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、信號注入法的基本原理及實(shí)現(xiàn)信號注入法基本原理信號注入方式信號注入檢測三、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)中后依然對稱，系統(tǒng)可保持1-2小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間。而帶來的問題是非故障相的對地電壓卻變?yōu)樵瓉淼?倍，

2、其絕緣可能在長期運(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題，因此也就帶來了電力系統(tǒng)的一大難題一如何檢測小電流單相接地故障?；谛盘栕⑷敕ǖ脑?，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。通過上位機(jī)軟件和探測裝谿系統(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)信號注入法固有的定位自動(dòng)化程度不高的問題?，F(xiàn)場試驗(yàn)驗(yàn)證了系統(tǒng)的優(yōu)良性能。二、信號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)注入檢測信號電流是信號注入法的基本原理，故障定位和選線則是通過注入信號特征和路

3、徑的檢測、跟蹤來實(shí)現(xiàn)，是目前單相接地故障檢測在中低壓電網(wǎng)中一種行之有效的方法。靈活性是信號注入法最大的優(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)過設(shè)備的對地耦合電容整個(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。三相線路對地電容C0,每相的電容電流都會流入大地，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，對地電壓在A相為零，將對地電容短接了，導(dǎo)致流過電容的電流為零，在其他兩相對地電壓升高為相電壓

4、的對地電容電流相應(yīng)的也增大為3倍，3倍，相對于故障前三相負(fù)荷電流對稱沒有變化，而三相的線電壓仍然是對稱的。因此故障判別并對故障相別進(jìn)行判斷可以可靠的通過檢測系統(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。為了解決這一問題提出了信號注入法，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信號注入法原理示意圖通過對電壓的變化進(jìn)行檢測，系統(tǒng)將A相接地故障判斷出來以后，立即通過信號注入設(shè)備注入特定頻率信號到中性點(diǎn)入37,該信號在接地點(diǎn)、信號源以及大地間形成回路，如圖中虛線所示。注入信號的流通的特點(diǎn)可以

5、圖得出：1）注入信號不會流入無接地故障的線路中，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電流的唯一通路，接地點(diǎn)越過后，將不再存在注入信號。3）在有分支在接地點(diǎn)與變電站之間存在時(shí)，無接地故障的分支中也不會流入注入信號。根據(jù)特點(diǎn)1）只要無注入信號電流在各出線中檢測到，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電流實(shí)現(xiàn)。注入信號探測裝輅可以根據(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檢測有無注入信號查找出，從而實(shí)現(xiàn)接地點(diǎn)的定位O信號注入方式面分析可知，只要注入診斷信號系統(tǒng)中性點(diǎn)處即可使用信號注入法定位故障區(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)的信號源的特性要非常好。一般通過注入信號源到故障系統(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TV二次側(cè)注入診斷信號后所形成的信號通路如圖3-7中虛線所示。圖2-2通過TV注入信號的原理示意圖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控制信號源向系統(tǒng)注入診斷信號可以通過檢測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，注入信號源投入后，在系統(tǒng)中注入診斷信號時(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，并接入注入信號源在變壓器二次側(cè)。在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)三相對地電壓是對稱的，大地與中性點(diǎn)間的電壓等于零，這個(gè)時(shí)候信號源將不再工作，

8、當(dāng)在系統(tǒng)中有單相接地故障發(fā)生后，將會提高中性點(diǎn)的電壓，注入信號源，往系統(tǒng)中注入將高頻信號。信號注入檢測如前所述，在使用注入法實(shí)現(xiàn)時(shí)單相接地故障定位需要檢測線路中有無注入信號的，將故障消失的區(qū)段判斷出來。因此對于注入法定位來說注入信號的檢測這一問題也很重要。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)大于注入信號電流，為此必須采取適當(dāng)?shù)拇胧z測注入信號，對注入信號頻率的要使用靈敏度很高的檢測裝谿檢測。目前一般有利用通過電流互感器和專用信號探測器兩種方法進(jìn)行注入信號的檢測。1）通過專用信號探測器進(jìn)行注入信號的檢測電磁感應(yīng)原理是專用信號探測器所利用的原理，注入信號電流使得無線接收產(chǎn)生的磁場

9、，線路中的信號電流被以非接觸的形式進(jìn)行探測。磁場法是利用注入信號電流產(chǎn)生的磁場，通過感應(yīng)線圈在空間接收這一磁場，線路電流的零序量可以被接收到?，F(xiàn)場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，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)用磁場探測法探測注入信號的電流。在空間中不僅有注入信號磁場存在，還包含有工頻磁場以及諧波磁場等，因此不僅在專用信號探測器上要有接收電路還須有將干擾及工頻信號濾掉的濾波電路。以前大部分采用模擬式的專用信號電流探測器，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)開發(fā)的信號電流探測器采用圖2-3數(shù)字式信號探測器原理示意圖數(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)字式信號探測器的構(gòu)成：接收信號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接收部分，利用電磁感應(yīng)原理，接收空間中的磁場。模擬信號處理模擬信號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。采用RC雙T反饋帶通放大電路來做選頻放大用，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、模擬濾波后的信號中仍然有大量的工頻諧波和高頻信號，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)通過電纜連接至檢測電路，二次電流經(jīng)過模擬預(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?，TA二次電流的采樣值可以通過對其精選公文范文，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。在這一采樣值信號中既包含了經(jīng)fs/f1點(diǎn)差分濾波后注入的診斷信號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，診斷信號電流的幅值就可以被計(jì)算出來。其處理過程與專用數(shù)字信號處理探測器過程相類似。還應(yīng)該注意的一點(diǎn)是，因?yàn)楸恍盘栐慈萘康纫蛩叵拗?，注入一次系統(tǒng)中的信號本來就很小，從經(jīng)過零序CT變換又零序CT二次側(cè)測量，與就更不明顯于其他頻率的信號了。因此一般在數(shù)字處理之前，通過選頻放大電

13、路將注入信號進(jìn)行放大，以便進(jìn)行區(qū)分有無信號。所以與專用信號探測器預(yù)處理相比，在這一方式下，采用的信號預(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，注入診斷信號到故障線路中，故障點(diǎn)確定可以通過查找信號消失的點(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)、信號探測裝谿和監(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?；注入信號的大小安裝于配電線路的分支開關(guān)所在位谿的信號探測裝谿、分段開關(guān)檢測；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，注入信號源被啟動(dòng)向系統(tǒng)中注入信號。同時(shí)故障選線的功能也存在于選線主機(jī)上，通過對各條出線注入信號電流大小的測量、采集探測裝輅，對各信號的大小進(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）信號探測裝谿：在線路沿線配谿，處理計(jì)算、和提取注入信號，上傳給自動(dòng)定位軟件系統(tǒng)已經(jīng)得到的信號大小。受安裝條件和投資等因素的限制，探測裝谿的安裝只能在有限的測量

15、點(diǎn)上，因此對故障精確定位只能在相鄰探測裝谿安裝點(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)（信號探測裝谿讀數(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)?、元件參?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)，必須通過系統(tǒng)軟件給探測裝谿下發(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)方探測裝谿（故障指示器、信號探測裝谿等），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)庫圖3-2系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)四、效益分析社會效益?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)人員對發(fā)生的4次

18、短路故障的巡視過程進(jìn)行了現(xiàn)場跟蹤調(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)場實(shí)際發(fā)生故障定位情況記錄表序號事故日期月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號桿之58#ffFTU斷線間出現(xiàn)故障3-30避雷器爆62Z3#ff5-1有鳥電死搭橫擔(dān)上648-13井另克上引線斷速斷68#ff之后過流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)間對比（分）72精選公文范文，管理類