专利名称：配电网单相接地故障带电定位装置的制作方法
技术领域：
本实用新型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。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术上的不足，提出基于新的定位方法的针对配电 网单相接地故障的带电定位装置。该定位装置能够快速、准确地确定故障点，并适用于金属 性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。本实用新型的技术方案如下一种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，其特征为所述的上位机安装于变电站内，由电压变换器、上位机A/D转换模块、上位机CPU、 上位机移动通信模块、上位机GPS模块组成，变电站PT开口三角绕组的二次线路通过所述 电压变换器输入至上位机CPU中的所述A/D转换模块，所述上位机GPS模块、上位机移动通 信模块均与所述上位机CPU相连，所述上位机CPU依次通过上位机的移动通信模块、下位机 的移动通信模块将计算的零序电压信号的幅值和相位以及GPS时标信息发送至下位机中 的 CPU ；所述的下位机为在线路上移动检测的手持设备，由相电流测量器和定位器组成； 相电流测量器包括电流变换器、下位机A/D转换模块、相电流测量器中蓝牙无线收发模块， 所述电流变换器、下位机A/D转换模块、相电流测量器中蓝牙无线收发模块依次相连；所述 定位器包括下位机CPU、定位器中蓝牙无线收发模块、下位机移动通信模块、下位机GPS模 块；所述下位的GPS模块、下位机移动通信模块、定位器中蓝牙无线收发模块均与下位机 CPU相连，相电流检测器通过钳形表头套接在线路上，所述钳形表头的输出端依次通过电流 变换器、下位机A/D转换模块、相电流测量器中的蓝牙无线收发模块、定位器中的蓝牙无线 收发模块回传至下位机中的CPU，定位器根据零序电流信、零序电压信号计算计算同一个时 刻零序分量的有功功率值。
4[0009]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，定位装置上位机测量母线的零序电压信号，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。本实用新型的故障定位装置通过以下方法实现故障定位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0-100V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。本实用新型的优点如下1、既能够确定故障点所在区域，也可以确定故障点的准确位置。2、同步测量零序电压相量和零序电流相量，不受线路分布电容的影响，能够有效 解决高阻接地情况下的定位问题。3、不用在每条线路上安装装置，利用一套装置可以进行多条线路的定位，极大的 节约成本。4、下位机采用手持结构、利用电池供电，便于野外操作，灵活性高。5、可以在带故障运行情况下定位，提高系统运行的可靠性。6、技术成熟、可靠性高，适用于3 60kV中性点不接地或中性点经消弧线圈接地 的配电网，适用于金属性接地、经电弧接地、经过渡电阻接地等多种故障情况。
图1是本实用新型的结构示意图；图2是单相接地故障时零序回路的等值电路图；[0023]图3是上位机的原理图；图4是下位机相电流检测器的原理图；图5是下位机定位器的原理图。
具体实施方式
下面结合说明书如图，通过具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说 明。本实用新型提出的一种新的定位方法，其原理是在线路带单相接地故障运行的情 况下，通过分析零序分量的有功功率方向进行故障定位。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，上位机测量母线的零序电压信号，通过移动通信方式将测量 结果传输到线路上的定位装置下位机；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。基于本实用新型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 0-100V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。如图1所示，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。
6[0032]单相接地故障时零序回路的等值电路如图2所示。其中U为零序电压，I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01、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。上位机的原理如图3所示，由小电压互感器器、A/D、CPU、移动通信模块、GPS模块 组成。小电压互感器(变比为100 5或者57.7 5)将电压互感器输出的交流0到100V 或0到57. 7V电压变换为交流0到5V信号，交流0到5V信号输入到输入运算放大器0P07 中，0P07、基准电压源AD584以及电阻Rl、R2、Rf构成比例加法器。输入运算放大器0P07输 出接到8051F120的P1.0管脚上，8051F120内部含有ADC和附加基准电压源。8051F120通 过P4和P5这两个I/O 口中的P4. 0-P4. 7和P5. 0-P5. 6接点分别与移动通信模块M1206的 Sub HD Pinl5端口的15个接点一一对应相连，用于驱动移动通信模块M1206，将采集的电 压信号通过移动通信模块M1206传输到下位机定位器中。8051F120通过P6. 1、P6. 2、P6. 3、 P6. 4与GPS模块M-87的端口 TXA、RXA、RXB、IPPS对应相连，用于接收秒脉冲和标准时钟数 据。下位机相电流检测器的原理如图4所示，由电流变换器、A/D、蓝牙无线收发模块 组成。由小电流互感器和电阻Rz构成电流变换器将输电线电流变换为交流0到5V信号，交 流0到5V信号输入到输入运算放大器0P07中，0P07、基准电压源AD584以及电阻Rl、R2、 Rf构成比例加法器。输入运算放大器0P07输出接到8051F120的Pl. 0管脚上，8051F120 内部含有ADC和附加基准电压源。8051F120通过P3. 1、Ρ3· 2、Ρ3· 3、Ρ3· 4、Ρ3· 5、Ρ3· 6与蓝 牙无线收发模块nRF2401的端口 CS、PffR-UP, CS、CLKU DRU DATA对应相连，用于接收定位 器采集命令和向定位器发送采集数据。下位机定位器的原理如图5所示，由CPU、蓝牙无线收发模块、移动通信模块、GPS 模块组成。8051F120通过P4和P5这两个I/O 口中的P4. 0-P4. 7和P5. 0-P5. 6接点分别与 移动通信模块M1206的Sub HD Pinl5端口的15个接点一一对应相连，用于驱动移动通信模 块M1206，接收上位机所发送的电压数据。8051F120通过P6. 1、P6. 2、P6. 3、P6. 4与GPS模 块M-87的端口 TXA、RXA、RXB、IPPS对应相连，用于接收秒脉冲和标准时钟数据。8051F120 通过 P3. 1、Ρ3· 2、Ρ3· 3、Ρ3· 4、Ρ3· 5、Ρ3· 6 与蓝牙无线收发模块 nRF2401 的端口 CS、PWR-UP、 CS、CLKU DRU DATA对应相连，用于向定位器发送采集命令和接收定位器的采集数据。
权利要求一种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，其特征为所述的上位机安装于变电站内，由电压变换器、上位机A/D转换模块、上位机CPU、上位机移动通信模块、上位机GPS模块组成，变电站PT开口三角绕组的二次线路通过所述电压变换器输入至上位机CPU中的所述A/D转换模块，所述上位机GPS模块、上位机移动通信模块均与所述上位机CPU相连，所述上位机CPU依次通过上位机的移动通信模块、下位机的移动通信模块将计算的零序电压信号的幅值和相位以及GPS时标信息发送至下位机中的CPU；所述的下位机为在线路上移动检测的手持设备，由相电流测量器和定位器组成；相电流测量器包括电流变换器、下位机A/D转换模块、相电流测量器中蓝牙无线收发模块，所述电流变换器、下位机A/D转换模块、相电流测量器中蓝牙无线收发模块依次相连；所述定位器包括下位机CPU、定位器中蓝牙无线收发模块、下位机移动通信模块、下位机GPS模块；所述下位的GPS模块、下位机移动通信模块、定位器中蓝牙无线收发模块均与下位机CPU相连，相电流检测器通过钳形表头套接在线路上，所述钳形表头的输出端依次通过电流变换器、下位机A/D转换模块、相电流测量器中的蓝牙无线收发模块、定位器中的蓝牙无线收发模块回传至下位机中的CPU，定位器根据零序电流信、零序电压信号计算计算同一个时刻零序分量的有功功率值。
2.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障带电定位装置，其特征为所述的上位机中的小电压互感器将电压互感器输出的交流0到100V或0到57. 7V电 压变换为交流0到5V信号，交流0到5V信号输入到输入运算放大器0P07中，0P07、基准电 压源AD584以及电阻Rl、R2、Rf构成比例加法器，输入运算放大器0P07输出接到8051F120 的Pl. 0管脚上，8051F120内部含有ADC和附加基准电压源，8051F120通过P4和P5这两个 I/O 口中的P4. 0-P4. 7和P5. 0-P5. 6接点分别与移动通信模块M1206的Sub HD Pinl5端 口的15个接点一一对应相连，用于驱动移动通信模块M1206，将采集的电压信号通过移动 通信模块M1206传输到下位机定位器中，8051F120通过P6. 1、P6. 2、P6. 3、P6. 4与GPS模块 M-87的端口 TXA、RXA、RXB、IPPS对应相连，用于接收秒脉冲和标准时钟数据。
3.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障带电定位装置，其特征为所述的下位机的相电流测量器中的由小电流互感器和电阻Rz构成电流变换器将输电 线电流变换为交流0到5V信号，交流0到5V信号输入到输入运算放大器0P07中，0P07、 基准电压源AD584以及电阻Rl、R2、Rf构成比例加法器，输入运算放大器0P07输出接到 8051F120的P1.0管脚上，8051F120内部含有ADC和附加基准电压源，8051F120通过P3. 1、 P3. 2、P3. 3、P3. 4、P3. 5、P3. 6 与蓝牙无线收发模块 nRF2401 的端口 CS、PffR-UP, CS、CLKl、 DRl、DATA对应相连，用于接收定位器采集命令和向定位器发送采集数据。
4.根据权利要求1所述的配电网单相接地故障带电定位装置，其特征为所述的下位机的定位器中的8051F120通过P4和P5这两个I/O 口中的P4. 0-P4. 7和 P5. 0-P5. 6接点分别与移动通信模块M1206的Sub HD Pinl5端口的15个接点——对应 相连，用于驱动移动通信模块M1206，接收上位机所发送的电压数据，8051F120通过P6. 1、 P6. 2、P6. 3、P6. 4与GPS模块M-87的端口 TXA、RXA、RXBUPPS对应相连，用于接收秒脉冲 和标准时钟数据，8051F120通过P3. 1、P3. 2、P3. 3、P3. 4、P3. 5、P3. 6与蓝牙无线收发模块nRF2401的端口 CS、PffR-UP, CS、CLKU DRU DATA对应相连，用于向定位器发送采集命令和 接收定位器的采集数据。
专利摘要本实用新型公开了一种配电网单相接地故障的带电定位装置，该装置适用于3～60kV中性点非有效接地电网。所述定位装置由上位机和下位机两个部分组成，上位机装置安装于变电站内，用于测量和传输母线零序电压信号，由A/D、CPU、移动通信模块、GPS模块组成。下位机装置为手持设备在线路上移动检测，用于测量零序电流信号及完成定位计算，由相电流测量器和定位器组成。相电流测量器由电流变换器、A/D、蓝牙无线收发模块组成，用于测量三相电流信号；定位器由CPU、蓝牙无线收发模块、移动通信模块、GPS模块组成，用于合成零序电流信号、接收零序电压信号以及完成定位计算。本实用新型技术成熟、可靠性高。
文档编号G01R31/08GK201697993SQ20102017308
公开日2011年1月5日 申请日期2010年4月28日 优先权日2010年4月28日
发明者于鑫, 张福华, 李岩松, 杨以涵, 辛晓光, 齐郑 申请人:华北电力大学;北京丹华昊博电力科技有限公司;辽宁省电力有限公司丹东供电公司