CN107179467B - 基于接地电流的gil故障定位方法及故障定位*** - Google Patents

Abstract

一种基于接地电流的GIL故障定位方法及故障定位***，GIL发生内部短路时，需要查找短路发生的气室，以便拆解和维修。由于GIL采用了全封闭金属结构和内置式盆式绝缘子，其直接的故障定位难度较大，需要通过故障特征间接定位。常用的定位方式包括行波定位、超声定位等。本发明提出了一种基于地网故障电流特征的定位方式，通过故障时GIL地网中电流的幅值和相位特性，识别出短路位置。通过幅值和相位判据的互补，解决了不同接地水平地网给定位带来的困难。

Description

基于接地电流的GIL故障定位方法及故障定位***

技术领域

本申请(注：本案属于一件申请包括三组发明)属于电气设备运行维护技术领域，尤其涉及一种基于接地电流的GIL故障定位方法及***，通过GIL故障时的接地电流工频特征确定短路点的位置。

背景技术

SF6气体绝缘金属封闭输电线路(GIL，Gas Insulated Line)作为一种新型的输电线路，具有输电容量大、占地面积小、布置灵活、可靠性高、免维护、长寿命、对环境影响小等诸多优点。采用GIL方式可解决特殊气象环境或特殊地段的输电线路架设问题。与充油电缆和交联聚乙烯电缆相比，GIL的单位长度电容量小，临界传输距离长。目前国内GIL的典型工程案例包括800kV拉西瓦水电站GIL和1000kV苏通特高压GIL，均为隧道安装方式。

GIL采用了全封闭结构，线路短路时需要确定故障的气室，抽空故障气室中的SF6气体后，拆除故障段GIL并更换。由于GIL的维修工作比较复杂，耗时较大，准确的定位GIL的故障位置十分重要，可避免误拆除正常气室，大大缩短停电处理时间，经济效益显著。

现有技术中，行波定位原理采用高速采样和高精度GPS同步原理，通过容性耦合器获得短路时的电压行波，通过电压行波传输到GIL两侧的时间差计算出短路点的位置。行波定位原理设备配置简单，仅需在线路两侧配置行波采集设备，但对于全长较小的GIL线路，精确定位要求采样频率和同步精度较高，设备的可靠性低。在出现雷击或操作波时，行波定位原理易受干扰。

超声定位原理采用压电陶瓷传感器采集GIL壳体上的超声信号，通过沿线布设超声传感器分段捕捉故障电流产生的超声信号，通过超声信号到达传感器的时间差确定故障点位置。超声定位方式抗干扰性较好，但超声传感器成本较高，且可靠性和寿命不如常规的电气量传感器。由于超声传感器输出信号小，其引线长度受限，采集装置必须就近安装在GIL壳体附近。由于需要判断信号到达的时间差，全线的超声采集装置需要同步采样，***的整体可靠性低。

因此，本领域技术人员需要提供一种GIL故障定位的方法及***，能够可靠确定GIL短路点位置区间，从而指导检修和维护工作。

发明内容

为了解决现有工程中存在的以上技术问题，本申请提供了一种基于接地电流的GIL故障定位方法及***，能够可靠确定GIL短路点位置区间，从而指导检修和维护工作。

本申请具体采用以下技术方案：

一种基于接地电流的GIL故障定位方法，其特征在于：通过故障时GIL地网中电流的幅值和相位特性，识别出GIL的短路位置。

一种基于接地电流的GIL故障定位方法，SF6气体绝缘金属封闭输电线路GIL，其壳体通过支撑架固定在地面上，地下铺设接地铜排，GIL壳体和支撑架就近接入铜排地网；其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：

步骤1：沿GIL每隔设定距离设置一测点，在每一测点设置就地采集装置用于测量流过该测点处接地铜排的电流即接地电流的幅值和相位；

步骤2：当满足就地采集装置启动信号条件时，则启动步骤1所设置的各就地采集装置，就地采集各测点处的接地电流幅值和相位；

步骤3：判断沿GIL纵向的单位长度的铜排电阻和单位长度的土壤或混凝土电阻的比值，当该比值大于预设的电阻比例阈值时，进入步骤4，否则进入步骤5；

步骤4：根据步骤2采集的各测点流过铜排的接地电流幅值，找出接地电流幅值最大的测点，与该测点相邻的左右两测点之间的区段判断为GIL故障区段；

步骤5：根据步骤2采集的各测点流过铜排的接地电流相位，找到接地电流相位相反的相邻两个测点，该两测点之间的区段即为GIL故障区段。

进一步，

在步骤1中，使用分流的方式采集接地铜排上的电流，即在接地铜排上并联分流支路，通过采集分流支路电流的方式得到铜排上的电流幅值和相位。

在步骤2中，就地采集装置启动信号包括线路保护动作信号和铜排接地电流突变量信号，线路保护动作信号和铜排接地电流突变量信号为“或”的逻辑关系。

在步骤2中，就地采集装置启动后，根据启动时刻前后各5个工频周期的电流采样波形计算出接地电流幅值和相位。

在步骤3中，所述设定长度是指10倍的预设定位精度L即10L长度，所述预设的电阻比例阈值为10％。

本申请还公开了一种基于前述GIL故障定位方法的GIL定位***，其技术方案如下：

一种基于前述GIL故障定位方法的GIL定位***，所述GIL定位***包括多个就地采集装置、数据集中器和故障定位主机；其特征在于：

在每一条待故障定位的GIL沿线设置多个测点，在每一测点出安装就地采集装置，所述就地采集装置用于测量流过铜排的接地电流；

每一条GIL线路对应设置一台数据集中器，所述数据集中器用于接收本GIL线路中各就地采集装置所采集的接地电流信号；

每一数据集中器将对应的GIL线路中的所有接地电流信号上传至故障定位主机，由故障定位主机判断GIL故障区段。

进一步，所述就地采集装置分流线和采集终端，所述采集终端为穿心式互感器，分流线并联在接地铜排上，穿心式互感器套设在分流线上。

各就地采集装置之间通过RS485总线和供电同步总线连接。

各数据集中器通过光纤连接。

所述故障定位主机通过MMS或GOOSE网络获得线路保护的跳闸信号。

就地安装的采集装置使用同一母线上的工频AC220V交流供电，供电接线采用手拉手连接方式，采集装置在采集铜排电流的同时还采集AC220V交流供电电压，使用供电电压作为相位测量的参考相。

与现有技术相比，本申请至少具有以下优点：

基于接地电流的GIL故障定位方法及***的被测信号为工频大能量信号，采集装置无需专用同步信号，采样频率低，传感器寿命长，对采集***硬件的要求较低。采集装置各自独立启动并记录故障时的接地电流波形，***整体冗余度大，可靠性极高。采用了分流方式获取接地电流后，采集器可安装在地网附近，和GIL本体无关，安装方便，便于GIL的检修维护。

附图说明

图1为现有技术中GIL接地方式示意图；

图2为GIL接地电流扩散方式示意图；

图3为中GIL接地电流分流采集原理示意图；

图4为本申请基于接地电流的GIL故障定位***结构示意图；

图5为本申请基于接地电流的GIL故障定位方法的流程示意图；

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，该图为现有技术中GIL接地方式示意图。

GIL壳体通过支撑架固定在地面上，地下铺设接地铜排，GIL壳体和支撑架就近接入铜排地网。GIL纵向的接地电阻主要由铜排电阻构成，横向接地电阻主要为土壤电阻或混凝土电阻。

参见图2，该图为现有技术中GIL接地电流扩散方式示意图。由于GIL外壳存在伸缩节和滑动密封结构，不能保证大电流情况下的导电连贯性，故障点电流入地前先进入接地铜排，在沿铜排纵向传播的同时向土壤中扩散，由于散流土壤的截面积非常的大，其电感可忽略不计，主要是土壤的电阻分量。单位长度的纵向接地电阻是指在L米的长度上土壤和铜排的电阻，由于铜排电阻率比土壤低约10亿倍，使用250平方毫米标准铜排时，纵向的接地电阻主要由铜排电阻。单位长度的横向接地电阻是指在L米的长度上土壤散流效应的等效电阻，接地铜排一般连接到地网上，地网的埋深和地网的面积和散流效果相关，考虑到工程造价的约束，地网电流必须扩散到一定的面积才能满足散流设计指标。

如附图5所示，本申请公开了一种基于接地电流的GIL故障定位方法，SF6气体绝缘金属封闭输电线路GIL，其壳体通过支撑架固定在地面上，地下铺设接地铜排，GIL壳体和支撑架就近接入铜排地网；所述定位方法包括以下步骤：

步骤1：沿GIL每隔设定距离设置一测点，在每一测点设置就地采集装置用于测量流过该测点处接地铜排的电流即接地电流的幅值和相位。

使用分流的方式采集接地铜排上的电流，即在接地铜排上并联分流支路，通过采集分流支路电流的方式得到铜排上的电流幅值和相位。

如附图3所示，通过在接地铜排上并联分流支路的方式可以按固定比例获得铜排上的电流分量，使用穿心式互感器可以采集到铜排电流分量，从而推算出铜排上的接地电流。

步骤2：当满足就地采集装置启动信号条件时，则启动步骤1所设置的各就地采集装置，就地采集各测点处的接地电流幅值和相位；

就地采集装置启动信号包括线路保护动作信号和铜排接地电流突变量信号，线路保护动作信号和铜排接地电流突变量信号为“或”的逻辑关系。

就地采集装置启动后，将启动时刻前后各5各工频周期的电流采样波形，根据电流采样波形计算出接地电流幅值和相位。

步骤3：判断沿GIL纵向的设定长度的铜排电阻和设定长度的土壤或混凝土电阻的比值，当该比值大于预设的电阻比例阈值时，进入步骤4，否则进入步骤5；

在步骤3中，当本申请预设的定位精度为L米时，设定长度为10L米，每10L米的铜排电阻小于每10L米的土壤或混凝土电阻的10％时，则进入步骤5；每10L米的铜排电阻大于每10L米的土壤或混凝土电阻的10％时，则进入步骤4，其中，10％为预设的电阻比例阈值。

步骤4：根据步骤2采集的各测点流过铜排的接地电流幅值，找出接地电流幅值最大的测点，与该测点相邻的左右两测点之间的区段判断为GIL故障区段；

判断逻辑为：先对各测点的接地电流幅值进行逐一比对，找出电流幅值最大的测点N，然后确定从测点N-1至测点N+1为GIL故障区段。

步骤5：根据步骤2采集的各测点流过铜排的接地电流相位，找到接地电流相位相反的相邻两个测点，该两测点之间的区段即为GIL故障区段。

判断逻辑为：先对各测点的接地电流相位进行逐一比对，测点N与测点N+1之间相位相反，然后确定从测点N至测点N+1为GIL故障区段。

如附图3和图4所示，本申请还公开了一种基于前述GIL故障定位方法的GIL定位***，所述GIL定位***包括多个就地采集装置、数据集中器和故障定位主机。

在每一条待故障定位的GIL沿线设置多个测点，在每一测点出安装就地采集装置，所述就地采集装置用于测量流过铜排的接地电流；所述就地采集装置分流线和采集终端，所述采集终端为穿心式互感器，分流线并联在接地铜排上，穿心式互感器套设在分流线上。每一条GIL线路对应设置一台数据集中器，所述数据集中器用于接收本GIL线路中各就地采集装置所采集的接地电流信号。各就地采集装置之间通过RS485总线和供电同步总线连接，各数据集中器通过光纤连接。每一数据集中器将对应的GIL线路中的所有接地电流信号上传至故障定位主机，由故障定位主机判断GIL故障区段。

所述故障定位主机通过MMS或GOOSE网络获得线路保护的跳闸信号。就地安装的采集装置使用同一母线上的工频AC220V交流供电，供电接线采用手拉手连接方式，采集装置在采集铜排电流的同时还采集AC220V交流供电电压，使用供电电压作为相位测量的参考相。

就地采集装置沿线安装在GIL地网上，通过分流引线和穿心式互感器采集铜排接地电流；沿GIL纵向每隔一定距离设置数据集中器，通过“手拉手”拓扑方式连接散布的就地采集装置；数据集中器通过光纤以太网连接到故障定位主机，将采集器的数据收集后传递到数据集中器，并将故障定位主机的启动信号广播给就地采集装置；集中设置一台故障定位主机，汇集全线的电流幅值和相位信息，障定位主机通过MMS或GOOSE网络获得线路保护的跳闸信号，将跳闸信号通过数据集中器转发到全部就地采集装置。就地采集装置可以使用集中的线路保护动作信号作为启动信号，也可使用铜排电流突变量作为启动信号，两者为“或”逻辑。就地采集装置启动后，将启动时刻前后各5各工频周期的电流采样波形存入装置的EEPROM芯片中，掉电情况下不丢失。线路故障后，故障定位主机通过召唤方式收集全线的采样数据，计算出各点电流的幅值和相位，用于故障点的定位判别。由于GIL内部绝缘损坏不可恢复，定位时不必考虑线路重合闸带来的多次启动逻辑。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (11)

1.一种基于接地电流的GIL故障定位方法，SF6气体绝缘金属封闭输电线路GIL，其壳体通过支撑架固定在地面上，地下铺设接地铜排，GIL壳体和支撑架就近接入铜排地网；其特征在于，所述定位方法包括以下步骤：

步骤1：沿GIL每隔设定距离设置一测点，在每一测点设置就地采集装置用于测量流过该测点处接地铜排的电流即接地电流的幅值和相位；

步骤2：当满足就地采集装置启动信号条件时，则启动步骤1所设置的各就地采集装置，就地采集各测点处的接地电流幅值和相位；

步骤3：判断沿GIL纵向的设定长度的铜排电阻和设定长度的土壤或混凝土电阻的比值，当该比值大于预设的电阻比例阈值时，进入步骤4，否则进入步骤5；

步骤4：根据步骤2采集的各测点流过铜排的接地电流幅值，找出接地电流幅值最大的测点，与该测点相邻的左右两测点之间的区段判断为GIL故障区段；

步骤5：根据步骤2采集的各测点流过铜排的接地电流相位，找到接地电流相位相反的相邻两个测点，该两测点之间的区段即为GIL故障区段。

2.根据权利要求1所述的基于接地电流的GIL故障定位方法，其特征在于：

在步骤1中，使用分流的方式采集接地铜排上的电流，即在接地铜排上并联分流支路，通过采集分流支路电流的方式得到铜排上的电流幅值和相位。

3.根据权利要求1所述的基于接地电流的GIL故障定位方法，其特征在于：

在步骤2中，就地采集装置启动信号包括线路保护动作信号和铜排接地电流突变量信号，线路保护动作信号和铜排接地电流突变量信号为“或”的逻辑关系。

4.根据权利要求3所述的基于接地电流的GIL故障定位方法，其特征在于：

在步骤2中，就地采集装置启动后，根据启动时刻前后各5个工频周期的电流采样波形计算出接地电流幅值和相位。

5.根据权利要求1所述的基于接地电流的GIL故障定位方法，其特征在于：

在步骤3中，所述设定长度是指10倍的预设定位精度L即10L长度，所述预设的电阻比例阈值为10％。

6.一种权利要求1-5任一项权利要求所述的GIL故障定位方法的GIL故障定位***，所述GIL故障定位***包括多个就地采集装置、数据集中器和故障定位主机；其特征在于：

在每一条待故障定位的GIL沿线设置多个测点，在每一测点出安装就地采集装置，所述就地采集装置用于测量流过铜排的接地电流；

每一条GIL线路对应设置一台数据集中器，所述数据集中器用于接收本GIL线路中各就地采集装置所采集的接地电流信号；

每一数据集中器将对应的GIL线路中的所有接地电流信号上传至故障定位主机，由故障定位主机判断GIL故障区段。

7.根据权利要求6所述的GIL故障定位***，其特征在于：

所述就地采集装置分流线和采集终端，所述采集终端为穿心式互感器，分流线并联在接地铜排上，穿心式互感器套设在分流线上。

8.根据权利要求6所述的GIL故障定位***，其特征在于：

各就地采集装置之间通过RS485总线和供电同步总线连接。

9.根据权利要求6所述的GIL故障定位***，其特征在于：

各数据集中器通过光纤连接。

10.根据权利要求6所述的GIL故障定位***，其特征在于：

所述故障定位主机通过MMS或GOOSE网络获得线路保护的跳闸信号。

11.根据权利要求6所述的GIL故障定位***，其特征在于：

就地安装的采集装置使用同一母线上的工频AC220V交流供电，供电接线采用手拉手连接方式，采集装置在采集铜排电流的同时还采集AC220V交流供电电压，使用供电电压作为相位测量的参考相。