CN202994956U - 查找线路接地故障点的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种查找线路接地故障点的装置，包括信号发送器和信号接收器，其中所述信号接收器包括信号发生单元、电流检测单元、分析处理单元、方向指示单元以及基准点设置单元，其中所述信号发生单元、电流检测单元、方向指示单元及基准点设置单元分别连接到分析处理单元。本实用新型通过信号接收器产生一个与发送电压信号相同频率的参比电压信号，以获取待测线路中的发送电流信号的方向，可进行准确、快速地定位待测线路上的接地故障点。

Description

查找线路接地故障点的装置

技术领域

本实用新型涉及线路检测领域，更具体地说，涉及一种查找线路接地故障点的装置。 

背景技术

当线路中出现接地故障时，需要查找、定位故障点。通常采用以下方法查找、定位故障点：通过一台信号发送器向待测线路与地之间发送交流或直流的电压信号，由于线路接地电阻及对地分布电容的存在，待测线路会产生相应的查找电流信号，同时使用一台信号接收器沿着待测线路检测查找电流信号，在查找电流信号的强度或相位出现骤变的地点即为接地故障点。 

由于查找电流信号是从信号发送器输出端流出，流经待测线路，最后从接地故障点流出，由地流回信号发送器，因此信号接收器若能指示查找电流的方向，则可顺着查找电流的方向，快速找到接地故障点。通过该方式，在查找复杂的网状线路的接地故障点时，工作效率可以显著提高。 

目前，在查找线路接地故障点时，通常采用的检测泄露电流信号方向的方法有以下几种： 

（1）交流信号法：由信号发送器向待测线路与地之间发送较低频率的交变的电压信号（基准信号），待测线路中即产生相应的查找电流信号，该查找电流信号的频率与电压信号（基准信号）相同，但相位有所差异。信号发送器同时还通过有线、无线或被待测线路自身向信号接收器发送由基准信号与高频信号调制后的较高频率的已调制信号。信号接收器沿着待查线路跟踪检测查找电流信号，同接收通过有线、无线或被待测线路自身，接收由信号发送器传送来的已调制信号，对其解调还原出基准信号后，与检测到的泄露电流信号的相位进行比较。若相位差接近0°，则信号接收器指示的方向与查找电流信号方 向相同；若相位差接近180°，则信号接收器指示的方向与查找电流信号方向相反。 

该方法的缺点是，需要信号发送器与信号接收器通过有线或无线方式相互通信。采用有线方式进行通信时，需要专用的通信电缆来连接信号发送器与信号接收器，而查找接地故障点过程中，需要拖着通信电缆来回移动，极不方便；采用无线通信方式时，信号发送器与信号接收器可能位于不同地点，中间会有墙壁等障碍物相阻隔，无线通信经常中断，并且由于信号接收器为便携式设备，一般采用电池供电，无线通信会造成耗电会显著增加，电池充满电后，使用过程中电池存贮的电量很快耗尽，设备的工作时间受到很大限制。若利用被查测线路本身来传送载波信号，当泄露电流微弱、线路上存在较大的干扰信号时，较高频率的载波信号衰减很大，造成相位测量误差较大，难以正确指示泄露电流方向，无法投入实际应用。 

（2）直流信号法：由信号发送器向待测线路发送直流电压信号使待测线路产生相应的查找电流信号，然后沿着待测线路由信号接收器跟踪接收查找电流信号。直流信号本身是有方向的，信号接收器利用直流信号的方向性，从而指示泄露电流的方向。 

该方法的缺点是：第一，由于接收器电路的零点漂移，难以检测到微弱的泄露电流信号，因此当泄露电流微弱、线路上存在较大的干扰信号时，检测误差较大，无法正确指示泄露电流的方向。第二，该方法只适合在不带电工作线路的故障查找，当线路带电工作时，由于线路上本身有工作电流，无法进行故障查找。 

（3）带零点补偿的直流信号法：该方法类似直流信号法，但是信号发送器产生低频方波信号（查找信号），信号发送器、信号接收器通过有线、无线或被待测线路自身方式进行通信，在方波信号低电平（即无信号输出）时，手动或自动将信号接收器置零，在方波信号高电平时，进行查找信号的检测。 

该方法虽然可以避免信号接收器电路的零点漂移，但当线路上存在复杂的交直流的干扰信号时，无法消除干扰信号的影响，因而在当泄露电流微弱、线路上存在较大的干扰信号时，该方法误差较大，无法正确指示查找电流信号的 方向。另外，该方法也需要信号发送器与信号接收器通过有线或无线方式相互通信。采用有线方式进行通信时，需要专用的通信电缆来连接信号发送器与信号接收器，而查找接地故障点过程中，需要拖着通信电缆来回移动，极不方便；采用无线通信方式时，信号发送器与信号接收器可能位于不同地点，中间会有墙壁等障碍物相阻隔，无线通信会经常中断，并且由于信号接收器为便携式设备，一般采用电池供电，无线通信会造成耗电会显著增加，电池充满电后，使用过程中电池存贮的电量会很快耗尽，设备的工作时间受到很大限制。若利用被查测线路本身来传送载波信号，当泄露电流微弱、线路上存在较大的干扰信号时，较高频率的载波信号衰减很大，无法投入实际应用。 

综上所述，目前可以检测查找电流方向的查找接地故障点的方法及装置，使用极不方便，不便于准确地指示查找电流信号的方向，尤其是对于查找电流很微弱的高阻接地故障点的查找，以及现场存在较强的干扰的接地故障点的查找。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对上述接地故障点查找中无法精确指示查找电流信号方向的问题，提供一种查找线路接地故障点的装置。 

本实用新型解决上述技术问题的技术方案是，提供一种查找线路接地故障点的装置，包括信号发送器和信号接收器，其中所述信号发送器用于向待测线路施加频率为f0的发送电压信号以使待测线路产生发送电流信号；所述信号接收器包括用于产生一个与所述发送电压信号相同频率的参比电压信号的信号发生单元、用于检测待测线路中的发送电流信号的电流检测单元、用于对所述发送电流信号和参比电压信号进行同步采样，并计算发送电流信号相对于基准点处的修正相位φam′的分析处理单元、用于根据所述修正相位φam′指示待测线路中发送电流信号的方向的方向指示单元以及用于进行基准点设置的基准点设置单元，其中所述信号发生单元、电流检测单元、方向指示单元及基准点设置单元分别连接到分析处理单元。 

在本实用新型所述的查找线路接地故障点的装置中，所述信号发生单元、 方向指示单元、基准点设置单元以及分析处理单元位于同一壳体内，所述电流检测单元包括一个具有钳形开口的电流传感器，所述电流传感器通过连接线连接到壳体内的分析处理单元。 

在本实用新型所述的查找线路接地故障点的装置中，所述方向指示单元包括设置在电流传感器上的方向标识及位于壳体的用于显示方向标识的显示屏。 

在本实用新型所述的查找线路接地故障点的装置中，所述信号发生单元、方向指示单元、基准点设置单元以及分析处理单元位于同一壳体内，所述电流检测单元包括一个具有钳形开口的电流传感器，所述电流传感器固定在所述壳体上并与所述分析处理单元电连接。 

在本实用新型所述的查找线路接地故障点的装置中，所述方向指示单元包括位于壳体上并用于显示方向标识的显示屏。 

在本实用新型所述的查找线路接地故障点的装置中，所述基准点设置单元包括按钮及存储单元，并在所述按钮被按下时将分析单元计算获得的基准点处的发送电流信号与参比电压信号的相位差Δφb存储到存储单元。 

在本实用新型所述的查找线路接地故障点的装置中，所述分析处理单元通过以下公式计算发送电流信号相对基准点处的修正相位：φam′=φam－φbm－Δφb，其中φam为发送电流信号的频率为f0的信号成分的相位，φbm为参比电压信号的频率为f0的信号成分的相位。 

在本实用新型所述的查找线路接地故障点的装置中，所述方向指示单元在-90°＜φam′＜90°时，通过显示屏指示发送电流方向为“正向”；在90°≤φam′≤180°或－180°≤φam′≤－90°时，通过显示屏指示发送电流方向为“反向”。 

在本实用新型所述的查找线路接地故障点的装置中，所述信号发送器包括用于连接待测线路的正输出端以及i用于接地的负输出端。 

本实用新型的查找线路接地故障点的装置，通过信号接收器内部产生一个与发送电压信号相同频率的参比电压信号，并对发送电流信号、参比电压信号进行同步采样、分析，确定线路上不同位置发送电流信号的相对于基准点的修正相位、方向和相对幅值，从而确定线路中的发送电流信号的方向，以进行准 确、快速地定位待测线路上的接地故障点。特别地，本实用新型中，信号接收器只利用待测线路上发送电流信号与自身产生的参比电压信号的相位关系，判别待测线路上各位置发送电流的方向，从而快速定位接地故障点，而无需采用任何有线或无线通信方法与信号发送器通信。 

附图说明

图1是本实用新型查找线路接地故障点装置的应用场景的示意图。 

图2是图1中信号接收器实施例的示意图。 

图3是图1中A点处的发送电流信号的示意图。 

图4是图1中B点处的发送电流信号的示意图。 

图5是图1中D点处的发送电流信号的示意图。 

图6是图1中A、B、C、D各点处的发送电流信号的相位的示意图。 

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。 

如图1、2所示，本实用新型的查找线路接地故障点的装置包括信号发送器1和信号接收器2，其中信号发送器1通过连接线3向待测线路及地之间施加频率为f0的发送电压信号（例如正弦波、方波、三角波），以使待测线路产生发送电流信号（由于接地电阻和分布电容的存在）。具体地，上述信号发送器1的正输出端连接到待测线路，负输出端接地。信号接收器2检测上述待测线路上的发送电流信号，同时其内部产生一个与发送电压信号相同频率的参比电压信号，该信号接收器2通过对发送电流信号、参比电压信号进行同步采样、分析，确定待测线路上不同位置发送电流信号的相位、方向和幅值，从而准确、快速地定位待测线路上的接地故障点。 

信号接收器2包括信号发生单元21、电流检测单元22、分析处理单元23、方向指示单元25以及基准点设置单元24。上述信号发生单元21、电流检测单元 22、方向指示单元25及基准点设置单元24分别连接到分析处理单元23。 

信号发生单元21用于产生一个与信号发送器1的发送电压信号相同频率的参比电压信号。 

电流检测单元22用于检测卡测点处的待测线路中的发送电流信号。具体地，该电流检测单元22包括一个具有钳形开口的电流传感器，可卡在待测线路上并通过电磁感应方式获得待测线路中的电流信号。在具体实现时，上述具有钳形开口的电流传感器即可以通过连接线与信号接收器2的其他部分连接，也可以固定在信号接收器2上。 

分析处理单元23用于对电流检测单元22获得的发送电流信号和参比电压信号进行同步采样，并计算卡测点处的发送电流信号相对基准点处的修正相位φam′及相对幅值Im′。具体地，该分析处理单元23对同步采样的发送电流信号和参比电压信号，分别采用付利叶算法，计算发送电流信号的频率为f0的信号成分的相位φam，计算参比电压信号的频率为f0的信号成分的相位φbm，以及存贮的基准点处发送电流信号与参比电压信号的相位差Δφb，并据此计算此时的发送电流信号的修正相位：φam′=φam－φbm－Δφb。 

基准点设置单元24用于根据待测线路中的发送电流信号和参比电压信号进行基准点设置。具体地，该基准点设置单元24包括按钮及存储单元并通过上述按钮接收基准点设置指令。在接收到基准点设置指令（例如特定按钮被按下）时，基准点设置单元24将分析处理单元23计算获得的参数存储到存储单元，上述参数包括基准点处发送电流信号与参比电压信号的相位差Δφb，以及基准点处发送电流信号大小的基准值Ib，并以此作为基准点参数。 

方向指示单元25用于根据分析处理单元23计算获得的修正相位φam′指示该卡测点处发送电流信号的方向。 

在具体实现时，信号发生单元21、方向指示单元25、基准点设置单元24以及分析处理单元23位于同一壳体内，其中电流检测单元22包括一个具有钳形开口的电流传感器，该电流传感器通过连接线连接到壳体内的分析处理单元23（即电流传感器不固定在信号接收器2的壳体上）。此时，方向指示单元25包括设置在电流传感器的方向标识（例如方向箭头等）及位于壳体的用于显示方 向标识（例如“正向”、“反向”、方向箭头等）的显示屏。具体地，上述的方向标识可设置在钳形开口的侧面；显示屏上显示的方向标识显示的方法是：当-90°＜φam′＜90°时，显示为“正向”，表示卡测点处的发送电流信号的方向与信号接收器上设置的方向标识相同；当90°≤φam′≤180°或－180°≤φam′≤－90°时，显示为“反向”，表示卡测点处的发送电流信号与信号接收器上设置的方向标识相反。 

此外，也可将信号发生单元21、方向指示单元25、基准点设置单元24以及分析处理单元23设于同一壳体内，而电流检测单元22的具有钳形开口的电流传感器则固定在壳体上并与分析处理单元23电连接。此时，方向指示单元25可省去电流传感器上的方向标识，而通过位于壳体上的显示屏直接显示发送电流方向。 

在使用信号接收器2进行基准点设置时，可选择待测线路中发送电流方向确定的一点作为基准点，例如图1中的E点（靠近信号发送器1与待测线路的连接处，可确定此处的发送电流方向由E点指向待测线路的其他部分），或信号发送器的正输出线上（可确定此处的发送电流方向为由信号发送器1指向待测线路）。在选定基准点后，使信号接收器2的方向指示单元25的方向标识与发送电流信号方向相同，此时分析处理单元23计算此时的发送电流信号与参比电压信号的相位差，在接收到基准点设置指令（例如特定按钮被按下）时，基准点设置单元24存储分析处理单元23计算获得的发送电流信号与参比电压信号的相位差：Δφb=φa0－φb0，其中φa0为基准点处的发送电流信号的频率为f0的信号成分的相位，φb0为对应参比电压信号的频率为f0的信号成分的相位。 

上述的分析处理单元23还可计算发送电流信号的频率为f0的信号成分的幅值Im，并计算该处发送电流信号的相对幅值：Im′=Im/Ib×100%。而基准点设置单元24还存储在接收到设置指令时分析处理单元23计算获得的幅值I0为发送电流信号大小的基准值Ib：Ib=I0。 

如图1所示，待测线路中带有接地故障点C，故障点接地电阻为R，故障点两边线路的对地分布电容分别等效为C₁、C₂。首先通过信号发送器1向待 测线路和地之间施加正弦波的电压信号：u₀(t)=U₀*sin(2πf₀t)，由于线路接地电阻和分布电容的存在，产生正弦波发送电流信号：i_am(t)=Iam·sin(2πf₀t+φam)。 

在待测线路各点处，发送电流信号的幅值Iam和相位φam不同，如图3所示：在待测线路的A点，发送电流信号I_A=I_C1+I_C2+I_R，相位超前发送电压信号φ_A角。如图4所示：在待测线路的B点，发送电流信号I_B=I_C2+I_R，相位超前发送电压信号φ_B角。如图5所示：在待测线路的D点，发送电流信号I_C=I_C2，相位超前发送电压信号φ_D角。 

实际上，线路的对地分布电容在整个线路中都是存在的，实际线路中发送电流信号相位的变化如图6所示，图6（b）为沿着待测线路发送电流信号幅值变化情况，图6（c）为沿着待测线路发送电流信号相位变化情况，图6（c）中，发送电流信号的相位都是以基准点E处发送电流信号为基准，数值为正表示超前，数值为负表示滞后。 

信号接收器2由于不与信号发送器1通信，因此信号接收器2无法知道发送电压信号的相位。本实用新型引入了“基准点”和发送电流信号的“修正相位”的概念，“基准点”的发送电流信号的修正相位为0°，待测线路上其它各点的发送电流信号的修正相位都是相对于“基准点”的发送电流信号的相对相位。 

信号接收器2通过内部生成的与发送电压信号相同频率的电参比压信号：u_b(t)=U_b*sin(2πf₀t+φb)，作为基准点和修正相位计算的依据。 

以下说明本实用新型的查找线路接地故障点的装置的使用方法。 

首先将信号发送器1的正输出端连接到待测线路，负输出端接地，向待测线路及地之间施加频率为f0的发送电压信号。 

信号接收器产生一个与发送电压信号相同频率的参比电压信号。 

将信号接收器2卡在信号正输出线上，将该卡测点作为“基准点”，使信号接收器2侧面上的方向标识与发送电流信号在信号正输出线上流出的方向相同；信号接收器2对发送电流信号、参比电压信号进行同步采样，采用付利叶算法，分别计算发送电流信号的频率为f0的信号成分的幅值I0、相位φa0， 计算参比电压信号的频率为f0的信号成分的相位φb0。 

按下信号接收器2上的“参考设定”按钮，将此时信号接收器的卡测点作为发送电流信号的基准点，计算并存贮基准点处的发送电流信号与参比电压信号的相位差：Δφb=φa0－φb0；计算发送电流信号的频率为f0的信号成分的幅值I0，并存储该幅值I0为发送电流信号大小的基准值Ib：Ib=I0。 

完成基准点设置后，可卡测待测线路上任一点的发送电流信号相对于基准点的修正相位φam′，以根据所述修正相位φam′，指示该卡测点处发送电流信号的方向；计算该卡测点处发送电流信号的频率为f0的信号成分的相对幅值：Im′=Im/Ib×100%。 

完成基准点设置后，如果在基准点进行卡测，则可得到如下结果：发送电流信号修正相位φam′=0，显示屏显示发送电流方向为“正向”，发送电流信号的相对幅值Im′=100%。 

再将信号接收器2卡在待测线路上任意一点，信号接收器2对该处的发送电流信号、参比电压信号进行同步采样，采用付利叶算法，分别计算发送电流信号的频率为f0的信号成分的幅值Im、相位φam，参比电压信号的频率为f₀的信号成分的相位φbm，并计算该卡测点处发送电流信号的修正相位：φam′=φam－φbm－Δφb。同时信号接收器2还可计算该卡测点处发送电流信号的相对幅值：Im′=Im/Ib×100%。 

进一步判断该卡测点处发送电流信号的方向：当－90°≤φam′≤90°时，显示发送电流信号的方向为“正向”，表示发送电流信号的方向与信号接收器2上设置的方向标识相同；当90°≤φam′≤180°或－180°≤φam′≤－90°时，显示发送电流信号的方向为“反向”，表示发送电流信号的方向与信号接收器2上设置的方向标识相反。 

由于发送电流信号是从信号发送器1的正输出端流出，流经待测线路，最后从待测线路的接地故障点流出，再由地流回信号发送器1，因此信号接收器2若能指示发送电流信号的方向，则顺着发送电流信号的方向，逐点卡册，可以快速找到接地故障点。 

在待测线路上检测出发送电流信号信号的修正相位φam′、方向和相对 幅值Im′后，可根据电路和知识，很方便地确定接地故障点： 

单线线路：如图1、图3所示，顺着发送电流信号的方向，在待测线路的接地故障点C之前后（如图1、图3中待测线路上B、D两点，发送电流信号的相对幅值（即Im′）会突然变小，同时发送电流信号的修正相位在接地故障点最负（如图3中待测线路上C点），在接地故障点之后（如图3中待测线路上D点），发送电流信号的修正相位会突然上升，根据该特征，可以准确定位接地故障点。 

复杂的网状线路：根据如下特点进行判断：发送电流信号一定是从信号发送器1输出端流出，流经待测线路，最后从接地故障点流出，再由地流回信号发送器1，并且，发送电流信号的修正相位在接地故障点最负。因此，在遇到分支线路时，应继续查测发送电流信号的相对幅值最大、发送电流信号的修正相位最负、发送电流信号流出的支路，支路确定后，再根据单线线路的查测方法，最后确定出接地故障点。 

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。 

Claims (9)

1.一种查找线路接地故障点的装置，包括信号发送器和信号接收器，其中所述信号发送器用于向待测线路施加频率为f0的发送电压信号以使待测线路产生发送电流信号；其特征在于：所述信号接收器包括用于产生一个与所述发送电压信号相同频率的参比电压信号的信号发生单元、用于检测待测线路中的发送电流信号的电流检测单元、用于对所述发送电流信号和参比电压信号进行同步采样，并计算发送电流信号相对于基准点处的修正相位φam′的分析处理单元、用于根据所述修正相位φam′指示待测线路中发送电流信号的方向的方向指示单元以及用于进行基准点设置的基准点设置单元，其中所述信号发生单元、电流检测单元、方向指示单元及基准点设置单元分别连接到分析处理单元。

2.根据权利要求1所述的查找线路接地故障点的装置，其特征在于：所述信号发生单元、方向指示单元、基准点设置单元以及分析处理单元位于同一壳体内，所述电流检测单元包括一个具有钳形开口的电流传感器，所述电流传感器通过连接线连接到壳体内的分析处理单元。

3.根据权利要求2所述的查找线路接地故障点的装置，其特征在于：所述方向指示单元包括设置在电流传感器上的方向标识及位于所述壳体的用于显示方向标识的显示屏。

4.根据权利要求1所述的查找线路接地故障点的装置，其特征在于：所述信号发生单元、方向指示单元、基准点设置单元以及分析处理单元位于同一壳体内，所述电流检测单元包括一个具有钳形开口的电流传感器，所述电流传感器固定在所述壳体上并与所述分析处理单元电连接。

5.根据权利要求4所述的查找线路接地故障点的装置，其特征在于：所述方向指示单元包括位于壳体上并用于显示方向标识的显示屏。

6.根据权利要求1所述的查找线路接地故障点的装置，其特征在于：所述基准点设置单元包括按钮及存储单元，并在所述按钮被按下时将分析单元计算获得的基准点处的发送电流信号与参比电压信号的相位差Δφb存储到存储单元。

7.根据权利要求6所述的查找线路接地故障点的装置，其特征在于：所述分析处理单元通过以下公式计算发送电流信号相对基准点处的修正相位：φam′=φam－φbm－Δφb，其中φam为发送电流信号的频率为f0的信号成分的相位，φbm为参比电压信号的频率为f0的信号成分的相位。

8.根据权利要求7所述的查找线路接地故障点的装置，其特征在于：所述方向指示单元在-90°＜φam′＜90°时，通过显示屏指示发送电流方向为“正向”；在90°≤φam′≤180°或－180°≤φam′≤－90°时，通过显示屏指示发送电流方向为“反向”。

9.根据权利要求1所述的查找线路接地故障点的装置，其特征在于：所述信号发送器包括用于连接待测线路的正输出端以及用于接地的负输出端。

Images