻接地情況下的定位問題。4、下位機安裝在線路上，無需人工沿線路巡視。5、可以在帶故障運行情況下定位，提高系統(tǒng)運行的可靠性。6、技術(shù)成熟、可靠性高，適用于3 60kV中性點不接地或中性點經(jīng)消弧線圈接地的配電網(wǎng)，適用于金屬性接地、經(jīng)電弧接地、經(jīng)過渡電阻接地等多種故障情況。

圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是單相接地故障時注入信號回路的等值電路圖；圖3是信號源的原理圖；圖4是上位機的原理圖；圖5是下位機的原理圖。[0030]其中，在附圖1、2中，1為分支1，2為分支2，3為下位機裝置1，4為下位機裝置2， 5為上位機裝置。
具體實施方式
下面結(jié)合說明書如圖，通過具體實施例對本實用新型的技術(shù)方案作進一步詳細說明。本實用新型提出的一種新的定位方法，其原理是在線路帶單相接地故障運行的情況下，通過分析注入信號的電壓相量和電流相量的相位關(guān)系進行故障定位。定位裝置的上位機和下位機在異地對兩個相量進行同步測量，上位機裝置安裝在變電站內(nèi)，用于從變電站PT注入130-230HZ (不包括工頻50Hz的整數(shù)倍頻率)交流信號并測量母線注入信號的電壓相量。下位機裝置安裝在線路上，可以是一個或多個，用于測量注入信號的電流相量。 上位機和下位機通過移動通信方式進行信息傳遞，下位機將測量結(jié)果上傳到上位機，最終由上位機進行相量分析以及完成定位計算?；诒緦嵱眯滦脱兄频亩ㄎ谎b置由上位機和下位機兩個部分組成。所述的上位機裝置安裝于變電站內(nèi)，用于從變電站PT注入130-230HZ (不包括工頻50Hz的整數(shù)倍頻率) 交流信號并測量母線注入信號的電壓相量，由信號源、上位機A/D轉(zhuǎn)換模塊、上位機CPU、上位機移動通信模塊、上位機GPS模塊組成。變電站PT相電壓二次繞組及零序電壓二次繞組接入上位機中，一旦上位機檢測到零序電壓超過啟動值，立即觸發(fā)信號源向故障相PT注入 130-230HZ (不包括工頻50Hz的整數(shù)倍頻率)的交流信號。上位機的GPS模塊在獲得時標的同時發(fā)出秒脈沖信號，在每個整秒時刻觸發(fā)上位機A/D對注入信號的電壓進行采樣，上位機CPU采用FFT算法對采樣值進行計算，得到注入信號電壓信號的幅值和相位。所述的下位機裝置安裝在線路上，可以是一個或多個，用于測量注入信號的電流相量，由下位機A/D轉(zhuǎn)換模塊、下位機CPU、下位機移動通信模塊、下位機GPS模塊組成。下位機的GPS模塊在獲得時標的同時發(fā)出秒脈沖信號，在每個整秒時刻觸發(fā)下位機A/D轉(zhuǎn)換模塊對注入信號的電流進行采樣，下位機CPU采用FFT算法對采樣值進行計算，得到注入信號電流信號的幅值和相位，然后利用移動通信方式將注入信號電流的幅值和相位以及對應的時標信息發(fā)送至上位機。上位機接收到下位機發(fā)送的注入信號電流幅值、相位后，通過時標對比，找到同一個時刻測量的電流的幅值和相位，從而計算出注入信號電壓和電流的相位差。如果相位差等于90度，則判斷故障點在該下位機的上游；如果相位差小于90度，則判斷故障點在該下位機的下游。這樣根據(jù)多個下位機的安裝位置，就能夠確定故障點的區(qū)段位置。如圖1所示，定位裝置由上位機和下位機兩個部分組成，定位裝置的上位機和下位機在異地對兩個相量進行同步測量，上位機裝置安裝在變電站內(nèi)，用于從變電站PT注入 130-230HZ (不包括工頻50Hz的整數(shù)倍頻率)交流信號并測量母線注入信號的電壓相量。 下位機裝置安裝在線路上，可以是一個或多個，用于測量注入信號的電流相量。上位機和下位機通過移動通信方式進行信息傳遞，下位機將電流測量結(jié)果上傳到上位機，最終由上位機進行相量分析以及完成定位計算。單相接地故障時注入信號回路的等值電路如圖2所示。其中U為注入信號電壓， I為注入信號電流，在f點發(fā)生接地故障，R為接地電阻。由于線路上存在分布電容，所以故障點前后及非故障分支都能檢測到注入信號電流，但是由于故障點后和非故障分支注入信號電流特征是電容電流，因此電壓和電流相量的相位差為90度。而在故障點前的故障路徑上，由于電路中存在接地電阻，因此電壓和電流相量的相位差小于90度。在①②③④四個點安裝下位機檢測注入信號電流，必然檢測出電流么和與電壓 之間的相位角小于90 度，而電流h和λ與電壓 之間的相位角等于90度，這樣就可以準確判斷出故障點位于下位機③和④之間的區(qū)段。上位機的原理如圖3所示，由小電壓互感器器、上位機A/D、上位機CPU、上位機移動通信模塊、上位機GPS模塊、信號源組成。小電壓互感器連接變電站電壓互感器的二次側(cè)開口三角繞組，將電壓互感器輸出的交流0到100V的電壓變換為交流0到5V信號，交流0 到5V信號輸入到輸入運算放大器0P07中，0P07、基準電壓源AD584以及電阻Rl、R2、Rf構(gòu)成比例加法器。輸入運算放大器0P07輸出接到作為上位機CPU的8051F120的Pl. 0管腳上，8051F120內(nèi)部含有作為上位機A/D的ADC和附加基準電壓源。8051F120通過P4和P5 這兩個I/O 口中的P4. 0-P4. 7和P5. 0-P5. 6接點分別與作為上位機移動通信模塊的移動通信模塊M1206的Sub HD Pinl5端口的15個接點一一對應相連，用于驅(qū)動移動通信模塊 M1206，接收下位機的注入信號電流幅值相位數(shù)據(jù)。8051F120通過P6. 1、P6. 2、P6. 3、P6. 4 與作為上位機GPS模塊的GPS模塊M-87的端口 TXA、RXA、RXB、IPPS對應相連，用于接收秒脈沖和標準時鐘數(shù)據(jù)；信號源與上位機CPU相連，接收上位機CPU指令，發(fā)出注入信號。上位機信號源的原理如圖4所示，由上位機CPU、信號發(fā)生器、運算放大器、功率放大器和隔離變壓器組成。上位機信號源與上位機其他功能共用一個CPU即8051F120芯片。 8051F120的管腳P0. 1、P0. 2、P0. 3分別與作為信號發(fā)生器的AD9833的管腳P6、P7、P8相連，MCLK的輸出管腳OUT與AD9833的管腳P5相連，AD9833的信號輸出管腳PlO輸出到電阻R2 ；電阻Rl、R2、Rf與運算放大器OPA組成放大電路；放大器輸出連接到兩個串聯(lián)的二極管連接點處；電阻R11、R12、R13、R14、二極管1N4001、電容Cl、功率放大器NPN_D1、PNP_D2、 穩(wěn)壓管PDl共同組成功率放大器；功率放大器的輸出端接到隔離變壓器的一次側(cè)，二次側(cè)輸出信號到電力線路高壓PT的二次側(cè)，用于向故障相PT注入130-230HZ (不包括工頻50Hz 的整數(shù)倍頻率)的交流信號；功率放大器的輸出端還與8051F120芯片的管腳Pl. 1相連，用于測量信號源的輸出電壓。下位機的原理如圖5所示，由小電流互感器、下位機A/D、下位機CPU、下位機移動通信模塊、下位機GPS模塊組成。小電流互感器與二次側(cè)并聯(lián)的電阻Rz共同組成了電流/ 電壓轉(zhuǎn)換器，用于測量線路上的電流。線路側(cè)的高壓電流互感器的二次側(cè)輸出電流接到小電流互感器的一次側(cè)，電流/電壓轉(zhuǎn)換器輸出交流0到5V信號。交流0到5V信號輸入到輸入運算放大器0P07中，0P07、基準電壓源AD584以及電阻Rl、R2、Rf構(gòu)成比例加法器。輸入運算放大器0P07輸出接到作為下位機CPU的8051F120的Pl. 0管腳上，8051F120內(nèi)部含有作為下位機A/D的ADC和附加基準電壓源。8051F120通過P4和P5這兩個I/O 口中的 P4. 0-P4. 7和P5. 0-P5. 6接點分別與移動通信模塊M1206的Sub HD Pinl5端口的15個接點一一對應相連，用于驅(qū)動作為下位機移動通信模塊的移動通信模塊M1206，將計算出的電流信號幅值相位數(shù)據(jù)通過移動通信模塊M1206傳輸?shù)缴衔粰C中。8051F120通過P6. 1、P6. 2、 P6. 3、P6. 4與作為下位機GPS模塊的GPS模塊M-87的端口 TXA、RXA、RXB、IPPS對應相連， 用于接收秒脈沖和標準時鐘數(shù)據(jù)。
權(quán)利要求1.一種小電流接地故障在線定位裝置，該單相接地故障定位裝置由上位機和下位機兩個部分組成，其特征為所述的上位機包括信號源、上位機A/D轉(zhuǎn)換模塊、上位機CPU、上位機移動通信模塊、上位機GPS模塊，變電站電壓互感器相電壓二次繞組及零序電壓二次繞組通過上位機A/D轉(zhuǎn)換模塊接入上位機CPU，所述上位機移動通信模塊、上位機GPS模塊均和信號源均與所述上位機CPU相連；所述的下位機包括下位機A/D轉(zhuǎn)換模塊、下位機CPU、下位機移動通信模塊、下位機GPS 模塊，線路電流互感器二次側(cè)通過下位機A/D轉(zhuǎn)換模塊接入下位機CPU，所述下位機CPU還分別與所述下位機移動通信模塊、下位機GPS模塊相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小電流接地故障在線定位裝置，其特征為所述上位機安裝在變電站內(nèi)，所述下位機安裝在線路上，其中下位機為一個或多個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的小電流接地故障在線定位裝置，其特征為所述下位機采用鉗形表頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的小電流接地故障在線定位裝置，其特征為所述信號源包括信號發(fā)生器、運算放大器、功率放大器和隔離變壓器，所述上位機CPU、 信號發(fā)生器、運算放大器、功率放大器和隔離變壓器順次相連，所述隔離變壓器的輸出端連接至變電站電壓互感器相電壓二次繞組。
專利摘要本實用新型公開了一種小電流接地故障的在線定位裝置，所述的上位機包括信號源、上位機A/D轉(zhuǎn)換模塊、上位機CPU、上位機移動通信模塊、上位機GPS模塊，變電站PT相電壓二次繞組及零序電壓二次繞組通過上位機A/D轉(zhuǎn)換模塊接入上位機CPU，所述上位機移動通信模塊、上位機GPS模塊均和信號源均與所述上位機CPU相連；所述的下位機包括下位機A/D轉(zhuǎn)換模塊、下位機CPU、下位機移動通信模塊、下位機GPS模塊，線路電流互感器二次側(cè)通過下位機A/D轉(zhuǎn)換模塊接入下位機CPU，所述下位機CPU還分別與所述下位機移動通信模塊、下位機GPS模塊相連。本實用新型技術(shù)成熟、可靠性高。
文檔編號G01R31/08GK202033449SQ20112007276
公開日2011年11月9日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月18日
發(fā)明者李巖松, 李硯, 齊鄭 申請人:北京丹華昊博電力科技有限公司, 華北電力大學