智能电网架空线路故障定位全解

Hale Waihona Puke 4 监控主机软件开发• 1) 软件平台该系统以组态王6. 51 软件为开发平台，设计 出了具有通信、故障显示、数据库存储、短信发送等多种 功能的监控程序和显示画面。组态王是新型的工业自动控 制系统软件，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的 集成系统取代传统的封闭式系统，具有适应性强、开放性 好、易于扩展、开发周期短等特点。组态王软件结构由工 程管理器、工程浏览器及运行系统三部分构成。
ZigBee是基于IEEE802.15.4标准的低功耗局域网协议。根据国际 标准规定，ZigBee技术是一种短距离、低功耗的无线通信技术。
• 针对目前架空线路故障检测准确性低和借助GSM 通信网 络传输线路故障信息成本高的现状，介绍了以工控机为核 心的架空线路故障在线检测与分段定位系统。将软件与硬 件结合、电流变化率与零电流检测方法并用，提高了线路 短路故障检测的准确性; 将相电压信号与5 次谐波电流信 号相融合，提高了接地故障检测线路的准确性; 采用 Zigbee 无线传输芯片制成独立的信号传输系统，既降低 了系统的运行成本，又保证了信号的可靠传输。以组态王 6. 51 软件为开发平台，设计出了具有多种功能的监控程 序和显示画面。
• 2) 接地故障检测：原理目前现有单相接地故障的检测方法 主要包括零序电流法、电容电流法、首半波法、五次谐波 法和信号注入法等。当线路的某一相发生接地时，则该相 电压降低，使三相电压不对称，通常配电网的负荷中都有 感性负载，线路电流产生畸变，产生大量的高次谐波电流 ，即出现3，5，7，…谐波。但由于6 ～ 66 kV 配电网属 于中性点非有效接地系统，所以三次谐波电流无法通过， 而其他的谐波分量占的比例很小，因此接地时五次谐波最 为明显。为此，采用五次谐波电流法，即通过检测线路电 流，提取五次谐波分量，根据五次谐波电流的大小判断出 接地故障，其检测电路，如图3 所示。
工控机（Industrial Personal Computer，IPC）即工业控制计 算机，是一种采用总线结构，对 生产过程及机电设备、工艺装备 进行检测与控制的工具总称
2 系统基本组成
• 安装在输电线路杆塔上的诸多装置主要完成线路短路故障、 接地故障的检测，以及故障信号的无线传输。每个装置都 设定有地址编码，根据地址编码就可实现故障的分段定位。 通过装置内部的Zig-Bee 无线通信模块，自成独立的无线 传输网络，故障信号以逐级、接力方式传输给变电站的收 发器，再经过有线方式将收发器接收到的信号送给变电站 工控机，由工控机对故障信息进行分析、处理。当
• 并且根据需要，变电站的工控机还可通过网线与 生产调度系统的监控主机进行联网，可随时显示 、打印和存储检测数据，使生产调度人员及时了 解线路的运行情况。另外，该系统还具有对信号 传输的自检功能。即通过软件编程，工控机以应 答方式对各个点进行定期巡检，以便及时了解各 个装置的工作情况，以便发现问题及时处理，保 证系统信号传输的可靠工作。
智能电网
架空线路故障在线检测与分 段定位系统
引言：
• 架空线作为输配电的重要环节，由于种种原因时常出现接地、 短路故障，给用户的安全生产带来了极大的隐患。故障分析 法中的单端测距算法，由于受信息量的影响，故障点定位精 度受系统运行方式和过渡电阻的影响，效果不甚理想。目前 对于故障点的检测与定位主要是线路故障指示器。由于故障 指示器只有故障翻牌功能，而没有自动发射、传输功能。另 外出现的一些线路故障定位系统，也是利用故障指示器实现 线路故障分段定位，并采用GSM/GPRS网络通信方式进行传 输，即多点发射方式，因此运行费用高，不适用于长距离供 电线路。为此，在现有线路故障检测方法的基础上，采用新 兴的ZigBee 无线发射模块自成独立信息传输系统，达到信号 可靠传输又能降低系统运行费用的目的。
图3 5 次谐波电流检测示意图
• 首先经特殊的开口式电流互感器对线路电流进行检测，经 选频电路将五次谐波分量分离出来，再经整流电路变为直 流电压信号，最后经比较电路输出。由于线路中非线性负 载的存在，线路正常时也可能存在一定的高次谐波电流， 这里采用比较输出。根据正常时五次谐波电流的预测值确 定比较器的基准值，当五次谐波电流大于或等于比较器的 基准值时，输出为高电位，则判定为接地故障; 否则，输 出为低电位，判定为非接地。另外，为进一步提高接地故 障检测的可靠性，还对电路相电压进行检测，并作为判定 接地故障的必要条件之一，当线路电压降低为正常时的80 %，同时五次谐波电流检测电路输出为高电位，此时才判 定为接地故障，其他情况为非接地故障。
3 故障检测
1) 短路故障检测原理线路电流理想变化曲线，如 下图2示：
图2 线路电流理想变化曲线
图中，Ig为线路的工作电流; Imax为线路的最大 工作电流; IS为线路短路电流;
t0 ～ t1为保护装置动作时间; t2 ～ t3为重合闸装置动作时间。线 路正常时，工作电流在Ig附近变化，一般不超过最大电流Imax。如果 在t0时刻发生短路故障，线路电流立刻由工作电流Ig陡升到短路电流 IS，经过t0到t1后，速断保护装置动作，电流在t1刻降为0，切断短路 电流。通常变电站出线端还装设有重合闸装置，则经过t2到t3后重合 闸动作。若为瞬间短路故障，重合闸时故障消失，电流恢复为Ig，重 合闸成功; 若为非瞬间短路故障，在t2瞬间短路电流未消除，经t2到t3 后电流又降为0，重合闸失败。
• 通常负荷增加时电流的变化率明显小于短路故障时的电流变换 率，因此，可根据电流变化率区分短路与负荷增加情况。但为 了可靠起见，利用零电流信号判别短路故障，即在检测到较大 的电流变换率后，延时1 s 左右再检测线路电流信号，如果线 路电流为零，则认为是短路故障; 如果线路电路不为零，则认 为是线路负荷增大引起的电流变化，或虽然线路发生了瞬间短 路，但保护装置重合闸成功，则不作为短路故障处理。
图1 系统结构框图
• 发生故障时，可进行声音报警，并显示、保存或打印故障 类型和故障点位置，为排查线路故障和分析故障原因提供 依据。同时变电站工控机还将故障信息送给收发器，通过 GPRS 网络发送给线路维护人员的手机上，通知维护人员 进行线路检修。这样既少占通信网络资源，节省运行费用， 又可实现快速查找故障，及时对线路的维护，减少停电时 间，提高供电系统的可靠性。