一種小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測指示方法與設(shè)備的制作方法
【專利摘要】中國等國家配電網(wǎng)主要采用小電流接地方式。小電流接地配電網(wǎng)大部分故障是單相高阻接地故障，故障過程中產(chǎn)生的暫態(tài)電容電流信號幅值低、持續(xù)時(shí)間短，故障檢測難度高，缺乏有效的故障檢測指示設(shè)備。本發(fā)明公開了一種小電流接地配電網(wǎng)的故障檢測指示方法與饋線監(jiān)測單元設(shè)備。饋線監(jiān)測單元采用帶功率控制的取電裝置供電，使用電容式電壓傳感器采集電壓信號，電子式電流傳感器采集電流信號，在檢測到疑似接地故障后，無線同步觸發(fā)另外兩相，通過時(shí)分復(fù)用無線通信模式傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主站平臺軟件上匯聚多個(gè)點(diǎn)的三相饋線監(jiān)測單元數(shù)據(jù)后，根據(jù)計(jì)算出的零序電壓和零序電流作出接地故障檢測，下發(fā)故障信號到故障相上故障點(diǎn)之前的饋線監(jiān)測單元進(jìn)行故障指示。
【專利說明】—種小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測指示方法與設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總的涉及配電自動化中饋線自動化部分的故障檢測指示，特別是用于小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測、指示的方法與設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]電力系統(tǒng)中電源來自發(fā)電廠，并通過高壓或超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)傳送到負(fù)荷側(cè)，然后由電壓等級較低的網(wǎng)絡(luò)把電能分配到不同電壓等級的用戶，這種在電力網(wǎng)中主要起分配電能作用的網(wǎng)絡(luò)就稱為配電網(wǎng)絡(luò)，簡稱配電網(wǎng)。在電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)是影響用戶供電可靠性的短板。配電網(wǎng)的投資相對不足，自動化水平低，是一個(gè)十分薄弱的環(huán)節(jié)，世界各國都有這個(gè)問題，在中國這一問題更為突出。根據(jù)2009年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，扣除缺電因素，目前中國用戶的停電時(shí)間95%以上都是由配電網(wǎng)引起的。
[0003]配電網(wǎng)常見的故障主要有短路故障和接地故障。短路故障包括三相短路和兩相短路，接地故障常見類型是單相接地故障。對于短路故障的檢測技術(shù)上已經(jīng)很成熟，而對于單相接地故障的檢測，特別是對于小電流接地配電網(wǎng)的單相接地故障，目前還缺乏有效的方法，被公認(rèn)為世界性難題。
[0004]中國和一些國家的配電網(wǎng)多為小電流接地配電網(wǎng)，絕大多數(shù)故障都是單相接地故障。小電流接地配電網(wǎng)主要優(yōu)點(diǎn)在于:單相接地故障時(shí)未形成短路回路，系統(tǒng)中只產(chǎn)生很小的接地電流，三相線電壓依然對稱，并不影響系統(tǒng)的正常工作。中國電力規(guī)程規(guī)定，發(fā)生單相接地故障時(shí)，小電流接地配電網(wǎng)可帶故障繼續(xù)運(yùn)行I?2h。這樣能夠提高供電的可靠性，得到了廣泛的應(yīng)用。
[0005]但是發(fā)生單相接地故障后，必須盡快找到單相接地故障點(diǎn)，排除故障。否則接地故障產(chǎn)生的過電壓，可以導(dǎo)致電纜爆炸、電壓互感器PT燒毀、母線燒毀等電力系統(tǒng)事故。同時(shí)接地線路如果當(dāng)作正常線路長期運(yùn)行，會給當(dāng)?shù)鼐用瘛⒓倚蟀踩珟順O大的隱患。2010年，廣西河池市發(fā)生配電架空線路單相高阻接地長期運(yùn)行，導(dǎo)致人身觸電死亡事故。此類惡性事故案例時(shí)有發(fā)生，極大地威脅了電網(wǎng)安全生產(chǎn)。
[0006]小電流接地配電網(wǎng)的接地方式主要是不接地和經(jīng)消弧線圈接地。根據(jù)DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》，對純架空線路或架空線與電纜混合構(gòu)成的1kV配網(wǎng)，如果接地故障時(shí)的電容電流小于10A，可以采用不接地方式，但是當(dāng)電容電流大于10A，就必須裝設(shè)消弧線圈。
[0007]配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，當(dāng)發(fā)生單相接地故障的時(shí)候，在A、B、C三相上不會產(chǎn)生大的故障電流，以下分這兩種情況詳述:
[0008]I配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地方式
[0009]配電網(wǎng)中性點(diǎn)N不接地時(shí)，當(dāng)A、B、C三相中的一相，例如A相上某點(diǎn)發(fā)生接地，如圖所示。在故障最初階段，故障相A相的電壓將迅速跌落，非故障相B相和C相的電壓將迅速上升，中性點(diǎn)電壓也迅速上升，此時(shí)A相饋線對地分布電容將通過接地點(diǎn)迅速對地放電，B相和C相饋線對地分布電容將通過接地點(diǎn)迅速對地充電，形成一個(gè)短暫的充放電過程(1ms~20ms),產(chǎn)生比較大的暫態(tài)電容電流。隨后系統(tǒng)將進(jìn)入穩(wěn)態(tài)，電源通過非故障相分布電容、接地點(diǎn)，產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)的穩(wěn)態(tài)電容電流。在此過程中，暫態(tài)電容電流遠(yuǎn)大于穩(wěn)態(tài)電容電流。
[0010]三相線路的電流直接相加，就可以得到線路的零序電流。同理，三相線路的電壓直接相加，可以得到線路的零序電壓。在這個(gè)過程中，故障線路的零序電流如圖2所示。接地故障發(fā)生之前，線路的零序電流非常小，近似為0，當(dāng)接地故障發(fā)生時(shí)，首先出現(xiàn)的是電容充放電暫態(tài)過程，產(chǎn)生比較大的高頻暫態(tài)電容電流，隨后維持一個(gè)主要能量集中在工頻(50Hz或60Hz)的穩(wěn)態(tài)電容電流。
[0011]2配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地方式
[0012]配電網(wǎng)中性點(diǎn)N經(jīng)消弧線圈接地時(shí)，當(dāng)A、B、C三相中的一相，例如A相上某點(diǎn)發(fā)生接地，如圖3所示。和不接地類似，在故障最初階段，故障相A相的電壓將迅速跌落，非故障相B相和C相的電壓將迅速上升，中性點(diǎn)電壓也迅速上升，此時(shí)A相饋線對地分布電容將通過接地點(diǎn)迅速對地放電，B相和C相饋線對地分布電容將通過接地點(diǎn)迅速對地充電，形成一個(gè)短暫的充放電過程(1ms~20ms)，產(chǎn)生比較大的暫態(tài)電容電流。隨后消弧線圈L將會產(chǎn)生一個(gè)補(bǔ)償電流，補(bǔ)償電源通過非故障相分布電容、接地點(diǎn)產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)電容電流，隨后系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)。采用中性點(diǎn)N經(jīng)消弧線圈接地方式，故障線路上的穩(wěn)態(tài)電容電流將會變得很小，不會產(chǎn)生如圖2所示的較大的穩(wěn)態(tài)零序電流，但是故障線路上的暫態(tài)電容電流不受影響。
[0013]小電流接地特別是經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)的單相接地故障，暫態(tài)故障電流持續(xù)時(shí)間很短，穩(wěn)態(tài)故障電流很小，而且統(tǒng)計(jì)表明，絕大多數(shù)單相接地故障的接地電阻大于800 Ω，屬于高阻接地，如經(jīng)樹枝、經(jīng)草地、經(jīng)潮濕墻壁等接地，這時(shí)的暫態(tài)故障電流也不大，持續(xù)時(shí)間又非常短，只有10~20ms。因而小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測和定位，公認(rèn)為世界性難題，現(xiàn)在主要有以下幾種用于小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測的方法和裝置:
[0014]I在變電站進(jìn)行小電流選線及其裝置
[0015]現(xiàn)有的小電流接地選線裝置，可以選出變電站母線的出線中，哪一條線路發(fā)生了接地故障。以圖1和圖3為例，變電站母線有2條出線，一條為故障線路，另一條為故障線路，小電流接地選線裝置，可以選出其中的故障線路。
[0016]小電流接地選線裝置通過采集變電站母線上的零序電壓和各個(gè)分支線的零序電流，采用零序電壓的突然升高作為接地選線觸發(fā)條件，再利用各個(gè)分支線零序電流的穩(wěn)態(tài)信息和暫態(tài)信息，選擇故障線路。根據(jù)其使用信息不同，可以分成穩(wěn)態(tài)選線裝置和暫態(tài)選線
>J-U ρ?α裝直。
[0017]穩(wěn)態(tài)選線裝置選線依據(jù)主要有:
[0018](I)故障線路的零序電流幅度最大；
[0019](2)故障線路的零序電流相位和非故障線路反相；
[0020](3)故障線路的零序無功功率為負(fù)；
[0021](4)故障線路的零序有功功率大；
[0022](5)故障線路的5次諧波電流大而且與非故障線路反相；
[0023](6)故障線路的負(fù)序電流大。
[0024]暫態(tài)選線裝置選線依據(jù)主要有:
[0025](I)故障線路和非故障線路在相電壓達(dá)到最大時(shí)的暫態(tài)零序電流和電壓首半波的幅值與相位均不同；
[0026](2)采用其他處理方法如小波提取出的零序電流暫態(tài)信息特征，并配合人工智能如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行故障線路和非故障線路的識別。
[0027]小電流接地選線裝置的主要缺點(diǎn)是:
[0028](I)采用變電站已有的PT和CT影響選線可靠性和準(zhǔn)確性
[0029]作為小電流接地選線裝置觸發(fā)信號的母線零序電壓必須通過并聯(lián)在母線上的PT獲得，PT的鐵磁諧振會對的選線造成較大干擾。
[0030]由于專用零序CT體積大、成本高，而且需要停電安裝，小電流接地選線裝置獲取零序電流通常不是通過專用零序CT得到，而是由變電站已有三相或兩相測量用CT獲得。理想的CT，沒有勵(lì)磁損耗電流，一次線圈和二次線圈的安匝數(shù)在數(shù)值上相等，一次測電流和二次測電流相位相同且沒有相位偏移。實(shí)際應(yīng)用的CT，存在勵(lì)磁電流，因而一次線圈和二次線圈的安匝數(shù)并不相等，一次電流和二次電流的相位也并不相同。因此，實(shí)際的CT通常有相位上的角度誤差和變化誤差，造成三相CT不平衡，由三相CT疊加得到的零序電流中有不平衡電流，和實(shí)際零序電流存在誤差，影響選線結(jié)果。另外傳統(tǒng)的測量用CT，由于有磁芯，磁芯的勵(lì)磁特性是非線性的，影響從小電流到大電流時(shí)的電流線性度；而磁芯在電流大的時(shí)候，會出現(xiàn)磁飽和問題，會導(dǎo)致CT飽和，在實(shí)際應(yīng)用中，中低壓電網(wǎng)時(shí)常發(fā)生CT飽和現(xiàn)象，此時(shí)無法獲得正確的零序電流進(jìn)行選線；磁芯存在儲能環(huán)節(jié)和磁滯環(huán)節(jié)，這使得CT暫態(tài)特性不好，對電流突變的跟隨不好，難以準(zhǔn)確捕獲微弱暫態(tài)信號。
[0031](2)不能準(zhǔn)確定位接地故障的位置
[0032]小電流接地選線只能安裝在配電網(wǎng)母線分線處，只能用于選出出現(xiàn)接地故障的分支線路，而不能定位分支線現(xiàn)接地故障的位置。
[0033]2信號注入法及其裝置
[0034]信號注入法采用注入信號源法配合故障指示器可以檢測定位大接地電流的永久接地故障。該方法的原理是:當(dāng)變電站檢測到零序電壓顯著上升并且持續(xù)一段時(shí)間后，零序電流大于閾值并且持續(xù)一段時(shí)間后，可以判斷出發(fā)生了接地故障，需要投入消弧線圈，此時(shí)在主變壓器的中性點(diǎn)注入一定模式的故障電流信號，在接地故障點(diǎn)之前的故障指示器均可以檢測到該信號并給出指示，而在接地故障點(diǎn)之后的故障指示器均無法檢測到該信號并不會動作，從而可以標(biāo)識出接地故障發(fā)生的位置。
[0035]如圖4所示，接地信號源在變電站接地變壓器的中性點(diǎn)對地之間接入可控的阻性負(fù)載(中電阻，通常為100多歐姆)。故障時(shí)，在微機(jī)控制下，變電站接地變壓器的中性點(diǎn)上(無接地變壓器時(shí)時(shí)可接在母線中性點(diǎn)上)的阻性負(fù)載信號源自動短時(shí)投入，從而在變電站和現(xiàn)場接地點(diǎn)之間產(chǎn)生特殊的小的編碼信號電流。通過對接地信號源的阻性負(fù)載投切的編碼控制，可以產(chǎn)生疊加在負(fù)載電流上的編碼電流信號。變電站出線和線路分支點(diǎn)各處安裝的接地故障指示器，檢測到這個(gè)電流信號后自動動作指示，達(dá)到指示故障的目的。
[0036]注入信號源法具有如下缺點(diǎn):
[0037](I)需要在變電站加裝信號源，改變了系統(tǒng)運(yùn)行方式；
[0038](2)信號源和其他設(shè)備需要額外投資和施工，施工過程中需要停電；
[0039](3)對于常見的接地電阻在800歐姆以上的接地故障，無法產(chǎn)生足夠大的編碼信號電流使故障指示器動作，無法檢測高阻接地故障；
[0040](4)無法檢測瞬時(shí)接地故障。
[0041]3基于聯(lián)網(wǎng)配網(wǎng)檢測終端FTU接地故障檢測定位方法
[0042]基于聯(lián)網(wǎng)FTU接地故障檢測定位方法如圖5所示，該方法通過在線路上開關(guān)附近安裝和開關(guān)配套的配網(wǎng)檢測終端FTU，來記錄故障時(shí)的三相電流、電壓波形數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)發(fā)送到配網(wǎng)自動化主站進(jìn)行分析，確定故障點(diǎn)所在的開關(guān)區(qū)段。
[0043]基于聯(lián)網(wǎng)FTU接地故障檢測定位方法的主要缺點(diǎn)是；
[0044](I)需要安裝開關(guān)，而且開關(guān)內(nèi)部必須要有CT和PT，開關(guān)和FTU投資非常巨大；
[0045](2)測量CT難以捕獲小電流暫態(tài)信號，大電流會飽和，三相疊加生成零序的時(shí)候由于三相不平衡會造成較大誤差，對高阻接地很難檢測；
[0046](3) PT有鐵磁諧振問題；
[0047](4)安裝開關(guān)和FTU需要線路停電施工；
[0048](5)只能定位到開關(guān)之間的區(qū)段，無法做到更準(zhǔn)確的定位；
[0049](6)在架空線上為FTU提供電源非常困難，影響其安裝和正常工作。
[0050]目前，小電流接地系統(tǒng)，特別是中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，缺乏有效的接地故障檢測方法與設(shè)備，不能迅速地檢測出接地故障，指示接地位置。很多供電部門仍在使用拉線法等人工排查法定位接地故障，這些方法自動化程度很低，實(shí)施困難、效率低下，無法滿足電力系統(tǒng)繼續(xù)提高供電可靠性的要求，正成為改善電能質(zhì)量、提高供電可靠性的主要困難之一。為了提高小電流接地配電網(wǎng)供電可靠性，有必要提供一種方法和設(shè)備，在小電流接地配電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障后，不論是低阻接地還是高阻接地，瞬時(shí)故障還是永久故障，都可以有效地進(jìn)行檢測和指示。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0051 ] 本發(fā)明提供了一種小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測、指示的方法與設(shè)備。
[0052]按照本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明公開了一種小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測、指示的方法，其包括:
[0053](I)主要電源從配電網(wǎng)饋線上取電而且取電功率受控，電池作為備用電源，只要配電網(wǎng)沒有停電，就可以持續(xù)獲得工作的電源；
[0054](2)通過電容式電壓傳感器拾取每一相電壓；
[0055](3)通過電子式電流傳感器拾取每一相電流；
[0056](4)通過每一相電壓信號進(jìn)行帶通處理，得到暫態(tài)電壓信號，提取暫態(tài)電壓信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，當(dāng)上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報(bào)警；
[0057](5)通過每一相電流信號進(jìn)行帶通處理，得到暫態(tài)電流信號，提取暫態(tài)電流信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，當(dāng)上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報(bào)警；
[0058](6)疑似接地故障相無線同步觸發(fā)其他相，通知其他相上傳電壓、電流波形數(shù)據(jù)；
[0059](7)每一相采用時(shí)分復(fù)用的無線通信方式，確保實(shí)時(shí)雙向通信，通過無線通信方式匯聚三相電壓、電流波形數(shù)據(jù)；
[0060](8)每一相通過無線對時(shí),實(shí)現(xiàn)和其他相時(shí)間同步；
[0061](9)根據(jù)多個(gè)位置的三相電壓、電流波形數(shù)據(jù)，計(jì)算出零序電壓、零序電流進(jìn)行接地故障檢測，檢測出接地故障之后，將接地故障信號下發(fā)，在故障相上接地故障點(diǎn)之前進(jìn)行接地故障指示。
[0062]按照本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明公開了一種小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測、指示的設(shè)備——饋線監(jiān)測單元，其包括:
[0063](I)饋線夾持裝置，由卡線彈簧、線托、閉鎖機(jī)構(gòu)、阻尼機(jī)構(gòu)組成；
[0064](2)帶功率控制的取電裝置，用于從配電網(wǎng)饋線上取到足夠系統(tǒng)工作的電源；
[0065](3)電源管理裝置，用于對取電裝置和后備電池進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換和切換；
[0066](4)電壓、溫度一體化傳感器，用于從配電網(wǎng)饋線上拾取電壓信號，饋線溫度信號;
[0067](5)電子式電流傳感器，用于從配電網(wǎng)饋線上拾取電流信號；
[0068](6)無線同步觸發(fā)裝置，用于觸發(fā)通知其他相上傳電壓、電流波形數(shù)據(jù)，并可以輔助對時(shí)；
[0069](7)無線通信裝置，采用時(shí)分復(fù)用的通信模式，和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并可以同步對時(shí)；
[0070](8)與取電裝置、電源管理裝置、電壓、溫度一體化傳感器、電子式電流傳感器、無線通信裝置、無線同步觸發(fā)裝置、故障指示裝置相連的處理裝置，用于控制取電、電源切換，采集各種電壓、電流、溫度、無線同步觸發(fā)信號，對電壓、電流信號進(jìn)行處理，進(jìn)行無線通信，保持時(shí)間同步，接收遠(yuǎn)方傳送來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障指示；
[0071](9)故障指示裝置，用廣角高亮發(fā)光二極管，采用不同頻率和不同閃燈模式指示不同故障。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0072]圖1顯示了中性點(diǎn)N不接地的配電網(wǎng)單相接地故障電流。
[0073]圖2顯示了單相接地故障發(fā)生后故障線路零序電流。
[0074]圖3顯示了中性點(diǎn)N經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)單相接地故障電流。
[0075]圖4顯示了注入信號源法接地故障檢測原理。
[0076]圖5顯示了基于聯(lián)網(wǎng)FTU接地故障檢測方法原理。
[0077]圖6A、圖6B、圖6C、圖6D顯示了本發(fā)明的方法原理。圖6A顯示了發(fā)生單相接地故障時(shí)，故障相配電網(wǎng)饋線監(jiān)測單元監(jiān)測到短時(shí)電壓、電流劇烈變化。圖6B顯示了故障相配電網(wǎng)饋線監(jiān)測單元檢測到疑似接地故障后，通過無線同步觸發(fā)其他相饋線監(jiān)測單元。圖6C顯示了三相配電網(wǎng)饋線監(jiān)測單元通過無線通信傳輸電壓、電流波形數(shù)據(jù)，將三相饋線監(jiān)測單元的電壓、電流波形數(shù)據(jù)匯聚到通信終端，再上傳給系統(tǒng)主站。圖6D顯示了，系統(tǒng)主站的平臺軟件在做出接地故障檢測后，下發(fā)接地故障信號到配電網(wǎng)故障相上故障點(diǎn)之前的饋線監(jiān)測單元進(jìn)行指示。
[0078]圖7A、圖7B、圖7C顯示了本發(fā)明的無線同步觸發(fā)方式。圖7A顯示的是A相同時(shí)觸發(fā)B相、C相；圖7B顯示的是A相先觸發(fā)B相，B相再觸發(fā)C相；圖7C顯示的是A相先觸發(fā)通信終端，通信終端再觸發(fā)B相、C相
[0079]圖8顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的設(shè)備饋線監(jiān)測單元，設(shè)備處在饋線夾持機(jī)構(gòu)打開待安裝的狀態(tài)。
[0080]圖9顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的設(shè)備饋線監(jiān)測單元，處在饋線夾持機(jī)構(gòu)閉饋的狀態(tài)。
[0081]圖10顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的設(shè)備饋線監(jiān)測單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。
[0082]圖11顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的設(shè)備饋線監(jiān)測單元的故障指示裝置。

【具體實(shí)施方式】
[0083]圖6顯示了本發(fā)明的方法原理。
[0084]圖6A顯示了，當(dāng)小電流接地配電網(wǎng)饋線某一相發(fā)生單相接地故障后，在接地故障暫態(tài)過程中，接地點(diǎn)的兩側(cè)電壓和電流在一個(gè)很短的時(shí)間內(nèi)，會發(fā)生劇烈變化，產(chǎn)生異常暫態(tài)電壓信號和電流信號。本發(fā)明公開的饋線監(jiān)測單元使用電容式電壓傳感器，不會出現(xiàn)PT的鐵磁諧振問題，可以可靠地拾取到暫態(tài)電壓信號。本發(fā)明公開的饋線監(jiān)測單元使用電子式電流傳感器，對電流測量的精度高、線性度好，對小電流和大電流的測量都可以有很高的精度，大電流不飽和，暫態(tài)特性好，可以可靠地拾取到暫態(tài)電流信號。在小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障暫態(tài)過程中，故障相配電網(wǎng)饋線監(jiān)測單元通過電容式電壓傳感器和電子式電流傳感器，可以監(jiān)測到暫態(tài)電壓信號、暫態(tài)電流信號異常。
[0085]圖6B顯示了，配電網(wǎng)故障相饋線監(jiān)測單元檢測到疑似接地故障后，通過無線同步觸發(fā)其他相饋線監(jiān)測單元上傳監(jiān)測到的電壓、電流波形數(shù)據(jù)。
[0086]圖6C顯示了，三相配電網(wǎng)饋線監(jiān)測單元通過無線通信傳輸電壓、電流波形數(shù)據(jù)，將三相饋線監(jiān)測單元的電壓、電流波形數(shù)據(jù)匯聚到通信終端，也可以將兩相饋線監(jiān)測單元的電壓、電流波形數(shù)據(jù)匯聚到三相饋線監(jiān)測單元其中的一相，由通信終端或饋線監(jiān)測單元將電壓、電流波形數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)主站的平臺軟件。
[0087]圖6D顯示了，系統(tǒng)主站的平臺軟件在得到多個(gè)位置的三相配電網(wǎng)饋線監(jiān)測單元電壓、電流波形數(shù)據(jù)之后，可以計(jì)算出的多個(gè)位置的零序電壓、零序電流波形，并根據(jù)零序電壓、零序電流波形特征，做出接地故障檢測，下發(fā)接地故障信號到配電網(wǎng)故障相上故障點(diǎn)之前的饋線監(jiān)測單元進(jìn)行指示。
[0088]當(dāng)某一相饋線監(jiān)測單元監(jiān)測到疑似接地故障后，需要迅速通知另外兩相上傳電壓、電流波形數(shù)據(jù)，通過三相電壓、電流波形數(shù)據(jù)，得到零序電壓和零序電流信號，進(jìn)行進(jìn)一步的接地故障判斷。本發(fā)明提出的饋線監(jiān)測單元的無線同步觸發(fā)裝置，可以使用紅外線、聲音、超聲波、磁場、電磁場中的任何一種或組合作為觸發(fā)信號，發(fā)送至另外兩相。同時(shí)饋線監(jiān)測單元無線同步觸發(fā)裝置還可以接收無線同步觸發(fā)信號。無線同步觸發(fā)模式有如下幾種:
[0089](I)如圖7A所示，假設(shè)A相饋線監(jiān)測單元監(jiān)測到疑似接地故障，A相饋線監(jiān)測單元就通過無線同步觸發(fā)裝置，無線同步觸發(fā)B相饋線監(jiān)測單元和C相饋線監(jiān)測單元；
[0090](2)如圖7B所示，假設(shè)A相饋線監(jiān)測單元監(jiān)測到疑似接地故障，A相饋線監(jiān)測單元就通過無線同步觸發(fā)裝置，無線同步觸發(fā)B相饋線監(jiān)測單元，隨后B相饋線監(jiān)測單元再無線同步觸發(fā)C相饋線監(jiān)測單元；
[0091](3)如圖7C所示，假設(shè)A相饋線監(jiān)測單元監(jiān)測到疑似接地故障，A相饋線監(jiān)測單元就通過無線同步觸發(fā)裝置，無線同步觸發(fā)通信終端，通信終端再無線同步觸發(fā)B相饋線監(jiān)測單元和C相饋線監(jiān)測單元。
[0092]圖8顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的設(shè)備100，即饋線監(jiān)測單元，設(shè)備100處在饋線夾持機(jī)構(gòu)打開待安裝的狀態(tài)。設(shè)備100的殼體由上臂101、主體104、透明下殼體105組成。上臂101由兩半102和103組成，102內(nèi)裝有電子式電流傳感器的一部分，103內(nèi)裝有取電裝置的一部分。設(shè)備的取電裝置剩余部分、電源管理裝置、電子式電流傳感器剩余部分、無線同步觸發(fā)裝置、無線通信裝置、處理裝置、故障指示裝置位于主體104內(nèi)，故障指示裝置的指示LED發(fā)出的光通過透明下殼體105發(fā)射出來。所有裝置用灌封膠將全部灌封在主體104內(nèi)。
[0093]設(shè)備100的取電裝置核心是一具有閉合磁路的磁性元件，如圓環(huán)形或其他具有類似閉合磁路的磁性元件，該閉合磁路包圍配電網(wǎng)饋線106，將這一磁性元件切成兩部分，一部分位于上臂103內(nèi)，一部分位于主體104內(nèi)。磁性元件上繞有取電用的線圈，該線圈連接功率控制電路。為了能夠讓取電裝置在配電網(wǎng)饋線106上流過電流很小時(shí)就能取到足夠多的電源，兩部分磁性元件通過閉鎖裝置，實(shí)現(xiàn)磁路閉合緊密，閉鎖裝置由位于上臂軸116內(nèi)的閉鎖彈簧、阻尼器和位于上臂103內(nèi)的磁性元件的按壓彈簧組成，閉鎖彈簧使得上臂和主體緊密接觸，阻尼器可以減緩上臂在閉鎖過程中的沖擊力，上臂103內(nèi)的磁性元件和主體104內(nèi)的磁性元件再通過按壓彈簧實(shí)現(xiàn)緊密接觸。
[0094]傳統(tǒng)的取電裝置，如果在配電網(wǎng)饋線106上流過的電流較小時(shí)，能取到足夠設(shè)備100工作的電源時(shí)，那么在配電網(wǎng)饋線106上流過的電流很大時(shí)，磁性元件就會飽和，而取不到電；如果在配電網(wǎng)饋線106上流過的電流很大時(shí)，磁性元件不飽和，那么在配電網(wǎng)饋線106上流過的電流較小時(shí)，就不能取到足夠設(shè)備100工作的電源。本發(fā)明通過功率控制電路可以使得磁性元件在配電網(wǎng)饋線106上流過的電流較小時(shí)，能取到足夠設(shè)備100作的電源，當(dāng)配電網(wǎng)饋線106上流過的電流很大時(shí)，功率控制電路可以使磁性元件不飽和，仍然能夠取到足夠設(shè)備100工作的電源。
[0095]設(shè)備100電源管理裝置將取電裝置得到的電源，轉(zhuǎn)換成系統(tǒng)工作電源，當(dāng)配電網(wǎng)饋線停電以及取電裝置電源無法供電的情況下，自動切換到后備電池供電，當(dāng)取電裝置電源可以供電的情況下，自動切換到取電裝置供電。
[0096]設(shè)備100通過電壓、溫度一體化傳感器117拾取電壓和溫度信號，傳感器117由不銹鋼制成，和配電網(wǎng)饋線緊密接觸，具有良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱特性，可以拾取饋線上的電壓信號，同時(shí)也能將饋線上的熱傳導(dǎo)至熱敏元件。
[0097]設(shè)備100通過電子式電流傳感器拾取電流信號，電子式電流傳感器可以是電流互感器CT，可以是電流互感器，也可以是繞線式羅氏線圈，也可以是印制電路板式羅氏線圈，電子式電流傳感器測量磁路的一部分位于上臂102內(nèi)，另一部分位于主體104內(nèi)。
[0098]設(shè)備100通過饋線夾持裝置，卡裝在饋線上，同時(shí)可以在使用羅氏線圈電子式電流傳感器的情況下，讓饋線處于羅氏線圈磁路中心位置。設(shè)備100的饋線夾持裝置由4根卡線彈簧107、108、109、110，4個(gè)固定卡線彈簧的彈簧銷111、112、113、114，以及線托115組成。
[0099]圖9顯示了按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的設(shè)備100饋線監(jiān)測單元，處在饋線夾持機(jī)構(gòu)閉鎖的狀態(tài)。在閉鎖狀態(tài)下，饋線加持裝置的4根彈簧107、108、109、110交錯(cuò)抱緊饋線106，將饋線106固定在線托115上，取電裝置的兩部分磁性元件實(shí)現(xiàn)緊密貼合，饋線106位于電子式電流傳感器閉合磁路的中心。電壓、溫度一體化傳感器117和配電網(wǎng)饋線106實(shí)現(xiàn)了緊密貼合。
[0100]按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的設(shè)備100饋線監(jiān)測單元的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖10所示。取電磁性元件201上繞有取電線圈202，饋線212位于磁性元件磁路中心，取電線圈202接入功率控制裝置203，電池204和取電裝置的功率控制電路203接入電源管理裝置205。電源管理裝置205把取電裝置的功率控制電路203輸出電源和電池204轉(zhuǎn)換成設(shè)備100所需電源，同時(shí)在功率控制電路203和電池204之間切換。
[0101]處理裝置208采集電壓、溫度一體化傳感器206拾取的電壓信號，對電壓信號進(jìn)行帶通處理，得到暫態(tài)電壓信號，提取暫態(tài)電壓信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，當(dāng)上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報(bào)警。
[0102]處理裝置208采集電子式電流傳感器207拾取的電流信號，對電流信號進(jìn)行帶通處理，得到暫態(tài)電流信號，提取暫態(tài)電流信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，當(dāng)上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報(bào)警。
[0103]處理裝置208在觸發(fā)疑似接地故障報(bào)警之后，立即通過無線同步觸發(fā)裝置210觸發(fā)其他相的饋線監(jiān)測單元設(shè)備100。
[0104]處理裝置208通過無線通信裝置209和外部采用時(shí)分復(fù)用的方式進(jìn)行無線通信，并進(jìn)行同步對時(shí)，保證任一相設(shè)備100和其他相的饋線監(jiān)測單元設(shè)備100保持時(shí)間同步。
[0105]按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例構(gòu)建的設(shè)備100饋線監(jiān)測單元的故障指示裝置如圖11所示。故障指示裝置，采用3個(gè)廣角高亮發(fā)光二極管301、302、303，120度等間隔布置，在收到接地故障信號后，采用不同頻率和不同閃爍模式指示不同接地故障。
[0106]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)所述以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.按照本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明公開了一種小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測、指示的方法，其包括: (1)主要電源從配電網(wǎng)饋線上取電而且取電功率受控，電池作為備用電源，只要配電網(wǎng)沒有停電，就可以持續(xù)獲得工作的電源； (2)通過電容式電壓傳感器拾取每一相電壓； (3)通過電子式電流傳感器拾取每一相電流； (4)通過每一相電壓信號進(jìn)行帶通處理，得到暫態(tài)電壓信號，提取暫態(tài)電壓信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，當(dāng)上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報(bào)警； (5)通過每一相電流信號進(jìn)行帶通處理，得到暫態(tài)電流信號，提取暫態(tài)電流信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，當(dāng)上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報(bào)警； (6)疑似接地故障相無線同步觸發(fā)其他相，通知其他相上傳電壓、電流波形數(shù)據(jù)； (7)每一相采用時(shí)分復(fù)用的無線通信方式，確保實(shí)時(shí)雙向通信，通過無線通信方式匯聚三相電壓、電流波形數(shù)據(jù)； (8)每一相通過無線對時(shí)，實(shí)現(xiàn)和其他相時(shí)間同步； (9)根據(jù)多個(gè)位置的三相電壓、電流波形數(shù)據(jù)，計(jì)算出零序電壓、零序電流進(jìn)行接地故障檢測，檢測出接地故障之后，將接地故障信號下發(fā)，在故障相上接地故障點(diǎn)之前進(jìn)行接地故障指示。
2.按照本發(fā)明的另一個(gè)方而，本發(fā)明公開了一種小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測、指示的設(shè)備——饋線監(jiān)測單元，其包括: (1)饋線夾持裝置，由卡線彈簧、線托、閉鎖機(jī)構(gòu)、阻尼機(jī)構(gòu)組成； (2)帶功率控制的取電裝置，用于從配電網(wǎng)饋線上取到足夠系統(tǒng)工作的電源； (3)電源管理裝置，用于對取電裝置和后備電池進(jìn)行電源轉(zhuǎn)換和切換； (4)電壓、溫度一體化傳感器，用于從配電網(wǎng)饋線上拾取電壓信號，饋線溫度信號； (5)電子式電流傳感器，用于從配電網(wǎng)饋線上拾電流信號； (6)無線同步觸發(fā)裝置，用于觸發(fā)通知其他相上傳電壓、電流波形數(shù)據(jù)，并可以輔助對時(shí)； (7)無線通信裝置，采用時(shí)分復(fù)用的通信模式，和外部進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，并可以同步對時(shí)； (8)與取電裝置、電源管理裝置、電壓、溫度一體化傳感器、電子式電流傳感器、無線通信裝置、無線同步觸發(fā)裝置、故障指示裝置相連的處理裝置，用于控制取電，電源切換，采集各種電壓、電流、溫度、無線同步觸發(fā)信號，對電壓、電流信號進(jìn)行處理，進(jìn)行無線通信，保持時(shí)間同步，接收遠(yuǎn)方傳送來的數(shù)據(jù)，進(jìn)行故障指示； (9)故障指示裝置，用廣角高亮發(fā)光二極管，采用不同頻率和不同閃燈模式指示不同故障。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備主體由三部分組成，上半部分、主體、透明殼體，上半部分和主體包圍需要夾持的饋線，在主體上有由彈簧、線托、閉鎖機(jī)構(gòu)組成的饋線夾持裝置，將饋線夾持在線托和彈簧之間，可以通過線托調(diào)節(jié)饋線處于上半部分和主體之間的任意位置，上半部分通過閉鎖機(jī)構(gòu)和主體緊密閉合，可以有阻尼器減緩閉鎖過程的速度和降低沖擊力。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備供電主要依賴于從饋線取電裝置，電池作為備份，所述饋線取電裝置核心為一個(gè)具有閉合磁路的磁性物質(zhì)，分成兩半，分別位于設(shè)備的上半部分和主體內(nèi)，通過閉鎖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)磁路的緊密閉合，閉鎖裝置由位于上半部分軸內(nèi)的閉鎖彈簧或其他類型彈性機(jī)構(gòu)、阻尼器和位于上半部分內(nèi)的磁性元件的按壓彈簧或其他類型彈性機(jī)構(gòu)組成，取電裝置帶功率控制，可以控制從饋線取電功率，確保饋線流過小電流時(shí)就能取到足夠工作的功率，饋線流過大電流時(shí)不會飽和還是可以繼續(xù)取電。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備使用電壓、溫度一體化傳感器(電壓部分是電容式傳感器)拾取電壓信號，電子式電流傳感器拾取電流信號，電子式電流傳感器可以是電流互感器，也可以是繞線式羅氏線圈，也可以是印制電路板式羅氏線圈，電子式電流傳感器分成兩部分，分別位于設(shè)備的上半部分和主體內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備對拾取的電壓信號進(jìn)行帶通處理，得到暫態(tài)電壓信號，提取帶通之后電壓信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，當(dāng)上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報(bào)警。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備對拾取的電流信號進(jìn)行帶通處理，得到暫態(tài)電流信號，提取暫態(tài)電流信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，當(dāng)上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報(bào)警。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備在產(chǎn)生疑似接地故障報(bào)警之后，通過無線同步觸發(fā)裝置 觸發(fā)另外兩相，所述無線同步觸發(fā)裝置可以使用紅外線、聲音、超聲波、磁場、電磁場作為觸發(fā)信號，直接傳送至其余兩相，或者首先傳送至相鄰的一相、再由相鄰相傳送至三相中的另外一相，或者首先傳送至相鄰的無線通信終端設(shè)備、再由通信終端設(shè)備傳送至三相中的其余兩相，通知其余兩相上傳電壓、電流波形數(shù)據(jù)，用于計(jì)算零序電壓和零序電流信號檢測接地故障，同時(shí)無線同步觸發(fā)裝置還可以進(jìn)行在不同的所述設(shè)備之間進(jìn)行同步對時(shí)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備通過時(shí)分復(fù)用工作模式的無線通信裝置和外部設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，所述設(shè)備通過時(shí)分復(fù)用故障模式，可以在不同的所述設(shè)備之間進(jìn)行同步對時(shí)。
10.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于:所述設(shè)備是在得到遠(yuǎn)方傳來的接地故障確認(rèn)信號之后再進(jìn)行指示，所述設(shè)備采用的故障指示裝置使用的是廣角高亮發(fā)光二極管，可以保證最大半球區(qū)域360度的全方向指示，所述設(shè)備的故障指示裝置通過不同二極管數(shù)目的組合、閃爍間隔和閃爍頻率用來指示不同類型的故障。
【文檔編號】G01R31/08GK104076243SQ201310106380
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月29日
【發(fā)明者】唐先武, 張建良, 李金鰲, 臧紅衛(wèi) 申請人:北京映翰通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)股份有限公司