一种配电网单相接地故障定位装置及方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种配电网故障定位技术领域，具体的说，是一种配电网单相接地故 障定位装置及方法。
【背景技术】
[0002] 随着我国工业的发展，电力网络规模逐渐加大，网络结构逐渐复杂，用户对供电稳 定的要求也越来越高。一方面，在系统正常运行时要防止故障的发生；另一方面，在故障发 生后尽快进行故障定位，迅速排除故障，保证系统运行安全，将损失最小化。
[0003] 现阶段我国配电网大多数采用中性点非有效接地系统（中性点不接地或经消弧 线圈接地），其特点是单相接地故障时不会形成短路回路，故障线路流过电流为所有非故 障线路对地电容电流之和，数值小，不必立刻切断线路，允许带故障运行一段时间.但随着 馈线的增多，电容电流增大，长时间运行就容易单相接地变成多点接地短路，弧光接地还会 引起系统的过电压，损坏设备，破坏系统的安全运行，所以必须及时找到故障线路和故障地 点。
[0004] 然而，配电网故障定位一直是电力系统中亟待解决的难题。这是由配电网络自身 的特点决定的。配电网络与输电网络相比有以下三大特点： (1)供电半径小。较短的线路使得在输电网故障定位中应用广泛的经典阻抗法在配电 网络中误差明显加大。
[0005] (2)末端随机负荷多。这一特点使得阻抗法在配电网中无法精确定位。
[0006] (3)线路分支多。从结构上来说，分支多本身给精确某个分支带来了困难；从算法 上来说，分支多所带来的信息就多，其中包含的真伪信息都多，混杂在一起，难于理清。
[0007] 因而，配电网故障定位问题一直没有得到有效的解决.国内大多仍然采用人工巡 线的方法，由于配电网络分支复杂，又不可能同时派出大量巡线工人，所以故障发生后停电 时间较长，自动化水平低。如果能够找到一种合适的技术方法，能够在故障发生后迅速精确 的定出故障位置，一方面节省了人力物力，另一方面也提高了系统运行的长期稳定性。
【发明内容】
[0008] 针对现有技术的不足，本发明提供一种配电网单相接地故障定位装置及方法，其 采用行波法对配电网单相接地故障进行定位，利用故障行波并借助GPS进行双端定位。
[0009] 整个系统包括安装于被检测线路两端变电站的两套行波故障定位装置，行波故障 定位装置由行波传感器、GPS采样单元、中央处理单元和故障定位主机四部分组成。行波传 感器套接于线路两端的CVT地线上。
[0010] 随着卫星通信技术的发展，卫星授时法已经从军用转向民用，目前基于GPS (全球 定位系统）的同步采样方法已经在电力系统中得到广泛应用。目前可采用的同步卫星系统 主要有三种，分别为：GOES系统（地球静止业务环境卫星）、GPS卫星系统以及我国自主研 制的北斗卫星系统。
[0011] GPS的主要由空间部分、地面控制系统和用户设备共计3个部分构成。
[0012] 基本原理是：首先测量出已知位置的卫星到用户接收机之间的距离，然后得到各 个卫星信号到达接收机的时间，最后综合计算就可以确定出接收机所在位置，而只要有了 位置坐标就能保证该位置点时间的准确性。
[0013] GPS行波采样单元包括行波信号处理模块和GPS计时模块。
[0014] 行波信号处理模块对行波波头进行检测，辨识行波波头；GPS计时模块为行波波 头的到达提供准确的时间。
[0015] 行波信号处理模块由行波极性检测电路和行波波头突变检测电路组成，采用行波 的幅值实现行波波头和极性检出。
[0016] 全波整流电路将负行波转变为正行波，如果有幅值大于设定值的行波波头出现。 则确定为故障行波，第二电平比较器输出行波波头突变信号；第一电平比较器与正行波比 较，若正行波幅值大于设定值，则输出检测行波极性信号，对负行波不产生极性信号输出。 为了防止电磁干扰等未造成线路故障的冲击波频繁启动GPS采样单元，应根据线路故障行 波的特点调整设定幅值电平值。
[0017] GPS计时模块采用计数器和比较器对高精度晶振进行分频，产生晶振秒时钟信号， 并由CPU对比较值进行修正，产生修正后的秒时钟。修正后的秒时钟触发第一锁存器锁存 GPS秒脉冲的到达时刻，得到修正后的秒时钟与GPS秒脉冲的相位差。通过对该相位差和 比较值的修正值分析，产生GPS秒时钟和晶振秒时钟的偏差序列。该偏差包括GPS时钟的 随机漂移误差和晶振的累计误差；采用一元二次回归分析模型对两种误差进行估计，分离 出各自误差；并对晶振累计误差进行修正，构造出高精度时钟发生装置。比较值每秒设置一 次，由前η次测量的GPS秒时钟误差和前η次设置的比较值历史数据计算本次将要设置的 比较值。
[0018] 当行波波头到达时，将产生的行波波头突变信号送入第二锁存器，锁存GPS同步 高精度授时时钟此时刻的时间值，启动CPU把第二锁存器数据读入计算机内存，对行波波 头到达的最初时刻和行波波头的极性进行快速记录。
[0019] GPS接收机由天线接收到时钟信号后首先经过前置滤波、放大电路进行抗干扰之 后再加以利用。前置滤波使得GPS接收机不易受相对于GPS的两个波段频带的带外强功率 的干扰，采用具有陡的截止频率特性的无源滤波器来抑制大的带外功率，有较低的插入损 耗和良好的截止带宽抗干扰特性。GPS信号到达接收机时信号很小，故需要使用放大电路来 增加其幅值，并且使用限幅器来消除脉冲干扰，采用二极管置于前置放大器中来保护它免 受任何形式大功率脉冲干扰。限幅器对正常信号或大多数的射频干扰信号无影响，只是削 去高功率信号。
[0020] 中央处理单元具有电源单元、RS485转换电路、光親隔离单元、开关量输入接口、 CPU单元、网卡、RS485通讯指示灯以及网卡通讯指示灯，其中RS485转换电路与GPS采样单 元连接，并通过光耦隔离单元与CPU单元相连，开关量输入接口接收开关量输入信号，CPU 单元通过网卡连接故障定位主机。
[0021] 电源单元采用太阳能电池与蓄电池进行混合供电的方式作为其主要的电源供应 方式，在选取蓄电池时，也应该根据太阳能电池功率的大小来选用不同的种类的充电电池 和蓄电池。在电路中要串联一个整流二极管防止太阳能电池在电压下降或者不发电时蓄电 池对太阳能电池逆放电，同时，为防止太阳能电池在强光下由于遮挡受损，最好在太阳能电