主动注入信号法单相接地故障定位后端故障指示器及其定位方法与流程

本发明涉及配电领域，尤其涉及单相接地故障的选线和定位方法。

背景技术：

单相接地故障是配电系统最常见的故障，多发生在潮湿、多雨天气。由于树障、配电线路上绝缘子单相击穿、单相断线以及小动物危害等诸多因素引起的。单相接地不仅影响了用户的正常供电，而且可能产生过电压，烧坏设备，甚至引起相间短路而扩大事故。虽然单相接地故障是电力系统中发生率最高的故障，但是对于单相接地故障的精确定位却一直未能得到很好的解决。为了尽快地判断出故障点的位置，从而排除故障来避免二次故障甚至断电的危害，提出了主动注入信号法进行故障定位方法和技术。

技术实现要素：

本发明提供了一种主动注入信号法单相接地故障定位后端故障指示器及其定位方法，用以解决小电流接地系统单相接地故障的选线和定位问题。

本发明的技术方案是当配网中发生单相接地故障，安装于线路首段的信号发生器发生一个区别于工频信号的故障信号。分布安装在整个配电系统上的后端故障指示器对信号进行有效识别、提取并对其进行频谱分析，判断出该信号特征，然后通过内置的SIM卡向变电站发送故障信号从而进行故障定位。

本发明是通过如下技术方案来实现的。

由电源模块、传感模块，数据采集处理模块，通信模块四个部分依序连接构成；其中：

电源模块依靠感应取电线圈从线路获取电能满足故障指示器正常工作需要，同时该模块带有备用电池用于停电或小负荷时为故障指示器供电；取电线圈采用取电效率高的破莫合金材质的铁芯；感应取电线圈从线路上感应到的电流通过功率控制及保护模块，一部分送到电源管理模块采样，另一部分经整流滤波后供电给电源管理模块和直流电源模块，直流电源模块根据电源管理模块指令进行给电池充电或给第二级直流电源供电，第二级直流电源为整个指示器电路提供电能；

传感模块通过采样线圈感应电流信号，同时通过感应电场变化获取线路电压信号，并将信号送到信号调理电路；采样线圈采用检测准确度高的硅钢片闭合铁芯。

数据采集处理模块，单片机模块和电压、电流调理电路组成，电流调理电路将采样线圈获取到的线路上电流信号变为数字信号送到故障指示器主单片机模块，电压调理电路将感应到的电压信号变为数字信号送到故障指示器主单片机模块；再由单片机将信号进行模数转换并进行算法运算，判断是否有电力扰动信号的存在；

通信模块采用低功耗的433MHz的射频通信模块，实现低功耗机制为通过时间占空比来设计无线射频双向通信模式，5s侦听25ms空中载波信号，地址匹配上进行数据交互。由通信模块将单片机判断结果通过射频通信方式发送给通信终端。

本发明根据上述故障定位后端故障指示器进行故障定位的方法是：

(1)将所述后端故障指示器进行编号；

(2)判断最后一个检测到电流扰动信号的后端故障指示器和第一个未接检测电流扰动信号的后端故障指示器之间的位置为故障发生位置；

本发明主动注入信号法单相接地故障定位后端故障指示器使用方法还包括：

本发明所述的后端故障指示器发出的报警信息的方式是：①后端故障指示器采用特征信号提取来进行故障判断，提取的特征信号为非工频信号；②通过通信系统发送到远方的故障监测主站系统；③后端故障指示器在本地通过状态变化告知电力线路维护人员。

本发明的有益效果：本发明通过可控干扰信号源产生可控电信号，在不对电力系统造成任何不良影响的前提下，形成电压和电流波形上的小扰动；利用信号监测终端对电流扰动进行特征提取和分析，实现故障定位。在不影响线路正常工作的前提下，对单相接地故障进行准确定位。原理简单，定位准确度高，成本较低，易于推广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1主动注入信号法单相接地故障定位后端故障指示器原理图；

图2本发明的工作示意图；

图3本发明的故障定位流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

见图1，主动注入信号法单相接地故障定位后端故障指示器，本发明特征在于：

由电源模块、传感模块，数据采集处理模块，通信模块四个部分依序连接构成；其中：

电源模块依靠感应取电线圈从线路获取电能满足故障指示器正常工作需要，同时该模块带有备用电池用于停电或小负荷时为故障指示器供电；取电线圈采用取电效率高的破莫合金材质的铁芯；感应取电线圈从线路上感应到的电流通过功率控制及保护模块，一部分送到电源管理模块采样，另一部分经整流滤波后供电给电源管理模块和直流电源模块，直流电源模块根据电源管理模块指令进行给电池充电或给第二级直流电源供电，第二级直流电源为整个指示器电路提供电能；

传感模块通过采样线圈感应电流信号，同时通过感应电场变化获取线路电压信号，并将信号送到信号调理电路。采样线圈采用检测准确度高的硅钢片闭合铁芯；

数据采集处理模块，单片机模块和电压、电流调理电路组成，电流调理电路将采样线圈获取到的线路上电流信号变为数字信号送到故障指示器主单片机模块，电压调理电路将感应到的电压信号变为数字信号送到故障指示器主单片机模块；再由单片机将信号进行模数转换并进行算法运算，判断是否有电力扰动信号的存在；

通信模块采用低功耗的433MHz的射频通信模块，实现低功耗机制为通过时间占空比来设计无线射频双向通信模式，5s侦听25ms空中载波信号，地址匹配上进行数据交互；由通信模块将单片机判断结果通过射频通信方式发送给通信终端。

本发明根据上述故障定位后端故障指示器进行故障定位的方法是：

(1)将所述后端故障指示器进行编号；

(2)判断最后一个检测到电流扰动信号的后端故障指示器和第一个未接检测电流扰动信号的后端故障指示器之间的位置为故障发生位置。

本发明主动注入信号法单相接地故障定位后端故障指示器使用方法还包括：

本发明所述的后端故障指示器发出的报警信息的方式是：①后端故障指示器采用特征信号提取来进行故障判断，提取的特征信号为非工频信号；②通过通信系统发送到远方的故障监测主站系统；③后端故障指示器在本地通过状态变化告知电力线路维护人员。

当位于线路出线的主动注入信号源的晶闸管导通角到达一定度数，处于短时两相异地接地故障回路中的后端故障指示器提取到的故障信号能够有效识别，如图中的后端故障指示器1以及16，因此能将故障定位在后端故障指示器16与19之间。

后端故障指示器通过提取信号发生器向系统注入的信号，并对其进行频谱分析，判断出该信号区别于故障后无晶闸管导通时信号的明显特征，然后通过内置的SIM卡向变电站发送故障信号从而进行故障定位，其工作流程图由附图2所示。

第一步，当信号发生器向系统注入信号时，会发送工作信号给后端故障指示器，后端故障指示器采集线路电流，提取故障信号，并进行频谱分析，判断是否满足初始判据。

第二步，若故障信号的频谱特征没有满足初始判据，则向信号发生器反馈信号“0”，等待信号发生器增加导通角之后的工作信号，并再次进行以上工作流程。若故障信号的频谱特征满足初始判据，后端故障指示器将通过SIM卡向变电站发送有效识别信号，从而进行故障定位。同时还将与信号发生器进行通信，向其反馈信号“1”，使其停止工作。