一种考虑不同线路参数的接地故障指示器系统的制作方法

本发明属于电力故障检测技术领域，特别是具体涉及一种考虑不同线路参数的接地故障指示器系统。

背景技术：

在电力系统运行过程中，故障时常发生；其中，单相接地故障发生的次数占比超过了80％。发生单相接地故障后故障电流值和系统中性点接地方式有很大的关系；而我国低压配电网主要采用小电流接地的运行方式。当小电流接地系统发生单相接地故障时，流过接地点的电流仅为线路对地电容电流，其值远小于负荷电流，因此会给故障检测带来很多困难。所以，单相接地故障是最易发生却最难检测的。虽然按照相关规定，小电流接地系统发生单相接地故障后任可继续运行1-2小时；但是在发生故障后任需尽快找出故障位置。

近年来，很多用于故障选线和定位的装置也相继出现，为电力系统的可靠运行做出了不少贡献；其中，配置于于架空线路和电缆线路的故障指示器就是其中一类。故障指示器提出后，人们在对其硬件升级的同时也在不断改进其故障检测方法。但是，没有一种故障指示器能适用于众多电力系统的工况。

因此，为充分发挥故障指示器的功能，很有必要提出一种适用于多种工况的故障指示器。即实现在不知道中性点接地方式的情况下任拥有较高的准确率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种考虑不同线路参数的接地故障指示器系统，解决了上述问题，利用线路直流分量和改进高频分量来进行判断的故障指示器系统。

本发明包括故障指示器、数据汇集器和主站。

故障指示器和数据汇集器之间采用短距无线通信技术，数据汇集器接收到多个故障指示器的信号后统一发送到主站；这样可以降低通信成本。此种通信方式现在应用很广泛，这里只是介绍系统间各设备实现通信的一种方法，并不作为本发明的保护内容。而主站则为该系统的处理中枢。本发明特别的地方为故障指示器与主站之间的配合。因此，下面将详细介绍。

1)故障指示器包括电源模块、信号检测模块、存储模块、通信模块、控制模块和故障指示模块。其连接关系如下：电源模块与其他模块均有连接，以提供各模块的工作电压和电流；信号检测模块与电源模块、存储模块、控制模块相连；存储模块与电源模块、信号检测模块、控制模块相连；控制模块与电源模块、信号检测模块、存储模块、通信模块、故障指示模块相连；通信模块与电源模块、控制模块相连；故障指示模块与电源模块、控制模块相连。

电源模块为整个故障指示器供电，它可以从架空线路或者电缆线路取电，以保证故障指示器的持续可靠运行。

信号检测模块的作用就是采集线路上的电流和对地电压，并将数据传输到存储模块进行存储。

存储模块是存储线路电流和对地电压的地方，它可以根据指令要求将特定时间段的信息传送到相应的模块。

通信模块负责与其他设备进行通信，可以传送和接收信息与指令。

控制模块为故障指示器的核心，负责判断是否发生接地故障，并协调故障指示器各模块间的工作。

故障指示模块是当确定该故障指示器所在位置发生故障后，能就地显示故障的模块，可翻牌或者发光。

2)主站是该系统的核心，负责处理各故障指示器发来的数据与故障判定，可向故障指示器发出控制指令，并向维修人员发送故障地点的位置信息。而且在主站的屏幕上，可以直观地看出故障的区段。

本发明的基本思想是利用暂态高频分量和直流分量进行判断。判断过程先是对每条出线的第一组故障指示器数据进行处理，通过修正公式改进高频能量，以减小不同线路参数的影响，然后选取改进后高频能量和直流能量中较大的一个来进行选线。选线完毕后，利用相同的步骤求出故障线路每组故障指示器的相应能量信息，当前后两组故障指示器能量信息满足要求时即可判定故障发生在该两组故障指示器之间。

本发明的优点在于，减小了数据处理量，并且适用于多种中性点接地方式共存的系统，不需要知道系统中性点接地的方式；其适用工况较多，考虑互感器误差时，在线路长度差异较大和线路参数差异较大的系统中任然拥有较高准确率。

附图说明

图1为本发明故障指示器的结构框图。

图2为故障指示器的工作流程图。

图3为故障指示器主站的工作流程图。

图4为故障初相角为30°，接地点电阻值为30ω改进前高频能量图。

图5为故障初相角为30°，接地点电阻值为30ω改进后高频能量图。

图6为故障初相角为40°，接地点电阻值为30ω改进前高频能量图。

图7为故障初相角为40°，接地点电阻值为30ω改进后高频能量图。

具体实施方式

本发明包括故障指示器、数据汇集器和主站。

故障指示器和数据汇集器之间采用短距无线通信技术，数据汇集器接收到多个故障指示器的信号后统一发送到主站；这样可以降低通信成本。此种通信方式现在应用很广泛，这里只是介绍系统间各设备实现通信的一种方法，并不作为本发明的保护内容。而主站则为该系统的处理中枢。本发明特别的地方为故障指示器与主站之间的配合。

下面结合附图对本发明的工作原理进一步说明，故障指示器被安装在架空线路或者电缆线路后即进入工作状态。

故障指示器在进入工作状态后即开始对线路电流和电压进行采样，采样后的电流数据直接存入存储模块，而电压数据则在存入存储模块的同时输入到控制模块进行一个简单的判断。

1)判断当前电压值在半个周期内是否持续小于0.5倍的预设电压，若小于0.5倍的预设电压，则判定该故障指示器所在相发生接地故障。

2)若当前电压持续半个周期都大于1.5倍的预设电压，则判定系统发生接地故障，该故障指示器所在相为非故障相。即当系统发生故障时，所有的故障指示器都将判定系统发生故障。

3)判定系统发生故障后，控制器将发出相应指令。将电压下降或上升那一刻开始后对应的一个周期的电流数据从存储器提取出来。

4)将所提取出来的故障发生后一个周期的电流数据输入通信模块，最终传送到主站。

5)主站收到每个故障指示器传送来的数据后，根据其所安装的线路进行分组和存储。

6)根据上述内容，求出每条出线的第一组故障指示器传送来的零序电流。即根据每条出线离变电站最近的一组故障指示器数据求出该线路的零序电流。

7)对每条出线的零序电流求fft。再求出线路i的频谱中300-3000hz的能量ehi0和线路中小于20hz的能量edi。ehi0和edi分别称为高频能量和直流能量。

8)根据每条出线的长度li对高频能量ehi0进行改进，改进后的高频能量为ehi，改进公式如下：

其中，n为出线总数，为所有出线的总长度，li为线路i的长度，cn为线路n的对地电容值。

9)选取各出线中改进后高频能量最大的两个值ehmi和ehmj，求二者的差δehm，即：

δehm＝|ehmi-hmj|

10)选取各出线中直流能量最大的两个值edmi和edmj，求二者的差δedm，即：

δedm＝|edmi-dmj|

11)比较δehm和δedm的大小。

12)若δehm比δedm大，则应用高频能量进行接下来的判断。即各出线中最大的高频能量ehmi对应的线路i为故障线路。完成了故障选线，下一步是故障定位：

①求出线路i中每一组故障指示器处的零序电流，同理求出每一组的高频能量ehip。

②设i出线上共有k组故障指示器，每一组对应的高频能量为ehip，p＝1，2…k。

③对i线路上每组高频能量进行比较，当两组相邻的故障指示器z和x的高频能量比小于0.7，则判定故障点在z组故障指示器和x组故障指示器之间。高频能量比为：

13)若δehm比δedm小，则应用直流能量进行接下来的判断。即各出线中最大的直流能量edmi对应的线路i为故障线路。完成了故障选线，下一步是故障定位：

①求出线路i中每一组故障指示器处的零序电流，同理求出每一组的直流能量edip。

②设i出线上共有k组故障指示器，每一组对应的直流能量为edip，p＝1，2…k。

③对i线路上每组直流能量进行比较，当两组相邻的故障指示器z和x的直流能量比小于0.7，则判定故障点在z组故障指示器和x组故障指示器之间。直流能量比为：

14)最后，故障区段将在主站屏幕上显示。并且会将故障位置信息发送到维修人员手机上，以便尽快查找出故障位置。

通过仿真可以对此种方法进行检测，仿真模型中一共四条出线，线路一为故障线路。图4和图5为高频能量改进前后的对比，可以看出改进后线路间高频能量的区分度增强，易于故障选线。

下面，对改进前后的方法进行比较，表1、表2为利用高频能量法进行判断的数据；表3、表4为利用本文提出方法的结果。

表1高频能量法在不接地系统中的选线结果

表2高频能量法在经消弧线圈接地系统中的选线结果

表3本文方法在不接地系统中的选线结果

表4本文方法在经消弧线圈接地系统中的选线结果

通过仿真证明，利用此种综合判据的故障指示器系统拥有很高的准确率，在不知道中性点接地方式的情况下也不影响准确率；将故障初相角对故障检测的影响降低很多，并且当非故障线路对地电容值较大时也有很高的区分度，防止了误判的发生；即适用于线路长度差异较大和线路参数差异较大的系统。