一種配電線路短路故障定位系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請實施例公開了一種配電線路短路故障定位系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:安裝于配電線路上、在故障探頭安裝的配電線路發(fā)生短路故障時故障探頭將被觸發(fā)向數據轉發(fā)器發(fā)送地址信息和動作信息的故障探頭、與故障探頭連接的數據轉發(fā)器、與所述轉發(fā)器連接的GSM/GPRS中心站和監(jiān)控主站,其中:數據轉發(fā)器用于向GSM/GPRS中心站發(fā)送故障探頭的動作信息和地址信息;GSM/GPRS中心站用于對動作信息和地址信息進行解調、解碼和數據處理,將處理結果發(fā)送到監(jiān)控主站;監(jiān)控主站與GSM/GPRS中心站連接,用于根據GSM/GPRS中心站的處理結果顯示短路故障點的地理位置信息。本申請實施例可以提高短路故障的定位效率,提高自動化水平。
【專利說明】一種配電線路短路故障定位系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本申請涉及電力系統(tǒng)的配電系統(tǒng)【技術領域】,特別涉及一種架空線路故障定位系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]通常,電力系統(tǒng)被劃分為發(fā)電、輸電和配電三大組成系統(tǒng),其中的配電系統(tǒng)是指電力系統(tǒng)中從降壓配電變電站(高壓配電變電站)出口到用戶終端的這一段的電力網絡系統(tǒng)。配電系統(tǒng)包括多種配電設備(或元件)以及配電設備之間起連接作用的架空線路。由于配電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的最后一個環(huán)節(jié)直接面向終端用戶,它的完善與否直接關系著廣大用戶的用電可靠性和用電質量。然而,配電系統(tǒng)分支線多且復雜,由于各種因素經常容易出現(xiàn)短路故障。為了減少或避免短路故障的發(fā)生,通常會在主干線上設置開關分段或斷路器,當發(fā)生短路故障時,相應的斷路器將跳閘,通過主干線上的開關分段將故障段隔離開。但是,在短路故障時,通常僅有出口斷路器會跳閘,主干線上設置的開關分段也僅能將主干線隔離為有限的幾段,要定位到具體故障位置往往還需耗費大量人力、物力和時間,這種部分設備與人工現(xiàn)場查找結合的方式,自動化水平不高,短路故障定位效率較低。
實用新型內容
[0003]為解決上述技術問題,本申請實施例提供了一種配電線路短路故障定位系統(tǒng),以提聞短路故障的定位效率,提聞自動化水平。
[0004]本申請實施例提供的配電線路短路故障定位系統(tǒng)包括:至少一個故障探頭、數據轉發(fā)器、GSM/GPRS中心站和監(jiān)控主站,其中:
[0005]所述故障探頭安裝于配電線路上,在故障探頭安裝的配電線路發(fā)生短路故障時故障探頭將被觸發(fā)向數據轉發(fā)器發(fā)送動作信息;
[0006]所述數據轉發(fā)器與故障探頭連接,用于在接收到故障探頭的動作信息后,向GSM/GPRS中心站發(fā)送故障探頭的動作信息和地址信息;
[0007]所述GSM/GPRS中心站與所述轉發(fā)器連接,用于接收故障探頭的動作信息和地址信息,并對動作信息和地址信息進行解調、解碼和數據處理,將處理結果發(fā)送到監(jiān)控主站;
[0008]所述監(jiān)控主站與所述GSM/GPRS中心站連接,用于根據GSM/GPRS中心站的處理結果顯示短路故障點的地理位置信息。
[0009]優(yōu)選地,在所述系統(tǒng)應用于中性點不直接接地的配電系統(tǒng)時,所述系統(tǒng)還包括安裝于配電線路上的不對稱電流源,用于在短路故障發(fā)生時輸入用于故障點探測的信號。
[0010]進一步優(yōu)選地,所述不對稱電流源包括與配電線路的各相電路分別連接的多個真空開關,以及高壓二級管、限流電阻和用于控制真空開關開閘/合閘的控制器,其中:多個真空開關并聯(lián)后與高壓二級管串聯(lián),高壓二極管與限流電阻串聯(lián)。
[0011]優(yōu)選地,所述數據轉發(fā)器通過短距離無線傳輸系統(tǒng)與故障探頭連接,所述GSM/GPRS中心站通過GSM傳輸系統(tǒng)與數據轉發(fā)器連接,所述監(jiān)控主站通過串口信息傳輸方式與GSM/GPRS中心站連接。
[0012]優(yōu)選地,一個數據轉發(fā)器與最多九個故障探頭連接,所述數據轉發(fā)器封閉在聚碳酸酯的密封盒內,利用卡線結構卡在配電線路上。
[0013]本申請實施例通過故障探頭、數據轉發(fā)器、GSM/GPRS中心站和監(jiān)控主站組成的系統(tǒng),將故障探頭探測到的故障情況輸送到監(jiān)控主站,由監(jiān)控主站對故障點的地理位置信息進行顯示。與現(xiàn)有技術相比,本申請實施例將故障指示器技術、GSM通信技術和GIS技術結合起來,提供了一種完全自動化的故障定位系統(tǒng),從而提高了短路故障的定位效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]為了更清楚地說明本申請實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案,下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹,顯而易見地,下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例,對于本領域普通技術人員來講,在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下,還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0015]圖1為本申請的配電線路短路故障定位系統(tǒng)實施例的結構框圖;
[0016]圖2為本申請的配電線路短路故障定位系統(tǒng)實施例的一個實例示意圖;
[0017]圖3為本申請的數據轉發(fā)器的一種結構示意圖;
[0018]圖4為本申請的不對稱電流源的原理示意圖;
[0019]圖5為本申請的配電線路短路故障定位系統(tǒng)的工作的流程圖。
【具體實施方式】
[0020]為了使本【技術領域】的人員更好地理解本申請中的技術方案,下面將結合本申請實施例中的附圖,對本申請實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述,顯然,所描述的實施例僅僅是本申請一部分實施例,而不是全部的實施例。基于本申請中的實施例,本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都應當屬于本申請保護的范圍。
[0021]參見圖1,該圖示出了本申請的配電線路短路故障定位系統(tǒng)實施例的結構圖。該系統(tǒng)由至少一個故障探頭101、數據轉發(fā)器102、GSM/GPRS中心站103和監(jiān)控主站104等組成。下面分別敘述各組成部分之間的連接關系和功能作用。
[0022]故障探頭(Fault Detector,F(xiàn)D)101被安裝于配電線路上,這里的配電線路可以是架空線、電纜或者開關柜的母排等配電設施。在配電線路發(fā)生短路故障時,安裝于故障分支(相對于配電主干線路而言)上的故障探頭FD將被觸發(fā),隨后向數據轉發(fā)器發(fā)送FD的地址信息和動作信息,“地址信息”是故障探頭FD的安裝位置信息,該信息可以通過數字編碼信號的形式發(fā)送到數據轉發(fā)器,動作信息是故障探頭在短路故障發(fā)生時產生的觸發(fā)消息。故障探頭檢測到短路故障(或者短路故障時被觸發(fā))的原理是:根據短路時的特征,通過電磁感應方法測量線路中的負荷電流,根據負荷電流計算出當時的過流定值,當電流超過該過流定值時,故障探頭被觸發(fā)。由檢測過程可知,故障探頭FD對故障的檢測是一種適應負荷電流變化,只與故障時短路電流分量有關的故障檢測裝置。在故障探頭FD檢測出故障時,還可以使故障探頭FD通過顏色給出報警信息,比如顯示為紅色。
[0023]數據轉發(fā)器102用于將故障探頭的地址信息和動作信息發(fā)送給GSM/GPRS中心站。故障探頭FD與數據轉發(fā)器之間采用無線通訊的方式,為保證傳輸的準確性,無線通訊通常采用短距離無線傳輸系統(tǒng)實現(xiàn),比如通訊距離在20m以內,這種情況下,故障探頭FD可以通過短距離無線發(fā)射單元,以無線電波的方式發(fā)射到數據轉發(fā)器。實際應用過程中,還將數據轉發(fā)器封閉在一個聚碳酸酯的密封盒內,利用“卡線”結構直接卡在配電線路上。通過這種安裝方式一方面可以帶電拆裝,無需取下;另一方面數據轉發(fā)器可以從線路上取“能”,結合內部作為后備電池的高能鋰電池向系統(tǒng)和GSM使用。數據轉發(fā)器是一個信息收集點,一個數據轉發(fā)器可以對應多個故障探頭,當它安裝于線路分支點處時,他可以接收來自三個分支共9個故障探頭的編碼信息。對于開關柜和環(huán)網柜而言,在每個開閉所或環(huán)網柜內設置一個數據轉發(fā)器,可以以無線方式接收最多16路出現(xiàn)的故障信息、溫度報警信息等。
[0024]GSM/GPRS中心站103與數據轉發(fā)器連接,用于對接收到的故障探頭的動作信息和地址信息進行解調、解碼和數據處理,然后將處理結果發(fā)送到監(jiān)控主站。數據轉發(fā)器與GSM/GPRS中心站之間的連接關系在實際應用過程中可具體采用GSM傳輸系統(tǒng)實現(xiàn),這樣可以通過手機短消息的方式發(fā)送到主站。
[0025]監(jiān)控主站103接收到短路故障點的地理位置信息后可以將結果顯示出來。
[0026]本實施例通過故障探頭、數據轉發(fā)器、GSM/GPRS中心站和監(jiān)控主站組成的系統(tǒng),將故障探頭探測到的故障情況輸送到監(jiān)控主站,由監(jiān)控主站對故障點的地理位置信息進行顯示。與現(xiàn)有技術相比,本申請實施例將故障指示器技術、GSM通信技術和GIS技術結合起來,提供了一種完全自動化的故障定位系統(tǒng),從而提高了短路故障的定位效率。
[0027]為了更進一步說明本申請的技術方案的技術特征,下面以一個更加詳細的實例予以說明。參見圖2,該圖示出了本申請的配電線路短路故障定位系統(tǒng)的一個示意圖。在該圖中,故障探頭FD (Fault Detector)安裝在各線路分支處的分支線上,系統(tǒng)出現(xiàn)短路故障時,F(xiàn)D檢測到短路故障電流或特定信號電流流過,通過短距離無線收發(fā)系統(tǒng),將動作信號傳送給相隔20m的數據轉發(fā)器(見圖中的DT[Data Transfer])。數據轉發(fā)器安裝在線路的分支處,可以接收9只FD (分別在三個分支的9相線路上)發(fā)送過來的動作信息。數據轉發(fā)器在收到動作信息后,將動作分支的FD地址信息通過GSM通訊系統(tǒng)發(fā)給GSM/GPRS中心站。GSM/GPRS中心站得到該信息后進行處理,將處理結果送給監(jiān)控主站進行顯示。監(jiān)控主站依據從GSM/GPRS中心站收到的這些動作信息,與地理信息系統(tǒng)相結合進行網絡拓撲計算分析,隨后顯示出故障點地理位置信息,并在地理背景上顯示出來。此外,如果監(jiān)控主站還包括打印機,還可以打印出地理位置信息。
[0028]在上述的具體實例中,故障探頭FD可以具體采用智能型線路故障指示器構成。智能型線路故障指示器是可以指示線路故障電流通路的裝置。使用線路故障指示器,可快速確定相間短路及接地故障區(qū)段,其可以廣泛應用于油田、城市的架空、電纜線路或與開關柜、箱變等一次設備配套,可迅速、準確判斷故障線路和故障點。該故障指示器采用微功耗、高性能微控制器作為信號處理單元,利用現(xiàn)代的數字信號處理技術對故障信息進行識別,與采用模擬電路的故障指示器相比,具有可擴展性強、一致性好、性能穩(wěn)定、精度高、抗干擾能力強等優(yōu)點。結合超聲波、無線等通信技術,還可以構成遠方自動故障監(jiān)視系統(tǒng)。在實際生產過程中,可以采用下面的技術參數:
[0029]a、系統(tǒng)電壓等級:0.4?35kV ;
[0030]b、過流定值:根據負荷電流自動調整過流定值;[0031]C、適用導線直徑:〈41mm ;[0032]d、最大耐受短路電流能力:31.5kA/2S ;
[0033]e、故障復位時間:根據用戶要求出廠時設定;
[0034]f、閃光報警:0.25Hz,紅色,夜間300M可見;
[0035]g、正常工作環(huán)境溫度:-40~85°C ; h、可動作次數:>2000次;
[0036]1、重量:0.35kg ;j、尺寸:Φ 75mmX 100mm。
[0037]在上述具體實例中數據轉發(fā)器的功能是將故障指示器發(fā)送過來的無線信息接收后進行解調、解碼,通過GSM將信息發(fā)送給GSM/GPRS中心站。具體地,包括如下主要功能:無線接收:接收故障指示器發(fā)送的故障類型和分支號;GSM發(fā)送:向GSM/GPRS中心站發(fā)送數據轉發(fā)器的地址、故障類型和分支號;后備電源:數據轉發(fā)器內部包括線路取能和后備電池,后備電池采用高能鋰電,在沒有任何線路取能的情況下,后備電池可以支持數據轉發(fā)器工作5年/300個故障匯報過程。在實際生產過程中,可以采用下面的技術參數(參見圖3,該圖示出了數據轉發(fā)器內部接線圖):
[0038]a、控制器尺寸:長 X 寬 X 高=160mmX 80mmX 80mm ;
[0039]b、控制器重量:〈lKg ; C、額定工作電壓:3.6VDC±10%;
[0040]d、額定工作電流:20uA ; e、整機功耗:<60uW ;
[0041]f、無線接收距離:≤20m ; g、無線接收頻率:433MHz ;
[0042]h、無線調制模式:GFSK ;
[0043]1、GSM 模塊:E-GSM/GPRS900/1800 雙頻帶;j、SM 卡電源:3V ;
[0044]k、指示器最多配置數:架空型< 9個,電纜型〈16路;
[0045]1、后備電池使用壽命:>5年。
[0046]在上述具體實例中的GSM/GPRS中心站主要用于實現(xiàn)通信管理和數據集中功能,它向下與各個數據轉發(fā)器通信,負責收集現(xiàn)場故障指示器采集到的故障信息,向上與監(jiān)控主站通信,傳送所收集的數據。GSM/GPRS中心站可以采用開放式系統(tǒng)設計思想進行設計,其在硬件上可以由機箱、電源模塊、主模塊和GSM通信模塊組成;其能夠支持的通信方式包括通過如下的各種接口實現(xiàn)多種通信方式RS232接口。
[0047]在上述具體實例中的監(jiān)控主站主要用來收集現(xiàn)場指示器動作數據,并根據線路邏輯圖進行網絡拓撲計算獲得故障點位置。該監(jiān)控主站可以包括兩個子系統(tǒng):配電網圖形編輯系統(tǒng)和故障檢測與定位信息系統(tǒng)。配電網圖形編輯系統(tǒng)用來創(chuàng)建和修改配電網網絡圖,包括電力線路、桿塔、開關和故障指示器;故障檢測與定位系統(tǒng)是一個集數據采集、配電網邏輯圖顯示、智能故障位置搜索等功能于一體的系統(tǒng),它既可用來實時監(jiān)測配電網絡狀態(tài)和故障,便于電路的維護和事故搶修,又可用來對配電網設施進行管理,便于設施信息的錄入、查詢和統(tǒng)計。在實際應用過程中,還可以開發(fā)出系統(tǒng)軟件對監(jiān)控主站進行控制。故障定位系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的主要作用是搜集通訊主站傳送的地址信息,對其進行糾錯、校正后,通過拓撲分析和計算找出故障位置及故障通路,最終顯示在GIS的地理背景上。故障定位系統(tǒng)以地理信息系統(tǒng)GIS為圖形支撐平臺,其核心算法(如拓撲分析、故障查找、糾錯和補漏)可采用組件技術實現(xiàn),GIS平臺采用了 Map0bjects2.4組件。除了基本的GIS功能,如顯示、放大縮小和漫游等,本系統(tǒng)在GIS平臺上還可以實現(xiàn)如下特有的功能:(I)以不同的顏色顯示故障通路;(2)不斷閃爍故障支路直至調度員清除;(3)以不同的顏色顯示動作不正確的故障指示器以提醒調度員;(4)保存故障信息以便故障重演和分析。
[0048]需要說明的是:在實際應用過程中,還存在一種特殊的短路故障,即單相接地故障。這類故障是由于大多數配電網采用的是中心點不直接接地系統(tǒng),這類系統(tǒng)發(fā)生單相接地故障時,因故障電流較小,故障特征復雜,因而故障點的查找非常困難。針對這類故障,本申請優(yōu)選在配電線路上安裝不對稱電流源。當線路上任何一點發(fā)生單相接地故障時,裝在變電站內的不對稱電流源檢測到故障信息后,首先判斷出故障相,然后對故障相施加特定信號,安裝在線路上的故障檢測裝置檢測FD流過本線路的特定信號,若滿足故障特征則FD被觸發(fā)。在某些情況下,還可以設置指示燈進行提示,比如在FD被觸發(fā)時,給出紅色顯示,同時發(fā)出一無線編碼信息。這里的不對稱電流源可以按照如下的組成構成:由K1、K2、K3三個真空開關、高壓二極管和限流電阻組成,三個真空開關分別接線路的A、B、C三相(參見圖4中示出的不對稱電流源的原理圖)。當線路上的某處發(fā)生接地故障時,變電站的PT零序電壓升高,接地相對地電壓降低,非故障相對地電壓升高,不對稱電流源控制器控制相應的開關動作,使故障線路(段)上流過脈動單向特征電流,而其它的非故障線路無該特征電流流過,安裝在線路上和變電站的故障檢測裝置檢測到該信號后即可檢測出故障線路和位置,從而實現(xiàn)接地選線和定位。此外,由于戶外安裝的不對稱電流源附近沒有電磁式PT信號可用,因此可以內置準電子PT,利用該電子PT來判斷是否有接地故障發(fā)生,從而確定高壓接觸器是否動作。
[0049]上述內容對本申請實施例的系統(tǒng)實施例的組成結構進行了詳細描述。參見圖5,該圖示出了該系統(tǒng)實施例的工作流程。該工作流程包括:
[0050]步驟S501:安裝于配電線路上的故障探頭在配電線路發(fā)生短路故障時被觸發(fā)向數據轉發(fā)器發(fā)送地址信息和動作信息;
[0051]步驟S502:數據轉發(fā)器接收故障探頭發(fā)送的動作信息后,向GSM/GPRS中心站發(fā)送故障探頭的動作信息和地址信息;
[0052]步驟S503:GSM/GPRS中心站接收到故障探頭的動作信息和地址信息后,對動作信息和地址信息進行解調、解碼和數據處理,并將處理結果發(fā)送到監(jiān)控主站;
[0053]步驟S504:監(jiān)控主站根據GSM/GPRS中心站的處理結果顯示短路故障點的地理位
置信息。
[0054]本工作流程通過安裝于配電線路上的故障探頭偵測短路故障,然后向數據轉發(fā)器發(fā)送地址信息和動作信息,然后由數據轉發(fā)器轉發(fā)到GSM/GPRS中心站,GSM/GPRS中心站接收到故障探頭的動作信息和地址信息后,對動作信息和地址信息進行解調、解碼和數據處理,并將處理結果發(fā)送到監(jiān)控主站,由監(jiān)控主站對故障點的地理位置信息進行顯示。與現(xiàn)有技術相比,本工作流程將故障指示器技術、GSM通信技術和GIS技術結合起來,提供了一種完全自動化的故障定位系統(tǒng),從而提高了短路故障的定位效率。
[0055]在實際應用過程中,上述工作流程由于應用場景的不同,某些步驟可能存在差異,以適應特殊需要,改進技術效果。比如,當前述工作流程實施例應用于中性點不直接接地的配電系統(tǒng)時,在配電線路上還安裝有不對稱電流源,在短路故障發(fā)生時輸入用于故障點探測的信號,所述故障探頭探測到所述信號后被觸發(fā)。增加這一步驟擴大了系統(tǒng)實施例的適用范圍。還比如,在實際過程中,每個步驟進行信息傳遞過程中傳遞的速度、準確性等可能受到每個傳輸主體之間的連接方式的影響,本申請優(yōu)選故障探頭通過短距離無線傳輸系統(tǒng)向數據轉發(fā)器發(fā)送動作信息;數據轉發(fā)器通過GSM傳輸系統(tǒng)向所述GSM/GPRS中心站發(fā)送故障探頭的動作信息和地址信息;GSM/GPRS中心站通過串口信息傳輸方式向監(jiān)控主站發(fā)送GSM/GPRS中心的處理結果。
[0056]需要說明的是:為了敘述的簡便,本說明書的上述實施例以及實施例的各種變形實現(xiàn)方式重點說明的都是與其他實施例或變形方式的不同之處,各個情形之間相同相似的部分互相參見即可。以上所描述的系統(tǒng)實施例的各單元可以是或者也可以不是物理上分開的,既可以位于一個地方,或者也可以分布到多個網絡環(huán)境下。在實際應用過程中,可以根據實際的需要選擇其中的部分或者全部單元來實現(xiàn)本實施例方案的目的,本領域普通技術人員在不付出創(chuàng)造性勞動的情況下,即可以理解并實施。
[0057]以上所述僅是本申請的【具體實施方式】,應當指出,對于本【技術領域】的普通技術人員來說,在不脫離本申請原理的前提下,還可以做出若干改進和潤飾,這些改進和潤飾也應視為本申請的保護范圍。
【權利要求】
1.一種配電線路短路故障定位系統(tǒng),其特征在于,所述系統(tǒng)包括:至少一個故障探頭、數據轉發(fā)器、GSM/GPRS中心站和監(jiān)控主站,其中: 所述故障探頭安裝于配電線路上,在故障探頭安裝的配電線路發(fā)生短路故障時故障探頭將被觸發(fā)向數據轉發(fā)器發(fā)送地址信息和動作信息; 所述數據轉發(fā)器與故障探頭連接,用于在接收到故障探頭的動作信息后,向GSM/GPRS中心站發(fā)送故障探頭的動作信息和地址信息; 所述GSM/GPRS中心站與所述轉發(fā)器連接,用于接收故障探頭的動作信息和地址信息,并對動作信息和地址信息進行解調、解碼和數據處理,將處理結果發(fā)送到監(jiān)控主站; 所述監(jiān)控主站與所述GSM/GPRS中心站連接,用于根據GSM/GPRS中心站的處理結果顯示短路故障點的地理位置信息。
2.根據權利要求1所述的系統(tǒng),其特征在于,在所述系統(tǒng)應用于中性點不直接接地的配電系統(tǒng)時,所述系統(tǒng)還包括安裝于配電線路上的不對稱電流源,用于在短路故障發(fā)生時輸入用于故障點探測的信號。
3.根據權利要求2所述的系統(tǒng),其特征在于,所述不對稱電流源包括與配電線路的各相電路分別連接的多個真空開關,以及高壓二級管、限流電阻和用于控制真空開關開閘/合閘的控制器,其中:多個真空開關并聯(lián)后與高壓二級管串聯(lián),高壓二極管與限流電阻串聯(lián)。
4.根據權利要求1至3中任何一項所述的系統(tǒng),其特征在于,所述數據轉發(fā)器通過短距離無線傳輸系統(tǒng)與故障探頭連接,所述GSM/GPRS中心站通過GSM傳輸系統(tǒng)與數據轉發(fā)器連接,所述監(jiān)控主站通過串口信息傳輸方式與GSM/GPRS中心站連接。
5.根據權利要求1至3中任何一項所述的系統(tǒng),其特征在于,一個數據轉發(fā)器與最多九個故障探頭連接,所述數據轉發(fā)器封閉在聚碳酸酯的密封盒內,利用卡線結構卡在配電線路上。
【文檔編號】G01R31/08GK203479950SQ201320605043
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年9月25日 優(yōu)先權日:2013年9月25日
【發(fā)明者】周仁才, 高明, 葉信彪, 張世雄, 姜春瑩, 李林鋒, 貝斌斌, 葉宇峰 申請人:國家電網公司, 國網浙江省電力公司寧波供電公司, 寧波三明電力發(fā)展有限公司