本發(fā)明涉及一種星型三相不接地系統(tǒng)中定位單相接地故障點(diǎn)的方法及裝置。

背景技術(shù)：

我國(guó)星型三相不接地系統(tǒng)中，由于中性點(diǎn)沒(méi)有有效接地，發(fā)生單相接地故障后，故障信號(hào)微弱，使得故障點(diǎn)的自動(dòng)化定位很困難。

以德州電網(wǎng)為例：德州電網(wǎng)大量使用故障尋址器作為檢測(cè)星型三相不接地系統(tǒng)單相接地故障點(diǎn)的主要手段，該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，單組造價(jià)低，一套裝置在200元左右，通常安裝在開(kāi)關(guān)后段和分支線T接口處，大約每300米安裝一套。圖1為德州直供區(qū)趙虎站、趙宅站線路長(zhǎng)度列表及安裝的故障尋址器數(shù)量以在趙虎站、趙宅站安裝故障尋址器為例，需要大約61373元，由于各分支線的綜合長(zhǎng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于主干線長(zhǎng)度，若為了檢測(cè)單相接地故障，而在各分支線上大量安裝故障尋址器，造價(jià)過(guò)高。

圖2和圖3所示為通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)故障尋址器對(duì)于相間短路的判斷正確率達(dá)到了85%以上，而對(duì)于單相接地故障判斷正確率僅維持在20%-30%左右。鑒于故障尋址器價(jià)格和判斷接地故障正確率低，大多數(shù)接地故障仍要依靠現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)維人員沿線巡檢、肉眼觀察的方式進(jìn)行查找。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提出了一種星型三相不接地系統(tǒng)中定位單相接地故障點(diǎn)的方法及裝置，能夠有效加快單相接地故障點(diǎn)的定位時(shí)間，并且定位準(zhǔn)確。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下方案：

一種星型三相不接地系統(tǒng)中定位單相接地故障點(diǎn)的方法：當(dāng)線路發(fā)生接地故障時(shí)，依次向三相線路的中點(diǎn)注入一不同于電網(wǎng)頻率的異頻電流信號(hào)，檢測(cè)注入點(diǎn)兩側(cè)的電流信號(hào)強(qiáng)度，確定故障相。

確定故障相具體為：若另外兩相檢測(cè)不到電流信號(hào)，且該注入點(diǎn)一側(cè)電流信號(hào)強(qiáng)度大于另一側(cè)電流信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，確定當(dāng)前相為故障相。

本發(fā)明適用于星形接法的三相不接地系統(tǒng)，當(dāng)向電網(wǎng)中某一相注入一異頻電流后，若另外兩相檢測(cè)不到電流信號(hào)，且該注入點(diǎn)一側(cè)電流信號(hào)強(qiáng)度大于另一側(cè)電流信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，確定當(dāng)前相為故障相；其原理是，接地相也就是故障相與大地構(gòu)成回路，所以在另外兩相幾乎檢測(cè)不到電流，而在故障相會(huì)檢測(cè)到較大的電流，且由于注入點(diǎn)在線路中點(diǎn)，肯定會(huì)有一側(cè)線路具有接地點(diǎn)，該點(diǎn)處與大地構(gòu)成回路，那么在注入點(diǎn)兩側(cè)就會(huì)檢測(cè)到不同幅值的電流信號(hào)，故而采用上述方法可以確定星型三相不接地配電網(wǎng)系統(tǒng)中出現(xiàn)接地故障的接地相，也就是故障相。

在所述故障相的端處繼續(xù)注入所述異頻電流信號(hào)，若能在故障相線路中點(diǎn)A檢測(cè)到異頻電流信號(hào)，則說(shuō)明單相接地故障點(diǎn)還在A與故障相線路的另一端處之間；取A至故障相線路的另一端處的中點(diǎn)B處再進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)不到異頻電流信號(hào)，說(shuō)明單相接地故障點(diǎn)在A、B之間；重復(fù)上述步驟，直到可以將單相接地故障點(diǎn)定位在人眼可視范圍距離內(nèi)。

進(jìn)一步的，由于注入的異頻電流在故障相與大地形成回路，此時(shí)測(cè)得的異頻電流大，判為故障相，其有益效果是可以快速鑒別出三相線路中哪一相是故障相。

進(jìn)一步的，所述異頻電流信號(hào)的頻率在20Hz至25Hz之間，幅值在40mA至45mA之間。異頻電流信號(hào)的頻率不同于電網(wǎng)頻率，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在上述頻率區(qū)間和幅值區(qū)間的異頻電流信號(hào)可以有效區(qū)別于電網(wǎng)的工頻信號(hào)和三倍頻信號(hào)。

進(jìn)一步的，記錄自線路發(fā)生故障到定位故障點(diǎn)經(jīng)過(guò)的時(shí)間和故障點(diǎn)的位置，并采用無(wú)線通信方式向目標(biāo)終端發(fā)送。本發(fā)明采用無(wú)線傳播的方式將最終的檢測(cè)結(jié)果通過(guò)最近的局域網(wǎng)或者4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至目標(biāo)終端，有效加速了信息的反饋與匯總。

進(jìn)一步的，所述異頻電流信號(hào)采用正弦波、方波或包含多個(gè)諧波頻率的其他波形。本發(fā)明采用上述波形的異頻信號(hào)，是為了盡量控制異頻信號(hào)和電網(wǎng)工頻信號(hào)之間的差距，這樣可以使異頻電流信號(hào)的檢測(cè)更為準(zhǔn)確。

本發(fā)明還提出了一種星型三相不接地系統(tǒng)中定位單相接地故障點(diǎn)的裝置，包括信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生異頻電流信號(hào)；信號(hào)傳導(dǎo)裝置，與信號(hào)發(fā)生裝置的輸出相連，用于向輸電線路注入異頻電流信號(hào)；信號(hào)檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)異頻電流信號(hào)。這種裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便使用，檢測(cè)定位快速且準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)發(fā)生裝置還具有顯示單元，用于顯示異頻電流信號(hào)的頻率和幅值。其有益效果是可以直觀得看出異頻電流信號(hào)的參數(shù)，方便后續(xù)的定位工作。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)發(fā)生裝置還具有采用透明、半透明或帶有顏色的半透明材料制成的外殼。這樣做一方面提供了信號(hào)發(fā)生裝置的防護(hù)措施，另一方面也是可以直觀透過(guò)外殼，看出異頻電流信號(hào)的參數(shù)，方便后續(xù)的定位工作。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)發(fā)生裝置采用鉛酸蓄電池或太陽(yáng)能電池供電。鉛酸蓄電池在使用中無(wú)需添加電解液或蒸餾水，利用正極產(chǎn)生氧氣可在負(fù)極吸收達(dá)到氧循環(huán)，可防止水分減少。太陽(yáng)能電池則有利于戶外工作，隨用隨充。

進(jìn)一步的，所述信號(hào)檢測(cè)裝置還設(shè)有無(wú)線通信模塊，或采用無(wú)線高低壓鉗形電流表作為信號(hào)檢測(cè)裝置。其有益效果是可以將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳播至目的接收端，有效加速了信息的反饋與匯總。

本發(fā)明的工作原理：當(dāng)線路發(fā)生接地故障時(shí)，在故障線路大約中點(diǎn)處，通過(guò)一信號(hào)源向故障線路三相線路上逐次發(fā)送一個(gè)異頻信號(hào)，再通過(guò)檢測(cè)裝置測(cè)量注入點(diǎn)兩側(cè)的信號(hào)強(qiáng)度大小與其他兩相的信號(hào)強(qiáng)度大小，來(lái)確定故障相；在故障相確定后，再利用二分法檢測(cè)接地相的接地點(diǎn)：即在線路的端處（起始桿處）注入異頻電流，用檢測(cè)裝置先在線路的中點(diǎn)處（A處）進(jìn)行檢測(cè)，若能檢測(cè)到異頻電流，則說(shuō)明接地點(diǎn)還在線路中點(diǎn)（A處）的后段，然后取中點(diǎn)（A處）至末端點(diǎn)的中間處（B處）再進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)不到異頻電流則說(shuō)明接地點(diǎn)在A、B之間（說(shuō)明：由于在接地點(diǎn)處異頻信號(hào)與大地形成回路，所以在接地點(diǎn)后段檢測(cè)不到異頻電流），然后依次后推進(jìn)行檢測(cè)，直到可以將接地點(diǎn)定位在可以觀測(cè)到的位置為準(zhǔn)。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明主要提出了一種星型三相不接地系統(tǒng)中定位單相接地故障點(diǎn)的方法及裝置，通過(guò)在德州電網(wǎng)進(jìn)行實(shí)地檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)從接地故障發(fā)生到查找到接地點(diǎn)的平均用時(shí)為163.6分鐘，有效加快了單相接地故障點(diǎn)的定位時(shí)間，并且定位準(zhǔn)確。同時(shí)本發(fā)明設(shè)置了具體參數(shù)的異頻電流信號(hào)，盡量控制了異頻信號(hào)和電網(wǎng)工頻信號(hào)之間的差距，使得檢測(cè)效果更為準(zhǔn)確；另外本發(fā)明將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳播至目的接收端，有效加速了信息的反饋與匯總。

附圖說(shuō)明

圖1 為德州直供區(qū)趙虎站、趙宅站線路長(zhǎng)度列表及安裝的故障尋址器數(shù)量；

圖2為故障尋址器對(duì)于單相接地故障判斷正確率；

圖3為故障尋址器動(dòng)作正確率；

圖4為本發(fā)明的裝置構(gòu)成；

圖5為本發(fā)明的裝置工作原理圖

圖6為本發(fā)明單相接地故障查找時(shí)間；

圖7為本發(fā)明單相接地故障查找時(shí)間；

圖8為本發(fā)明單相接地故障查找時(shí)間；

圖9為本發(fā)明異頻電流信號(hào)的控制電路圖；

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明初步設(shè)定定位單相接地故障點(diǎn)的裝置由信號(hào)發(fā)生裝置、信號(hào)傳導(dǎo)裝置、信號(hào)檢測(cè)裝置組成，信號(hào)發(fā)生裝置可以通過(guò)對(duì)星型三相不接地系統(tǒng)線路人為施加一信號(hào)通過(guò)接地點(diǎn)形成回路。檢測(cè)部分可以在回路范圍內(nèi)檢測(cè)到該信號(hào)，在回路范圍外無(wú)法檢測(cè)到該信號(hào)，實(shí)現(xiàn)接地故障點(diǎn)區(qū)域的主動(dòng)式判斷。

實(shí)施例1：

一種星型三相不接地系統(tǒng)中定位單相接地故障點(diǎn)的方法：當(dāng)線路發(fā)生接地故障時(shí)，依次向三相線路的中點(diǎn)注入一不同于電網(wǎng)頻率的異頻電流信號(hào)，檢測(cè)注入點(diǎn)兩側(cè)的電流信號(hào)強(qiáng)度，若另外兩相檢測(cè)不到電流信號(hào)，且該注入點(diǎn)一側(cè)電流信號(hào)強(qiáng)度大于另一側(cè)電流信號(hào)強(qiáng)度時(shí)，確定當(dāng)前相為故障相；

在所述故障相的端處繼續(xù)注入所述異頻電流信號(hào)，若能在故障相線路中點(diǎn)A檢測(cè)到異頻電流信號(hào)，則說(shuō)明單相接地故障點(diǎn)還在A與故障相線路的另一端處之間；取A至故障相線路的另一端處的中點(diǎn)B處再進(jìn)行檢測(cè)，若檢測(cè)不到異頻電流信號(hào)，說(shuō)明單相接地故障點(diǎn)在A、B之間；重復(fù)上述步驟，直到可以將單相接地故障點(diǎn)定位在人眼可視范圍距離內(nèi)。

在確定哪一相為故障相時(shí)，由于注入的異頻電流在故障相與大地形成回路，此時(shí)測(cè)得的異頻電流大，判為故障相，采用這種檢測(cè)方法可以快速鑒別出三相線路中哪一相是故障相；在確定了故障相后，采用上述方法逐次檢測(cè)電路中的異頻電流信號(hào)，有效加快了單相接地故障點(diǎn)的定位時(shí)間，并且定位準(zhǔn)確。通過(guò)調(diào)查德州電網(wǎng)發(fā)生接地后的處理過(guò)程，發(fā)現(xiàn)從接地故障發(fā)生到查找到接地點(diǎn)的平均用時(shí)為163.6分鐘，具體見(jiàn)圖6-圖8的2015年單相接地故障查找結(jié)果。利用單相接地點(diǎn)定位裝置，每套裝置預(yù)估在5萬(wàn)元左右；該裝置易于操作，只需由兩人即可完成接地查線任務(wù)；該裝置查找效率較高，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)人員作業(yè)，配合“二分法”，預(yù)估得出利用該裝置的平均查找用時(shí)為38分鐘左右。

所述異頻電流信號(hào)的頻率在20Hz至25Hz之間，幅值在40mA至45mA之間。異頻電流信號(hào)的頻率不同于電網(wǎng)頻率，經(jīng)多次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在上述頻率區(qū)間和幅值區(qū)間的異頻電流信號(hào)可以有效區(qū)別于電網(wǎng)的工頻信號(hào)和三倍頻信號(hào)。因?yàn)榈鼐W(wǎng)的干擾信號(hào)較為復(fù)雜，其中最主要最明顯的是電壓干擾，電壓干擾包括了輸電線路和電壓極引線上的感應(yīng)電壓。在向接地相也就是故障相注入電流之前，經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)50Hz和100Hz之間的電壓級(jí)和接地相之間的干擾信號(hào)幅度是最大的，干擾信號(hào)的頻率主要是電網(wǎng)工頻信號(hào)和三倍頻信號(hào)，本發(fā)明設(shè)置上述具體的異頻電流信號(hào)可以有效避免來(lái)自電網(wǎng)的工頻信號(hào)和三倍頻信號(hào)的干擾。

本發(fā)明采用了正弦波、方波或包含多個(gè)諧波頻率的其他波形作為異頻電流信號(hào)，可以盡量控制異頻信號(hào)和電網(wǎng)工頻信號(hào)之間的差距，使異頻電流信號(hào)的檢測(cè)更為準(zhǔn)確。

實(shí)施例2：在上述星型三相不接地系統(tǒng)中定位單相接地故障點(diǎn)的方法基礎(chǔ)上，記錄自線路發(fā)生故障到定位故障點(diǎn)經(jīng)過(guò)的時(shí)間和故障點(diǎn)的位置，并采用無(wú)線通信方式向目標(biāo)終端發(fā)送。其有益效果是，可以利用信息網(wǎng)絡(luò)，將檢測(cè)結(jié)果及時(shí)通過(guò)最近的局域網(wǎng)或者4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至目標(biāo)終端，有效加速了信息的反饋與匯總。

實(shí)施例3：

如圖3所示，一種星型三相不接地系統(tǒng)中定位單相接地故障點(diǎn)的裝置，包括信號(hào)發(fā)生裝置，用于產(chǎn)生異頻電流信號(hào)；信號(hào)傳導(dǎo)裝置，與信號(hào)發(fā)生裝置的輸出相連，用于向輸電線路注入異頻電流信號(hào)；信號(hào)檢測(cè)裝置，用于檢測(cè)異頻電流信號(hào)。這種裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，方便使用，檢測(cè)定位快速且準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。

其中信號(hào)檢測(cè)裝置可以采用手持信號(hào)檢測(cè)裝置。信號(hào)發(fā)生裝置還包括液晶顯示模塊、計(jì)量專用芯片、信號(hào)發(fā)生裝置箱體、蓄電池。液晶顯示模塊用于顯示異頻電流信號(hào)的頻率和幅值。其有益效果是可以直觀得看出異頻電流信號(hào)的參數(shù)，方便后續(xù)的定位工作。圖9為本發(fā)明異頻電流信號(hào)的控制電路圖。

信號(hào)發(fā)生裝置箱體采用透明、半透明或帶有顏色的半透明材料制成的外殼。這樣做一方面提供了信號(hào)發(fā)生裝置的防護(hù)措施，另一方面也是可以直觀透過(guò)外殼，看出異頻電流信號(hào)的參數(shù)，方便后續(xù)的定位工作。

蓄電池采用鉛酸蓄電池或太陽(yáng)能電池，鉛酸蓄電池在使用中無(wú)需添加電解液或蒸餾水，利用正極產(chǎn)生氧氣可在負(fù)極吸收達(dá)到氧循環(huán)，可防止水分減少。太陽(yáng)能電池則有利于戶外工作，隨用隨充。

采用控制軟件安裝在信號(hào)發(fā)生裝置上，用于控制異頻電流的輸出。

實(shí)施例4：

在上述的星型三相不接地系統(tǒng)中定位單相接地故障點(diǎn)裝置中，為信號(hào)檢測(cè)裝置設(shè)置無(wú)線通信模塊，或采用無(wú)線高低壓鉗形電流表作為信號(hào)檢測(cè)裝置。其有益效果是可以將檢測(cè)結(jié)果通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳播至目的接收端，有效加速了信息的反饋與匯總。

故障尋址器和人員對(duì)于單相接地故障的查找效率非常低，本發(fā)明通過(guò)對(duì)線路注入異頻信號(hào)，然后檢測(cè)該異頻信號(hào)，判斷接地點(diǎn)的位置。現(xiàn)裝置已能夠投入使用，查找時(shí)間為每公里約10分鐘左右。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。