专利名称：架空输电线路故障定位方法
技术领域：
本发明涉及电力系统领域，更具体地涉及一种架空输电线路故障定位方法。
背景技术：
随着电力系统的发展，电力系统架空输电线路电压等级和输送容量都在逐步提 高，架空输电线路的故障准确定位技术也越来越为人们所重视。故障准确定位能够帮助电 力系统工作人员准确、快速的找到故障位置，这对于及时修复线路、恢复可靠供电，保证电 力系统的安全稳定和经济运行都有着十分重要的作用。如何快速、准确地实现架空输电线 路故障点的准确定位是电力系统的一个重要研究课题。目前电力系统架空输电线路故障定位有下述一些故障测距方法及装置。第一类 以测量线路阻抗为目标的检测方法。具体有故障录波法、脉冲反射法和电子电路构成的阻 抗法测距。第二类电抗法。它是一种利用故障电压和电流计算故障回路电抗值，从而标定 出故障距离的方法。第三类行波法。它是通过测量故障时的电压、电流行波在线路上的传 播时间，利用波头之间的时间差来计算故障距离。以上所有方法都存在一个问题那就是故 障定位偏差大。
发明内容
本发明提供一种架空输电线路故障定位方法。基于本发明能够克服现有技术中的 缺陷，减小故障定位的偏差。本发明公开了一种架空输电线路故障定位方法，包括如下步骤测量步骤，将架空 输电线路的每一相输电导线划分为多段，依次测量每一段两个端点处的线电流相位；故障 点确定步骤，比较相邻两端点的线电流相位，依据比较结果，确定故障点的位置。上述架空输电线路故障定位方法，优选所述故障点确定步骤进一步为判断所述 相邻两端点的线电流相位是否在预先给定的阈值范围内，若是，则所述相邻两端点间没有 故障点；若否，则，所述相邻两端点间存在故障点。上述架空输电线路故障定位方法，优选所述故障定位方法基于故障定位系统实 现，所述故障定位系统包括基站M0和多个电流相位检测装置，所述每一电流相位检测装置 设置于架空输电线路杆塔的每一相输电导线上；所述测量步骤具体为所述基站M0发出相 位检测信号；第一电流相位检测装置M1接收所述相位检测命令信号，检测并获取所述第一 电流相位检测装置M1处当前输电线路电流相位值，并将所述相位检测命令信号、所述当前 输电线路电流相位值发送至最为邻近的第二电流相位检测装置M2 ；第二电流相位检测装置 M2接收所述相位检测命令信号和所述当前输电线路电流相位值，获取第二电流相位检测装 置仏处当前输电线路电流相位值，上述架空输电线路故障定位方法，优选所述故障点确定步骤具体为所述第二电 流相位检测装置M2将获取的所述第二电流相位检测装置M2处当前输电线路电流相位值与 所述第一电流相位检测装置M1处当前输电线路电流相位值进行比较若两者之间差距大于
3预先给定的阈值，则确认所述第一电流相位检测装置M1与第二电流相位检测装置M2之间存 在故障；否则，不存在故障；第二电流相位检测装置M2将所述比较结果通过第一电流相位 检测装置M1传回所述基站Mtl ；并将所述相位检测命令信号和所述第二电流相位检测装置M2 处当前输电线路电流相位值发送至最为邻近的第三电流相位检测装置M3;以此类推，直至 完成获取最后一个电流相位检测装置处的电流相位并与前一电流相位进行比较，将比较结 果发回基站Mtl ；基站Mtl依据接收到多个所述比较结果，确定所述架空输电线路的故障点。上述架空输电线路故障定位方法，优选所述基站Mtl、所述电流相位检测装置都包 括有 Zigbee CC2530 芯片。本发明利用架空输电线路区内故障时故障点两端的导线线电流相位发生变化来 判定位故障位置，大大减小了故障定位的偏差。
图1为本发明架空输电线路故障定位方法实施例的步骤流程图；图2为本发明的工作原理图；图3为本发明采用的故障定位系统(a相)示意图；图4为本发明电流相位检测装置方框图；图5为本发明信号及电源部分的电路图；图6为电流-电压相位波形图；图7为本发明CC2530编程控制芯片的电路示意图；图8为本发明射频放大器的电路示意图；图9为本发明基站Mtl的结构框图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实 施方式对本发明作进一步详细的说明。参照图1，图1为本发明架空输电线路故障定位方法实施例的步骤流程图，包括如 下步骤步骤Si、基站Mtl发出相位检测信号。步骤S2、第一电流相位检测装置M1接收所述相位检测命令信号，检测并获取所述 第一电流相位检测装置M1处当前输电线路电流相位值，并将所述相位检测命令信号、所述 当前输电线路电流相位值发送至最为邻近的第二电流相位检测装置M2。步骤S3、第二电流相位检测装置礼接收所述相位检测命令信号和所述当前输电线 路电流相位值，获取第二电流相位检测装置M2处当前输电线路电流相位值，并与所述第一 电流相位检测装置M1处当前输电线路电流相位值进行比较若两者之间差距大于预先给定 的阈值，则确认所述第一电流相位检测装置M1与第二电流相位检测装置M2之间存在故障； 否则，不存在故障。步骤S4、第二电流相位检测装置M2将所述比较结果通过第一电流相位检测装置M1 传回所述基站Mtl;并将所述相位检测命令信号和所述第二电流相位检测装置M2处当前输电 线路电流相位值发送至最为邻近的第三电流相位检测装置M3;以此类推，直至完成获取最后一个电流相位检测装置处的电流相位并与前一电流相位进行比较，将比较结果发回基站M0。步骤S5、基站Mtl依据接收到多个所述比较结果，确定所述架空输电线路的故障点。本发明的工作原理介绍如下如图2所示，在A、B之间是架空输电线路L，为a、b、c三相输电线路。正常运行 时，整个输电线路每相导线中，线电流处处大小相等，相位相同(输电线路分布电容电流影 响不大，可以忽略不计)。当f点发生短路故障时(1)、如果A、B端都有等值电源存在，则 在故障点f两侧输电线路的电流相位不同；(2)如果A端有等值电源存在，B端没有等值电 源存在，则A侧有短路电流，B侧无短路电流；(3)如果B端有等值电源存在，A端没有等值 电源存在，则B侧有短路电流，A侧无短路电流。总而言之，当输电线路发生短路故障时，短 路点两侧电流相位一定不同。依靠输电线路中电流相位的变化，就可以准确的定位短路点。架空输电线路的输电导线是经绝缘子与杆塔固定连接的。一条架空输电线路是由 许多个杆塔支撑着输电导线构成的。一般架空输电线路的杆塔之间距离大约在100-500m 之间。只要能准确的定位短路故障发生在某2个杆塔之间，就可以快速的找到故障点。下面对本发明进行详细说明。如图3所示，整个架空输电线路有η个杆塔，杆塔的编号为1、2、3... i、i+1. . . η。 在每个杆塔的每一相输电导线上加装一个电流相位检测装置，一共加装3η个电流相位检 测装置。下面以a相为例来说明。对应着杆塔1、2、3. . . i、i+1. . . η的电流相位检测装置编号为礼、M2, M3. . . Mi, Mi+1. . .Mn。当a相发生短路故障时，比如在杆塔i与杆塔i+Ι之间发生短路故障，那么电流 相位检测装置Mi、M2、M3. . . Mi处检测到的输电线路电流相位是相同的，而Mi与Mi+1处检测到 的输电线路电流相位不同，相位发生了变化。利用电流相位的这种变化就可以确定短路发 生在杆塔i与杆塔i+Ι之间。使用电流相位检测装置礼^2^3. . .Mi、Mi+1. . .Mn，将每个电流 相位检测装置安装处的电流相位变化信息传递到置于输电线路L端的监测设备Mc^简称为 基站Mtl，一般在含有等值电源那端)上。在基站MO上就可以定位出短路故障发生的位置。同样，b、c相的故障定位方法与a相类似。Zigbee是IEEE 802. 15. 4协议的代名词。根据这个协议规定的技术是一种短距 离、低功耗、自组织及低成本的无线通信技术。比如使用芯片CC2530(每块芯片的价格大约 为2美元)来构成一个Zigbee网络节点，它依据802. 15. 4标准，在数千个Zigbee网络节点 之间相互协调实现通信。这些Zigbee网络节点只需要很少的能量，以接力的方式通过无线 电波将数据从一个Zigbee网络节点传到另一个Zigbee网络节点。每个Zigbee网络节点 不仅本身可以作为监控对象，例如用其所连接的电流互感器直接进行数据采集和监控，还 可以自动中转别的Zigbee网络节点传过来的数据资料。一个Zigbee网络节点传输范围一 般介于10 IOOm之间，在增加RF发射功率后，亦可增加到1 3km。这里指的传输范围是 相邻节点间的距离。通过节点间通信的接力，传输距离将可以非常远。Zigbee网络通信使 用免执照频段2. 4GHz。Zigbee可采用星状、片状和网状网络结构，由一个主节点管理若干 子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理，最 多可组成65000个节点的大网。本发明中使用的电流相位检测装置MpM2、M3. . .Mi、Mi+1. ..Mn以及基站Mtl就是由Zigbee网络节点构成的，编程控制芯片采用CC2530。图4为本发明电流相位检测装置的结构框图。该电流相位检测装置包括信号及电 源电路、CC2530编程控制芯片、MAX2247射频放大器和天线。信号及电源电路作用有两点，一是检测所安装电流相位检测装置处输电线路中导 线电流的相位，二是给整个电流相位检测装置提供电源。CC2530编程控制构成了 Zigbee网络节点的核心部分，它的作用是通过编程来控 制CC2530发射和接受信息，并对相位信息进行比较处理。MAX2247射频放大部分作用是将CC2530编程控制的发射信息功率放大以增大发 射距离。天线的作用是发射和接受信息。参照图5，图5为信号及电源电路示意图，包括电源部分经电流互感器TA将输电线路一次侧电流;^感应到二次侧，感应电流为
I2 ,由整流二极管V1、V2、V3及V4全波整流，稳压管DW稳压为4V，通过隔离二极管D5向电 容C充电，构成3. 3V电源。信号部分经电流互感器TA将输电线路一次侧电流；^感应到二次侧电流；[2 ,经限
流电阻Rl接光电耦合器GD发射端，在光电耦合器GD的接收端I/O 口得到如图6所示方波 电压VIA)。这个方波电压VIA)信号里包含有一次侧输电线路导线中的电流相位信息。电流互感器TA铁芯采用特制的环形铁芯，一次侧穿过铁芯，二次侧线圈绕在铁芯 上。整个环形铁芯分为可以拼接在一起的两半，以方便在现场安装。参照图6，图6为电流-电压相位波形图。图中，电流互感器TA的一次侧波形为；^ ,电流互感器TA的二次侧波形为；[2 ,图中没
有计及电流互感器一次侧电流与二次侧电流的相位差。VIA)为经过信号转换得到的一次侧 电流的电压方波。这个方波电压信号里包含有一次侧输电线路导线中的电流相位信息。参照图7，图7为本发明CC2530编程控制芯片的电路示意图。在图中，I/O端口为方波信号接收端口，RFOUT为射频信号发送端口。将包含有本 节点⑴一次侧输电线路导线中的电流相位信息的方波电压信号VIA)输入到CC2530的通 用I/O端口 (比如11脚的Ph 口)。通过对CC2530编程和控制，将检测到的输入的方波信 号发送出去，以供下一个节点(i+Ι)接收比较，同时接收从上一个节点(i_l)发射来的方波 信号与本节点(i)的方波信号进行比较，计算得到本节点(i)与上一个节点(i_l)方波信 号的相位变化情况。具体是检测本节点(i节点)处的电流相位并且发射出去，以供下一个 节点(i+Ι节点)接受。接受上一个节点(i_l)的电流相位并与本节点(i)电流相位相比 较。如果本节点⑴与上一个节点(i_l)电流相位相同，则发射信息为本节点⑴编号和 相位没有变化代码1，反之，如果本节点(i)与上一个节点(i_l)电流相位不相同，则发射信 息为本节点(i)编号和相位变化代码0。参照图8，图8为射频放大器的电路示意图。通过端口 RFOUT将CC2530芯片输出 的射频信号通过MAX2247及它的外部电路将信号的功率放大，通过天线发射出去，以使得 信号传输距离达到lKm。参照图9，图9为本发明基站Mtl方框图，图中，CC2530、MAX2247及天线这3部分接线方法与图4中的接线相似，3. 3V电源可以直接通过市电降压整流稳压得到。CC2530通过 USARTO SPI串口通讯方式与计算机连接，CC2530的端口选择P0-2、P0-3、P0-4和P0-5。通 过计算机编程处理数据，在计算机上显示出各个杆塔处的输电线路电流相位变化情况，从 而定位故障点。电流相位检测装置由于所用电流互感器TA器件一次侧与二次侧相位差参数的分 散性，所用光电耦合器GD参数的分散性以及两个节点之间的通信延时，必然会造成相邻两 节点间的相位数据即使是在一次测电流完全同相位下也会有一定差距，所以编程判断时， 要在相邻两节点间设定一个相位误差范围S。相对于故障点两侧电流相位的相位差而言， 这个误差是极小的。如果相邻节点的相位误差比S小，就认为这两个节点同相位。否则， 就认为这两个节点相位发生了变化。以上对本发明所提供的一种架空输电线路故障定位方法进行详细介绍，本文中应 用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助 理解本发明的系统及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想， 在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本 发明的限制。
权利要求
一种架空输电线路故障定位方法，其特征在于，包括如下步骤测量步骤，将架空输电线路的每一相输电导线划分为多段，依次测量每一段两个端点处的线电流相位；故障点确定步骤，比较相邻两端点的线电流相位，依据比较结果，确定故障点的位置。
2.根据权利要求1所述的架空输电线路故障定位方法，其特征在于，所述故障点确定 步骤进一步为判断所述相邻两端点的线电流相位是否在预先给定的阈值范围内，若是，则所述相邻 两端点间没有故障点；若否，则，所述相邻两端点间存在故障点。
3.根据权利要求2所述的故障定位方法，其特征在于，所述故障定位方法基于故障定位系统实现，所述故障定位系统包括基站M0和多个电 流相位检测装置，所述每一电流相位检测装置设置于架空输电线路杆塔的每一相输电导线 上；所述测量步骤具体为所述基站Mtl发出相位检测信号；第一电流相位检测装置M1接收所述相位检测命令信号，检测并获取所述第一电流相位 检测装置M1处当前输电线路电流相位值，并将所述相位检测命令信号、所述当前输电线路 电流相位值发送至最为邻近的第二电流相位检测装置M2 ；第二电流相位检测装置M2接收所 述相位检测命令信号和所述当前输电线路电流相位值，获取第二电流相位检测装置M2处当 前输电线路电流相位值。
4.根据权利要求3所述的故障定位方法，其特征在于，所述故障点确定步骤具体为所述第二电流相位检测装置M2将获取的所述第二电流相位检测装置M2处当前输电线路电流相位值与所述第一电流相位检测装置M1处当前输电线路电流相位值进行比较若两 者之间差距大于预先给定的阈值，则确认所述第一电流相位检测装置M1与第二电流相位检 测装置M2之间存在故障；否则，不存在故障；第二电流相位检测装置M2将所述比较结果通过第一电流相位检测装置M1传回所述基 站Mtl ；并将所述相位检测命令信号和所述第二电流相位检测装置礼处当前输电线路电流相 位值发送至最为邻近的第三电流相位检测装置M3;以此类推，直至完成获取最后一个电流 相位检测装置处的电流相位并与前一电流相位进行比较，将比较结果发回基站Mtl;基站Mtl依据接收到多个所述比较结果，确定所述架空输电线路的故障点。
5.根据权利要求4所述的故障定位方法，其特征在于，所述基站Mtl、所述电流相位检测装置都包括有ZigbeeCC2530芯片。
全文摘要
本发明公开了一种架空输电线路故障定位方法，所述方法包括如下步骤将架空输电线路的每一相输电导线划分为多段，依次测量每一段两个端点处的线电流相位；比较相邻两端点的线电流相位，依据比较结果，确定故障点的位置。本发明利用架空输电线路区内故障时故障点两端的导线线电流相位发生变化来判定位故障位置，大大减小了故障定位的偏差。
文档编号G01R31/08GK101881803SQ20101018930
公开日2010年11月10日 申请日期2010年5月24日 优先权日2010年5月24日
发明者刘平竹 申请人:北京交通大学