6kV配电网线路故障自动定位系统

=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载=6kV配电网线路故障自动定位系统一、6kV配电网线路故障 自动定位系统的诞生背景二、信号注入 法的基本原理及实现 信号注入法 基本原理信号注入方式信号注入检测三、配电网线路接地故障自动定位系统 设计 系统硬件组成系统软件组成四、效益分析 社会效益经济效益综合效益一.线路故障自动定位系统诞生背景 输电系统采用 的直接接地方式为中性点接地，与之不 同的中低压配电系统的接地方式通常采 用经电阻或消弧线圈接地，或者直接中 性点不接地，这被称作小电流接地系统， 也称为中性点非有效接地系统。三相线电压在当单相接地故障发生在小电 流接地系统中后依然对称，系统可保持 1-2小时的运行时间。而带来的问题是非 故障相的对地电压却变为原来的3倍， 其绝缘可能在长期运行时被损坏，使故=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 障进一步加剧。因此，快速确定故障点 和故障线路就显得非常重要。但于发生 单相接地故障后存在故障特征不明显的 问题，因此也就带来了电力系统的一大 难题一如何检测小电流单相接地故障。 基于信号注入法的原理，提出了一种配电 网单相接地故障的自动定位系统，并研 发了相应的自动定位的软件系统和硬件 设备。通过上位机软件和探测装务系统 间的可靠通信，实现了配电网单相接地 故障的准确定位，解决了传统信号注入 法固有的定位自动化程度不高的问题。 现场试验验证了系统的优良性能。 二、信号注入法的基本原理及实现 在系统故障时向系统注入检测信号电流 是信号注入法的基本原理，故障定位和 选线则是通过注入信号特征和路径的检 测、跟踪来实现，是目前单相接地故障 检测在中低压电网中一种行之有效的方 法。灵活性是信号注入法最大的优点， 各种接线方式和结构的配电系统都适 用。信号注入法基本原理在=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 小电流接地的电力系统中，负荷中性点 和电源均不接地，经过设备的对地耦合 电容整个系统于大地连接。三相电压在 常运行情况下均为正常对称相电压，二次侧电压分别为 UAN?UBN?UCN?UC3，零序电压为零。三相线路对地电容C0，每相的电容 电流都会流入大地，并且相电压超前 90，而线路的三相电容电流之和等于 零。假设在A相线路中发生单相接地短 路，对地电压在A相为零，将对地电容 短接了，导致流过电容的电流为零，在 其他两相对地电压升高为相电压的对地 电容电流相应的也增大为3倍， 3 倍，相对于故障前三相负荷电流对称 没有变化，而三相的线电压仍然是对称 的。因此故障判别并对故障相别进行判 断可以可靠的通过检测系统电压变化得 到，但于特征不是很明显的故障电流， 故障区段和故障线路很难仅仅依靠故障 特征量判别出来。为了解决这一问题提 出了信号注入法，图2-1所示为其原理=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 示意图。图2-1信号注入法原理示意图 通过对电压的变化进 行检测，系统将A相接地故障判断出来 以后， 立即通过信号注入设备注入 特定频率信号到中性点入37，该信号在 接地点、信号源以及大地间形成回路， 如图中虚线所示。注入信号的流通的特 点可以图得出： 1）注入信号不会 流入无接地故障的线路中，其仅流通于 故障线路中。2）在接地点和变电站之间的一段线路是注入的信号电流的 唯一通路，接地点越过后，将不再存在 注入信号。 3）在有分支在接地点 与变电站之间存在时，无接地故障的分 支中也不会流入注入信号。 根据特 点1）只要无注入信号电流在各出线中检 测到，故障线路可以方便地找出，单相 接地故障选线就可以基于注入信号电流 实现。注入信号探测装务可以根据特点 2）和特点3），可在线路沿线和分支始端 配谿，接地点区段和接地分支可通过检 测有无注入信号查找出，从而实现接地面分析可知，只要注入诊断信号系统中 性点处即可使用信号注入法定位故障区 段，但考虑到在一次系统中电压的数值 都较高，要求注入一次侧的信号源的特 性要非常好。一般通过注入信号源到故 障系统中，这样也节省了投资。主要的 注入方式如下： 1）利用接地相电 压互感器的二次侧 单相接地故障 在小电流接地系统发生后，在电网接地 相中对地电 压变为零，这一相电压 互感器的一次绕组相当于短接了，工作 的状态处于暂时停止，正是利用了这一 特点，利用它可以向电力系统中外加的 诊断信号38。以图2-1所示系统为例， 在发生了单相接地故障后，通过TV二 次侧注入诊断信号后所形成的信号通路 如图3-7中虚线所示。图2-2通过TV注入信号的原理示意图 2）利用消弧线圈的副边向系统中注入信 号 接入消弧线圈到注入信号源的 副边，在系统中发生单相接地故障时，=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 控制信号源向系统注入诊断信号可以通 过检测故障前后电压的变化12。需特别 注意一点，选用这种方式在发生故障后 已有较高的工频电压在电网的中性点与 地之间，注入信号源投入后，在系统中 注入诊断信号时，在其自身上要作用较 高工频电压。为了防止弱电的信号源被 工频强电击毁，为防止强电的侵入应设 务工频阻波电路。3）利用星形接线的三相补 偿电容加装一个具有较高短路阻抗的接地变压器在采用星形连接方式的 三相补偿电容的中性点与大地之间，并 接入注入信号源在变压器二次侧。在系 统正常运彳丁时三相对地电压是对称的， 大地与中性点间的电压等于零，这个时 候信号源将不再工作，当在系统中有单 相接地故障发生后，将会提高中性点的 电压，注入信号源，往系统中注入将高 频信号。信号注入检测如前所述，在使用注入法实现时单相接地故=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 障定位需要检测线路中有无注入信号 的，将故障消失的区段判断出来。因此 对于注入法定位来说注入信号的检测这 一问题也很重要。单相接地故障在系统 中发生后如果继续运行，负荷电流将远 远大于注入信号电流，为此必须采取适 当的措施检测注入信号，对注入信号频 率的要使用灵敏度很高的检测装谿检 测。 目前一般有利用通过电流互感 器和专用信号探测器两种方法进行注入 信号的检测。 1）通过专用信号探 测器进行注入信号的检测 电磁感 应原理是专用信号探测器所利用的原 理，注入信号电流使得无线接收产生的 磁场，线路中的信号电流被以非接触的 形式进行探测。磁场法是利用注入信号 电流产生的磁场，通过感应线圈在空间 接收这一磁场，线路电流的零序量可以 被接收到。现场是否安装零序电流互感器的限制是该方法的优点。在我国， 大多数仅装两相CT在小电流接地系统 中，限制了基于单相接地故障选线定位=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 保护零序电流故障量的应用。因此，任 何配电系统能应用磁场探测法探测注入 信号的电流。在空间中不仅有注入信号磁场存在，还包含有工频磁场以及 谐波磁场等，因此不仅在专用信号探测 器上要有接收电路还须有将干扰及工频 信号滤掉的滤波电路。以前大部分采用 模拟式的专用信号电流探测器，使用不 方便、抗干扰能力差、体积大，在此基 础上本系统开发的信号电流探测器采用 数字式，图3-8所示为其原理框图。 图2-3数字式信号探测器原理示意图 下面介绍本系统中应用的数字式信号探 测器的构成：接收信号部分 使用 在圆柱上采用细铜丝紧密绕制成的线圈 作为信号接收部分，利用电磁感应原理， 接收空间中的磁场。 模拟信号处理 模拟信号处理选频放大和工频陷波两大 部分组成。工频陷波使 用RC双T 带阻滤波电路，主要用于滤出工频信号。 采用RC双T反馈带通放大电路来做选 频放大用，中心频率f?fsig，如图=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 2-4所示。图2-4模拟滤波电路 数字信号处理因为受到模拟滤波精度的影响，在模拟滤波后的信 号中仍然有大量的工频谐波和高频信 号，计算之前还需进行数字滤波。数字 滤波差分滤波和带通滤波组成，工频谐 波分量、工频量以及恒定直流分量被差 分滤波器滤除；带通滤波采用MATLAB FDT设计的101阶FIR带通滤波器。滤 波公式为：差分滤波：y(n)?x(n)?x(n?p)y(n)?h(k)?x(n?k)k?0100 带通 滤波： sig数字滤波器以后信号中基本只包含 f/f的正弦量，此时其幅值大 小就可 以利用傅氏算法算出。 提取注入信 号从零序电流互感器中 安装有零 序电流互感器的线路适用于这种方式， 三相电流互感器二次侧通过电缆连接至 检测电路，二次电流经过模拟预处理、 电压形成、隔离变换后，变成能够输入 到数据采集系统中幅度适当的电压信 号，TA二次电流的采样值可以通过对其=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 进行相关的频率米样。在这一米样值信 号中既包含了经fs/f1点差分滤波后注入 的诊断信号电流也包含了谐波零序电流 及工频基波，仅保留了诊断信号谐波电 流及工频基波被滤除，在fs/fsig点上应 用全波傅氏算法，诊断信号电流的幅 值就可以被计算出来。其处理过程与专 用数字信号处理探测器过程相类似。 还应该注意的一点是，因为被信号源容 量等因素限制，注入一次系统中的信号 本来就很小，从经过零序CT变换又零序 CT二次侧测量，与就更不明显于其他频 率的信号了。因此一般在数字处理之前， 通过选频放大电路将注入信号进行放 大，以便进行区分有无信号。所以与专 用信号探测器预处理相比，在这一方式 下，米用的信号预处理电路是相似的。 三、配电网线路接地故障自动定位系统 设计单相接地故障在小电流接地系统中发生后，注入诊断信号到故障线 路中，故障点确定可以通过查找信号消 失的点即可，实现了小电流接地系统自=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 动定位单相接地故障区段。系统硬件组成基于信号注入法原理实现的配电系统自动定位系统通信系统、信 号探测装务和监控主机三部分构成，变 电站里配谿监控主机，必须安装网络拓 扑软件和定位算法；注入信号的大小安 装于配电线路的分支开关所在位务的信 号探测装务、分段开关检测；两者间的 通信通信系统实现。图3-1自动定位系统在小电流接地系统单相接 地故障中的组成上图所示为接地故障 检测系统在小电流接地系统中的组成， 包括故障启动、故障选线和故障定位。 启动部分的任务选线定位主机完成，根 据三相零序电压变化确定故障定位系统 在故障发生后启动，故障相别判断，注 入信号源被启动向系统中注入信号。同 时故障选线的功能也存在于选线主机 上，通过对各条出线注入信号电流大小 的测量、采集探测装务，对各信号的大=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 小进行比较，发生接地故障的线路判断 出，接地选线功能即完成。定位部分是 所关注的，主包括以下三部分：1）信号探测装谿：在线路沿线配谿，处理 计算、和提取注入信号，上传给自动定 位软件系统已经得到的信号大小。受安 装条件和投资等因素的限制，探测装谿 的安装只能在有限的测量点上，因此对 故障精确定位只能在相邻探测装谿安装 点之间的区段，也不可能精确到点。2）自动定位软件：将其安装于监控主机 上，用于配务在主控制室内的PC机。其 可以实现自动定位、网络拓扑分析等功 能，以下称上位机，将定位软件称之为 上位机软件。监控主机的主界面在正常 运行时为所监视系统的一次接线图。发 生接地故障之后，采用数据表格、图像、 声音等方式为检修和运行人员提供故障 信息。3）通信系统：实现上位机系统和远方终端之间的通信，远方终端 数据的上传和上位机命令的下达组成。 本系统采用GPRS数据传输为主，辅助=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= GSM短消息传输，包括终端客户端和上 位机服务器。 系统软件组成 在对本系统主要部分进行分析的基础 上，确定自动定位系统在本配电系统单 相接地故障时的总体结构如图3-2所示。 1）人机交互模块主要完成配电网各种信息数据（信号探测装谿读数等）查 询、显 示、以及自动显示故障区段 和修改和建立报警网络的拓扑、元件参 数维护等功能。 2）故障自动定位 模块 结合配电网拓扑结构，根据上 报的远方检测装谿数据，故障区段自动 定位、显示和报警功能则根据自动定位 算法完成。 3）通信模块为了系统自动定位的实现，必须通过系统软 件给探测装务下发读数据命令、参数命 令等。同样注入读数和信号参数等信息 也需上传给系统中心。因此，两者之间 的通信是实现自动定位的关键。考虑到 种类繁多的远方探测装谿（故障指示器、信号探测装务等），故采用了 GPRS 数据通信、GSM短消息以及RS232串口=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 通信等多种通信方式，以使系统的适用 性增强。通信模块信息输入信息输出人机交互模块自动定位模块故段障输 区出数据库图3-2系统总体结构 四、效益分析社会效益 传统的事故查找需要出动外线工少则4、5人， 多则7、8人沿着线路检查，对于故障隐 蔽的线路，往往要一整天才能找到故障 点，孤岛电网接地故障自动定位能够系 统自动找出故障点，只需工作人员根据 故障识别系统提供的方位，直接到故障 点进行处理即可，降低事故巡线时间， 降低工人劳动强度，提高工作效率。下面是2012年8-9月份东水线和孤四北 线出现故障时实际定位情况。我们技术 人员对发生的4次短路故障的巡视过程 进行了现场跟踪调查和统计，发现根据 系统的指示每次花费几分钟的时间均能 查找出线路发生的故障段。据统计平均 故障时间8分钟。 表1：孤四北线 和东水线现场实际发生故障定位情况记 录表 序号事故日期 18月31日=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载=1 29月2日2 38月24日3 4故障点事故 恢复 确定时线路名称 时间 时间 间 20: 30 20:00 20:45 东水线 17:00 7:15 17:22 7:45 10:14 17:40 孤四北北线 10:15东水线10:53孤四北线保护故 障指示情动作况速断事故原因 57-62号杆之58#杆FTU断线 间出现故 障3-30避雷器爆62Z3#杆5 1有鸟电 死搭横担上648 13井另克上引线断 速断68#杆之后 过流62支28#杆 速断 11#分支故障49月13日9:55 经 济效益 下表为1-8月份部分线路发 生的事故和故障产量损失统计表，2011 年1-8月份共发生事故和故障43起，可 估算经济效益 x43元=万元。 表2： 1-8月份部分线路发生的接地故障 产量损失统计表序线路名称号12 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 孤四北线垦 90 南线垦90北线电南线新南线北干北 线渤89线孤六南线中六站线孤三联 线孤六西线垦71乙线合计平均 2011年和2012年停电时间对比（分）72=精选公文范文，管理类，工作总结类，工作计划类文档，欢迎阅读下载= 43 53 37 147 47 31 14 114 51 67 74 平 均产量 96 91 152 32 392 91 327 540 71 183 183 产量损失(T)合人民币 401232. 05综合效益减少电气设备带故障运行时间，降低对 线路设备的危害，延长线路设备的使用寿 命。接地故障查找时间长，电力设备长 期带故障运行，不仅给电网的电器设备 设施带来极大损坏，加速整个线路的接 头老化，接头打火，设备的绝缘就会大 大降低，引起更大的事故隐患，还可以 对靠近的人员和牲畜造成安全事故。故 障定位系统及时准确定位使电器设备及 时恢复正常供电，大大减少设备的损耗， 延长线路设备的使用寿命，从而降低电 网事故率。