本發(fā)明涉及配電網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種配電網(wǎng)小電阻單相接地故障定位方法及配電終端。

背景技術(shù)：

今年來，隨時(shí)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，各大城市的10KV配電網(wǎng)主要采用地下電纜，使得對(duì)地電流電容大大增加。如果采用傳統(tǒng)的消弧線圈接地，則需要較大的補(bǔ)償容量，成本較高。且由于10KV配電網(wǎng)線路在運(yùn)行中操作較多，消弧線圈的分接頭及時(shí)調(diào)整有困難，容易出現(xiàn)諧振過電壓現(xiàn)象。為了解決該問題，目前一般城市的變電站采用了中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地方式，同時(shí)有效避免了因單相接地故障引發(fā)的相間短路事故。

對(duì)于小電阻單相接地故障的定位方法目前主要采用零序定位法，所述零序定位法主要是根據(jù)故障時(shí)系統(tǒng)電氣量所呈現(xiàn)出來的特征及規(guī)律確定故障發(fā)生的位置。但是，隨著配電網(wǎng)的不斷改造與配電自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)施，接地故障的特征檢測(cè)不再局限在線路首端。變電站出線(即饋線)已被分段開關(guān)區(qū)段化，每個(gè)開關(guān)安裝處對(duì)應(yīng)一個(gè)線路節(jié)點(diǎn)，出線斷路器和線路分段開關(guān)均裝設(shè)有自動(dòng)化監(jiān)控設(shè)備：饋線終端單元(FTU、DTU)。但是發(fā)現(xiàn)，在采用傳統(tǒng)的零序定位法在負(fù)荷重載的小電阻單相接地系統(tǒng)中，經(jīng)常出線故障區(qū)段誤判的現(xiàn)象。究其原因，是因?yàn)閷?duì)于小電阻接地配電網(wǎng)，尤其是重載的10KV配電線路，正常情況下負(fù)荷電流能達(dá)到150A，而安裝在各負(fù)荷開關(guān)處的配電自動(dòng)化終端零序過流告警值通常僅為60A或120A，故而，造成了故障地點(diǎn)的誤判。因此，如何準(zhǔn)確的判定配電網(wǎng)小電阻單相接地故障的具體位置，提高解決故障的效率，是目前亟待解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種配電網(wǎng)小電阻單相接地故障定位方法及配電終端，用以解決配電網(wǎng)小電阻單相接地故障定位不準(zhǔn)確的問題，提高故障處理效率，節(jié)約人力成本。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種配電網(wǎng)小電阻單相接地故障定位方法，包括如下步驟：采集配電線路兩端的零序電壓和零序電流；通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)所述零序電壓和零序電流進(jìn)行采樣；對(duì)經(jīng)采樣的零序電壓和零序電流進(jìn)行傅里葉變換；計(jì)算所述零序電壓與所述零序電流的有效值及所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值；判斷所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若是，則確定為故障區(qū)。

優(yōu)選的，采用如下公式計(jì)算所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值：

其中，U0表示零序電流，I0表示零序電壓，表示零序電壓與零序電流之間的角度。

優(yōu)選的，所述采集配電線路兩端的零序電流和零序電壓的具體步驟包括：在一次開關(guān)柜側(cè)通過零序電流互感器采集配電線路兩端的零序電流，并經(jīng)二次側(cè)的故障接地板傳輸至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；在一次開關(guān)柜側(cè)通過電子式電壓傳感器采集配電線路兩端的零序電壓，并變比后傳輸?shù)蕉蝹?cè)的故障接地板上；位于故障接地板上的零序電壓經(jīng)電壓跟隨器隔離后進(jìn)入差分放大器放大；對(duì)經(jīng)差分放大器放大后的零序電壓進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后輸出至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

優(yōu)選的，所述變比為

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)范圍為175°～325°。

本發(fā)明還提供了一種配電終端，包括：

一次側(cè)卡裝式零序電流互感器：直接安裝于進(jìn)線間隔電纜，配電終端的故障接地板接收來自其轉(zhuǎn)換后零序電流，用于將配電高壓線路大電流變比成小電流，供配電終端采集；

一次側(cè)電子式電壓傳感器：配電終端的故障接地板接收來自其轉(zhuǎn)換后零序電壓，采用電容分壓原理采集配電線路兩端的零序電壓；

故障接地底板：配電終端的一塊子板。作為控制器核心板、二次側(cè)EVT隔離與調(diào)理模塊、二次側(cè)零序電流互感器、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器在其上，一起完成單相接地判斷的功能。并通過配電終端后端的背板，傳輸給通信子板上送后臺(tái)；

二次側(cè)零序電流互感器：焊在故障接地底板之上，用于再次隔離采集卡裝式零序電流互感器兩端的零序電流，進(jìn)入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器；

二次側(cè)電子式電壓傳感器隔離與調(diào)理模塊：故障接地底板上的插件，接收來自一次設(shè)備的電子式電壓傳感器的轉(zhuǎn)換后的零序電壓信號(hào)，進(jìn)一步進(jìn)行電壓跟隨器隔離后進(jìn)入差分放大器放大，并對(duì)經(jīng)差分放大器放大后的零序電壓進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后，進(jìn)入模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；

模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器：采集來自二次側(cè)零序電流互感器與電子式電壓傳感器隔離與調(diào)理模塊轉(zhuǎn)換后的零序電流和零序電壓；

控制器核心板：故障接地底板上的插件，接收模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器的零序電壓與零序電流采樣信號(hào)，并對(duì)經(jīng)采樣的零序電流和零序電壓進(jìn)行傅里葉變換，且計(jì)算所述零序電壓與所述零序電流的有效值及所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值，用于判斷所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若是，則確定為故障區(qū)。

優(yōu)選的，所述故障接地板上的控制器核心板插件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，所述采用如下公式計(jì)算所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值：

其中，U0表示零序電壓，I0表示零序電流，表示零序電壓與零序電流之間的角度。

優(yōu)選的，所述零序電流互感器在一次開關(guān)柜側(cè)通過零序電流互感器采集配電線路兩端的零序電流，并經(jīng)二次側(cè)的故障接地板傳輸至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器；所述二次側(cè)電子式電壓傳感器隔離與調(diào)理模塊接收一次開關(guān)柜側(cè)電子式電壓傳感器采集配電線路兩端的零序電壓，經(jīng)電壓跟隨器隔離后進(jìn)入差分放大器放大，并對(duì)經(jīng)差分放大器放大后的零序電壓進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后輸出至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

優(yōu)選的，所述變比為

優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)范圍為175°～325°。

本發(fā)明提供的配電網(wǎng)小電阻單相接地故障定位方法及配電終端，通過同時(shí)測(cè)定配電線路兩端的零序電流和零序電壓，通過零序電流和零序電壓之間的角度值對(duì)故障位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，大大減少了電力公司運(yùn)維排查的工作量，提高了故障處理效率，極大程度的縮短了用戶停電時(shí)間。

附圖說明

附圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式的配電網(wǎng)小電阻單相接地故障定位方法流程圖；

附圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式的采集配電線路兩端的零序電流和零序電壓的具體步驟流程圖；

附圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式的配電終端的結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式的配電終端的電路圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的配電網(wǎng)小電阻單相接地故障定位方法及配電終端的具體實(shí)施方式做詳細(xì)說明。

本具體實(shí)施方式提供了一種配電網(wǎng)單相接地故障定位方法，附圖1是本發(fā)明具體實(shí)施方式的配電網(wǎng)小電阻單相接地故障定位方法流程圖。如圖1所示，本發(fā)明所述的配電網(wǎng)單相接地故障定位方法包括如下步驟：

步驟S11，采集配電線路兩端的零序電壓和零序電流。相較于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)小電阻單相接地故障的定位方法，本具體實(shí)施方式提出的故障定位方法，不僅采集配電線路兩端的零序電流，而且對(duì)配電線路兩端的零序電壓也進(jìn)行了采集。通過綜合分析零序電流和零序電壓，實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障區(qū)段的準(zhǔn)確定位。

附圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式的采集配電線路兩端的零序電流和零序電壓的具體步驟流程圖，為了能夠準(zhǔn)確的采集零序電流和零序電壓，且便于對(duì)采集的信號(hào)進(jìn)行后續(xù)處理，優(yōu)選的，所述采集配電線路兩端的零序電流和零序電壓的具體步驟包括：

步驟S21，在一次開關(guān)柜側(cè)通過零序電流互感器采集配電線路兩端的零序電流，并經(jīng)二次側(cè)的故障接地板傳輸至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)進(jìn)行采集。其中，所述零序電流互感器優(yōu)選采用精度較高、性能穩(wěn)定、響應(yīng)迅速的卡裝式零序電流互感器。

步驟S22，在一次開關(guān)柜側(cè)通過電子式電壓傳感器(EVT)采集配電線路兩端的零序電壓，并變比后傳輸?shù)蕉蝹?cè)的故障接地底板(FE)上。其中，所述電子式電壓傳感器具有體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。為了防止電壓過高對(duì)設(shè)備的損害，且確保較高的定位精度，優(yōu)選的，所述變比為進(jìn)行采集。

步驟S23，位于故障接地板上的零序電壓經(jīng)電壓跟隨器隔離后進(jìn)入差分放大器放大；對(duì)經(jīng)差分放大器放大后的零序電壓進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后輸出至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。

這是因?yàn)椋F(xiàn)有的配電網(wǎng)線路主要是10KV電路，如果在二次側(cè)直接接10KV高電壓，則會(huì)造成配電終端設(shè)備燒毀，后果不堪設(shè)想。為避免此問題，本具體實(shí)施方式對(duì)于10KV高電壓配電線路先通過一次側(cè)的電子式電壓傳感器將10KV電壓降壓后再供二次側(cè)采集，然后二次側(cè)才將采集到的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算。

步驟S12，通過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器對(duì)所述零序電壓和零序電流進(jìn)行采樣。

步驟S13，對(duì)經(jīng)采樣的零序電壓和零序電流進(jìn)行傅里葉變換。

步驟S14，計(jì)算所述零序電壓與所述零序電流的有效值及所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值。為了提高定位的準(zhǔn)確度，優(yōu)選的，采用如下公式計(jì)算所述零序電流與所述零序電壓之間的角度值：

其中，U0表示零序電壓，I0表示零序電流，表示零序電壓與零序電流之間的角度。

步驟S15，判斷所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若是，則確定為故障區(qū)。優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)范圍為175°～325°。在發(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓與零序電流的相位關(guān)系只與線路的零序阻抗角有關(guān)。其中，所述零序阻抗角即為零序電流與零序電壓之間的角度值。當(dāng)所述零序電流與零序電壓之間的角度值為正向，且在175°～325°范圍內(nèi)時(shí)，則給后臺(tái)上送接地告警，后臺(tái)操作斷路器切斷故障區(qū)段，保護(hù)線路不被大的短路電流燒毀。若所述零序電流與零序電壓之間的角度值不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則說明該區(qū)域未發(fā)生接地故障，保護(hù)不動(dòng)作。

本發(fā)明提供的配電網(wǎng)小電阻單相接地故障定位方法，通過同時(shí)測(cè)定配電線路兩端的零序電流和零序電壓，通過零序電流和零序電壓之間的角度值對(duì)故障位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，大大減少了電力公司運(yùn)維排查的工作量，提高了故障處理效率，極大程度的縮短了用戶停電時(shí)間。

不僅如此，本具體實(shí)施方式還提供了一種配電終端，附圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式的配電終端的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式的配電終端的電路圖。附圖3所示，本具體實(shí)施方式的配電終端包括一次側(cè)卡裝式零序電流互感器10、一次側(cè)電子式電壓傳感器20、故障接地底板30、二次側(cè)零序電流互感器31、二次側(cè)電子式電壓傳感器隔離與調(diào)理模塊32、模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器33、控制器核心板34。

其中一次側(cè)卡裝式零序電流互感器10、一次側(cè)電子式電壓傳感器20、二次側(cè)零序電流互感器31、二次側(cè)電子式電壓傳感器隔離與調(diào)理模塊32都是對(duì)信號(hào)進(jìn)行等比例縮小采集。這是因?yàn)?，現(xiàn)有的配電網(wǎng)線路主要是10KV電路，如果在二次側(cè)終端直接接10KV高電壓，則會(huì)造成配電終端設(shè)備燒毀，后果不堪設(shè)想。為避免此問題，本具體實(shí)施方式對(duì)于10KV高電壓配電線路先通過一次側(cè)的電子式電壓傳感器(EVT)將10KV電壓降壓后再供二次側(cè)采集，然后二次側(cè)才將采集到的電壓、電流信號(hào)進(jìn)行計(jì)算。

所述一次側(cè)卡裝式零序電流互感器10，用于采集配電線路兩端的零序電流。其中，所述零序電流互感器優(yōu)選采用精度較高、性能穩(wěn)定、迅速響應(yīng)的卡裝式零序電流互感器；

所述一次側(cè)電子式電壓傳感器20，用于采集配電線路兩端的零序電壓。相較于傳統(tǒng)的配電網(wǎng)小電阻單相接地故障的定位方法，本具體實(shí)施方式提出的故障定位方法，不僅采集配電線路兩端的零序電流，而且對(duì)配電線路兩端的零序電壓也進(jìn)行了采集。通過綜合分析零序電流和零序電壓，實(shí)現(xiàn)了對(duì)故障位置的準(zhǔn)確定位。優(yōu)選采用體積小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好、性能穩(wěn)定的電子式電壓傳感器。

所述二次側(cè)零序電流互感器31：焊在故障接地底板30之上，用于再次隔離采集所述一次側(cè)卡裝式零序電流互感器10兩端的零序電流，并傳輸至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器33；

所述二次側(cè)電子式電壓傳感器隔離與調(diào)理模塊32，來自一次側(cè)的零序電壓經(jīng)電壓跟隨、隔離后進(jìn)入差分放大器放大，并對(duì)經(jīng)差分放大器放大后的零序電壓進(jìn)行信號(hào)調(diào)理后輸出至模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器33；

模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器33，用于對(duì)二次側(cè)零序電流互感器31、二次側(cè)電子式電壓傳感器隔離與調(diào)理模塊32傳輸過來的零序電流和零序電壓進(jìn)行采樣處理。

控制器核心板34，連接模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器33，用于接收零序電壓和零序電流的采樣信號(hào)，并對(duì)經(jīng)采樣的零序電流和零序電壓進(jìn)行傅里葉變換，且計(jì)算所述零序電壓與所述零序電流的有效值及所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值。為了提高運(yùn)算效率，優(yōu)選的，采用如下公式計(jì)算所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值：

其中，U0表示零序電壓，I0表示零序電流，表示零序電壓與零序電流之間的角度。

所述計(jì)算結(jié)果用于判斷所述零序電壓與所述零序電流之間的角度值是否在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，若是，則確定為故障區(qū)。優(yōu)選的，所述預(yù)設(shè)范圍為175°～325°。在發(fā)生接地故障時(shí)，零序電壓與零序電流的相位關(guān)系只與線路的零序阻抗角有關(guān)。其中，所述零序阻抗角即為零序電流與零序電壓之間的角度值。當(dāng)所述零序電流與零序電壓之間的角度值為正向，且在175°～325°范圍內(nèi)時(shí)，則給后臺(tái)上送接地告警，后臺(tái)操作斷路器切斷故障區(qū)段，保護(hù)線路不被大的短路電流燒毀。通過正方向和負(fù)方向同時(shí)檢測(cè)，確保零序電流保護(hù)沒有死區(qū)，操作簡(jiǎn)單可靠。若所述零序電流與零序電壓之間的角度值不在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)，則說明該區(qū)域未發(fā)生接地故障，保護(hù)不動(dòng)作。

本發(fā)明提供的配電網(wǎng)小電阻單相接地故障定位方法及配電終端，通過同時(shí)測(cè)定配電線路兩端的零序電流和零序電壓，通過零序電流和零序電壓之間的角度值對(duì)故障位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，大大減少了電力公司運(yùn)維排查的工作量，提高了故障處理效率，極大程度的縮短了用戶停電時(shí)間。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。