CN202177681U

CN202177681U - 直流输电线路故障的定位***

Info

Publication number: CN202177681U
Application number: CN2011201846404U
Authority: CN
Inventors: 王法; 毛琳明; 张彩友; 冯华; 许金明; 张勇; 曾东
Original assignee: Jiaxing Electric Power Bureau
Current assignee: Jiaxing Electric Power Bureau
Priority date: 2011-04-19
Filing date: 2011-06-02
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2021-06-02
Also published as: CN102193050A

Abstract

一种直流输电线路故障的定位***，它主要包括：故障定位数据采集装置、GSM/GPRS传输装置以及GPRS后台服务程序装置，所述的故障定位数据采集装置主要由通过取避雷线上一小段导体上电压降来测量避雷线上故障电流的电流传感器构成；所述的电流传感器在线监测返回信号，并在监测到电流时，电流传感器采集各故障点的故障电流信号最大值，通过光纤和光纤接收器传输给MCU微处理器，MCU微处理器将数据传送到GSM/GPRS传输装置，GSM/GPRS传输装置通过GSM/GPRS网络经过网关将数据传送回中心平台。它具有成本低、故障定位算法简单等特点，能够对直流输电线路的闪络接地故障电流进行分析计算并实现故障定位，具有良好的经济效益。

Description

直流输电线路故障的定位***

技术领域

本实用新型涉及的是一种用于直流输电线路故障的定位方法，属于电气工程技术领域。

背景技术

直流架空输电线路距离长、分布广、所处地形复杂，巡线难度高。在恶劣气候和环境条件下，由于雷击、绝缘子污闪等原因经常发生输电线路接地短路，其中瞬时性故障超过80％，这类故障造成的局部绝缘损伤一般没有明显的痕迹，给查找带来了很大的困难。因此，如何准确地对直流输电线路进行故障定位，及时对线路上发生的各种接地短路故障进行比较准确的故障定位是电网安全运行的可靠保证，对于提高直流线路的运行维护工作效率具有重大意义。

输电线路的故障定位能产生显著的经济效益和社会效益，精确的故障定位装置在确保整个电网的安全运行与减少因输电线路故障而带来的停电损失方面起着十分重要的作用。故障定位方法大体可分为阻抗法和行波法两大类。行波法是通过测量故障产生的行波故障在故障线路上的传输时间来实现定位的方法；阻抗法是根据在故障发生时测量到的电压、电流量而计算出故障回路的阻抗，从而求出故障点距离的方法，也称故障分析方法。故障分析方法主要分为单端和双端定位分类方法两大类。

国内的行波的故障定位设备在技术上还存在很多问题，包括：①行波故障定位检测的是行波波头，如果发生故障时行波波头检测失败或者行波不存在，则无法进行故障定位。②行波故障定位的精度与波速度有关。行波故障定位依靠波头到达测距装置安装点的时间进行故障定位，定位精度取决于波速度的准确性。③行波故障定位的精度与采样率有关。考虑到传输线的波速度略低于光速，因此，为了提高定位精度，行波测距装置必须具有较高的采样频率。④行波故障定位易受干扰影响。就行波故障定位而言，任何导致行波波头检测失败的情况发生后，行波故障定位将无法进行，且波头以后的所有故障暂态数据也将无法用于故障定位。

单端算法是根据单端测得的电压和电流以及必要的***参数，计算出故障距离的定位算法。该算法探测精度不高，这是因为仅使用单端信号不能完全消除故障点过渡电阻和对侧***注入电流的影响。

基于两端数据同步的定位算法是指用于定位的两端电压电流具备一参考基准，可不经转换直接参与定位运算。和单端定位算法一样，有微分方程法和相量法，在理论上，可利用双端的同步电压电流量完全消除故障过渡电阻和两端***的阻抗影响，而且算法简单，定位精度高，稳定性好。随着通信技术和计算机技术的迅速发展，调度中心或定位两端可以通过各种途径得到对端信息甚至电压电流的波形，特别是近年来全球定位***GPS面向民用领域开放，让双端定位必须要有高精度同步时钟支持有了保证，使得双端同步采样的精度故障定位得以实现。但是由于当线路较短时，线路的模型的参数误差会比较大，若用基于双端电气量的故障定位方法，则误差同样会比较大。

因此，需要提供一种用于直流输电线路故障定位方法，在综合考虑故障定位设备的成本和故障定位算法的复杂性情况下，能够对直流输电线路的闪络接地故障电流进行分析计算并实现故障定位。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克副现有技术存在的不足，而提供一种直流输电线路故障的定位***，该***在综合考虑故障定位设备的成本和故障定位算法的复杂性情况下，能够对直流输电线路的闪络接地故障电流进行分析计算并实现故障定位。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用基于输电线路故障电流的分流情况来对输电线路的闪络接地故障进行故障定位。所述的直流输电线路故障的定位***，它主要包括：故障定位数据采集装置、GSM/GPRS传输装置以及GPRS后台服务程序装置，所述的故障定位数据采集装置主要由通过取避雷线上一小段导体上电压降来测量避雷线上故障电流的电流传感器构成；所述的电流传感器在线监测返回信号，并在监测到电流时，电流传感器采集各故障点的故障电流信号最大值，通过光纤和光纤接收器传输给MCU微处理器，MCU微处理器将数据传送到GSM/GPRS传输装置，GSM/GPRS传输装置通过GSM/GPRS网络经过网关将数据传送回中心平台；所述中心平台接收返回的数据，确定故障区间，读入故障点相邻两个测量点的故障电流最大值和故障区间的参数，进行故障定位计算与精细化判别，然后精确化显示故障所在杆塔区段，并进行报警操作。

所述的故障定位数据采集装置和GSM/GPRS传输装置是通过电池管理单元与太阳能电池板和可充锂电池相连。

所述的电流传感器为多个，且分别通过取避雷线上一小段，即约10cm，并要求每个电流传感器在避雷线上取的距离大小相等，方向一致的导体上电压降来测量避雷线上的故障电流，能实施监控输电线路避雷线上的故障电流方向和离散采样波形。

所述的GSM/GPRS传输装置将采样数据传输给GPRS后台服务程序装置后，用户可以随时通过短信息查询装置的在线状态。

本实用新型具有组成结构简单，使用方便可靠，成本低，故障定位方法简单等特点，它是在综合考虑故障定位设备的成本和故障定位算法的复杂性情况下，能够对直流输电线路的闪络接地故障电流进行分析计算并实现故障定位。

附图说明

图1为本实用新型用于短线路的直流输电线路故障定位方法的***总体构成图。

图2为本实用新型用于短线路的直流输电线路故障定位方法的电流传感器的安装位置图。

图3为本实用新型用于短线路的直流输电线路故障定位方法的T₀发生故障时避雷线上的故障电流分流图。

图4为本实用新型用于短线路的直流输电线路故障定位方法的故障定位***算法流程图。

图5为本实用新型用于短线路的直流输电线路故障定位方法的精确化故障定位算法流程图。

图6为本实用新型用于短线路的直流输电线路故障定位方法的故障分流计算网络图。

图7为本实用新型用于短线路的直流输电线路故障定位方法的故障时故障电流在避雷线和杆塔上分布的等值电路图。

图8为本实用新型用于短线路的直流输电线路故障定位方法的邻近杆塔电流图。

具体实施方式

下面将结合附图详细阐述本实用新型实施例的技术方案。如图1所示，本实施例用于短线路直流输电线路故障的定位***主要包括：故障定位数据采集装置9、GSM/GPRS传输装置8以及GPRS后台服务程序装置，所述的故障定位数据采集装置9主要由通过取避雷线上一小段导体上电压降来测量避雷线上故障电流的电流传感器1构成；所述的电流传感器1在线监测返回信号，并在监测到电流时，电流传感器采集各故障点的故障电流信号最大值，通过光纤2和光纤接收器3传输给MCU微处理器4，MCU微处理器4将数据传送到GSM/GPRS传输装置8，GSM/GPRS传输装置8通过GSM/GPRS网络10经过网关11将数据传送回中心平台12；所述中心平台12接收返回的数据，确定故障区间，读入故障点相邻两个测量点的故障电流最大值和故障区间的参数，进行故障定位计算与精细化判别，然后精确化显示故障所在杆塔区段，并进行报警操作。

所述的故障定位数据采集装置9和GSM/GPRS传输装置8是通过电池管理单元5与太阳能电池板7和可充锂电池6相连。

图2所示，所述的电流传感器为多个，且分别通过取避雷线上一小段，即约10cm，并要求每个电流传感器在避雷线上取的距离大小相等，方向一致的导体上电压降来测量避雷线上的故障电流，能实施监控输电线路避雷线上的故障电流方向和离散采样波形。

所述的GSM/GPRS传输装置将采样数据传输给GPRS后台服务程序装置，且同时用户可以随时通过短信息查询装置的在线状态。

本实用新型可将故障定位分为5个区域，故障定位的精确度可以定出发生的区段。通过安装更多的传感器来精细分段，可以进行更精确的定位。

如图3所示，当T₀点发生闪络接地故障时，故障点的故障电流在架空地线上往两边的杆塔分流，在杆塔避雷线上安装故障电流传感器，通过检测故障电流的方向，可以确定故障点所在的区间，再根据故障点电流的最大值，使用网孔电流法对故障点进行更加精确的定位。

直流输电线路故障定位***算法如图4，5所示，精确化故障定位算法所需的区间参数包括：杆塔基数、每基杆塔的接档距和接地电阻。

本实用新型中设计的故障电流传感器采样频率为600KHz。首先要对目标线路中可能出现的的故障电流的幅值和频率范围进行分析，由于故障电流引起的感应电流远小于故障电流，为简化计算，不计导线对地线的感应电流，仅考虑短路电流，建立网络图如图6所示。

对图6中的网络，列网孔方程组有：

\{\begin{matrix} (R_{01} + Z_{1} + R_{1}) I_{1} - R_{1} I_{2} = 0 \\ - R_{1} I_{1} + (R_{1} + Z_{2} + R_{2}) I_{2} - R_{2} I_{3} = 0 \\ - R_{i - 2} I_{i - 2} + (R_{i - 2} + Z_{i - 1} + R_{i - 1}) I_{i - 1} - R_{i - 1} I_{i} = 0 \\ - R_{i - 1} I_{i - 1} + (R_{i - 1} + Z_{i} + R_{i}) I_{i} - R_{i} I_{i + 1} = {- I}_{0} R_{i} \\ - R_{i} I_{i} + (R_{i} + Z_{i + 1} + R_{i + 1}) I_{i + 1} - R_{i + 1} I_{i + 2} = I_{0} R_{i} \\ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . \\ - R_{n - 2} I_{n - 2} + (R_{n - 2} + Z_{n - 1} + R_{n - 1}) I_{n - 1} - R_{n - 1} I_{n} = 0 \\ - R_{n - 1} I_{n - 1} + (R_{n - 1} + Z_{n} + R_{02}) I_{n} = 0 \end{matrix}

由网络图以及方程组，用分析计算软件matlab建立该段的路计算模型；近似将线路视为两端无穷长的链形回路，一基塔一个链，不考虑避雷线即杆塔的感抗的作用，将线路简化为图7的无穷长电阻链形回路。

设A点为闪络短路接地点，左右两边近似看作由避雷线电阻R_x和杆塔接地电阻R_g组成的长链形回路。两边回路的等效入口若为R₀，则由：

R₀＝R_x+R_g×R₀/(R_g+R₀) (2)

得：

R_{0} = 1 / 2 (R_{x} + \sqrt{({R_{x}}^{2} + 4 R_{g} * R_{x})}) - - - (3)

令：R_g/R_x＝k

得：

R_{0} = 1 / 2 R_{x} (1 + \sqrt{(1 + 4 k)}) - - - (4)

分流计算中可以将图7的一端简化成图8的电路，设由相线输入A处的短路电流为I₁，可以解出I₃’：

{I_{3}}^{,} = (1 + \sqrt{(1 + 4 k)}) * I_{1} / (1 + 2 k + \sqrt{(1 + 4 k)}) - - - (5)

所以

{I_{3}}^{,} / I_{3} = 2 k / (1 + 2 k + \sqrt{(1 + 4 k)})

该定量关系是在短路两端为无穷长的电阻链的情况下得出的，R₀的计算与实际值会稍有差别，特别是短路不在线路中间或是线路较短的情况下。另外，若考虑到避雷线的感抗等则相当于k值稍有减小，即I₃/I₁会稍大些，I₃/I₃’会稍小，但I₃/I₁和I₃/I₃’的变化趋势和大致的分流比例没有很大的变化。

根据上面的分析可获得地线故障分流情况。在求得所有网孔电流的情况下，相邻两个网孔电流大小相当，方向相反，则该点的电压接近于零，则可以判断该点位输电线路上的故障点。

Claims

1.一种直流输电线路故障的定位***，其特征在于它主要包括：故障定位数据采集装置（9）、GSM/GPRS传输装置（8）以及GPRS后台服务程序装置，所述的故障定位数据采集装置（9）主要由通过取避雷线上一小段导体上电压降来测量避雷线上故障电流的电流传感器（1）构成；所述的电流传感器（1）通过光纤（2）和光纤接收器（3）传输给MCU微处理器（4），所述MCU微处理器（4）与GSM/GPRS传输装置（8）相连，所述GSM/GPRS传输装置（8）通过GSM/GPRS网络（10）经过网关（11）与中心平台（12）相连。

2.根据权利要求1所述的直流输电线路故障的定位***，其特征在于所述的故障定位数据采集装置（9）和GSM/GPRS传输装置（8）是通过电池管理单元（5）与太阳能电池板（7）和可充锂电池（6）相连。

3.根据权利要求1所述的直流输电线路故障的定位***，其特征在于所述的电流传感器（1）为多个，且分别通过取避雷线上一小段，即约10cm。