專利名稱：輸電線路故障點(diǎn)定位方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力輸電線路故障點(diǎn)定位，具體地說涉及一種輸電線路故障點(diǎn)定位方法和裝置，屬于輸電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，先進(jìn)的輸電線路故障定位都基于GPS(全球定位系統(tǒng))，其原理分有阻抗法和行波法。阻抗法是利用線路端部測(cè)得的電壓和電流以及線路本身的電氣參數(shù)推算出故障點(diǎn)的位置，國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局發(fā)布的申請(qǐng)?zhí)枮?0124804.9“輸電線路故障點(diǎn)定位方法及裝置”就屬于阻抗法，這一方法的主要缺點(diǎn)是不容易排除線路導(dǎo)線換位情況的影響和沿線地質(zhì)地貌的影響，這兩個(gè)因素的影響程度隨故障點(diǎn)而變化，所以難以達(dá)到較高的精度；另外一個(gè)缺點(diǎn)是對(duì)CT的測(cè)量精度要求較高。行波法是利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的電壓或電流行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間和速度以及線路總長計(jì)算出故障點(diǎn)的位置，這一方法的主要優(yōu)點(diǎn)是受線路導(dǎo)線換位情況以及沿線地質(zhì)地貌的影響較小，有利于定位精度的提高。加拿大B.C省500kV系統(tǒng)裝設(shè)的故障定位系統(tǒng)和國內(nèi)中國電力科學(xué)研究院輸配電及節(jié)電技術(shù)國家工程研究中心生產(chǎn)的WGCI型輸電線路故障測(cè)距系統(tǒng)都是以行波法為基礎(chǔ)的，前者行波信號(hào)取自于CVT(電容式電壓互感器)，后者取自于CT(電流互感器)?，F(xiàn)有技術(shù)存在幾個(gè)不足之處信號(hào)直接取自CT或CVT，抽取的信號(hào)含有工頻分量，有可能干擾系統(tǒng)的控制、保護(hù)和計(jì)量；CT和CVT的高頻響應(yīng)特性不好，為了較準(zhǔn)確地辨認(rèn)行波信號(hào)，除要求CT有較高的精度外，還須有較復(fù)雜的硬件和軟件；區(qū)分故障相別或故障形式，必要性也不大，這點(diǎn)可由故障錄波和保護(hù)動(dòng)作情況來判定，登桿搶修時(shí)更可直接判定，所以不必為此使故障定位系統(tǒng)復(fù)雜化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可以免除以上各點(diǎn)不足的輸電線路故障點(diǎn)定位方法和相應(yīng)的設(shè)備，它對(duì)故障的反應(yīng)靈敏，定位精度高、設(shè)備簡(jiǎn)單、安裝方便且抗干擾能力強(qiáng)，運(yùn)行可靠。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體方法是基于GPS、采用行波法，利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的電壓或電流行波信號(hào)到達(dá)輸電線路兩端的時(shí)間和速度以及線路總長計(jì)算出故障點(diǎn)的位置，由下式計(jì)算出故障點(diǎn)距S端的距離XX＝0.5[TP-(TR-TS)]·L/TPX-故障點(diǎn)距S端的距離；TP-行波從一端走到另一端所需的時(shí)間；L-發(fā)生故障的線路的全長；TR-按GPS標(biāo)記的行波到達(dá)R端的時(shí)間；TS-按GPS標(biāo)記的行波到達(dá)S端的時(shí)間；其特征在于其故障電壓或電流行波信號(hào)不直接取自變電站的CT或CVT，而是通過在變電站的電容性元件上串接小電抗，在小電抗上提取幾乎無工頻干擾的故障行波信號(hào)。
實(shí)現(xiàn)上述方法的裝置由三個(gè)行波信號(hào)提取裝置1、三個(gè)限幅電路2、三相整流電路3、閾值比較電路4、單穩(wěn)觸發(fā)器5、GPS時(shí)鐘模塊電路6以及PC機(jī)7組成，輸電線路一端變電站或叫副站內(nèi)，A、B、C三相的行波信號(hào)提取裝置1的輸出經(jīng)限幅電路2送到三相整流電路3的三個(gè)輸入端，三相整流電路3的正輸出信號(hào)送到正負(fù)閾值比較電路4的正輸入端，三相整流電路3的負(fù)輸出信號(hào)送到閾值比較電路4的負(fù)輸入端，閾值比較電路4的輸出信號(hào)接單穩(wěn)觸發(fā)器5的輸入端，單穩(wěn)觸發(fā)器5的輸出端與GPS時(shí)鐘模塊電路6的輸入端相連，GPS時(shí)鐘模塊電路6的輸出信號(hào)送至PC機(jī)7的輸入端，輸電線路另一端變電站或叫主站內(nèi)安裝上述相同裝置，副站PC機(jī)7通過通訊線路將數(shù)據(jù)傳輸給主站PC機(jī)7，主站內(nèi)將繼電保護(hù)屏保護(hù)動(dòng)作信號(hào)S送到PC機(jī)7的控制輸入端，以確定是故障動(dòng)作，主站PC機(jī)7進(jìn)行故障定位計(jì)算。
上述的輸電線路故障點(diǎn)定位裝置，其行波信號(hào)提取裝置1的高壓臂是變電站的電容性元件8，其低壓臂是一個(gè)小電抗9，小電抗9串接在電容性元件8與地端之間。
上述的輸電線路故障點(diǎn)定位裝置，其行波信號(hào)提取裝置1的低壓臂小電抗9是一個(gè)1～2mH的小電感。
上述的輸電線路故障點(diǎn)定位裝置，其行波信號(hào)提取裝置1的低壓臂小電抗9還可以由一個(gè)電容和小電感串聯(lián)組成，信號(hào)由小電感上提取。
上述的輸電線路故障點(diǎn)定位裝置，其行波信號(hào)提取裝置1的低壓臂小電抗9也可以是一個(gè)小變壓器，在小變壓器副方抽取電壓信號(hào)。
本發(fā)明提出的輸電線路故障點(diǎn)定位方法和裝置，采用獨(dú)特的行波信號(hào)提取裝置，它利用已有的電容式設(shè)備或設(shè)備固有的電容作為高壓臂，且對(duì)這些設(shè)備沒有任何附加要求，適應(yīng)性極廣；采用的電感性元件為特征的低壓臂，和三相信號(hào)的整流組合，不但大大簡(jiǎn)化了判斷行波的有無和行波到達(dá)時(shí)間的硬件和軟件，而且能充分利用三相中的有用信號(hào)，提高了對(duì)故障的靈敏度和定位精度；行波信號(hào)就地處理后，只給GPS時(shí)鐘模塊提供同步鎖存信號(hào)，無須測(cè)出信號(hào)大小，抗干擾能力大大增強(qiáng)。誤差因素皆以最不利的條件計(jì)算，其誤差為①線路兩端對(duì)行波信號(hào)到達(dá)時(shí)刻的判斷誤差為0.3μS；②季節(jié)性弧垂變化引起的線長變化為線長的0.05％，則線路長度為400km時(shí)，故障點(diǎn)定位絕對(duì)誤差不大于290m。


圖1，輸電線路故障點(diǎn)定位裝置原理方框圖；圖2，行波信號(hào)提取裝置1電路原理一圖；圖3，行波信號(hào)提取裝置1電路原理二圖；圖4，行波信號(hào)提取裝置1電路原理三圖；具體實(shí)施方式
下面結(jié)合陽圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖1所示，當(dāng)被測(cè)線路發(fā)生故障時(shí)，線路故障所產(chǎn)生的故障行波，沿著線路以接近光速的速度向兩邊傳輸，分別到達(dá)線路兩端變電站的固有電容設(shè)備即行波信號(hào)提取裝置1的高壓臂電容性元件8，例如主變壓器或高壓電器的套管電容，將電容性元件8原接地端子打開接上小電抗9后再接地，既低壓臂小電抗9串接在電容性元件8與地端之間，在高壓臂電容性元件8與地端之間將產(chǎn)生一個(gè)分布電容C2；由于故障波形的前沿陡度比較大且頻率較高，能在行波信號(hào)提取裝置1的低壓臂即小電抗9上產(chǎn)生出較大幅值的故障信號(hào)，這可由以下公式得知ZC=12πfC]]>ZL＝2πfL故障信號(hào)頻率升高時(shí)，行波信號(hào)提取裝置1的高壓臂阻抗變小，其低壓臂阻抗變大，低壓臂小電抗9上感應(yīng)出的電壓相應(yīng)增大，一般故障信號(hào)的頻率比電網(wǎng)頻率高上百倍，則其在小電抗9上產(chǎn)生的電壓也比電網(wǎng)正常運(yùn)行時(shí)其上的電壓高幾百倍，這樣就很容易剔除工頻干擾。線路故障時(shí)，行波信號(hào)提取裝置1的低壓臂小電抗9產(chǎn)生出的電壓很大，其能量足以破壞后級(jí)的電子電路，在輸出到后級(jí)電路前必須經(jīng)過限幅電路2限幅處理削減其電壓，限幅電路2是一個(gè)放電管；限幅后的三相行波信號(hào)經(jīng)三相整流電路3整流成兩正負(fù)信號(hào)，這樣可以充分利用三相電壓中的有用信號(hào)，有利于提高對(duì)故障判別的靈敏度，提高定位精度，三相整流電路3是一個(gè)二極管半波整流電路；正負(fù)兩個(gè)信號(hào)分別送至正負(fù)閾值比較電路4進(jìn)行比較，若行波信號(hào)高于設(shè)定的觸發(fā)電平(Vth)，則輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，其觸發(fā)電平(Vth)可以根據(jù)被測(cè)線路的干擾情況，以及線路的電壓諧波實(shí)測(cè)值算出，正負(fù)閾值比較電路4由兩個(gè)比較器和一個(gè)與門組成；脈沖信號(hào)經(jīng)單穩(wěn)觸發(fā)器5調(diào)整脈沖寬度后，產(chǎn)生同步鎖存信號(hào)，提供給GPS時(shí)鐘模塊6鎖存故障時(shí)刻的準(zhǔn)確時(shí)間，GPS時(shí)鐘模塊6把發(fā)生故障的準(zhǔn)確時(shí)間發(fā)送到PC機(jī)7，輔站PC機(jī)7把發(fā)生故障的時(shí)間存儲(chǔ)，并傳送至主站PC機(jī)7，主站PC機(jī)7也將發(fā)生故障的時(shí)間存儲(chǔ)，并根據(jù)輔站PC機(jī)7傳送的故障時(shí)間、主站接收的故障時(shí)間及繼電保護(hù)動(dòng)作信號(hào)來判斷是否發(fā)生線路故障，并啟動(dòng)運(yùn)算程序算出由下式計(jì)算出故障點(diǎn)距S端的距離XX＝0.5[TP-(TR-TS)]·L/TPX-故障點(diǎn)距S端的距離；TP-行波從一端走到另一端所需的時(shí)間；L-發(fā)生故障的線路的全長；TR-按GPS標(biāo)記的行波到達(dá)R端的時(shí)間；TS-按GPS標(biāo)記的行波到達(dá)S端的時(shí)間。
圖2、圖3、圖4是行波信號(hào)提取裝置1的幾種電連接方式。圖2中行波信號(hào)提取裝置1的低壓臂小電抗9是一個(gè)1～2mH的小電感，小電抗9相當(dāng)于與分布電容C2并聯(lián)，適用于利用高壓電器電容和CT電容的場(chǎng)合；圖3中行波信號(hào)提取裝置1的低壓臂小電抗9由一個(gè)電容C和小電感L串聯(lián)組成，信號(hào)由小電感上提取，適用于利用CVT電容和耦合電容的場(chǎng)合；圖4中行波信號(hào)提取裝置1的低壓臂小電抗9還可以是一個(gè)小變壓器，在小變壓器副方抽取電壓信號(hào)。
權(quán)利要求
1.一種輸電線路故障點(diǎn)定位方法，基于GPS、采用行波法，利用故障點(diǎn)產(chǎn)生的電壓或電流行波信號(hào)到達(dá)輸電線路兩端的時(shí)間和速度以及線路總長計(jì)算出故障點(diǎn)的位置，由下式計(jì)算出故障點(diǎn)距S端的距離XX＝0.5[TP-(TR-TS)]·L/TPX-故障點(diǎn)距S端的距離；TP-行波從一端走到另一端所需的時(shí)間；L-發(fā)生故障的線路的全長；TR-按GPS標(biāo)記的行波到達(dá)R端的時(shí)間；TS-按GPS標(biāo)記的行波到達(dá)S端的時(shí)間；其特征在于其故障電壓或電流行波信號(hào)不直接取自變電站的CT或CVT，而是通過在變電站的電容性元件上串接小電抗，在小電抗上提取無工頻干擾的故障行波信號(hào)。
2.一種輸電線路故障點(diǎn)定位裝置，其特征在于由三個(gè)行波信號(hào)提取裝置(1)、三個(gè)限幅電路(2)、三相整流電路(3)、閾值比較電路(4)、單穩(wěn)觸發(fā)器(5)、GPS時(shí)鐘模塊電路(6)以及PC機(jī)(7)組成，輸電線路一端變電站或叫副站內(nèi)，A、B、C三相的行波信號(hào)提取裝置(1)的輸出經(jīng)限幅電路(2)送到三相整流電路(3)的三個(gè)輸入端，三相整流電路(3)的正輸出信號(hào)送到正負(fù)閾值比較電路(4)的正輸入端，三相整流電路(3)的負(fù)輸出信號(hào)送到閾值比較電路(4)的負(fù)輸入端，閾值比較電路(4)的輸出信號(hào)接單穩(wěn)觸發(fā)器(5)的輸入端，單穩(wěn)觸發(fā)器(5)的輸出端與GPS時(shí)鐘模塊電路(6)的輸入端相連，GPS時(shí)鐘模塊電路(6)的輸出信號(hào)送至PC機(jī)(7)的輸入端，輸電線路另一端變電站或叫主站內(nèi)安裝上述相同裝置，副站PC機(jī)(7)通過通訊線路將數(shù)據(jù)傳輸給主站PC機(jī)(7)，主站內(nèi)將繼電保護(hù)屏保護(hù)動(dòng)作信號(hào)送到PC機(jī)的控制輸入端，以確定是故障動(dòng)作，主站PC機(jī)(7)進(jìn)行故障定位計(jì)算。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的輸電線路故障點(diǎn)定位裝置，其特征在于其行波信號(hào)提取裝置(1)的高壓臂是變電站的電容性元件(8)，其低壓臂是一個(gè)小電抗(9)，小電抗(9)串接在電容性元件(8)與地端之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的輸電線路故障點(diǎn)定位裝置，其特征在于其行波信號(hào)提取裝置(1)的低壓臂小電抗(9)是一個(gè)1～2mH的小電感。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的輸電線路故障點(diǎn)定位裝置，其特征在于其行波信號(hào)提取裝置(1)的低壓臂小電抗(9)還可以由一個(gè)電容和小電感串聯(lián)組成，信號(hào)由小電感上提取。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的輸電線路故障點(diǎn)定位裝置，其行波信號(hào)提取裝置(1)的低壓臂小電抗(9)還可以是一個(gè)小變壓器，在小變壓器副方抽取電壓信號(hào)。
全文摘要
一種輸電線路故障點(diǎn)定位方法,基于GPS、采用行波法,其故障電壓或電流行波信號(hào)不直接取自變電站的CT或CVT,而是通過在變電站的電容性元件上串接小電抗,在小電抗上提取無工頻干擾的故障行波信號(hào)。本發(fā)明的裝置,由行波信號(hào)提取裝置、限幅電路、三相整流電路、閾值比較電路、單穩(wěn)觸發(fā)器、GPS時(shí)鐘模塊電路以及PC機(jī)組成。由于采用了獨(dú)特的行波信號(hào)提取裝置,利用已有的電容式設(shè)備或設(shè)備固有的電容作為高壓臂,且對(duì)這些設(shè)備沒有任何附加要求,適應(yīng)性極廣;采用的電感性元件為特征的低壓臂,提高了對(duì)故障的靈敏度和定位精度,抗干擾能力大大增強(qiáng)。
文檔編號(hào)G01R31/08GK1376930SQ0211550
公開日2002年10月30日 申請(qǐng)日期2002年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月31日
發(fā)明者吳維寧, 陳家宏, 張勤, 張文亮, 方玉河, 容健綱, 吳峽, 唐世宇, 王海濤, 馮萬興 申請(qǐng)人:國家電力公司武漢高壓研究所