一种基于智能设备的配电网单相接地故障带电定位装置的制作方法

本发明属于一种电力技术和设备，适用于3—60kV中性点非有效接地电网，能够在单相接地故障发生时，在带故障运行的情况下进行准确定位。

背景技术：

我国3—60kV配电网广泛采用中性点非有效接地方式，又称为小电流接地系统，小电流接地系统的故障绝大多数是单相接地故障。发生单相接地故障时，接地电流很小，可以在故障情况下继续运行1—2个小时，但是必须尽快找到故障点，这就提出了带电故障定位问题。

配电网单相接地故障带电定位问题长期以来没有得到很好的解决，人工巡线不仅耗费了大量人力物力，而且延长了停电时间，影响供电安全。有文献提出从PT注入高频信号，沿线路检测该信号确定故障位置，但是由于线路分布电容对高频信号形成通路，因此在经电阻接地时定位不准确。申请号为2008102248858的发明专利公开了一种配电网单相接地故障定位方法，该定位方法原理为:首先在线路始端注入高压直流信号，沿线路检测直流信号确定故障区域;然后在线路始端注入高压交流信号，沿线路检测交流信号确定故障点位置。该方法在应用时需要将可以运行的线路停电，并采取措施将线路从电力系统中隔离，然后通过特制的信号源将信号注入到线路中后再进故障定位。该定位方法在线路停电后的故障定位精度高，但是，必须对线路采取停电措施才能应用，使得可以供电的线路必须停电，影响供电可靠性和用户的用电。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于智能设备的配电网单相接地故障带电定位装置。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于智能设备的配电网单相接地故障带电定位装置，该单相接地故障定位装置由上位机和下位机两个部分组成，所述上位机安装于变电站内，用于测量和传输母线零序电压信号，所述的下位机装置为智能设备在线路上移动检测；巡视人员佩戴智能设备在线路上进行移动检测；所述的智能设备包括智能手持终端及智能头灯；

所述智能头灯包括摄像头以及与摄像头相连接的无线通信模块，摄像头和无线通信模块均设置在头灯架体上；摄像头实时采集巡视过程中线路上的状态视频，并将该状态视频通过无线通信模块传送至智能手持终端；

智能手持终端接收到该状态视频后，在智能手持终端上进行显示，同时经处理后通过智能手持终端内的无线通信模块发送给远程控制中心；另外，智能手持终端内设置相电流检测器，相电流检测器通过钳形表头套接在线路上，测量相电流数值；智能手持终端内还包括定位器和无线通信模块；定位器的GPS模块在获得时标的同时发出秒脉冲信号，触发无线通信模块向相电流测量器发出信令；相电流测量器的无线通信模块接收到信令后触发A/D对相电流模拟量进行采样，得到相电流的瞬时值，进一步将该瞬时值回传至定位器；定位器将三相电流瞬时值进行合成，得到零序电流信号，采用FFT算法对合成的零序电流值进行计算，得到零序电流信号的幅值和相位。

巡视人员在检修过程中存在失误的时候，所述远程控制中心通过所述无线通信模块和耳麦，叫停巡视人员的检修，所述远程控制中心将相关的视频传递给所述专家决策系统，所述专家决策系统给出相应的补救措施，回馈给远程控制中心，远程控制中心通过无线通信模块和耳麦，通知检修人员补救措施。

所述GPS定位模块通过所述无线通信模块向远程控制中心发送巡视人员的实时位置，所述远程控制中心根据巡视人员的实时位置，指定距离待检修设备路径最短的巡视人员前往检修，并通过无线通信模块向所述显示模块推送最佳路径。

所述远程控制中心实时跟踪巡视人员的路径，并在巡视人员的实时位置偏离最佳路径一定距离时，通过耳麦向巡视人员发出警告。

当中性点非有效接地电力系统发生单相接地时，在线路带单相接地故障运行的情况下进行故障定位，定位装置的上位机和下位机在异地分别对母线零序电压信号、线路零序电流信号两个相量进行同步测量，上位机通过移动通信方式将测量的母线零序电压信号传输到故障定位装置的下位机;所述下位机将接收到的零序电压信号和就地测量到的零序电流信号进行分析计算，根据零序分量有功功率的方向确定故障点位于检测点的上游或是下游，通过移动式检测最终确定故障点的位置。

如果零序分量的有功功率值大于零，则判断故障点在检测点的上游，向上查寻；如果零序分量的有功功率值小于零，则判断故障点在检测点的下游，向下查寻，这样经过移动式检测，最终确定故障点位置。

所述定位器将三相电流瞬时值进行合成，得到零序电流信号，所述定位器的CPU采用FFT算法对合成的零序电流值进行计算，得到零序电流信号的幅值和相位，定位器接收到上位机发送的零序电压幅值、相位后，通过时标对比，找到同一个时刻测量的零序电流信号的幅值和相位，计算出零序分量的有功功率值，定位器根据零序分量的有功功率值的正负判断接地点在检测点的上游或下游并给予显示。

采用上述技术方案的本发明，利用一切可能的智能设备对接地故障进行检测，能够扩展为远程监控，提供了效率和可靠性。

附图说明

图1为本发明的原理框图。

图2为本发明故障定位原理图。

图3是单相接地故障时零序回路的等值电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种基于智能设备的配电网单相接地故障带电定位装置，该单相接地故障定位装置由上位机和下位机两个部分组成，所述上位机安装于变电站内，用于测量和传输母线零序电压信号，所述的下位机装置为智能设备在线路上移动检测；巡视人员佩戴智能设备在线路上进行移动检测；所述的智能设备包括智能手持终端及智能头灯；

所述智能头灯包括摄像头以及与摄像头相连接的无线通信模块，摄像头和无线通信模块均设置在头灯架体上；摄像头实时采集巡视过程中线路上的状态视频，并将该状态视频通过无线通信模块传送至智能手持终端；

智能手持终端接收到该状态视频后，在智能手持终端上进行显示，同时经处理后通过智能手持终端内的无线通信模块发送给远程控制中心；另外，智能手持终端内设置相电流检测器，相电流检测器通过钳形表头套接在线路上，测量相电流数值；智能手持终端内还包括定位器和无线通信模块；定位器的GPS模块在获得时标的同时发出秒脉冲信号，触发无线通信模块向相电流测量器发出信令；相电流测量器的无线通信模块接收到信令后触发A/D对相电流模拟量进行采样，得到相电流的瞬时值，进一步将该瞬时值回传至定位器；定位器将三相电流瞬时值进行合成，得到零序电流信号，采用FFT算法对合成的零序电流值进行计算，得到零序电流信号的幅值和相位。

巡视人员在检修过程中存在失误的时候，所述远程控制中心通过所述无线通信模块和耳麦，叫停巡视人员的检修，所述远程控制中心将相关的视频传递给所述专家决策系统，所述专家决策系统给出相应的补救措施，回馈给远程控制中心，远程控制中心通过无线通信模块和耳麦，通知检修人员补救措施。

所述GPS定位模块通过所述无线通信模块向远程控制中心发送巡视人员的实时位置，所述远程控制中心根据巡视人员的实时位置，指定距离待检修设备路径最短的巡视人员前往检修，并通过无线通信模块向所述显示模块推送最佳路径。

所述远程控制中心实时跟踪巡视人员的路径，并在巡视人员的实时位置偏离最佳路径一定距离时，通过耳麦向巡视人员发出警告。

本发明提出的一种基于新的定位方法的配电网单相接地故障带电定位装置，其原理是在线路带单相接地故障运行的情况下，定位装置在异地对零序电压和零序电流两个相量进行同步测量，并将零序电压信号和零序电流信号进行集中分析计算，根据零序分量的有功功率方向确定故障点位于检测点的上游或是下游，通过移动式检测最终确定故障点的位置。

基于本发明研制的定位装置由上位机和下位机两个部分组成。所述的上位机装置安装于变电站内，变电站PT开口三角绕组的二次线路接入上位机中，输入有效值在。-100V范围内的零序电压模拟量。上位机的GPS模块在获得时标的同时发出秒脉冲信号，在每个整秒时刻触发A/D对零序电压进行采样，采用FFT算法对采样值进行计算，得到零序电压信号的幅值和相位，然后利用移动通信方式将零序电压信号的幅值和相位以及对应的时标信息发送至下位机。

所述的下位机装置为手持设备在线路上移动检测。相电流检测器通过钳形表头套接在线路上，测量相电流数值。定位器的GPS模块在获得时标的同时发出秒脉冲信号，触发蓝牙无线收发模块向相电流测量器发出信令。相电流测量器的蓝牙无线收发模块接收到信令后触发A/D对相电流模拟量进行采样，得到相电流的瞬时值，进一步将该瞬时值回传至定位器。定位器将三相电流瞬时值进行合成，得到零序电流信号，采用FFT算法对合成的零序电流值进行计算，得到零序电流信号的幅值和相位。定位器接收到上位机发送的零序电压幅值、相位后，通过时标对比，找到同一个时刻测量的零序电流信号的幅值和相位，计算出零序分量的有功功率值。从零序回路的等值模型来看，零序电流的有功分量方向是从故障点流向母线及线路的末端，因此如果接地点在检测点的上游，则检测到的零序有功功率大于零;反之如果接地点在检测点的下游，则检测到的零序电流有功功率小于零。这样定位器根据零序分量的有功功率值的正负就能够判断接地点在检测点的上游或下游，如果零序分量的有功功率值大于零，则判断故障点在检测点的上游，向上查寻;如果零序分量的有功功率值小于零，则判断故障点在检测点的下游，向下查寻。这样经过移动式检测，就可以不断缩小故障区域，最终确定故障点位置。

定位装置由上位机和下位机两个部分组成，定位装置的上位机和下位机在异地对两个相量进行同步测量，上位机装置安装于变电站内，用于测量母线的零序电压信号，并通过移动通信方式将测量结果传输到线路上的故障定位下位机;下位机装置为手持设备在线路上移动检测，下位机将接收到的零序电压信号和就地测量到的零序电流信号进行分析计算，根据零序分量的有功功率方向确定故障点位于检测点的上游或是下游，通过移动式检测最终确定故障点的位置。

单相接地故障时零序回路的等值电路如图3所示。其中U为零序电压，工为零序电流的有功分量。由于线路上存在电阻，因此无论中性点不接地或者中性点经消弧线圈方式，零序电流的有功分量方向都是从故障点流向母线及线路的末端。这个特征不受接地电阻的影响。电网正常运行情况下，按惯例都假定母线指向线路的方向为电流的参考方向。故障定位寻检时，我们并不知道何处为故障点，只好按正常情况下的电流参考方向进行寻检。这样对比图2会发现支路Ol,lf检测到的零序有功功率大于零，其他支路检测到的零序电流有功功率小于零。由此我们就得出定位策略:如果零序分量的有功功率值大于零，则判断故障点在检测点的上游，向上查寻;如果零序分量的有功功率值小于零，则判断故障点在检测点的下游，向下查寻。这样经过移动式检测，就可以不断缩小故障区域，最终确定故障点位置。