一種小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測定位方法與系統(tǒng)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)時間短，檢測難度高，缺乏有效的故障檢測定位系統(tǒng)。本發(fā)明公開了一種小電流接地配電網(wǎng)的故障檢測定位方法與系統(tǒng)。該系統(tǒng)由饋線監(jiān)測單元、通信終端、系統(tǒng)主站組成。饋線監(jiān)測單元在檢測到疑似接地故障后，無線同步觸發(fā)另外兩相傳輸數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主站、通信終端采用GPS授時，通信終端和饋線監(jiān)測單元通過時分復用無線通信網(wǎng)絡進行對時。系統(tǒng)主站通過通信終端匯聚多個點的三相饋線監(jiān)測單元數(shù)據(jù)，根據(jù)計算出的零序電壓和零序電流檢測和定位接地故障下發(fā)故障信號到故障相上故障點之前的饋線監(jiān)測單元進行故障指示。
【專利說明】一種小電流接地配電網(wǎng)單相接地故障檢測定位方法與系統(tǒng)
【技術領域】
[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定位，特別是用于小電 流接地配電網(wǎng)饋線單相接地故障檢測定位的方法與系統(tǒng)。
【背景技術】
[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)絡傳送到負荷側，然后 由電壓等級較低的網(wǎng)絡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)絡就稱為配電網(wǎng)絡，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，是一個十分薄弱的環(huán)節(jié)，世界各國都有這 個問題，在中國這一問題更為突出。根據(jù)2009年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，扣除缺電因素，目前中國用戶 的停電時間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)點在于：單相接地故障時未形成短路回路，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，小電流接地配電網(wǎng)可帶故障繼續(xù)運行1?2h。這樣能夠提高供電的可靠性， 得到了廣泛的應用。
[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，排除故障。否則接地故 障產(chǎn)生的過電壓，可以導致電纜爆炸、電壓互感器PT燒毀、母線燒毀等電力系統(tǒng)事故。同時 接地線路如果當作正常線路長期運行，會給當?shù)鼐用?、家畜安全帶來極大的隱患。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行，導致人身觸電死亡事故。此類惡性 事故案例時有發(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和絕緣配合》，對純架空線路或架空線與電纜混合 構成的10kV配網(wǎng)，如果接地故障時的電容電流小于10A，可以采用不接地方式，但是當電容 電流大于10A，就必須裝設消弧線圈。
[0007] 配電網(wǎng)采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式，當發(fā)生單相接地故障的時候， 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] 1配電網(wǎng)采用中性點不接地方式
[0009] 配電網(wǎng)中性點N不接地時，當A、B、C三相中的一相，例如A相上某點發(fā)生接地，如 圖1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，中性點電壓也迅速上升，此時A相饋線對地分布電容將通過接地點迅速對地 放電，B相和C相饋線對地分布電容將通過接地點迅速對地充電，形成一個短暫的充放電過 程（10ms?20ms)，產(chǎn)生比較大的暫態(tài)電容電流。隨后系統(tǒng)將進入穩(wěn)態(tài)，電源通過非故障相 分布電容、接地點，產(chǎn)生一個持續(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,當接地故障發(fā)生時，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)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式
[0012] 配電網(wǎng)中性點N經(jīng)消弧線圈接地時，當A、B、C三相中的一相，例如A相上某點發(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，中性點電壓也迅速上升，此時A相饋線對地分布電容將通 過接地點迅速對地放電，B相和C相饋線對地分布電容將通過接地點迅速對地充電，形成一 個短暫的充放電過程（l〇ms?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) 生一個補償電流，補償電源通過非故障相分布電容、接地點產(chǎn)生的穩(wěn)態(tài)電容電流，隨后系統(tǒng) 進入穩(wěn)態(tài)。采用中性點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 間很短，穩(wěn)態(tài)故障電流很小，而且統(tǒng)計表明，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，這時的暫態(tài)故障電流也不大，持續(xù)時 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] 1在變電站進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 裝直。
[0017] 穩(wěn)態(tài)選線裝置選線依據(jù)主要有：
[0018] (1)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；
[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)故障線路的負序電流大。
[0024] 暫態(tài)選線裝置選線依據(jù)主要有：
[0025] (1)故障線路和非故障線路在相電壓達到最大時的暫態(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)絡進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是：
[0028] (1)采用變電站已有的PT和CT影響選線可靠性和準確性
[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。實際應用的CT，存在勵磁電流，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，和實際零序電流存在誤差，影響選線結果。另外傳統(tǒng)的測量用CT，由于有磁芯，磁芯 的勵磁特性是非線性的，影響從小電流到大電流時的電流線性度；而磁芯在電流大的時候， 會出現(xiàn)磁飽和問題，會導致CT飽和，在實際應用中，中低壓電網(wǎng)時常發(fā)生CT飽和現(xiàn)象，此時 無法獲得正確的零序電流進行選線；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，難以準確捕獲微弱暫態(tài)信號。
[0031] (2)不能準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，而不能定位分支線出現(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：當變電站檢測到零序電壓顯著上升并且持續(xù)一段時間后，零序 電流大于閾值并且持續(xù)一段時間后，可以判斷出發(fā)生了接地故障，需要投入消弧線圈，此時 在主變壓器的中性點注入一定模式的故障電流信號，在接地故障點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對地之間接入可控的阻性 負載（中電阻，通常為100多歐姆）。故障時，在微機控制下，變電站接地變壓器的中性點上 (無接地變壓器時時可接在母線中性點上）的阻性負載信號源自動短時投入，從而在變電 站和現(xiàn)場接地點之間產(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載投切的 編碼控制，可以產(chǎn)生疊加在負載電流上的編碼電流信號。變電站出線和線路分支點各處安 裝的接地故障指示器，檢測到這個電流信號后自動動作指示，達到指示故障的目的。
[0036] 注入信號源法具有如下缺點：
[0037] (1)需要在變電站加裝信號源，改變了系統(tǒng)運行方式；
[0038] (2)信號源和其他設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附近 安裝和開關配套的配網(wǎng)檢測終端FTU，來記錄故障時的三相電流、電壓波形數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù) 發(fā)送到配網(wǎng)自動化主站進行分析，確定故障點所在的開關區(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是：
[0044] (1)需要安裝開關，而且開關內部必須要有CT和PT，開關和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)安裝開關和FTU需要線路停電施工；
[0048] (5)只能定位到開關之間的區(qū)段，無法做到更準確的定位；
[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，瞬時故障還是永久故障，都可 以有效地進行檢測和指示。
【發(fā)明內容】
[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、定位的方法與系統(tǒng)。
[0052] 按照本發(fā)明的一個方面，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、定位的方法，其包括：
[0053] (1)在配電網(wǎng)三相饋線上安裝饋線監(jiān)測單元，饋線監(jiān)測單元從饋線上取電而且取 電功率受控，電池作為備用電源；
[0054] (2)饋線監(jiān)測單元通過電容式電壓傳感器拾取每一相電壓信號，通過電子式電流 傳感器拾取每一相電流信號；
[0055] (3)每一相饋線監(jiān)測單元對拾取的電壓信號、電流信號進行帶通處理，提取暫態(tài)電 壓信號、電流信號，并計算暫態(tài)電壓信號、電流信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組 合，當上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報警；
[0056] (4)故障相饋線監(jiān)測單元觸發(fā)疑似接地故障報警后，通過無線同步觸發(fā)，通知另外 兩相上傳電壓、電流波形數(shù)據(jù)；
[0057] (5)采用時分復用無線通信網(wǎng)絡授時和GPS授時結合，實現(xiàn)精確對時；
[0058] (6)通過時分復用的無線通信網(wǎng)絡，匯聚配電網(wǎng)各個位置三相饋線監(jiān)測單元的電 壓、電流波形數(shù)據(jù)，計算出各個位置的零序電壓、零序電流；
[0059] (7)提取各個位置零序電壓、零序電流的穩(wěn)態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均 值、微分值、積分值及其組合，各個位置穩(wěn)態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置穩(wěn) 態(tài)零序電壓、零序電流信號波形的相似性，根據(jù)故障線路和非故障線路在穩(wěn)態(tài)零序電壓、零 序電流特征值和波形相似性上的差別，進行故障線路和非故障線路的篩選；
[0060] (8)提取各個位置零序電壓、零序電流的暫態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均 值、微分值、積分值及其組合，各個位置暫態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置暫 態(tài)零序電壓、零序電流信號波形的相似性，根據(jù)接地故障點前后在暫態(tài)零序電壓、零序電流 特征值和波形相似性上的差別，對各個位置，特別是篩選出的疑似故障線路上的各個位置， 優(yōu)先進行判斷，定位接地故障點；
[0061] (9)在定位出接地故障點，結合地理信息系統(tǒng)（GIS)在地圖上顯示出接地故障點， 同時下發(fā)接地故障信號給饋線監(jiān)測單元進行指示，便于人工巡線定位接地故障。
[0062] 按照本發(fā)明的一個方面，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、定位的系統(tǒng)，其包括：
[0063] (1)系統(tǒng)由饋線監(jiān)測單元、通信終端、系統(tǒng)主站組成；
[0064] (2)饋線監(jiān)測單元安裝在配電網(wǎng)三相饋線上，饋線監(jiān)測單元從饋線上取電而且取 電功率受控，電池作為備用電源，饋線監(jiān)測單元通過電容式電壓傳感器拾取每一相電壓信 號，通過電子式電流傳感器拾取每一相電流信號；
[0065] (3)每一相饋線監(jiān)測單元對拾取的電壓信號、電流信號進行帶通處理，提取暫態(tài)電 壓信號、電流信號，并計算暫態(tài)電壓信號、電流信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組 合，當上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報警；
[0066] (4)故障相饋線監(jiān)測單元觸發(fā)疑似接地故障報警后，通過無線同步觸發(fā)，通知另外 兩相上傳電壓、電流波形數(shù)據(jù)；
[0067] (5)饋線監(jiān)測單元、通信終端和系統(tǒng)主站之間采用時分復用的無線通信方式組成 無線通信網(wǎng)絡；
[0068] (6)通信終端和系統(tǒng)主站采用GPS授時，饋線監(jiān)測單元通過時分復用無線通信網(wǎng) 絡，進行網(wǎng)絡對時，實現(xiàn)饋線監(jiān)測單元、通信終端和系統(tǒng)主站之間的精確對時；
[0069] (7)系統(tǒng)主站平臺軟件，通過時分復用的無線通信網(wǎng)絡，匯聚配電網(wǎng)各個位置三相 饋線監(jiān)測單元的電壓、電流波形數(shù)據(jù)，計算出各個位置的零序電壓、零序電流；
[0070] (8)系統(tǒng)主站平臺軟件，從計算出的各個位置的零序電壓、零序電流中，提取各個 位置零序電壓、零序電流的穩(wěn)態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均值、微分值、積分值及其 組合，各個位置穩(wěn)態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置穩(wěn)態(tài)零序電壓、零序電流 信號波形的相似性，根據(jù)故障線路和非故障線路在穩(wěn)態(tài)零序電壓、零序電流特征值和波形 相似性上的差別，進行故障線路和非故障線路的篩選；
[0071] (9)系統(tǒng)主站平臺軟件，從計算出的各個位置的零序電壓、零序電流中，提取各個 位置零序電壓、零序電流的暫態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均值、微分值、積分值及其 組合，各個位置暫態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置暫態(tài)零序電壓、零序電流 信號波形的相似性，根據(jù)接地故障點前后在暫態(tài)零序電壓、零序電流特征值和波形相似性 上的差別，對各個位置，特別是篩選出的疑似故障線路上的各個位置，優(yōu)先進行判斷，定位 接地故障點；
[0072] (10)系統(tǒng)主站平臺軟件在定位出接地故障點之后，可以接受人工進行二次復核， 確定出最終的接地故障點，在GIS地圖上顯示出接地故障點，同時系統(tǒng)主站平臺軟件通過 時分復用無線通信網(wǎng)絡，下發(fā)接地故障信號給饋線監(jiān)測單元進行指示，便于人工巡線定位 接地故障。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0073] 圖1顯示了中性點N不接地的配電網(wǎng)單相接地故障電流。
[0074] 圖2顯示了單相接地故障發(fā)生后故障線路零序電流。
[0075] 圖3顯示了中性點N經(jīng)消弧線圈接地配電網(wǎng)單相接地故障電流。
[0076] 圖4顯示了注入信號源法接地故障檢測原理。
[0077] 圖5顯示了基于聯(lián)網(wǎng)FTU接地故障檢測方法原理。
[0078] 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，故障相配電網(wǎng)饋線監(jiān)測單元監(jiān)測到短時電壓、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)故障相上故障點之前的饋 線監(jiān)測單元進行指示。
[0079] 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 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。
[0080] 圖8顯示了本發(fā)明采用的幾種系統(tǒng)拓撲結構。
【具體實施方式】
[0081] 圖6顯示了本發(fā)明的方法原理。
[0082] 圖6A顯示了，當小電流接地配電網(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，接地點的兩側電壓和電流在一個很短的時間內，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具有閉合磁路的磁性物質，分成兩半，分別位于設 備的上半部分和主體內，通過閉鎖機構實現(xiàn)磁路的緊密閉合，閉鎖裝置由位于上半部分軸 內的閉鎖彈簧或其他類型彈性機構、阻尼器和位于上半部分內的磁性元件的按壓彈簧或其 他類型彈性機構組成，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 流時就能取到足夠工作的功率，饋線流過大電流時不會飽和還是可以繼續(xù)取電。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。
[0083] 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)。
[0084] 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。
[0085] 圖6D顯示了，系統(tǒng)主站的平臺軟件進行故障檢測定位，并下發(fā)故障信號進行故障 位置指示，具體的包括如下過程：
[0086] (1)在得到多個位置的三相配電網(wǎng)饋線監(jiān)測單元電壓、電流波形數(shù)據(jù)之后，可以計 算出的多個位置的零序電壓、零序電流波形；
[0087] (2)系統(tǒng)主站平臺軟件，從計算出的各個位置的零序電壓、零序電流中，提取各個 位置零序電壓、零序電流的穩(wěn)態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均值、微分值、積分值及其 組合，各個位置穩(wěn)態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置穩(wěn)態(tài)零序電壓、零序電流 信號波形的相似性，根據(jù)故障線路和非故障線路在穩(wěn)態(tài)零序電壓、零序電流特征值和波形 相似性上的差別，進行故障線路和非故障線路的篩選；
[0088] (3)系統(tǒng)主站平臺軟件，從計算出的各個位置的零序電壓、零序電流中，提取各個 位置零序電壓、零序電流的暫態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均值、微分值、積分值及其 組合，各個位置暫態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置暫態(tài)零序電壓、零序電流 信號波形的相似性，根據(jù)接地故障點前后在暫態(tài)零序電壓、零序電流特征值和波形相似性 上的差別，對各個位置，特別是篩選出的疑似故障線路上的各個位置，優(yōu)先進行判斷，定位 接地故障點；
[0089] (4)系統(tǒng)主站平臺軟件在定位出接地故障點之后，可以接受人工進行二次復核，確 定出最終的接地故障點，在GIS地圖上顯示出接地故障點，同時系統(tǒng)主站平臺軟件通過時 分復用無線通信網(wǎng)絡，下發(fā)接地故障信號給饋線監(jiān)測單元進行指示，便于人工巡線定位接 地故障。
[0090] 當某一相饋線監(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，進行進一 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：
[0091] (1)如圖7A所示，假設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；
[0092] (2)如圖7B所示，假設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；
[0093] (3)如圖7C所示，假設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。
[0094] 圖8顯示了本發(fā)明采用的幾種系統(tǒng)拓撲結構。
[0095] 圖8A顯示的系統(tǒng)拓撲結構是：系統(tǒng)由饋線監(jiān)測單元、通信終端、系統(tǒng)主站組成，每 一個通信終端連接三相饋線監(jiān)測單元，一個通信終端和三相饋線監(jiān)測單元之間采用時分復 用無線通信方式，組成無線通信網(wǎng)絡，通信終端和系統(tǒng)主站之間通過GSM/GPRS、CDMA、WIFI、 以太網(wǎng)進行通信。系統(tǒng)主站和通信終端采用GPS授時，通信終端和饋線監(jiān)測單元之間通過 時分復用的無線通信網(wǎng)絡進行對時，最終實現(xiàn)系統(tǒng)內的精確對時。
[0096] 圖8B顯示的系統(tǒng)拓撲結構是：系統(tǒng)由饋線監(jiān)測單元、通信終端、系統(tǒng)主站組成，每 一個通信終端連接多組三相饋線監(jiān)測單元，圖8B顯示的是連接了兩組三相饋線監(jiān)測單元， 通信終端和多組三相饋線監(jiān)測單元之間采用時分復用無線通信方式，組成無線通信網(wǎng)絡， 通信終端和系統(tǒng)主站之間通過GSM/GPRS、CDMA、WIFI、以太網(wǎng)進行通信。系統(tǒng)主站和通信終 端采用GPS授時，通信終端和饋線監(jiān)測單元之間通過時分復用的無線通信網(wǎng)絡進行對時， 最終實現(xiàn)系統(tǒng)內的精確對時。
[0097] 圖8C顯示的系統(tǒng)拓撲結構是：系統(tǒng)由饋線監(jiān)測單元、系統(tǒng)主站組成，三相饋線監(jiān) 測單元中的一相如B相同時也作為通信終端，和另外兩相饋線監(jiān)測單元之間采用時分復用 無線通信方式，組成無線通信網(wǎng)絡，同時該相饋線監(jiān)測單元和系統(tǒng)主站之間通過GSM/GPRS、 CDMA、WIFI、以太網(wǎng)進行通信。系統(tǒng)主站和用來做通信終端的饋線監(jiān)測單元采用GPS授時， 用來做通信終端的饋線監(jiān)測單元和其他饋線監(jiān)測單元之間通過時分復用的無線通信網(wǎng)絡 進行對時，最終實現(xiàn)系統(tǒng)內的精確對時。
[0098] 圖8D顯示的系統(tǒng)拓撲結構是：系統(tǒng)由饋線監(jiān)測單元、通信終端、系統(tǒng)主站組成，三 相饋線監(jiān)測單元中的一相如B相，和另外兩相饋線監(jiān)測單元之間采用時分復用無線通信方 式，組成無線通信網(wǎng)絡，同時該相饋線監(jiān)測單元和通信終端之間用另外一個無線頻段，采用 時分復用無線通信方式，組成無線通信網(wǎng)絡，每一個通信終端連接多個饋線監(jiān)測單元，圖8D 顯示的是連接了兩個饋線監(jiān)測單元，通信終端和系統(tǒng)主站之間通過GSM/GPRS、CDMA、WIFI、 以太網(wǎng)進行通信。系統(tǒng)主站和通信終端采用GPS授時，通信終端和饋線監(jiān)測單元之間通過 時分復用的無線通信網(wǎng)絡進行對時，最終實現(xiàn)系統(tǒng)內的精確對時。
[0099] 系統(tǒng)主站平臺軟件，在匯聚配電網(wǎng)各個位置三相饋線監(jiān)測單元的電壓、電流波形 數(shù)據(jù)，可以計算出各個位置的零序電壓、零序電流。系統(tǒng)主站平臺軟件，從計算出的各個位 置的零序電壓、零序電流中，提取各個位置零序電壓、零序電流的穩(wěn)態(tài)信號，計算特征值，包 括：幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，各個位置穩(wěn)態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計 算各個位置穩(wěn)態(tài)零序電壓、零序電流信號波形的相似性，根據(jù)故障線路和非故障線路在穩(wěn) 態(tài)零序電壓、零序電流特征值和波形相似性上的差別，進行故障線路和非故障線路的篩選。 [0100] 系統(tǒng)主站平臺軟件，從計算出的各個位置的零序電壓、零序電流中，提取各個位置 零序電壓、零序電流的暫態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均值、微分值、積分值及其組 合，各個位置暫態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置暫態(tài)零序電壓、零序電流信 號波形的相似性，根據(jù)接地故障點前后在暫態(tài)零序電壓、零序電流特征值和波形相似性上 的差別，對各個位置，特別是篩選出的疑似故障線路上的各個位置，優(yōu)先進行判斷，定位接 地故障點。
[0101] 系統(tǒng)主站平臺軟件在定位出接地故障點之后，可以接受人工進行二次復核，確定 出最終的接地故障點，在GIS地圖上顯示出接地故障點，同時系統(tǒng)主站平臺軟件通過時分 復用無線通信網(wǎng)絡，下發(fā)接地故障信號給饋線監(jiān)測單元進行指示，便于人工巡線定位接地 故障。
[0102] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本【技術領域】的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應所述以權利要求的保護范圍為準。
【權利要求】
1. 按照本發(fā)明的一個方面，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、 定位的方法，其包括： (1) 在配電網(wǎng)三相饋線上安裝饋線監(jiān)測單元，饋線監(jiān)測單元從饋線上取電而且取電功 率受控，電池作為備用電源； (2) 饋線監(jiān)測單元通過電容式電壓傳感器拾取每一相電壓信號，通過電子式電流傳感 器拾取每一相電流信號； (3) 每一相饋線監(jiān)測單元對拾取的電壓信號、電流信號進行帶通處理，提取暫態(tài)電壓信 號、電流信號，并計算暫態(tài)電壓信號、電流信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，當 上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報警； (4) 故障相饋線監(jiān)測單元觸發(fā)疑似接地故障報警后，通過無線同步觸發(fā)，通知另外兩相 上傳電壓、電流波形數(shù)據(jù)； (5) 采用時分復用無線通信網(wǎng)絡授時和GPS授時結合，實現(xiàn)精確對時； (6) 通過時分復用的無線通信網(wǎng)絡，匯聚配電網(wǎng)各個位置三相饋線監(jiān)測單元的電壓、電 流波形數(shù)據(jù)，計算出各個位置的零序電壓、零序電流； (7) 提取各個位置零序電壓、零序電流的穩(wěn)態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均值、 微分值、積分值及其組合，各個位置穩(wěn)態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置穩(wěn)態(tài) 零序電壓、零序電流信號波形的相似性，根據(jù)故障線路和非故障線路在穩(wěn)態(tài)零序電壓、零序 電流特征值和波形相似性上的差別，進行故障線路和非故障線路的篩選； (8) 提取各個位置零序電壓、零序電流的暫態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均值、 微分值、積分值及其組合，各個位置暫態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置暫態(tài) 零序電壓、零序電流信號波形的相似性，根據(jù)接地故障點前后在暫態(tài)零序電壓、零序電流特 征值和波形相似性上的差別，對各個位置，特別是篩選出的疑似故障線路上的各個位置，優(yōu) 先進行判斷，定位接地故障點； (9) 在定位出接地故障點，結合地理信息系統(tǒng)（GIS)在地圖上顯示出接地故障點，同時 下發(fā)接地故障信號給饋線監(jiān)測單元進行指示，便于人工巡線定位接地故障。
2. 按照本發(fā)明的一個方面，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、 定位的系統(tǒng)，其包括： (1) 系統(tǒng)由饋線監(jiān)測單元、通信終端、系統(tǒng)主站組成； (2) 饋線監(jiān)測單元安裝在配電網(wǎng)三相饋線上，饋線監(jiān)測單元從饋線上取電而且取電功 率受控，電池作為備用電源，饋線監(jiān)測單元通過電容式電壓傳感器拾取每一相電壓信號，通 過電子式電流傳感器拾取每一相電流信號； (3) 每一相饋線監(jiān)測單元對拾取的電壓信號、電流信號進行帶通處理，提取暫態(tài)電壓信 號、電流信號，并計算暫態(tài)電壓信號、電流信號的幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，當 上述值中的一種或幾種的變化超過閾值，觸發(fā)疑似接地故障報警； (4) 故障相饋線監(jiān)測單元觸發(fā)疑似接地故障報警后，通過無線同步觸發(fā)，通知另外兩相 上傳電壓、電流波形數(shù)據(jù)； (5) 饋線監(jiān)測單元、通信終端和系統(tǒng)主站之間采用時分復用的無線通信方式組成無線 通信網(wǎng)絡； (6) 通信終端和系統(tǒng)主站采用GPS授時，饋線監(jiān)測單元通過時分復用無線通信網(wǎng)絡，進 行網(wǎng)絡對時，實現(xiàn)饋線監(jiān)測單元、通信終端和系統(tǒng)主站之間的精確對時； (7) 系統(tǒng)主站平臺軟件，通過時分復用的無線通信網(wǎng)絡，匯聚配電網(wǎng)各個位置三相饋線 監(jiān)測單元的電壓、電流波形數(shù)據(jù)，計算出各個位置的零序電壓、零序電流； (8) 系統(tǒng)主站平臺軟件，從計算出的各個位置的零序電壓、零序電流中，提取各個位置 零序電壓、零序電流的穩(wěn)態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均值、微分值、積分值及其組 合，各個位置穩(wěn)態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置穩(wěn)態(tài)零序電壓、零序電流信 號波形的相似性，根據(jù)故障線路和非故障線路在穩(wěn)態(tài)零序電壓、零序電流特征值和波形相 似性上的差別，進行故障線路和非故障線路的篩選； (9) 系統(tǒng)主站平臺軟件，從計算出的各個位置的零序電壓、零序電流中，提取各個位置 零序電壓、零序電流的暫態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均值、微分值、積分值及其組 合，各個位置暫態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置暫態(tài)零序電壓、零序電流信 號波形的相似性，根據(jù)接地故障點前后在暫態(tài)零序電壓、零序電流特征值和波形相似性上 的差別，對各個位置，特別是篩選出的疑似故障線路上的各個位置，優(yōu)先進行判斷，定位接 地故障點； (10) 系統(tǒng)主站平臺軟件在定位出接地故障點之后，可以接受人工進行二次復核，確定 出最終的接地故障點，在GIS地圖上顯示出接地故障點，同時系統(tǒng)主站平臺軟件通過時分 復用無線通信網(wǎng)絡，下發(fā)接地故障信號給饋線監(jiān)測單元進行指示，便于人工巡線定位接地 故障。
3. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)所述的饋線監(jiān)測單元供電主要依賴 于從饋線取電裝置，電池作為備份，取電裝置帶功率控制，可以控制從饋線取電功率，確保 饋線流過小電流時就能取到足夠工作的功率，饋線流過大電流時不會飽和還是可以繼續(xù)取 電。
4. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)所述的饋線監(jiān)測單元使用電容式電 壓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。系統(tǒng)所述的饋線監(jiān)測 單元對拾取的電壓、電流信號進行帶通處理，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 似接地故障報警。
5. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)所述的饋線監(jiān)測單元在產(chǎn)生疑似接 地故障報警之后，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 設備、再由通信終端設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)，用于計算零序電壓和零序電流信號檢測接地故障，同時無線同步觸發(fā)裝置還可以進行 在不同的所述設備之間進行同步對時。
6. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)可以由饋線監(jiān)測單元、通信終端、系 統(tǒng)主站組成，每一個通信終端連接一組或多組三相饋線監(jiān)測單元，一個通信終端和三相饋 線監(jiān)測單元之間采用時分復用無線通信方式，組成無線通信網(wǎng)絡，通信終端和系統(tǒng)主站之 間通過GSM/GPRS、CDMA、WIFI、以太網(wǎng)進行通信；系統(tǒng)可以由饋線監(jiān)測單元、系統(tǒng)主站組成， 三相饋線監(jiān)測單元中的一相如B相同時也作為通信終端，和另外兩相饋線監(jiān)測單元之間采 用時分復用無線通信方式，組成無線通信網(wǎng)絡，同時該相饋線監(jiān)測單元和系統(tǒng)主站之間通 過GSM/GPRS、CDMA、WIFI、以太網(wǎng)進行通信；系統(tǒng)可以由饋線監(jiān)測單元、通信終端、系統(tǒng)主站 組成，三相饋線監(jiān)測單元中的一相如B相，和另外兩相饋線監(jiān)測單元之間采用時分復用無 線通信方式，組成無線通信網(wǎng)絡，同時該相饋線監(jiān)測單元和通信終端之間用另外一個無線 頻段，采用時分復用無線通信方式，組成無線通信網(wǎng)絡，每一個通信終端連接多個饋線監(jiān)測 單元，通信終端和系統(tǒng)主站之間通過GSM/GPRS、CDMA、WIFI、以太網(wǎng)進行通信。
7. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)主站和通信終端采用GPS授時，饋線 監(jiān)測單元在做通信終端時，可以采用GPS授時，普通饋線監(jiān)測單元通過時分復用無線通信 網(wǎng)絡進行對時，采用GPS授時和時分復用無線通信網(wǎng)絡對時相結合，實現(xiàn)系統(tǒng)的精確對時。
8. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)主站平臺軟件，匯聚配電網(wǎng)各個位置 三相饋線監(jiān)測單元的電壓、電流波形數(shù)據(jù)，計算出各個位置的零序電壓、零序電流。系統(tǒng)主 站平臺軟件，從計算出的各個位置的零序電壓、零序電流中，提取各個位置零序電壓、零序 電流的穩(wěn)態(tài)信號，計算特征值，包括：幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，各個位置穩(wěn)態(tài) 零序有功功率、零序無功功率，計算各個位置穩(wěn)態(tài)零序電壓、零序電流信號波形的相似性， 根據(jù)故障線路和非故障線路在穩(wěn)態(tài)零序電壓、零序電流特征值和波形相似性上的差別，進 行故障線路和非故障線路的篩選。
9. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)主站平臺軟件，從計算出的各個位 置的零序電壓、零序電流中，提取各個位置零序電壓、零序電流的暫態(tài)信號，計算特征值，包 括：幅值、平均值、微分值、積分值及其組合，各個位置暫態(tài)零序有功功率、零序無功功率，計 算各個位置暫態(tài)零序電壓、零序電流信號波形的相似性，根據(jù)接地故障點前后在暫態(tài)零序 電壓、零序電流特征值和波形相似性上的差別，對各個位置，特別是篩選出的疑似故障線路 上的各個位置，優(yōu)先進行判斷，定位接地故障點。
10. 根據(jù)權利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于：系統(tǒng)主站平臺軟件在定位出接地故障點 之后，可以接受人工進行二次復核，確定出最終的接地故障點，在GIS地圖上顯示出接地故 障點，同時系統(tǒng)主站平臺軟件通過時分復用無線通信網(wǎng)絡，下發(fā)接地故障信號給饋線監(jiān)測 單元進行指示，便于人工巡線定位接地故障。
【文檔編號】G01R31/08GK104101812SQ201310120519
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月9日 優(yōu)先權日:2013年4月9日
【發(fā)明者】唐先武, 張建良, 李金鰲 申請人:北京映翰通網(wǎng)絡技術股份有限公司