CN103176103A - 一种架空配电线路单相接地故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种架空配电线路单相接地故障定位方法，属于电力***故障技术领域。是一种基于空间磁场波形特性的架空配电线路单相接地故障定位方法。摆放故障指示器；当线路中发生大电流（≧7A）故障时，故障指示器动作，正确定位故障；当线路中发生小电流（﹤7A）故障时，故障指示器不动作，从分支点断开故障支路，在变电站注入单峰脉冲信号；携带移动测量装置使用到达时差法定位故障。本发明提供一种具有较高准确性，可用于指导解决架空配电线路单相接地故障定位问题的方法。在电力***故障检测技术领域具有重要应用。

Description

一种架空配电线路单相接地故障定位方法

技术领域

本发明涉及一种架空配电线路单相接地故障定位方法，尤其涉及基于空间磁场波形特性的架空配电线路单相接地故障定位方法，属于电力***故障技术领域。

背景技术

电力***运行过程中，时常会发生故障，故障造成的计划外供电中断使得生产停顿、生活混乱，甚至危及人身和设备安全，形成十分严重的后果。电力***的统计资料显示，配电网运行过程中的故障大多数是短路故障，而其中90%以上为单相接地故障。产生短路的主要原因是电气设备载流部分的相间绝缘或相对地绝缘被损坏。因此，在配电网发生单相接地故障后，如果能够实现快速、准确的定位，不仅可以尽快修复线路，保证供电可靠性，还对整个电力***的安全稳定和经济运行有着十分重要的作用。

传统的方法是逐次拉路选出故障线，再由人工巡线目测法找出接地故障点。拉路选线造成非故障线用户的不必要供电中断。目测巡线定位耗费大量的人力物力，延误定位时间。这两种方法与现代电网的高度自动化极不适应。几十年以来，无数的电力工作者为解决选线和定位自动化问题进行了大量工作，研究工作从未停止过。通过众多专家、学者的努力，选线问题取得了重大突破，新型选线装置的选线正确率不低于95％，可以满足配电网运行对选线的要求。但配电网的单相接地故障定位问题则没有多大进展，一直还采用人工目测巡线的老办法，严重影响配电网供电的可靠性。

选线问题解决后，国内外广大专家学者针对配电网的单项接地故障定位问题进行了一系列研究，也得到了许多定位理论和定位方法。例如国内有故障指示器法、S信号注入法、行波法等。

故障指示器法的原理是在变电站向故障相母线注入信号电流，该信号电流由变电站发送，经故障路径通过接地电流入大地返回信号源。故障路径的指示器检测到故障电流则发生动作。故障指示器一般由电流、电压和时间检测、故障判别、故障指示驱动、故障状态指示及信号输出和自动延时复位控制等部分组成。大部分产品采用机械式旋转翻牌指示故障，线路正常运行为一种颜色指示，线路故障时变为另一种颜色，也有少部分产品采用发光指示故障。故障指示器法优的点是结构和原理简单，价格便宜，安装容易，用户反映短路故障指示器的实用效果还是比较好的。缺点则是无法确定线路具体故障分支，容易受接地阻抗影响，不适用于中性点接地的***。因此，接地故障指示器的使用效果则不很理想，正确率不高，电网发生单相接地故障时常常没有反应。可见，接地故障指示器技术不能圆满解决配电网故障定位问题。

S信号注入法是将单相接地选线与接地点的定位结合起来的方法。原理是在故障发生后，通过母线PT向接地线注入特定频率的电信号（注入信号的频率处于工频n次谐波与n+1次谐波之间，常用220Hz）。注入信号会沿着故障线路经接地点注入大地，用故障探测器在分支点进行检测，有信号流过的分支即为故障分支。在故障分支上手持故障检测器沿线连续检测，根据线路上信号特点确定故障点。该方法的优点是使用简单，不受消弧线圈影响，中性点不接地***和中性点经消弧线圈接地***均适用。缺点是注入信号能量有限，容易受到接地过渡电阻和线路分布电容影响，故不适用于接地过度电阻大或比较长的线路。但该方法定位效果受到接地过渡电阻和线路分布电容的影响，在接地过渡电阻大、线路较长的情况下会定位失败。S注入法没有彻底解决小电流接地***的单相接地故障定位问题

行波法的原理是利用线路上行波传输的特点来进行故障定位。行波法进行故障定位可分为单端行波测距和双端行波测距。单端行波测距的原理是在母线处检测行波信号，在识别出来自故障点的反射波后，根据波在母线处和故障点之间往返一次所用的时间和波的传播速度，计算得到故障距离，其中的行波信号可能是故障瞬间产生的暂态行波，也可能是人工在故障线路中注入的脉冲信号引起的行波。双端行波测距的原理是在线路的两端同时检测故障产生的行波信号，根据故障波到达线路两端的时间差来确定故障位置。行波法的优点是直接定位故障距离和故障分支，不需要巡线，定位速度快。缺点则是当接地过渡电阻较大、线路分支交多时，行波信号就会极大减弱，因此，行波法只适用于接地过渡电阻小、分支不多的情况。

另外也有利用到达时差法测量空间电磁波传播进行故障定位的方法。到达时差法定位是通过测定故障电流产生的电磁信号到达各监测站的时刻，并根据故障信号到达各监测站的时间差计算确定故障位置的一种定位方法。如图1所示，E1、E2、E3为线路中的3个监测点，其上设置高精度同步时钟。当这些监测点的坐标已知，设故障信号到达各监测站的时刻分别为T1、T2、T3，可以计算得出故障信号到达各监测站的时间差分别为T12、T23、T13。

其中：

T₁₂=T₁-T₂，T₂₂=T₂-T₃，T₁₃=T₁-T₃

三个时差可以得出三对双曲线，双曲线的交点即为线路的故障点，标准双曲线的方程为：

$\frac{X^2}{a^2}-\frac{Y^2}{b^2}=1---\left(1\right)$

式中  a=T₁₂(c/2)，c为光速

B=(S/2)²-a²，S为两个监测站之间的距离

监测的时间差中，只有两个是相互独立的，取T12和T13。与这两个时间差相对应的是两条双曲线L12和L13。这两条双曲线一般会有两个交点（如图1所示）：点A1和A2，两个交点中和架空配电线路相交的点就是该线路发生接地故障的点。但是到达时差法只适用于确定雷击故障的位置。

发明内容

针对上述背景技术中提到架空配电线路单项接地故障定位问题，本发明提出了基于空间磁场波形特性的架空配电线路单相故障定位方法。

本发明的技术方案是，发生大电流故障时，使用基于磁场变化的感应电动势的故障指示器法；发生小电流故障时，采用基于到达时差的移动式故障定位。

该方法步骤如下：

步骤1：摆放故障指示器；

步骤2：当线路中发生大电流（≧7A）故障时，故障指示器动作，正确定位故障；

步骤3：当线路中发生小电流（﹤7A）故障时，故障指示器不动作，从分支点断开故障支路，在变电站注入单峰脉冲信号；

步骤4：携带移动测量装置使用到达时差法定位故障。

本发明是基于空间磁场波形特性进行的架空配电线路单相接地故障定位方法。

在上述方法中，所述的大小电流分类方法是依据基于麦克斯韦方程组和洛伦兹规范推导出的结论计算得出。此结论为当空间中任意长度的架空配电线路中电流为i=I₀sinωt时，在距离该线路r的位置的感应电动势为。其中，闭合回路曲面的磁导率为μ_r、面积为S、线圈匝数为N。

此方法所述的故障指示器是一种基于变化的空间磁场产生的感应电动势来动作的故障指示器。

此方法所述的基于到达时差法的小电流故障定位方法是通过探测故障后空间磁场的变换量到达不同监测点的时差来实现故障定位的。

此方法所述的到达时差法的监测装置不放置在架空线配电线路的正下方，放置在距离输电线路至少有杆塔高度20倍远的近地面位置时，能准确监测入地电流产生的空间磁场波形。

此方法所述的到达时差法要求各监测站上的时钟高精度同步（时间灵敏度达到100ns）。

本发明提供一种具有较高准确性，可用于指导解决架空配电线路单相接地故障定位问题的方法。在电力***故障检测技术领域具有重要应用。

附图说明

图1为时差定位原理图

图2为故障指示器悬挂摆放示意图。

 图3为装有故障指示器的线路空间磁场变化示意图。

 图4为移动测量故障信号示意图。

 图5是本发明流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

一种架空配电线路单相接地故障定位方法，该方法含有步骤：

（1）摆放故障指示器：

按照要求，将故障指示器做成15cm*15cm的正方形线圈。线圈缠绕在相对磁导率为2000的铁氧体上，绕线匝数为500匝。分析故障后线路周围的空间磁场方向特性，可以得出故障指示器的悬挂位置和摆放方向。

在架空配电线路中，当架设在杆塔上的线路没有角度变化时，故障指示器悬挂时，垂直于杆塔和线路组成的平面，如图2(a)所示；当架空配电线路中有转角杆时，故障报警器S悬挂在转角线路所转角度的角平分线与杆塔所组成的平面上，如图2(b)所示。

（2）当线路中发生大电流（≧7A）故障时，故障指示器动作，正确定位故障：

在线路不发生角度变化的杆塔上，故障指示器按照图2(a)放置。当线路没有接地故障时，故障指示器的线圈S周围的空间磁场如图3(a)所示，只有沿架空线方向的水平电流产生的磁场，磁场与线圈所在平面平行，线圈上无感应电动势产生，此时，故障指示器不发生动作。线路发生大电流故障后，故障指示器的线圈S周围的空间磁场如图3(b)所示，除了线路电流产生的与线圈S平行的空间磁场，还有入地电流产生产生的垂直于线圈S的空间磁场，此时的变化磁场会在线圈S上产生感应电动势，该电动势的能量可以驱动故障指示器动作。

在转角杆上，线路经过杆塔后会发生角度变化, 故障指示器按照图2(b)放置，其工作原理与普通杆塔相同。当线路没有故障时，杆塔两端架空线中的电流产生的空间磁场经过向量叠加，其方向是与两线路的角平分线相同，从而与线圈S所在平面平行，线圈上无感应电动势产生，此时，故障指示器不发生动作。线路发生大电流故障后，入地电流产生和线圈S所在平面呈一定角度的空间磁场。此时，线圈内的变化的磁场引起线圈产生感应电动势，该电动势可以驱动故障指示器动作。

（3）当线路中发生小电流（﹤7A）故障时，故障指示器不动作，从分支点断开故障支路，在变电站注入单峰脉冲信号：

当线路中发生小电流故障时，由于入地电流产生的磁场信号太弱被湮没，故障指示器不动作。又由于经大阻抗接地发生故障后，产生的磁场信号比较弱，容易被背景噪声湮没，需要将故障支路断路，并注入信号来达到实现故障定位的要求。

（4）携带移动测量装置使用到达时差法定位故障：

图4为测量方式的示意图。图中P点为故障点，当故障指示器法无法进行故障定位时，将故障分支断路，并由变电站加入信号源S，S为一个单峰脉冲发生器。M、N分别为两个移动测量装置（可以车载），用来测量故障信号的到达时间。主机控制S发出脉冲，时间记为零时刻，脉冲产生的故障信号经过T1到达测量点M、经过T2到达测量点N，产生了到达时间差T12，由此时间差可以确定一对双曲线，双曲线与线路的交点即为故障点。

图5是本发明流程图，是一种具有较高准确性，可用于指导解决架空配电线路单相接地故障定位问题的方法，在电力***故障检测具有重要应用。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种架空配电线路单相接地故障定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：摆放故障指示器；

步骤2：当线路中发生大电流（≧7A）故障时，故障指示器动作，正确定位故障；

步骤3：当线路中发生小电流（﹤7A）故障时，故障指示器不动作，从分支点断开故障支路，在变电站注入单峰脉冲信号；

步骤4：携带移动测量装置使用到达时差法定位故障。

2.根据权利要求1所述的一种架空配电线路单相接地故障定位方法，其特征在于，所述故障指示器是一种基于变化的空间磁场产生的感应电动势来动作的故障指示器。

3.根据权利要求1所述的一种架空配电线路单相接地故障定位方法，其特征在于，所述到达时差法定位故障的方法是通过探测故障后空间磁场的变换量到达不同监测点的时差来实现故障定位的。

4.根据权利要求1所述的一种架空配电线路单相接地故障定位方法，其特征在于，所述到达时差法的监测装置不放置在架空线配电线路的正下方，而放置在距离输电线路至少有杆塔高度20倍远的近地面位置。

5.根据权利要求1所述的一种架空配电线路单相接地故障定位方法，其特征在于，所述到达时差法各监测站上的时钟高精度同步，时间灵敏度达到100ns。

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