6kV配電網(wǎng)線路故障自動(dòng)定位系統(tǒng)

1、6kV配電網(wǎng)線路故障自動(dòng)定位系統(tǒng)一、6kV配電網(wǎng)線路故障自動(dòng)定位系統(tǒng)的誕生背景二、信號(hào)注入法的基本原理及實(shí)現(xiàn)信號(hào)注入法基本原理信號(hào)注入方式信號(hào)注入檢測(cè)三、配電網(wǎng)線路接地故障自動(dòng)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件組成系統(tǒng)軟件組成四、效益分析社會(huì)效益經(jīng)濟(jì)效益綜合效益一.線路故障自動(dòng)定位系統(tǒng)誕生背景輸電系統(tǒng)采用的直接接地方式為中性點(diǎn)接地，與之不同的中低壓配電系統(tǒng)的接地方式通常采用經(jīng)電阻或消弧線圈接地，或者直接中性點(diǎn)不接地，這被稱作小電流接地系統(tǒng)，也稱為中性點(diǎn)非有效接地系統(tǒng)。三相線電壓在當(dāng)單相接地故障發(fā)生在小電流接地系統(tǒng)中后依然對(duì)稱，系統(tǒng)可保持1-2小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間。而帶來(lái)的問(wèn)題是非故障相的對(duì)地電壓卻變?yōu)樵瓉?lái)的3倍，

2、其絕緣可能在長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)被損壞，使故障進(jìn)一步加劇。因此，快速確定故障點(diǎn)和故障線路就顯得非常重要。但于發(fā)生單相接地故障后存在故障特征不明顯的問(wèn)題，因此也就帶來(lái)了電力系統(tǒng)的一大難題一如何檢測(cè)小電流單相接地故障?；谛盘?hào)注入法的原理，提出了一種配電網(wǎng)單相接地故障的自動(dòng)定位系統(tǒng)，并研發(fā)了相應(yīng)的自動(dòng)定位的軟件系統(tǒng)和硬件設(shè)備。通過(guò)上位機(jī)軟件和探測(cè)裝谿系統(tǒng)間的可靠通信，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)單相接地故障的準(zhǔn)確定位，解決了傳統(tǒng)信號(hào)注入法固有的定位自動(dòng)化程度不高的問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的優(yōu)良性能。二、信號(hào)注入法的基本原理及實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)故障時(shí)向系統(tǒng)注入檢測(cè)信號(hào)電流是信號(hào)注入法的基本原理，故障定位和選線則是通過(guò)注入信號(hào)特征和路

3、徑的檢測(cè)、跟蹤來(lái)實(shí)現(xiàn)，是目前單相接地故障檢測(cè)在中低壓電網(wǎng)中一種行之有效的方法。靈活性是信號(hào)注入法最大的優(yōu)點(diǎn)，各種接線方式和結(jié)構(gòu)的配電系統(tǒng)都適用。信號(hào)注入法基本原理在小電流接地的電力系統(tǒng)中，負(fù)荷中性點(diǎn)和電源均不接地，經(jīng)過(guò)設(shè)備的對(duì)地耦合電容整個(gè)系統(tǒng)于大地連接。三相電壓在常運(yùn)行情況下均為正常對(duì)稱相電壓，二次側(cè)電壓分別為UAN?UBN?UCN?UC3,零序電壓為零。三相線路對(duì)地電容C0,每相的電容電流都會(huì)流入大地，并且相電壓超前90°,而線路的三相電容電流之和等于零。假設(shè)在A相線路中發(fā)生單相接地短路，對(duì)地電壓在A相為零，將對(duì)地電容短接了，導(dǎo)致流過(guò)電容的電流為零，在其他兩相對(duì)地電壓升高為相電壓

4、的對(duì)地電容電流相應(yīng)的也增大為3倍，3倍，相對(duì)于故障前三相負(fù)荷電流對(duì)稱沒(méi)有變化，而三相的線電壓仍然是對(duì)稱的。因此故障判別并對(duì)故障相別進(jìn)行判斷可以可靠的通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)電壓變化得到，但于特征不是很明顯的故障電流，故障區(qū)段和故障線路很難僅僅依靠故障特征量判別出來(lái)。為了解決這一問(wèn)題提出了信號(hào)注入法，圖2-1所示為其原理精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載3示意圖。圖2-1信號(hào)注入法原理示意圖通過(guò)對(duì)電壓的變化進(jìn)行檢測(cè)，系統(tǒng)將A相接地故障判斷出來(lái)以后，立即通過(guò)信號(hào)注入設(shè)備注入特定頻率信號(hào)到中性點(diǎn)入37,該信號(hào)在接地點(diǎn)、信號(hào)源以及大地間形成回路，如圖中虛線所示。注入信號(hào)的流通的特點(diǎn)可以

5、圖得出：1）注入信號(hào)不會(huì)流入無(wú)接地故障的線路中，其僅流通于故障線路中。2）在接地點(diǎn)和變電站之間的一段線路是注入的信號(hào)電流的唯一通路，接地點(diǎn)越過(guò)后，將不再存在注入信號(hào)。3）在有分支在接地點(diǎn)與變電站之間存在時(shí)，無(wú)接地故障的分支中也不會(huì)流入注入信號(hào)。根據(jù)特點(diǎn)1）只要無(wú)注入信號(hào)電流在各出線中檢測(cè)到，故障線路可以方便地找出，單相接地故障選線就可以基于注入信號(hào)電流實(shí)現(xiàn)。注入信號(hào)探測(cè)裝輅可以根據(jù)特點(diǎn)2）和特點(diǎn)3）,可在線路沿線和分支始端配谿，接地點(diǎn)區(qū)段和接地分支可通過(guò)檢測(cè)有無(wú)注入信號(hào)查找出，從而實(shí)現(xiàn)接地點(diǎn)的定位O信號(hào)注入方式面分析可知，只要注入診斷信號(hào)系統(tǒng)中性點(diǎn)處即可使用信號(hào)注入法定位故障區(qū)段，但考慮到在一

6、次系統(tǒng)中電壓的數(shù)值都較高，要求注入一次側(cè)的信號(hào)源的特性要非常好。一般通過(guò)注入信號(hào)源到故障系統(tǒng)中，這樣也節(jié)省了投資。主要的注入方式如下：1）利用接地相電壓互感器的二次側(cè)單相接地故障在小電流接地系統(tǒng)發(fā)生后，在電網(wǎng)接地相中對(duì)地電壓變?yōu)榱?，這一相電壓互感器的一次繞組相當(dāng)于短接了，工作的狀態(tài)處于暫時(shí)停止，正是利用了這一特點(diǎn)，利用它可以向電力系統(tǒng)中外加的診斷信號(hào)38。以圖2-1所示系統(tǒng)為例，在發(fā)生了單相接地故障后，通過(guò)TV二次側(cè)注入診斷信號(hào)后所形成的信號(hào)通路如圖3-7中虛線所示。圖2-2通過(guò)TV注入信號(hào)的原理示意圖2）利用消弧線圈的副邊向系統(tǒng)中注入信接入消弧線圈到注入信號(hào)源的副邊，在系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障

7、時(shí),精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載5控制信號(hào)源向系統(tǒng)注入診斷信號(hào)可以通過(guò)檢測(cè)故障前后電壓的變化12。需特別注意一點(diǎn)，選用這種方式在發(fā)生故障后已有較高的工頻電壓在電網(wǎng)的中性點(diǎn)與地之間，注入信號(hào)源投入后，在系統(tǒng)中注入診斷信號(hào)時(shí)，在其自身上要作用較高工頻電壓。為了防止弱電的信號(hào)源被工頻強(qiáng)電擊毀，為防止強(qiáng)電的侵入應(yīng)設(shè)谿工頻阻波電路。3）利用星形接線的三相補(bǔ)償電容加裝一個(gè)具有較高短路阻抗的接地變壓器在采用星形連接方式的三相補(bǔ)償電容的中性點(diǎn)與大地之間，并接入注入信號(hào)源在變壓器二次側(cè)。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)三相對(duì)地電壓是對(duì)稱的，大地與中性點(diǎn)間的電壓等于零，這個(gè)時(shí)候信號(hào)源將不再工作，

8、當(dāng)在系統(tǒng)中有單相接地故障發(fā)生后，將會(huì)提高中性點(diǎn)的電壓，注入信號(hào)源，往系統(tǒng)中注入將高頻信號(hào)。信號(hào)注入檢測(cè)如前所述，在使用注入法實(shí)現(xiàn)時(shí)單相接地故障定位需要檢測(cè)線路中有無(wú)注入信號(hào)的，將故障消失的區(qū)段判斷出來(lái)。因此對(duì)于注入法定位來(lái)說(shuō)注入信號(hào)的檢測(cè)這一問(wèn)題也很重要。單相接地故障在系統(tǒng)中發(fā)生后如果繼續(xù)運(yùn)行，負(fù)荷電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于注入信號(hào)電流，為此必須采取適當(dāng)?shù)拇胧z測(cè)注入信號(hào)，對(duì)注入信號(hào)頻率的要使用靈敏度很高的檢測(cè)裝谿檢測(cè)。目前一般有利用通過(guò)電流互感器和專用信號(hào)探測(cè)器兩種方法進(jìn)行注入信號(hào)的檢測(cè)。1）通過(guò)專用信號(hào)探測(cè)器進(jìn)行注入信號(hào)的檢測(cè)電磁感應(yīng)原理是專用信號(hào)探測(cè)器所利用的原理，注入信號(hào)電流使得無(wú)線接收產(chǎn)生的磁場(chǎng)

9、，線路中的信號(hào)電流被以非接觸的形式進(jìn)行探測(cè)。磁場(chǎng)法是利用注入信號(hào)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)，通過(guò)感應(yīng)線圈在空間接收這一磁場(chǎng)，線路電流的零序量可以被接收到?，F(xiàn)場(chǎng)是否安裝零序電流互感器的限制是該方法的優(yōu)點(diǎn)。在我國(guó)，大多數(shù)僅裝兩相CT在小電流接地系統(tǒng)中，限制了基于單相接地故障選線定位精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載7保護(hù)零序電流故障量的應(yīng)用。因此，任何配電系統(tǒng)能應(yīng)用磁場(chǎng)探測(cè)法探測(cè)注入信號(hào)的電流。在空間中不僅有注入信號(hào)磁場(chǎng)存在，還包含有工頻磁場(chǎng)以及諧波磁場(chǎng)等，因此不僅在專用信號(hào)探測(cè)器上要有接收電路還須有將干擾及工頻信號(hào)濾掉的濾波電路。以前大部分采用模擬式的專用信號(hào)電流探測(cè)器，使用不方

10、便、抗干擾能力差、體積大，在此基礎(chǔ)上本系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的信號(hào)電流探測(cè)器采用圖2-3數(shù)字式信號(hào)探測(cè)器原理示意圖數(shù)字式，圖3-所示為其原理框圖下面介紹本系統(tǒng)中應(yīng)用的數(shù)字式信號(hào)探測(cè)器的構(gòu)成：接收信號(hào)部分使用在圓柱上采用細(xì)銅絲緊密繞制成的線圈作為信號(hào)接收部分，利用電磁感應(yīng)原理，接收空間中的磁場(chǎng)。模擬信號(hào)處理模擬信號(hào)處理選頻放大和工頻陷波兩大部分組成。工頻陷波使用RC雙T帶阻濾波電路，主要用于濾出工頻信號(hào)。采用RC雙T反饋帶通放大電路來(lái)做選頻放大用，中心頻率f?fsig,如圖精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載82-4所示。圖2-4模擬濾波電路數(shù)字信號(hào)處理因?yàn)槭艿侥M濾波精度的影響，在

11、模擬濾波后的信號(hào)中仍然有大量的工頻諧波和高頻信號(hào)，計(jì)算之前還需進(jìn)行數(shù)字濾波。數(shù)字濾波差分濾波和帶通濾波組成，工頻諧波分量、工頻量以及恒定直流分量被差分濾波器濾除；帶通濾波采用MATLABFDT設(shè)計(jì)的101階FIR帶通濾波器。濾波公式為：差分濾波：y(n)?x(n)?x(n?p)y(n)?h(k)?x(n?k)k?0100帶通濾波：sig數(shù)字濾波器以后信號(hào)中基本只包含f/f的正弦量，此時(shí)其幅值大小就可以利用傅氏算法算出。提取注入信號(hào)從零序電流互感器中安裝有零序電流互感器的線路適用于這種方式，三相電流互感器二次側(cè)通過(guò)電纜連接至檢測(cè)電路，二次電流經(jīng)過(guò)模擬預(yù)處理、電壓形成、隔離變換后，變成能夠輸入到數(shù)

12、據(jù)采集系統(tǒng)中幅度適當(dāng)?shù)碾妷盒盘?hào)，TA二次電流的采樣值可以通過(guò)對(duì)其精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載9進(jìn)行相關(guān)的頻率采樣。在這一采樣值信號(hào)中既包含了經(jīng)fs/f1點(diǎn)差分濾波后注入的診斷信號(hào)電流也包含了諧波零序電流及工頻基波，僅保留了診斷信號(hào)諧波電流及工頻基波被濾除，在fs/fsig點(diǎn)上應(yīng)用全波傅氏算法，診斷信號(hào)電流的幅值就可以被計(jì)算出來(lái)。其處理過(guò)程與專用數(shù)字信號(hào)處理探測(cè)器過(guò)程相類似。還應(yīng)該注意的一點(diǎn)是，因?yàn)楸恍盘?hào)源容量等因素限制，注入一次系統(tǒng)中的信號(hào)本來(lái)就很小，從經(jīng)過(guò)零序CT變換又零序CT二次側(cè)測(cè)量，與就更不明顯于其他頻率的信號(hào)了。因此一般在數(shù)字處理之前，通過(guò)選頻放大電

13、路將注入信號(hào)進(jìn)行放大，以便進(jìn)行區(qū)分有無(wú)信號(hào)。所以與專用信號(hào)探測(cè)器預(yù)處理相比，在這一方式下，采用的信號(hào)預(yù)處理電路是相似的。三、配電網(wǎng)線路接地故障自動(dòng)定位系統(tǒng)設(shè)計(jì)單相接地故障在小電流接地系統(tǒng)中發(fā)生后，注入診斷信號(hào)到故障線路中，故障點(diǎn)確定可以通過(guò)查找信號(hào)消失的點(diǎn)即可，實(shí)現(xiàn)了小電流接地系統(tǒng)自動(dòng)定位單相接地故障區(qū)段。系統(tǒng)硬件組成基于信號(hào)注入法原理實(shí)現(xiàn)的配電系統(tǒng)自動(dòng)定位系統(tǒng)通信系統(tǒng)、信號(hào)探測(cè)裝谿和監(jiān)控主機(jī)三部分構(gòu)成，變電站里配谿監(jiān)控主機(jī)，必須安裝網(wǎng)絡(luò)拓?fù)滠浖投ㄎ凰惴ǎ蛔⑷胄盘?hào)的大小安裝于配電線路的分支開(kāi)關(guān)所在位谿的信號(hào)探測(cè)裝谿、分段開(kāi)關(guān)檢測(cè)；兩者間的通信通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。圖3-1自動(dòng)定位系統(tǒng)在小電流接地系統(tǒng)

14、單相接地故障中的組成上圖所示為接地故障檢測(cè)系統(tǒng)在小電流接地系統(tǒng)中的組成，包括故障啟動(dòng)、故障選線和故障定位。啟動(dòng)部分的任務(wù)選線定位主機(jī)完成，根據(jù)三相零序電壓變化確定故障定位系統(tǒng)在故障發(fā)生后啟動(dòng)，故障相別判斷，注入信號(hào)源被啟動(dòng)向系統(tǒng)中注入信號(hào)。同時(shí)故障選線的功能也存在于選線主機(jī)上，通過(guò)對(duì)各條出線注入信號(hào)電流大小的測(cè)量、采集探測(cè)裝輅，對(duì)各信號(hào)的大小進(jìn)行比較，發(fā)生接地故障的線路判斷出，接地選線功能即完成。定位部分是所關(guān)注的，主包括以下三部分：1）信號(hào)探測(cè)裝谿：在線路沿線配谿，處理計(jì)算、和提取注入信號(hào)，上傳給自動(dòng)定位軟件系統(tǒng)已經(jīng)得到的信號(hào)大小。受安裝條件和投資等因素的限制，探測(cè)裝谿的安裝只能在有限的測(cè)量

15、點(diǎn)上，因此對(duì)故障精確定位只能在相鄰探測(cè)裝谿安裝點(diǎn)之間的區(qū)段，也不可能精確到點(diǎn)。2）自動(dòng)定位軟件：將其安裝于監(jiān)控主機(jī)上，用于配輅在主控制室內(nèi)的PC機(jī)。其可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治龅裙δ?，以下稱上位機(jī)，將定位軟件稱之為上位機(jī)軟件。監(jiān)控主機(jī)的主界面在正常運(yùn)行時(shí)為所監(jiān)視系統(tǒng)的一次接線圖。發(fā)生接地故障之后，采用數(shù)據(jù)表格、圖像、聲音等方式為檢修和運(yùn)行人員提供故障信息。3）通信系統(tǒng)：實(shí)現(xiàn)上位機(jī)系統(tǒng)和遠(yuǎn)方終端之間的通信，遠(yuǎn)方終端數(shù)據(jù)的上傳和上位機(jī)命令的下達(dá)組成。本系統(tǒng)采用GPRS數(shù)據(jù)傳輸為主，輔助GSM短消息傳輸，包括終端客戶端和上位機(jī)服務(wù)器。系統(tǒng)軟件組成在對(duì)本系統(tǒng)主要部分進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，確定自動(dòng)定位系

16、統(tǒng)在本配電系統(tǒng)單相接地故障時(shí)的總體結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。1）人機(jī)交互模塊主要完成配電網(wǎng)各種信息數(shù)據(jù)（信號(hào)探測(cè)裝谿讀數(shù)等）查詢、顯示、以及自動(dòng)顯示故障區(qū)段和修改和建立報(bào)警網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)洹⒃?shù)維護(hù)等功能。2）故障自動(dòng)定位模塊結(jié)合配電網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，根據(jù)上報(bào)的遠(yuǎn)方檢測(cè)裝谿數(shù)據(jù)，故障區(qū)段自動(dòng)定位、顯示和報(bào)警功能則根據(jù)自動(dòng)定位算法完成。3）通信模塊為了系統(tǒng)自動(dòng)定位的實(shí)現(xiàn)，必須通過(guò)系統(tǒng)軟件給探測(cè)裝谿下發(fā)讀數(shù)據(jù)命令、參數(shù)命令等。同樣注入讀數(shù)和信號(hào)參數(shù)等信息也需上傳給系統(tǒng)中心。因此，兩者之間的通信是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)定位的關(guān)鍵?？紤]到種類繁多的遠(yuǎn)方探測(cè)裝谿（故障指示器、信號(hào)探測(cè)裝谿等），故采用了GPRS數(shù)據(jù)通信、GSM短消息

17、以及RS232串口精選公文范文，管理類，工作總結(jié)類，工作計(jì)劃類文檔，感謝閱讀下載13通信等多種通信方式，以使系統(tǒng)的適用性增強(qiáng)。通信模塊信息輸入信息輸出人機(jī)交互模塊自動(dòng)定位模塊故段障輸區(qū)出數(shù)據(jù)庫(kù)圖3-2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)四、效益分析社會(huì)效益?zhèn)鹘y(tǒng)的事故查找需要出動(dòng)外線工少則4、5人,多則7、人沿著線路檢查,對(duì)于故障隱蔽的線路，往往要一整天才能找到故障點(diǎn)，孤島電網(wǎng)接地故障自動(dòng)定位能夠系統(tǒng)自動(dòng)找出故障點(diǎn)，只需工作人員根據(jù)故障識(shí)別系統(tǒng)提供的方位，直接到故障點(diǎn)進(jìn)行處理即可，降低事故巡線時(shí)間,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率。下面是2012年8-9月份東水線和孤四北線出現(xiàn)故障時(shí)實(shí)際定位情況。我們技術(shù)人員對(duì)發(fā)生的4次

18、短路故障的巡視過(guò)程進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)跟蹤調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)根據(jù)系統(tǒng)的指示每次花費(fèi)幾分鐘的時(shí)間均能查找出線路發(fā)生的故障段。據(jù)統(tǒng)計(jì)平均故障時(shí)間分鐘。表1:孤四北線和東水線現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際發(fā)生故障定位情況記錄表序號(hào)事故日期月31日129月2日238月24日34故障點(diǎn)事故恢復(fù)確定時(shí)線路名稱時(shí)間時(shí)間間20:3020:0020:45東水線17:007:1517:227:4510:1417:40孤四北北線10:15東水線10:53孤四北線保護(hù)故障指示情動(dòng)作況速斷事故原因57-62號(hào)桿之58#ffFTU斷線間出現(xiàn)故障3-30避雷器爆62Z3#ff5-1有鳥(niǎo)電死搭橫擔(dān)上648-13井另克上引線斷速斷68#ff之后過(guò)流62支28搟干速斷11#分支故障49月13日9:55濟(jì)效益下表為1-8月份部分線路發(fā)生的事故和故障產(chǎn)量損失統(tǒng)計(jì)表，2011年1-8月份共發(fā)生事故和故障43起，可估算經(jīng)濟(jì)效益>43元二萬(wàn)元。表2:1-8月份部分線路發(fā)生的接地故障產(chǎn)量損失統(tǒng)計(jì)表序線路名稱號(hào)123456789101112孤四北線墾90南線墾90北線電南線新南線北干北線渤89線孤六南線中六站線孤三聯(lián)線孤六西線墾71乙線合計(jì)平均2011年和2012年停電時(shí)間對(duì)比（分）72精選公文范文，管理類