專利名稱：小電流接地故障區(qū)段在線定位方法及其系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種小電流接地故障的區(qū)段在線定位方法以及基于該定位方法的定位系統(tǒng)，所述方法和裝置尤其適用于3飛OkV中性點不接地電網(wǎng)，在線路帶單相接地故障運行的情況下，測量零序電壓和線路零序電流的幅值和相量信息，根據(jù)幅值和相位信息確定故障點的區(qū)段位置。
背景技術(shù)：
目前，國內(nèi)3kV_60kV配電網(wǎng)中廣泛采用中性點不接地方式為主，又稱作小電流接地系統(tǒng)，該類系統(tǒng)的故障絕大多數(shù)是單相接地故障。發(fā)生單相接地故障時，接地電流很小， 可以在故障情況下繼續(xù)運行廣2個小時，但由于非有效接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地故障時，其它兩相對地電壓升高為線電壓，特別是發(fā)生間歇性弧光接地時，由于中性點沒有電荷釋放通路，會引起弧光接地過電壓，系統(tǒng)絕緣受到威脅，容易擴大為相間短路。因此，必須盡快在線檢測故障線路，帶電進行故障定位，以盡快排除故障。中性點不接地電網(wǎng)發(fā)生單相接地時，故障電流非常小，加上中壓電網(wǎng)接線復(fù)雜，分支眾多，中性點非有效接地系統(tǒng)的單相接地故障定位成為一個尚未得到很好解決的難題。 人工巡線效率低，而且延長了停電時間，影響供電安全。目前，中性點不接地系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時，故障線路的判斷是由選線裝置來完成的，目前已有多種型號的選線裝置投入運行。但是由于選線裝置的選線方法的不完備，以及現(xiàn)場工況的復(fù)雜，致使選線效率一直很低。因此，需要研究更精確的故障區(qū)間定位方法和裝置。目前現(xiàn)場存在兩種定位產(chǎn)品，第一種產(chǎn)品稱為信號注入法，包括“S”注入法和工頻量注入法，該類方法不利用故障自身提供的故障信息進行被動式選線，而是主動地注入一個選線信號。其存在有問題，首先，由于注入信號的功率不夠大，變換到高壓側(cè)的注入信號非常微弱，很難準確測量；其次，注入信號會在非故障線路中產(chǎn)生充電電流，要占用注入電源的容量，而且在故障電阻較大情況下，故障線路與非故障線路上的信號差異不明顯；第三，需要附加信號裝置，工程實現(xiàn)復(fù)雜，可靠性降低。第二種產(chǎn)品稱為“故障指示器”，原理是測量線路故障電流進行定位，但是故障指示器測量的是相電流，由于單相接地電流遠小于負荷電流，因此“故障指示器”無法準確提取故障信息，導(dǎo)致定位不準確。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)上的不足，本發(fā)明提出了一種充分保證定位的準確性與快速性，有效地解決中性點非有效接地電網(wǎng)單相接地故障的在線定位問題和線路區(qū)段線間短路故障監(jiān)測問題的小電流接地故障區(qū)段在線定位方法，并基于該方法提供一種針對于小電流接地故障的區(qū)段在線定位系統(tǒng)。本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位方法，包括以下步驟 第一步，標識配電線路中各節(jié)點與故障點上下游關(guān)系，
i .根節(jié)點是變電站母線節(jié)點，將其數(shù)據(jù)項故障點標志賦值1，表示線路故障在其下游；所有節(jié)點的故障路徑標志初始化賦值為2，
.遍歷各節(jié)點，對于固定測點節(jié)點，當零序電流相位是-90°，故障點標志賦值1，表示故障點在測點的下游；當零序電流相位是90°，故障點標志賦值0，表示故障點在測點的上游，
iii.尋找故障點標志賦值1的固定測點節(jié)點，以其為子孫的節(jié)點故障點標志都賦值1， 標識它們都在故障路徑上，故障路徑標志為1，故障點標志賦值0的固定測點節(jié)點為根的子樹節(jié)點的故障點標志都置0、故障路徑標志置0 ； 第二步，確定故障區(qū)段邊線， i.確定非故障區(qū)段
①用樹Tb表示配電線路中所有節(jié)點集合，在樹\中，從根節(jié)點開始，沿故障路徑尋求故障路徑標志為1的最遠固定測點節(jié)點Tc，存在的話，它在故障點的上游，因此變電站至該節(jié)點前的區(qū)段不會出現(xiàn)故障，如果不存在這樣的T。，則T。為0，
Tb去除T。為根節(jié)點的子樹的所有節(jié)點的集合Vup，
②在樹Tb中，尋求所有故障路徑標志為0且故障點標志賦值0的固定測點節(jié)點TD，它們在故障點的下游，其子孫節(jié)點不在故障區(qū)段，得到所有Td形成的子樹的子孫節(jié)點的集合 VmdCT，那么非故障節(jié)點集合V非故障為
V 非故障=Vup U Vunder
.確定故障區(qū)段節(jié)點集合 計算故障區(qū)段的節(jié)點集合Vft,
ν故障=ν_ν非故障
iii.計算故障區(qū)段邊線E故障
E 故障= {(a，b) I a, b e V 故障)■
第三步，定位故障區(qū)段，
i .如果所有固定測點節(jié)點的故障點標志都置0且故障路徑標志置0，則根節(jié)點所在線路區(qū)段為故障區(qū)段，
.如果固定測點節(jié)點的故障點標志置1、故障路徑標志置1，且該節(jié)點的子孫都不是測點，則該測點子孫所在線路區(qū)段為故障區(qū)段，
iii .如果有Vi、Vj兩固定測點節(jié)點滿足Vi的故障點標志置1且故障路徑標志置1，Vj 是\的子孫節(jié)點，\的故障點標志置0且故障路徑標志置0，則兩節(jié)點共同所在線路區(qū)段為故障區(qū)段，其中i，j為整數(shù)。本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位方法適用于中性點不接地系統(tǒng)，能夠解決金屬性接地、經(jīng)高阻接地等各種接地故障類型，充分保證了定位的準確性與快速性。新型在線定位方法的實現(xiàn)，將有效地解決中性點非有效接地電網(wǎng)(小電流接地)單相接地故障的在線定位問題和線路區(qū)段線間短路故障監(jiān)測問題。中壓配電網(wǎng)單相接地故障在線定位系統(tǒng)在不停電的情況下，實現(xiàn)快速定位電網(wǎng)小電流故障點，有利于維修人員準確判斷故障方位，及時消除故障。這對提高供電可靠性和供電質(zhì)量具有直接意義，極具推廣應(yīng)用價值。本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)，包括GPS對時裝置、用于檢測配電線路母線的零序電壓相量檢測裝置、用于檢測各電力線路的零序電流相量和電力線路兩相電流幅值的電流檢測裝置、以及監(jiān)控中心，其中GPS對時裝置用于為系統(tǒng)內(nèi)各個相量測量節(jié)點提供同步時鐘信號；零序電壓相量檢測裝置、電流檢測裝置實時的將各自的檢測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳至控制中心；控制中心根據(jù)接收到的檢測數(shù)據(jù)，利用如權(quán)利要求1所述的方法對線路進行故障定位。進一步，所述定位系統(tǒng)的零序電壓相量檢測裝置由二次電壓互感器、信號調(diào)理整定單元、嵌入式采集板三部分構(gòu)成，其中，二次電壓互感器將較大的電壓信號轉(zhuǎn)換成低電壓信號，然后通過信號調(diào)理整定單元將信號整定為AD轉(zhuǎn)換器需要的幅值范圍內(nèi)以供嵌入式采集板采樣，嵌入式采集板對來自信號調(diào)理整定單元的信號進行處理，得到零序電壓相量， 并將其實時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。所述嵌入式采集板包括信號同步采集單元、FFT相量計算單元和網(wǎng)絡(luò)傳輸單元，信號同步采集單元接收來自信號調(diào)理整定單元的信號，進行周波采樣， FFT相量計算單元對采樣數(shù)據(jù)進行相量計算，網(wǎng)絡(luò)傳輸單元將計算結(jié)果實時傳至監(jiān)控中心。進一步，所述定位系統(tǒng)的電流檢測裝置包括二次電流互感器、信號調(diào)理整定單元、 A、B相電流互感器及對應(yīng)的交直流轉(zhuǎn)換電路、和嵌入式采集板，其中，信號調(diào)理整定單元對來自二次電流互感器的信號進行整定，以供嵌入式采集板采樣，線路A、B兩相電流信號經(jīng)對應(yīng)的A、B相電流互感器轉(zhuǎn)換為較低的電壓信號，再由對應(yīng)的交直流轉(zhuǎn)換電路將所述交流電壓調(diào)制為與其有效值相等的直流電壓信號，輸入到嵌入式采集板中進行處理，嵌入式采集板對上述輸入信號進行處理，得到零序電流相量和電力線路兩相電流幅值，并將其實時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。所述嵌入式采集板包括信號同步采集單元、相電流檢測單元、FFT相量計算單元、GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸單元，信號同步采集單元接收來自信號調(diào)理整定單元的信號，進行周波采樣，F(xiàn)FT相量計算單元對采樣數(shù)據(jù)進行相量計算，相電流檢測單元根據(jù)A、B兩相的交直流轉(zhuǎn)換電路的輸入信號來計算出電平信號幅值，網(wǎng)絡(luò)傳輸單元將上述計算結(jié)果實時傳至監(jiān)控中心。所述嵌入式采集板集成兩個ADC控制器，小電流故障檢測和線間短路故障檢測采用了雙ADC多通道采集技術(shù)和DMA技術(shù)，利用ADCl的兩個通道分別采集線電流三相中的兩相，為減小誤差，取其平均值，每周波采樣20個點，并將其平均值作為相電流實際測量值。進一步，所述定位系統(tǒng)的監(jiān)控中心包括數(shù)據(jù)接收單元、數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控單元，數(shù)據(jù)接收單元接收經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的線路數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按照不同的內(nèi)容存入數(shù)據(jù)庫的不同數(shù)據(jù)表中，為監(jiān)控單元提供原始的線路數(shù)據(jù)，監(jiān)控單元根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行分析和處理，定位故障。進一步，所述定位系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)可以采用GPRS網(wǎng)絡(luò)，
此外，所述定位系統(tǒng)的上述嵌入式采集板采用的是英蓓特公司的EM-STM3210E評估板。本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)具有如下功能 準確采集配電網(wǎng)故障線路零序電流、零序電壓相量。Θ準確采集配電網(wǎng)故障線路兩相電流幅值。 具備GPRS無線傳輸功能。Θ設(shè)備抗干擾能力強，能夠在電磁干擾強的場合，正常運行。 具備掉線重連功能。Θ滿足低功耗要求，體積小。 設(shè)備具有運行指示燈，電源指示燈，電源開關(guān)，操作簡單，易使用。 采用高精度AD轉(zhuǎn)換器，耐壓性高，輸入阻抗大于50 ΜΩ。
系統(tǒng)穩(wěn)定性高。在惡劣環(huán)境下，及其它因素造成系統(tǒng)死機時，系統(tǒng)可以自己重啟，避免檢測人員在不知裝置出問題的情況下，依然等待檢測結(jié)果。本發(fā)明的特點在于(1)以嵌入式ARM處理器作為數(shù)據(jù)采集核心控制單元，采用 GPS模塊啟動信息采集，實現(xiàn)廣域相量測量；(2)利用ARM處理器12位AD轉(zhuǎn)換，提高相量數(shù)據(jù)采樣精度；(3)可以基于GPRS通信技術(shù)實現(xiàn)相量數(shù)據(jù)傳輸。


圖1示出了本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位原理圖； 圖2示出了本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)；
圖3示出了本發(fā)明的零序電壓相量檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4示出了本發(fā)明的零序電壓相量檢測裝置的信號調(diào)理整定單元的電路圖； 圖5示出了本發(fā)明的零序電壓相量檢測裝置的嵌入式采集板的內(nèi)部設(shè)計框圖。圖6示出了本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)的電流檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖7示出了本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)的電流檢測裝置的電路設(shè)計
圖8示出了本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)的監(jiān)控中心的結(jié)構(gòu)示意圖。 具體實施例本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位方法一種自底向上的綜合判定方法，配電線路區(qū)段是基于固定測點劃分的，配電線路區(qū)段的狀態(tài)與固定測點的零序電流相量有密切關(guān)系。通過檢測電力線路中的系統(tǒng)零序電壓和線路任意點零序電流的幅值及相位，確定測點與故障點位置的關(guān)系，來判斷故障點的位置。本發(fā)明中的“故障區(qū)段”特指配電線路出現(xiàn)單相接地故障的區(qū)段。以下，將參照附圖對本發(fā)明的方法進行說明。第一步，標識節(jié)點與故障點上下游關(guān)系。判定測點與故障點的上下游關(guān)系是故障定位的核心內(nèi)容。這里，若從母線經(jīng)故障路徑到達故障點前經(jīng)過某些測點，則稱故障點在這些測點的下游，否則稱故障點在這些測點的上游。那么，若零序電流滯后零序電壓90°，說明此測點在故障路徑中，故障點在測點的下游；若零序電流超前零序電壓90°，則說明此測點不在故障路徑中，故障點在該測點的上游。圖1示出了本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位原理圖，其具有最小生成樹結(jié)構(gòu)，用樹Tb表示所有節(jié)點集合。參照圖1，標識節(jié)點與故障點上下游關(guān)系的具體方法如下
i .根節(jié)點是變電站母線節(jié)點0，將其數(shù)據(jù)項故障點標志賦值1，表示線路故障在其下游；所有節(jié)點的故障路徑標志初始化賦值為2。ii .遍歷各節(jié)點，對于固定測點節(jié)點，當零序電流相位是-90°，故障點標志賦值 1，表示故障點在測點的下游；當零序電流相位是90°，故障點標志賦值0，表示故障點在測點的上游。
iii .尋找故障點標志賦值1的固定測點節(jié)點，以其為子孫的節(jié)點故障點標志都賦值1，標識它們都在故障路徑上，故障路徑標志為1。故障點標志賦值0的固定測點節(jié)點為根的子樹節(jié)點的故障點標志都置0、故障路徑標志置0。第二步，確定故障區(qū)段邊線。對圖1可標識的節(jié)點標識故障點標志后，就可以得到非故障區(qū)段零序網(wǎng)絡(luò)電流分布，確定非故障區(qū)段，然后再定位故障發(fā)生的線路區(qū)段。確定故障區(qū)段邊線方法如下 i.確定非故障區(qū)段
①在樹Tb中，從根節(jié)點開始，沿故障路徑尋求故障路徑標志為1的最遠固定測點節(jié)點 Tc。存在的話，它在故障點的上游，因此變電站至該節(jié)點前的區(qū)段不會出現(xiàn)故障。如果不存在這樣的T。，則T。為0。Tb去除T。為根節(jié)點的子樹的所有節(jié)點的集合Vup。②在樹Tb中，尋求所有故障路徑標志為0且故障點標志賦值0的固定測點節(jié)點TD， 它們在故障點的下游，其子孫節(jié)點不在故障區(qū)段，得到所有Td形成的子樹的子孫節(jié)點的集合Vunto，那么非故障節(jié)點集合V非故障為
V 非故障=Vup U Vunder
.確定故障區(qū)段節(jié)點集合計算故障區(qū)段的節(jié)點集合Vft,
ν故障=ν_ν非故障
iii.計算故障區(qū)段邊線E故障
E 故障= {(a，b) I a, b e V 故障)■
當配電線路拓撲結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可采用故障區(qū)段推導(dǎo)定位法導(dǎo)出故障區(qū)段所有邊線，并可得到非故障區(qū)段零序電流分布情況。第三步，定位故障區(qū)段
i如果所有固定測點節(jié)點的故障點標志都置0且故障路徑標志置0，則根節(jié)點所在線路區(qū)段為故障區(qū)段。 如果固定測點節(jié)點的故障點標志置1、故障路徑標志置1，且該節(jié)點的子孫都不是測點，則該測點子孫所在線路區(qū)段為故障區(qū)段。iii如果有Vi、Vj兩固定測點節(jié)點滿足Vi的故障點標志置1且故障路徑標志置1， Vj是Vi的子孫節(jié)點，且Vj的故障點標志置0且故障路徑標志置0，則兩節(jié)點共同所在線路區(qū)段為故障區(qū)段。當配電線路拓撲結(jié)構(gòu)簡單，將推理規(guī)則判定法表達為簡單的推理系統(tǒng)，可以方便的實現(xiàn)故障區(qū)段的定位。本發(fā)明還提供一種小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)，如圖2所示，包括用于為各個相量測量節(jié)點提供同步時鐘信號的GPS對時裝置、用于檢測配電線路母線的零序電壓相量檢測裝置(PMU電壓)、用于檢測各電力線路的零序電流相量和電力線路兩相電流幅值的電流檢測裝置(PMU電流)、以及監(jiān)控中心構(gòu)成。GPS對時裝置是實現(xiàn)同步相量測量的關(guān)鍵部件之一，它為各個相量測量節(jié)點提供同步時鐘。STM32的NVIC中斷控制器可以捕獲GPS的秒脈沖IPPS的上升沿，并產(chǎn)生中斷信號INTO。微控制器通過GPS中斷信號來啟動采樣程序，實現(xiàn)了廣域測量的時間同步。參照圖3-5，對零序電壓相量檢測裝置進行說明，其中圖3示出了本發(fā)明的零序電壓相量檢測裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖4示出了本發(fā)明的零序電壓相量檢測裝置的信號調(diào)理整定單元的電路圖；圖5示出了本發(fā)明的零序電壓相量檢測裝置的嵌入式采集板的內(nèi)部設(shè)計框圖。零序電壓相量檢測裝置安裝在變電站，對電力線路母線進行檢測，直接利用站內(nèi) 220v電壓源對其進行供電，裝置內(nèi)部采用220V/士 12V電源轉(zhuǎn)換模塊，作為裝置的供電電源。零序電壓相量檢測裝置由二次電壓互感器、信號調(diào)理整定單元、嵌入式采集板三部分構(gòu)成。二次電壓互感器將較大的電壓信號轉(zhuǎn)換成低電壓信號，然后通過信號調(diào)理整定單元AD620將信號整定為AD轉(zhuǎn)換器需要的幅值范圍內(nèi)以供嵌入式采集板采樣，信號調(diào)理整定單元AD620電路圖如圖4所示。嵌入式采集板包括信號同步采集單元、FFT相量計算單元、GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸單元，信號同步采集單元接收來自信號調(diào)理整定單元的信號，進行周波采樣，F(xiàn)FT相量計算單元對采樣數(shù)據(jù)進行相量計算，GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸單元將計算結(jié)果實時傳至監(jiān)控中心。嵌入式采集板的內(nèi)部設(shè)計框圖如圖5所示，系統(tǒng)核心板采用的是英蓓特公司的 EM-STM3210E評估板，該核心板接口豐富，采用ARM最新Cortex M3處理器，具有體積小，運算性能優(yōu)于ARM7處理器，且價格低廉等特點。采集板的ARM Cortex處理器負責實時捕獲GPS秒脈沖信號，在秒脈沖上升沿時刻，啟動AD轉(zhuǎn)換開始一個周波64點的等間隔采樣。一個周波采樣結(jié)束后，將緩沖區(qū)的64 個采樣數(shù)據(jù)送入FFT運算函數(shù)進行相量計算，然后通過GPRS網(wǎng)絡(luò)實時將測量數(shù)據(jù)傳回監(jiān)控中心。本實施例中選用KB3000 GPRS DTU模塊實現(xiàn)一對多的組網(wǎng)方式。參照圖6-7，對小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)的電流檢測裝置進行說明，其中，圖6示出了本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)的電流檢測裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7示出了本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)的電流檢測裝置的電路設(shè)計圖。本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)的電流檢測包括零序電流相量的測量和電力線路兩相電流幅值的測量兩部分。由于零序電流相量需要和零序電壓同步，因此，零序電流檢測部件與零序電壓測量裝置類似，硬件上只是將二次電壓互感器換成二次電流互感器。本發(fā)明的小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)的電流檢測裝置包括二次電流互感器、信號調(diào)理整定單元、A、B相電流互感器及對應(yīng)的交直流轉(zhuǎn)換電路、和嵌入式采集板。信號調(diào)理整定單元AD620對來自二次電流互感器的信號進行整定，以供嵌入式采集板采樣。線路A、B兩相電流信號經(jīng)對應(yīng)的A、B相電流互感器轉(zhuǎn)換為較低的電壓信號，再由對應(yīng)的交直流轉(zhuǎn)換電路AD736將所述交流電壓調(diào)制為與其有效值相等的直流電壓信號，輸入到嵌入式采集板中進行處理。嵌入式采集板包括信號同步采集單元、相電流檢測單元、FFT相量計算單元、GPRS 網(wǎng)絡(luò)傳輸單元，信號同步采集單元接收來自信號調(diào)理整定單元的信號，進行周波采樣，F(xiàn)FT 相量計算單元對采樣數(shù)據(jù)進行相量計算，相電流檢測單元根據(jù)A、B兩相的交直流轉(zhuǎn)換電路的輸入信號來計算出電平信號幅值，GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸單元將上述計算結(jié)果實時傳至監(jiān)控中心。如圖7，嵌入式采集板集成兩個ADC控制器，小電流故障檢測和線間短路故障檢測采用了雙ADC多通道采集技術(shù)和DMA技術(shù)。利用ADCl的兩個通道分別采集線電流三相中的兩相，為減小誤差，取其平均值，每周波采樣20個點，并將其平均值作為相電流實際測量值。監(jiān)控中心主要由數(shù)據(jù)接收單元、數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控單元三部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)如圖8所示。 數(shù)據(jù)接收單元可采用標準RS232串口，接收經(jīng)由例如GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的線路數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)的存儲中心，接收線路數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)按照不同的內(nèi)容存儲在不同的數(shù)據(jù)表中，為監(jiān)控單元提供原始的線路數(shù)據(jù)。監(jiān)控單元根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)， 通過對數(shù)據(jù)進行分析和處理，結(jié)合上述具體的線路故障判斷方法對線路進行監(jiān)控、故障定位以及線路報警，并且提供相關(guān)的圖形界面、故障查詢界面以及相關(guān)數(shù)據(jù)的導(dǎo)出。上述實施例僅是優(yōu)選的和示例性的，本領(lǐng)域技術(shù)人員例如可以根據(jù)本專利的描述，采用不同的模數(shù)轉(zhuǎn)換器、控制器、網(wǎng)絡(luò)傳輸方式等來實現(xiàn)本專利，其都由本專利的保護范圍所覆蓋。
權(quán)利要求
1. 一種小電流接地故障區(qū)段在線定位方法，包括以下步驟 第一步，標識配電線路中各節(jié)點與故障點上下游關(guān)系，i .根節(jié)點是變電站母線節(jié)點，將其數(shù)據(jù)項故障點標志賦值1，表示線路故障在其下游；所有節(jié)點的故障路徑標志初始化賦值為2， .遍歷各節(jié)點，對于固定測點節(jié)點，當零序電流相位是-90°，故障點標志賦值1，表示故障點在測點的下游；當零序電流相位是90°，故障點標志賦值0，表示故障點在測點的上游，iii.尋找故障點標志賦值1的固定測點節(jié)點，以其為子孫的節(jié)點故障點標志都賦值1， 標識它們都在故障路徑上，故障路徑標志為1，故障點標志賦值0的固定測點節(jié)點為根的子樹節(jié)點的故障點標志都置0、故障路徑標志置0 ； 第二步，確定故障區(qū)段邊線，1.確定非故障區(qū)段①用樹Tb表示配電線路中所有節(jié)點集合，在樹\中，從根節(jié)點開始，沿故障路徑尋求故障路徑標志為1的最遠固定測點節(jié)點Tc，存在的話，它在故障點的上游，因此變電站至該節(jié)點前的區(qū)段不會出現(xiàn)故障，如果不存在這樣的T。，則T。為0，Tb去除T。為根節(jié)點的子樹的所有節(jié)點的集合Vup，②在樹Tb中，尋求所有故障路徑標志為0且故障點標志賦值0的固定測點節(jié)點TD，它們在故障點的下游，其子孫節(jié)點不在故障區(qū)段，得到所有Td形成的子樹的子孫節(jié)點的集合 VmdCT，那么非故障節(jié)點集合V非故障為V 非故障=Vup U Vunder .確定故障區(qū)段節(jié)點集合 計算故障區(qū)段的節(jié)點集合Vft,ν故障=ν_ν非故障iii.計算故障區(qū)段邊線E故障E 故障= {(a，b) I a, b e V 故障)■第三步，定位故障區(qū)段，i .如果所有固定測點節(jié)點的故障點標志都置0且故障路徑標志置0，則根節(jié)點所在線路區(qū)段為故障區(qū)段， .如果固定測點節(jié)點的故障點標志置1、故障路徑標志置1，且該節(jié)點的子孫都不是測點，則該測點子孫所在線路區(qū)段為故障區(qū)段，iii .如果有Vi、Vj兩固定測點節(jié)點滿足Vi的故障點標志置1且故障路徑標志置1，Vj 是\的子孫節(jié)點，\的故障點標志置0且故障路徑標志置0，則兩節(jié)點共同所在線路區(qū)段為故障區(qū)段，其中i，j為整數(shù)。
2.—種小電流接地故障區(qū)段在線定位系統(tǒng)，其特征在于包括GPS對時裝置、用于檢測配電線路母線的零序電壓相量檢測裝置、用于檢測各電力線路的零序電流相量和電力線路兩相電流幅值的電流檢測裝置、以及監(jiān)控中心，其中GPS對時裝置用于為系統(tǒng)內(nèi)各個相量測量節(jié)點提供同步時鐘信號； 零序電壓相量檢測裝置、電流檢測裝置實時的將各自的檢測數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)傳至控制中心；控制中心根據(jù)接收到的檢測數(shù)據(jù)，利用如權(quán)利要求1所述的方法對線路進行故障定位。
3.如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其特征在于零序電壓相量檢測裝置由二次電壓互感器、信號調(diào)理整定單元、嵌入式采集板三部分構(gòu)成，其中二次電壓互感器將較大的電壓信號轉(zhuǎn)換成低電壓信號，然后通過信號調(diào)理整定單元將信號整定為AD轉(zhuǎn)換器需要的幅值范圍內(nèi)以供嵌入式采集板采樣，嵌入式采集板對來自信號調(diào)理整定單元的信號進行處理，得到零序電壓相量，并將其實時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。
4.如權(quán)利要求3所述的定位系統(tǒng)，其特征在于所述嵌入式采集板包括信號同步采集單元、FFT相量計算單元和網(wǎng)絡(luò)傳輸單元，信號同步采集單元接收來自信號調(diào)理整定單元的信號，進行周波采樣，F(xiàn)FT相量計算單元對采樣數(shù)據(jù)進行相量計算，網(wǎng)絡(luò)傳輸單元將計算結(jié)果實時傳至監(jiān)控中心。
5.如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其特征在于電流檢測裝置包括二次電流互感器、信號調(diào)理整定單元、A、B相電流互感器及對應(yīng)的交直流轉(zhuǎn)換電路、和嵌入式采集板，其中信號調(diào)理整定單元對來自二次電流互感器的信號進行整定，以供嵌入式采集板采樣，線路A、B兩相電流信號經(jīng)對應(yīng)的A、B相電流互感器轉(zhuǎn)換為較低的電壓信號，再由對應(yīng)的交直流轉(zhuǎn)換電路將所述交流電壓調(diào)制為與其有效值相等的直流電壓信號，輸入到嵌入式采集板中進行處理，嵌入式采集板對上述輸入信號進行處理，得到零序電流相量和電力線路兩相電流幅值，并將其實時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。
6.如權(quán)利要求5所述的定位系統(tǒng)，其特征在于所述嵌入式采集板包括信號同步采集單元、相電流檢測單元、FFT相量計算單元、GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸單元，信號同步采集單元接收來自信號調(diào)理整定單元的信號，進行周波采樣，F(xiàn)FT相量計算單元對采樣數(shù)據(jù)進行相量計算， 相電流檢測單元根據(jù)A、B兩相的交直流轉(zhuǎn)換電路的輸入信號來計算出電平信號幅值，網(wǎng)絡(luò)傳輸單元將上述計算結(jié)果實時傳至監(jiān)控中心。
7.如權(quán)利要求5或6所述的定位系統(tǒng)，其特征在于嵌入式采集板集成兩個ADC控制器，小電流故障檢測和線間短路故障檢測采用了雙ADC多通道采集技術(shù)和DMA技術(shù)，利用 ADCl的兩個通道分別采集線電流三相中的兩相，為減小誤差，取其平均值，每周波采樣20 個點，并將其平均值作為相電流實際測量值。
8.如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其特征在于監(jiān)控中心包括數(shù)據(jù)接收單元、數(shù)據(jù)庫和監(jiān)控單元，數(shù)據(jù)接收單元接收經(jīng)由數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)送來的線路數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)按照不同的內(nèi)容存入數(shù)據(jù)庫的不同數(shù)據(jù)表中，為監(jiān)控單元提供原始的線路數(shù)據(jù)，監(jiān)控單元根據(jù)數(shù)據(jù)庫中的原始數(shù)據(jù)，通過對數(shù)據(jù)進行分析和處理，定位故障。
9.如權(quán)利要求2所述的定位系統(tǒng)，其特征在于所述數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)采用GPRS網(wǎng)絡(luò)。
10.如權(quán)利要求4或6所述的定位系統(tǒng)，其特征在于所述嵌入式采集板采用的是英蓓特公司的EM-STM3210E評估板。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種小電流接地故障的區(qū)段在線定位方法以及基于該定位方法的系統(tǒng)，所述方法和系統(tǒng)適用于3~60kV中性點不接地電網(wǎng)，在線路帶單相接地故障運行的情況下，測量零序電壓的相量信息以及線路零序電流的幅值和相量信息，根據(jù)幅值和相位信息確定故障點的區(qū)段位置，充分保證了定位的準確性與快速性，有效地解決中性點非有效接地電網(wǎng)單相接地故障的在線定位問題和線路區(qū)段線間短路故障監(jiān)測問題。
文檔編號G01R19/25GK102565626SQ20121000886
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月12日
發(fā)明者喬學軍, 唐亮, 姜超, 李剛, 楊以涵, 梁樹增, 樊志翀, 牛卓博, 王宏偉, 田永超, 鄧宏懷, 鄭顧平, 齊鄭 申請人:保定供電公司, 華北電力大學(保定)