基于三相电压电流的10kV配电线路断线故障检测与定位系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种基于三相电压电流的10kV配电线路断线故障检测与定位系统，包括：断线故障保护终端和断线故障检测与定位工作站；断线故障保护终端安装在配电线路各测量点，每个保护终端通过通信网络连接到断线故障检测与定位工作站上；所述断线故障保护终端包括：依次串联连接的模拟量输入系统、数据采集系统、信号处理系统、控制系统以及输出接口；断线故障检测及定位工作站安装在各配电站内，工作站通过通信网络连接到各个断线故障保护终端上。本实用新型有益效果：通过采集到的电压电流信息，不仅可以进行单相断线及其接地复杂故障的判定，还能够对多相断线及其接地复杂故障进行准确检测和定位，缩短了故障处理的时间。
【专利说明】
基于三相电压电流的10kV配电线路断线故障检测与定位系统
技术领域
[0001]本实用新型属于配电线路故障诊断技术领域，特别涉及一种基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统。
【背景技术】
[0002]配电网一般来说是指35kV及其以下电压等级的电力网络，作用是向城市里各个配电站和各类用电负荷供电。目前我国大部分城市配电线路采用的是1kV电压等级向用户供电。配电线路分布面广，总长度长，但运行环境恶劣，极易因雷击，机械外力作用和线路负荷过载而发生断线故障，严重威胁供电的安全性和可靠性。线路发生断线故障后，系统的电压质量将会受到十分明显的影响，系统的三相对称性遭到破坏，同时还有可能致使电动机因缺相运行而烧毁，大大减小了设备的使用寿命。此外断线后还会有很大的可能继续发生各种接地故障，这样将可能引发火灾，甚至电死人畜，造成难以挽救的后果。
[0003]现有技术通过分析配电网发生单相断线故障时负序电流在系统中的分布规律，得出故障后系统负序电流大部分由故障点经故障线路流向电源，而非故障线路的负序电流相对较小，以此作为故障选线的理论依据，且故障相电流绝对值差分后最大最小的差值在三相处理结果中是最大的，可以初步判定故障相，然后取半个周波内负序电流与故障相电压的乘积对时间的积分值作为能量测度，动作判据为:按躲开其他馈线单相断线故障的最大能量测度进行整定。
[0004]现有技术针对1kV架空线路辐射状的拓扑特点，利用故障分量法对单相断线故障的负序电压分布进行分析，提出了基于负序电压幅值的单相断线判据。并结合负荷监测点到电源点的最小路径分析，提出了基于负荷监测仪的单相断线故障区域判定方法，通过划定发生单相断线故障的可能区域和不可能区域，同时将这两个区域作差集运算，得出最小断线故障区域。
[0005]上述技术中的故障分析和故障检测定位方案有如下缺点:
[0006]①上述文献都是针对的是单相断线故障提出的处理办法，对附加接地故障，尤其是对多相断线故障缺乏充分的分析，解决方案相对单一，且难以判断故障类型；
[0007]②通过检测负序电流电压作为判定依据，需要在负荷侧增加设备，增加了投资和设备运维的工作量；
[0008]③通过比较电压电流相位差作为判定依据，在特殊负荷类型情况下容易造成误判断，可靠性难以保障；
[0009]④通过划分区域来确定故障位置仍难以准确确定故障区段，需要辅助人工巡查确定具体故障点。
【实用新型内容】
[0010]本实用新型的目的是为了克服上述问题，提出了一种基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，该系统仅仅依靠现有设备上可以获得的信息，不用增添新的设备;判定原理简单，可靠性高;能够对单相以及多相断线及其接地复杂故障进行准确检测和判定。
[0011 ]为实现上述目的，本实用新型采用下述技术方案:
[0012]基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，包括:断线故障保护终端和断线故障检测与定位工作站；
[0013]所述断线故障保护终端安装在配电线路各测量点，每个保护终端通过通信网络连接到断线故障检测与定位工作站上;所述断线故障保护终端包括:依次串联连接的模拟量输入系统、数据采集系统、信号处理系统、控制系统以及输出接口 ；
[0014]所述断线故障检测及定位工作站安装在各配电站内，断线故障检测及定位工作站通过通信网络连接到各个断线故障保护终端上。
[0015]进一步地，所述模拟量输入系统包括:电压互感器和电流互感器；电压和电流模拟量分别通过电压互感器二次侧和电流互感器二次侧输入。
[0016]进一步地，所述数据采集系统包括:
[0017]依次串联连接的第一电压形成装置、第一模拟低通滤波器和第一采样保持器；
[0018]依次串联连接的第二电压形成装置、第二模拟低通滤波器和第二采样保持器；
[0019]所述第一电压形成装置和第二电压形成装置分别连接模拟量输入系统;所述第一采样保持器和第二采样保持器分别与模数转换器连接。
[0020]进一步地，所述信号处理系统为DSP处理器。
[0021]进一步地，所述控制系统为51内核单片机，也可以用更高级的处理器。
[0022]进一步地，所述输出接口包括:分别与控制系统连接的通信接口、出口继电器以及报警设备。
[0023]进一步地，所述报警设备包括光字牌、报警灯、报警蜂鸣器等。
[0024]进一步地，所述断线故障检测及定位工作站包括:主机服务器、显示设备以及通信接口 ；所述主机服务器包括:CPU处理器和数据储存设备。
[0025]本实用新型的有益效果是:
[0026]1.本实用新型原理简单，实现容易；不需额外增加测量设备，成本低，不增加运维工作量；
[0027]2.通过采集到的电压电流信息，不仅可以进行单相断线及其接地复杂故障的判定，还能够对多相断线及其接地复杂故障进行准确检测和定位，缩短了故障处理的时间。
【附图说明】
[0028]图1是配电网络等效结构图；
[0029]图2是本实用新型进行断线故障检测与定位的系统结构图；
[0030]图3是本实用新型配电线路断线保护终端结构图；
[0031 ]图4是本实用新型断线故障检测及定位工作站结构图。
【具体实施方式】
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[0032]下面结合附图与实例对本实用新型做进一步说明:
[0033]如图1所示的配电网简化结构图，I一8节点为本断线保护终端安装点，其中节点2、3节点之间发生了断线故障，线路I为故障线路，线路Π代表其他非故障线路的等效线路。
[0034]通过安装在配电线路各节点的断线保护终端获取各节点的电压、电流信息。所述的配电网是指由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿设备以及其他附属设施构成的I OkV电压等级的辐射型电力网络。
[0035]基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，如图2所示，包括:断线保护终端设备和断线故障检测及定位工作站。
[0036]如图3所示，断线保护终端安装在配电线路各测量点，每个断线保护终端通过通信网络连接到断线故障检测及定位工作站上;断线保护终端包括:依次串联连接的模拟量输入系统、数据采集系统、信号处理系统、控制系统以及输出接口。
[0037]其中，模拟量输入系统包括:电压互感器和电流互感器；电压和电流模拟量分别通过电压互感器二次侧和电流互感器二次侧输入。
[0038]数据采集系统包括:
[0039]依次串联连接的第一电压形成装置、第一模拟低通滤波器和第一采样保持器；
[0040]依次串联连接的第二电压形成装置、第二模拟低通滤波器和第二采样保持器；
[0041]所述第一电压形成装置和第二电压形成装置分别连接模拟量输入系统;所述第一采样保持器和第二采样保持器分别与模数转换器连接。
[0042]输出接口包括:分别与控制系统连接的通信接口、出口继电器以及报警设备。
[0043]电压、电流等模拟量通过电压互感器二次侧、电流互感器二次侧输入设备，数据采集系统包括电压形成、模拟低通滤波器(LPF)、采样保持器(S/Η)以及数模转换(A/D)等功能块，完成将模拟输入量准确地转换为微型机能够识别的数字量;数字信号处理(DSP)芯片将数字信号进行分析，得到所采集电压电流的幅值相位;主CPU可以是简单的51内核单片机，也可以用更高级的处理器，根据实际需要完成的功能选择;通信接口连接主CPU和通信网络，通过通信接口主CPU向断线故障检测与定位工作站上传各测量点的故障信息；出口继电器连接线路刀闸等隔离设备，在主CHJ命令下动作;报警设备可以是光字牌、报警灯、报警蜂鸣器等，向工作人员发出报警信号。
[0044]电压、电流信息所指的是各节点各相对地电压幅值和相位，各相电流幅值和相位。
[0045]如图4所示的断线故障检测及定位工作站结构图，断线故障检测及定位工作站包括:主机服务器、显示设备以及通信接口 ；主机服务器包括:CPU处理器和数据储存设备。其中数据储存设备储存的为根据实际配电网发生不同类型的断线故障而整定的故障类型判据数据库。
[0046]断线保护终端采集和上传各测量点的电气量信息，断线故障检测及定位工作站接受由断线保护终端上传的电气量信息，主机服务器将这些信息和故障数据库中的信息比对，确定故障类型和故障相别，并通过比较各测量点的电压来确定故障区段，实现故障定位，最后将故障类别，故障位置等信息在显示设备上显示出来。
[0047]需要说明的是，本实用新型中涉及到的信号处理系统为DSP处理器，控制系统为51内核单片机或者更高级的处理器;断线故障检测及定位工作站采用CPU处理器实现;上述装置均采用现有的设备即可实现，无需对装置本身进行任何改进。
[0048]上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。
【主权项】
1.基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，其特征是，包括:断线故障保护终端和断线故障检测与定位工作站； 所述断线故障保护终端安装在配电线路各测量点，每个保护终端通过通信网络连接到断线故障检测与定位工作站上;所述断线故障保护终端包括:依次串联连接的模拟量输入系统、数据采集系统、信号处理系统、控制系统以及输出接口； 所述断线故障检测及定位工作站安装在各配电站内，断线故障检测及定位工作站通过通信网络连接到各个断线故障保护终端上。2.如权利要求1所述的基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，其特征是，所述模拟量输入系统包括:电压互感器和电流互感器；电压和电流模拟量分别通过电压互感器二次侧和电流互感器二次侧输入。3.如权利要求1所述的一种基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，其特征是，所述数据采集系统包括: 依次串联连接的第一电压形成装置、第一模拟低通滤波器和第一采样保持器； 依次串联连接的第二电压形成装置、第二模拟低通滤波器和第二采样保持器； 所述第一电压形成装置和第二电压形成装置分别连接模拟量输入系统;所述第一采样保持器和第二采样保持器分别与模数转换器连接。4.如权利要求1所述的一种基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，其特征是，所述信号处理系统为DSP处理器。5.如权利要求1所述的一种基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，其特征是，所述控制系统为51内核单片机，也可以用更高级的处理器。6.如权利要求1所述的一种基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，其特征是，所述输出接口包括:分别与控制系统连接的通信接口、出口继电器以及报警设备。7.如权利要求6所述的一种基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，其特征是，所述报警设备包括光字牌、报警灯和报警蜂鸣器。8.如权利要求6所述的一种基于三相电压电流的1kV配电线路断线故障检测与定位系统，其特征是，所述断线故障检测及定位工作站包括:主机服务器、显示设备以及通信接口 ；所述主机服务器包括:CPU处理器和数据储存设备。
【文档编号】G01R31/02GK205665347SQ201620601630
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月16日
【发明人】郭增民, 王晖, 杨超, 王官涛, 胡凯, 闫志伟, 毛惠卿, 伊瑞鹏, 张瑾
【申请人】国网山东省电力公司滨州供电公司, 国家电网公司