線路智能故障定位系統(tǒng).doc

線路故障定位系統(tǒng)目錄目錄11概述02系統(tǒng)范圍02.1設計目標02.2簡要描述02.3設計原則12.4故障指示器設計原則22.4.1短路故障檢測原則22.4.2單相接地檢測原則22.4.3通信系統(tǒng)原則22.5系統(tǒng)原理23系統(tǒng)組成53.1故障指示器53.2數(shù)據(jù)轉發(fā)站53.3中心站63.4主站軟件64技術說明74.1可變負荷法單相接地檢測技術簡介74.2準電子PT簡介94.3無源法檢測單相接地故障原理簡介104.4主站系統(tǒng)功能簡介134.4.1故障信息和網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)的實時搜集134.4.2故障通路和故障點的查找134.4.3糾錯和補漏144.4.4GIS支撐平臺145主要技術參數(shù)145.1無源法指示器參數(shù)145.2故障查找準確率參數(shù)155.3運行穩(wěn)定性參數(shù)156售后服務15151 概述配電系統(tǒng)因為分支線多而復雜，在中國發(fā)生短路故障時一般僅出口斷路器跳閘，即使在主干線上用開關分段，也只能隔離有限的幾段，要找出具體故障位置往往需耗費大量人力、物力和時間。小電流接地系統(tǒng)在發(fā)生單相接地故障時沒有明顯的電流變化特征作為接地故障的判據(jù)，查找該故障一直是一個世界性的難題。為了確定接地故障點所在的出線、分支和區(qū)段，該系統(tǒng)用可變負荷使故障線路上產(chǎn)生具有明顯特征的電流信號作為接地故障判據(jù)。特征電流流經(jīng)故障線路、接地故障點和大地返回信號源。掛在線路上的故障指示器檢測到該電流信號后自動翻牌指示接地故障點所在的出線、分支和區(qū)段。這種方式克服了現(xiàn)有產(chǎn)品準確度低的缺陷，部分解決了單相接地故障定位的難題。故障自動定位系統(tǒng)可以在配網(wǎng)故障發(fā)生后的幾分鐘內，利用安裝在線路上的故障指示器檢測出故障所在的區(qū)段，同時利用現(xiàn)代的通信技術將故障指示器的動作信息收集到監(jiān)控中心，經(jīng)過網(wǎng)絡拓撲計算出故障點，然后將故障點在監(jiān)控系統(tǒng)畫面上顯示出故障的具體位置，并且將該信息以短消息的方式發(fā)送給相關運行人員，便于其趕赴現(xiàn)場，盡快處理事故，提高供電可靠性。2 系統(tǒng)范圍配電網(wǎng)故障定位系統(tǒng)使用范圍為：供電公司的配網(wǎng)運行部門、搶修管理部門和調度部門。2.1 設計目標本系統(tǒng)設計目標是幫助生產(chǎn)一線工作人員快速確定配電線路故障的位置， 把人員從過去漫無目的的逐桿查找中解放出來， 同時與現(xiàn)有的應急指揮系統(tǒng)相結合，極大的提高故障查找和處理效率，提高供電可靠性。2.2 簡要描述系統(tǒng)的主要功能是：當線路發(fā)生短路或單相接地故障后，安裝在線路上和開關柜內的相應故障指示器動作，給出報警信息，運行人員沿著線路查找給出報警信息的故障指示器，找到最后一個報警的故障指示器時就查到了故障區(qū)段，從而大大縮短查找故障的時間，降低查找故障的盲目性。將該系統(tǒng)與通信和計算機技術相結合構成故障自動定位系統(tǒng)?？梢栽谂渚W(wǎng)故障發(fā)生后的幾分鐘內，利用安裝在線路上的故障指示器檢測出故障，同時利用現(xiàn)代的通信技術將故障指示器的動作信息收集到監(jiān)控中心，經(jīng)過網(wǎng)絡拓撲自動計算出故障所在的區(qū)段，可以使得調度人員按照路程最短原則對運行維護人員進行調度，使維修人員在故障發(fā)生后最短時間內趕到現(xiàn)場，進一步縮短故障響應時間，避免了故障范圍進一步擴大。2.3 設計原則先進性原則： 可直接定位到故障區(qū)段，可與配電自動化系統(tǒng)相結合。系統(tǒng)采用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術、微功耗單片機技術和現(xiàn)代的通信技術，使其具有先進的物質基礎。而且國內目前很多地方還在大量的安裝純短路的故障指示器，這些指示器必然在不久的將來會被淘汰，而且無法與通信系統(tǒng)連接，如果從一開始就將其定位在檢測接地和短路故障，而且預留與通信系統(tǒng)相連接的接口，必然使我們走在國內電力行業(yè)的前列?？煽啃栽瓌t：在線檢測，不受空間干擾影響，不受系統(tǒng)本身結構、運行狀態(tài)的變化和接地電阻的影響。所有設備均經(jīng)過嚴格的電磁兼容性測試，硬件設備采用多級防死機和抗干擾措施，軟件系統(tǒng)充分考慮數(shù)據(jù)的完整性和兼容性安全性原則：有消弧線圈的可變負荷接在中性點、平時不工作、不承受高壓，信號功率小、無諧波，對系統(tǒng)運行無影響。故障指示器采用絕緣操作桿帶電安裝在線路上，不用停電，不會給系統(tǒng)造成影響。數(shù)據(jù)轉發(fā)站采用太陽能供電，與一次線路設備沒有直接電氣連接，不會對系統(tǒng)造成危害。與電力應急指揮系統(tǒng)接口后，只給該系統(tǒng)提供故障點信息，信息數(shù)據(jù)量很小，不會給其造成數(shù)據(jù)擁擠、判斷錯誤等問題。實用性原則：指示器可批量安裝適合推廣，無附加投資。整個系統(tǒng)主要針對線路故障快速查找而設計，沒有華麗的外表和附屬設備，經(jīng)濟實用。漸進性原則：系統(tǒng)的投資可以分階段、分步驟的完成，每完成一個階段的工作，即可享受該階段的性能和功能，這樣可以使系統(tǒng)由簡到繁，由初級到高級一步一步來完成，避免投資浪費。開放性原則：系統(tǒng)基于開放式的系統(tǒng)結構和標準化的設計模式，系統(tǒng)的協(xié)議、數(shù)據(jù)庫操作、產(chǎn)品的集成和開發(fā)工具都會遵循業(yè)界的主流標準，確保與現(xiàn)有應急指揮系統(tǒng)和其它電力自動化系統(tǒng)的平滑過渡和無縫連接，充分體現(xiàn)系統(tǒng)全面的開放性。擴展性原則：系統(tǒng)硬件組合方式多樣，功能配置靈活，具有強大的“組態(tài)”功能；模塊化和層次化的軟件設計模式會使得系統(tǒng)可方便地進行升級和外部擴展，不斷滿足用戶的個性化需求。易用性原則：故障指示器的拆裝均采用帶電作業(yè)，不需要停電，可變負荷可以安裝在線路上的配電變壓器附近，縮小了停電范圍。系統(tǒng)軟件設計采用基于人性化的圖形操作界面，簡潔、友好、直觀，用戶易學易用。2.4 故障指示器設計原則當指示器處在從變電站出口到故障點構成的供電通路上時，應翻牌指示，同時給出閃光報警，便于全天候觀察。指示器盡可能采用微處理器技術進行邏輯處理，以提高設備的可擴展性和適應性?？紤]到現(xiàn)場70%的故障屬于單相接地故障，因此指示器應能同時檢測單相接地和短路故障。2.4.1 短路故障檢測原則短路故障檢測應采用識別短路故障特征的方法，使其具有自適應功能，不用設置短路過流定值，同一個故障指示器可以在所有的線路上使用，從而便于生產(chǎn)、庫存和使用。能夠防止合閘時線路涌流或線路倒送電造成指示器誤動。能夠防止由于同桿架設或附近有高壓線導致指示器拒動。2.4.2 單相接地檢測原則能夠利用現(xiàn)有的變電站接地選線的研究成果，總結現(xiàn)場運行經(jīng)驗，充分考慮在線路上檢測各種電氣量與變電站檢測這些電氣量結果的差異，運用現(xiàn)代的數(shù)字信號處理技術，使得基于故障指示器的檢測小電流接地系統(tǒng)單相接地故障的準確率有一個很大的提高。探索新的檢測單相接地故障的方法，使得檢測準確率更高，更可靠，系統(tǒng)安裝使用更方便。2.4.3 通信系統(tǒng)原則故障指示器的對外通信應采用低功耗、短距離的模式，調制方式和頻段選擇應具有較強的抗干擾能力，能夠經(jīng)受住系統(tǒng)發(fā)生故障時產(chǎn)生的強烈的電磁干擾而發(fā)生數(shù)據(jù)傳輸錯誤或失敗。現(xiàn)場安裝點與主站之間的數(shù)據(jù)通信宜采用現(xiàn)成的通信網(wǎng)絡或通道，避免重復建設和通道維護成本升高。2.5 系統(tǒng)原理FD：Fault Detector 故障探頭ST：數(shù)據(jù)轉發(fā)站GBS：GSM Base Station 短消息接收總站配電線路故障定位系統(tǒng)采用兩種通訊技術：1）GSM；2）。整個系統(tǒng)的工作原理簡述如下：故障探頭FD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流過，通過短距離無線發(fā)送系統(tǒng)，將動作信號傳送給相隔520m的數(shù)據(jù)轉發(fā)站。當線路上任何一點發(fā)生單相接地故障時，可變負荷使故障線路中產(chǎn)生特殊的脈沖工頻信號，F(xiàn)D檢測流過本線路的特定信號時翻牌指示，并向相應數(shù)據(jù)轉發(fā)站發(fā)送無線信息。數(shù)據(jù)轉發(fā)站安裝在線路的分支處（對于較長的主干線，也可以適當安裝幾組），最多可以接收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(shù)據(jù)轉發(fā)站在收到動作信息后，將動作分支的FD地址信息通過短消息發(fā)送給中心站。中心站接收到數(shù)據(jù)轉發(fā)站發(fā)來的信息后，進行初步處理分析，可就地顯示地址信息并保存，同時將該信息以RS232（或者）的方式送給監(jiān)控主站。監(jiān)控主站得到這些動作信息后，進行網(wǎng)絡拓撲計算分析，與地理信息系統(tǒng)相結合進行故障定位，可以直接顯示出故障點地理位置信息，并在地理背景上顯示出來，同時監(jiān)控主站將定位信息送給中心站，中心站以中文短消息的方式發(fā)送給事先設定好的相關人員的手機。運行維修人員根據(jù)這些信息可以直接到故障點排除故障。l 技術的特點：自從馬可尼發(fā)明無線電以來，無線通信技術一直向著不斷提高數(shù)據(jù)速率和傳輸距離的方向發(fā)展。例如：廣域網(wǎng)范圍內的第三代移動通信網(wǎng)絡（3G）目的在于提供多媒體無線服務，局域網(wǎng)范圍內的標準從IEEE802.11的1Mbit/s到IEEE802.11g的54Mbit/s的數(shù)據(jù)速率。而當前得到廣泛研究的技術則致力于提供一種廉價的固定、便攜或者移動設備使用的極低復雜度、成本和功耗的低速率無線通信技術。這種無線通信技術具有如下特點： 功耗低：工作模式情況下，技術傳輸速率低，傳輸數(shù)據(jù)量很小，因此信號的收發(fā)時間很短，其次在非工作模式時，節(jié)點處于休眠模式。設備搜索時延一般為30ms，休眠激活時延為15ms，活動設備信道接入時延為15ms。由于工作時間較短、收發(fā)信息功耗較低且采用了休眠模式，使得節(jié)點非常省電，節(jié)點的電池工作時間可以長達6個月到2年左右。同時，由于電池時間取決于很多因素，例如：電池種類、容量和應用場合，技術在協(xié)議上對電池使用也作了優(yōu)化。對于典型應用，堿性電池可以使用數(shù)年，對于某些工作時間和總時間（工作時間+休眠時間）之比小于1%的情況，電池的壽命甚至可以超過10年。 數(shù)據(jù)傳輸可靠：的媒體接入控制層（MAC層）采用talk-when-ready的碰撞避免機制。在這種完全確認的數(shù)據(jù)傳輸機制下，當有數(shù)據(jù)傳送需求時則立刻傳送，發(fā)送的每個數(shù)據(jù)包都必須等待接收方的確認信息，并進行確認信息回復，若沒有得到確認信息的回復就表示發(fā)生了碰撞，將再傳一次，采用這種方法可以提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)目煽啃?。同時為需要固定帶寬的通信業(yè)務預留了專用時隙，避免了發(fā)送數(shù)據(jù)時的競爭和沖突。同時針對時延敏感的應用做了優(yōu)化，通信時延和休眠狀態(tài)激活的時延都非常短。 網(wǎng)絡容量大：低速率、低功耗和短距離傳輸?shù)奶攸c使它非常適宜支持簡單器件。定義了兩種器件：全功能器件（FFD）和簡化功能器件（RFD）。對全功能器件，要求它支持所有的49個基本參數(shù)。而對簡化功能器件，在最小配置時只要求它支持38個基本參數(shù)。一個全功能器件可以與簡化功能器件和其他全功能器件通話，可以按3種方式工作，分別為：個域網(wǎng)協(xié)調器、協(xié)調器或器件。而簡化功能器件只能與全功能器件通話，僅用于非常簡單的應用。一個的網(wǎng)絡最多包括有255個網(wǎng)路節(jié)點，其中一個是主控（Master）設備，其余則是從屬（Slave）設備。若是通過網(wǎng)絡協(xié)調器（Network Coordinator），整個網(wǎng)絡最多可以支持超過64000個網(wǎng)路節(jié)點，再加上各個Network Coordinator可互相連接，整個網(wǎng)絡節(jié)點的數(shù)目將十分可觀。 兼容性：技術與現(xiàn)有的控制網(wǎng)絡標準無縫集成。通過網(wǎng)絡協(xié)調器（Coordinator）自動建立網(wǎng)絡，采用載波偵聽/沖突檢測（CSMA-CA）方式進行信道接入。為了可靠傳遞，還提供全握手協(xié)議。 安全性：提供了數(shù)據(jù)完整性檢查和鑒權功能，在數(shù)據(jù)傳輸中提供了三級安全性。第一級實際是無安全方式，對于某種應用，如果安全并不重要或者上層已經(jīng)提供足夠的安全保護，器件就可以選擇這種方式來轉移數(shù)據(jù)。對于第二級安全級別，器件可以使用接入控制清單（ACL）來防止非法器件獲取數(shù)據(jù)，在這一級不采取加密措施。第三級安全級別在數(shù)據(jù)轉移中采用屬于高級加密標準（AES）的對稱密碼。AES可以用來保護數(shù)據(jù)凈荷和防止攻擊者冒充合法器件。 實現(xiàn)成本低：模塊的初始成本估計在6美元左右，很快就能降到1.5-2.5美元，且協(xié)議免專利費用。目前低速低功率的UWB芯片組的價格至少為20美元。而的價格目標僅為幾美分。 (802.15.4)標準與的其他無線標準（如和）是互為補充的。例如，802.11面向基礎設施，藍牙面向移動電話，而802.15.4是面向網(wǎng)絡的，它的明顯特點是低速率、低功耗、低成本、自配置和拓撲靈活，主要支持其他標準不適用的低速率應用。它不僅打開了大量新應用之門，而且還能給許多現(xiàn)有的應用增加價值。通過各種非常簡單的器件就能夠聯(lián)網(wǎng)，802.15.4作為一個全球標準，為我們實現(xiàn)無所不在的網(wǎng)絡創(chuàng)造了條件。還可能提出第三種物理層，但這是一個長遠目標，至今尚未標準化。的主要優(yōu)點是功耗比802.15.4還低，允許器件不用電池。有人預測，網(wǎng)狀網(wǎng)最終將由“智能塵粒”組成，是一種精微無線電，它通過納米技術風車或光電池產(chǎn)生能量。網(wǎng)狀網(wǎng)的應用潛力很大，美國軍方已經(jīng)在測試在遙測方面的應用，現(xiàn)在主要問題是成本，目前低速低功率的芯片組的價格至少為美元，而的價格目標僅為幾美分。3 系統(tǒng)組成3.1 故障指示器在線路發(fā)生故障時，故障分支上的FD在故障后將被觸發(fā)，給出紅色翻牌顯示，同時將其數(shù)字編碼信號通過短距離無線發(fā)射單元，以無線電波的方式發(fā)送給附近的數(shù)據(jù)轉發(fā)站，通訊距離在520m之間。故障探頭FD的短路檢測部分根據(jù)短路電流的特征，通過電磁感應方法測量線路中的電流突變及持續(xù)時間判斷故障。因而它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，它的判據(jù)比較全面，可以大大減少誤動作的可能性。單相接地故障發(fā)生時，裝在變電站內的可變負荷檢測到3U0升高后，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FD檢測流過本線路的特定信號，若滿足故障特征則FD起動，給出紅色顯示，同時發(fā)出一無線編碼信息。3.2 數(shù)據(jù)轉發(fā)站架空型數(shù)據(jù)轉發(fā)站一般安裝在線路分支點處，它能接收三個分支共9個FD的編碼信息，它與FD的關系是1只對9只為一組。電纜型的數(shù)據(jù)轉發(fā)站一般安裝在開閉所或環(huán)網(wǎng)柜內，采用線路取能的方式工作，與各個出線上的故障指示器通過無線進行數(shù)據(jù)交換（國內唯一用此技術）。數(shù)據(jù)轉發(fā)站收到的動作信息通過處理后，經(jīng)過地址編碼和時序控制，由一個GSM數(shù)據(jù)傳輸裝置以短消息的方式發(fā)送給中心站。第一代架空型的數(shù)據(jù)轉發(fā)站裝在一個鐵箱內，由太陽能電池供電，太陽能電池同時給蓄電池充電。在夜晚或陰雨天氣時，由蓄電池供電。蓄電池在充足電后的情況下，可以維持子站連續(xù)20天工作而不需補充能量。第二代架空型數(shù)據(jù)轉發(fā)站可以直接掛在線路上，通過線路取能。3.3 中心站中心站主要是接收數(shù)據(jù)轉發(fā)站發(fā)來的短消息，并對數(shù)據(jù)進行處理，最后將數(shù)據(jù)送往相關設備。中心站本身帶有LCD顯示及兩個操作鍵，可通過LCD及操作鍵，直接查詢故障線路信息，及在必要時清除內存等；在接收到故障信息后還可以給出音響報警。 采用32位高性能微處理器，主頻88MHz uC/OS-II實時嵌入式多任務操作系統(tǒng)，使系統(tǒng)具有較強的信息處理能力和事件響應能力 4個光隔離串口，一個10M以太網(wǎng)口，便于與其他系統(tǒng)互連 GSM通信盒 具有兩級軟硬件看門狗，確保系統(tǒng)工作穩(wěn)定3.4 主站軟件故障定位系統(tǒng)的主站軟件系統(tǒng)的主要作用是搜集中心站傳送的地址信息，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，最終可以顯示在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，既可以單獨運行，也可以作為DMS的一個高級應用與SCADA系統(tǒng)集成。系統(tǒng)的核心算法（如拓撲分析、故障查找、糾錯和補漏）是采用組件技術實現(xiàn)的，GIS平臺采用了MapObjects 2.4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平臺上實現(xiàn)了如下特有的功能：（1）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、打印故障信息以便故障重演和分析。其邏輯構架如下：4 技術說明4.1 可變負荷法單相接地檢測技術簡介為了確定小電流接地系統(tǒng)接地故障點所在的出線、分支和區(qū)段，該系統(tǒng)用可變負荷使故障線路上的負荷電流疊加一個具有明顯特征的電流信號作為接地故障判據(jù)，特征電流流經(jīng)故障線路、接地故障點和大地返回可變負荷。掛在線路上的故障指示器檢測到該電流信號后自動翻牌，從而指示出接地故障點所在的出線、分支和區(qū)段。這種方式克服了現(xiàn)有產(chǎn)品準確度低的缺陷，解決了單相接地故障定位的難題。當可變負荷檢測到開口三角電壓升高到設定值（或者準電子PT檢測到接地故障發(fā)生）并持續(xù)5秒鐘后，控制內部的高壓交流接觸器工作，使得故障線路上產(chǎn)生具有特殊特征的電流信號。具體原理如下：主變接地點可變負荷故障指示器接地故障點AC220VLN78變電站PT654123CBAN故障指示正常指示 ABC可變負荷電流該系統(tǒng)具有很高的安全性，可變負荷產(chǎn)生的信號不影響變電站主變、接地變、消弧線圈及線路的正常運行（相當于一個阻性負荷投入和退出），可變負荷在系統(tǒng)正常運行時與一次線路完全隔離。同時由于可變負荷產(chǎn)生的信號是低頻純阻性的，還可以消除諧振，抑制過電壓，降低過電壓對系統(tǒng)的危害。由于可變負荷使故障線路上流過具有明顯特征的電流信號，掛在線路上的指示器檢測到該特殊信號后才會給出故障指示，因此該檢測方法不受系統(tǒng)運行方式、拓撲結構、中性點接地方式的影響，檢測準確率很高。對于有消弧線圈的系統(tǒng)，由于接地變壓器的存在，使得可變負荷可以通過接地變壓器“制造”的中性點來接入系統(tǒng)，當有接地故障發(fā)生時，Z型接線方式的接地變壓器的零序阻抗很小，零序電壓驅動可變負荷內部的高壓電阻使系統(tǒng)產(chǎn)生附加電流信號，該信號流經(jīng)故障線路和故障點，線路上的故障檢測裝置檢測到該信號后，即可準確的檢測出故障。具體的接線方式如下：可變負荷3U0消弧線圈接地變壓器4.2 準電子PT簡介可變負荷有時安裝在變電站比較困難，而且安裝時影響停電范圍比較大，有時會要求將其安裝在線路上的某個配電變壓器附近。而配電變壓器附近無PT可用，安裝另一個戶外PT會導致系統(tǒng)有第二個接地點，在系統(tǒng)中是不允許的。為此采用分布電容構成一個準電子PT來檢測三相對地電壓。 準電子PT的簡化物理模型如下圖： Ux高壓電極CxCoRxRo圖中的高壓電極是可變負荷中的三相高壓端，準電子PT內部的取樣電極與高壓電極之間的分布電容構成取樣電容Cx，其值約在80pF左右，取樣電極與可變負荷的機箱之間的分布電容構成接地電容Co，其值在1pF左右。Rx為取樣電極與高壓電極之間絕緣介質的體電阻，Ro為取樣電極與機箱之間的空氣絕緣電阻。Rx為取樣電極與高壓電極之間絕緣介質選用電阻率很高的聚四氟乙烯（1019Wcm），Rx約為1000MW，遠遠的大于Cx的容抗（40MW）。同樣Ro也遠遠大于Co的容抗，因此分布電阻的影響可以暫時不考慮。則取樣電壓Ux：由此可見，Ux與所在高壓電極的對地電壓成正比，因此可以利用檢測到的Ux來檢測每個相的對地電壓。Ux信號的內阻比較高，很難被直接用來采樣計算，準電子PT的處理電路如下圖：Ux限幅濾波信號放大A/D信號處理光電輸出限幅濾波電路防止外部操作過電壓或雷電過電壓對內部處理電路的破壞，同時濾除一些電壓諧波，該信號被送入高輸入阻抗放大器進行放大和阻抗變換，放大后的信號送給單片機的A/D轉換器轉換成數(shù)字信號，同時進行傅立葉變換，計算出有效值，該有效值就代表了此時該高壓電極的對地電壓。只所以稱其為準電子PT，是因為上面測到的電壓值受外部環(huán)境的影響。Co受空氣的濕度、壓強等因素的影響，導致測量結果會出現(xiàn)偏差，但是，我們利用該信號判斷單相接地故障是否發(fā)生并不是計算絕對值，而是判斷相對值，同時利用單相接地發(fā)生時三相電壓變化的特征（接地相電壓下降，其他兩個健全相電壓上升）來判斷單相接地發(fā)生和故障相，因此這種影響并不會影響我們的判斷。有了準電子PT，可變負荷原則上可以裝在線路上的任何位置，這樣有些不好在變電站安裝的可以直接安裝在線路上的某個配電變壓器附近。4.3 無源法檢測單相接地故障原理簡介在小電流接地系統(tǒng)中單相接地的選線和定位一直是當前困擾配電網(wǎng)運行的技術難點，準確的選擇接地線路，查找發(fā)生單相接地的區(qū)段，可以避免對非故障線路不必要的倒閘操作，保持供電的連續(xù)性。為此國內外科研人員不斷的研究這個課題，并且有許多相應的產(chǎn)品在電網(wǎng)中運行。目前國內有多家公司研制和生產(chǎn)接地短路故障二合一的故障指示器，指示單相接地和短路故障，通過觀察故障指示器狀態(tài)的變化來查找故障區(qū)段。這些故障指示器檢測單相接地的原理主要有下面幾種： 5次諧波法檢測線路電流的5次諧波的變化情況，當5次諧波突然增大，同時系統(tǒng)電壓下降，則判斷為發(fā)生接地。檢測5次諧波電流的變化進行單相接地故障的檢測是一種比較普遍采用的方法。其工作原理是依據(jù)：當小電流接地電網(wǎng)中發(fā)生單相接地故障時，系統(tǒng)中含有鐵芯的設備，由于三相電壓不平衡，使得其進入磁飽和狀態(tài)（磁化曲線在非線性區(qū)），尤其是電壓互感器等設備，這樣就會有大量諧波分量產(chǎn)生，其中以奇次諧波分量較為突出。在中性點諧振接地的系統(tǒng)中（中性點經(jīng)消弧線圈接地），由于零序阻抗趨于無窮大，當發(fā)生單相接地故障時，3次諧波與3次諧波的整倍數(shù)的高次諧波很難通過，所以接地電流中基本不包含3次諧波與3次諧波的整倍數(shù)的高次諧波，這樣在發(fā)生單相故障時高次諧波中5次諧波分量就較大。盡管理論上5次諧波在單相接地時有非常明顯的變化，但在實際運行中卻不盡然，如我們在不同電網(wǎng)，不同接地方式的63次接地試驗中對5次諧波電流在接地前后的變化進行的錄波發(fā)現(xiàn)：單相接地后故障出線的故障相5次諧波電流增加的比例為46.65%，5次諧波電流幾乎沒有變化的比例為41.6%，而反而減少的比例為11.75%。另外還有一些在發(fā)生單相接地故障后，故障出線的故障相5次諧波電流增加，同時非故障出線的故障相5次諧波電流也增加的現(xiàn)象，甚至還有單相接地后故障出線的故障相5次諧波電流沒有增加，而非故障出線的故障相5次諧波電流反而增加的現(xiàn)象。可以看出，實際線路中5次諧波的變化很難用來準確的檢測單相接地故障，再加上目前系統(tǒng)使用的磁性元件為了增加可靠性，均采用大的磁飽和裕度，導致接地發(fā)生時磁飽和現(xiàn)象明顯減少，5次諧波分量增加的成份也就越來越少，檢測的準確性也就很小。如飛舉公司等制造的故障指示器就是依據(jù)該原理，在海寧局基本不動。 電容電流脈沖幅值法該方法是基于單相接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設來檢測的。在發(fā)生單相接地的瞬間，故障相的對地電容會對接地點放電，從而產(chǎn)生一個放電的電流脈沖，該放電脈沖具有以下特點：1在接地故障的瞬間，接地點出現(xiàn)一個頻率很高幅值很大的暫態(tài)電流，暫態(tài)電流分量的幅值比流過同一點的電容電流的穩(wěn)態(tài)值大幾倍到幾十倍；2在接地瞬間故障相電容電荷通過故障相線路向故障點放電，而故障線路分布電容、分布電感和電阻對高頻率的暫態(tài)分量具有衰減性；3由于所有非故障線路的暫態(tài)電流均流向故障線路，經(jīng)故障點回到大地，導致故障線路從變電站到故障點之間的暫態(tài)電流幅值最大；在變電站接地選線中，可以采集所有出線的暫態(tài)電容電流幅值進行比較，幅值最大的就是接地故障線路。而在故障指示器中使用該原理時，由于無法測到其它線路的暫態(tài)電容電流幅值，因此無法比較，所以目前這些廠家均設定一個固定的閾值，當電容電流脈沖的幅值大于該閾值時(同時對地電壓下降3kV)，則認為發(fā)生接地故障，翻牌顯示。這樣一來，閾值的確定很重要，閾值選的過大，則在小的系統(tǒng)如農(nóng)網(wǎng)、供電半徑比較小的城網(wǎng)、接地電阻大(如300歐)時，均不能動作，閾值選的過小，則故障下方的電容對地放電電流或非故障線路的電容對地放電電流幅值就有可能超過該閾值，導致故障下方的或非故障線路的故障指示器誤動。實際上，該閾值與線路結構、電纜多少、接地電阻大小、接地點離變電站的遠近等均有關系，幾乎無法確定，而且不同系統(tǒng)均有不同閾值，系統(tǒng)發(fā)生變化時，閾值要跟著變化才能保證檢測的準確性。為了解決該問題，這些廠家把目前一些線路參數(shù)進行綜合，取一個平均值作為閾值。該閾值很難適合所有線路，也很難適合某條線路的所有種類的接地情況，因此這種故障指示器檢測故障的準確性無法保證。廠家在推銷時也說：如果要檢測的很準確，需要提供安裝線路的詳細參數(shù)，或者只建議用戶將故障指示器安裝在分支側等下方電容電流較小的地方。實際上，就算提供給廠家系統(tǒng)參數(shù)，由于不同故障點使得不同線路和線路上不同位置的電容電流脈沖幅值也不同，導致該閾值也很難確定。 首半波法這種方法基于的原理也是單相接地故障發(fā)生在相電壓接近最大值瞬間這一假設來檢測的，于是在發(fā)生單相接地的瞬間，故障相的對地電容會對接地點放電，從而產(chǎn)生一個放電的電流脈沖，與電容電流脈沖幅值法不同的是，該方法不是比較幅值大小，而是采樣接地瞬間的電容電流首半波與電壓波形，比較其相位。當采樣接地瞬間的電容電流首半波與接地瞬間的電壓同相，同時導線對地電壓降低，則判斷線路發(fā)生接地。與電容電流脈沖幅值法相比，這種方法不需要設定閾值，而且對于任何結構的供電網(wǎng)絡來說，當發(fā)生單相接地故障時，故障區(qū)段的電容電流首半波與接地瞬間的電壓同相，而非故障線路和故障下方的電容電流首半波與接地瞬間的電壓反相，這個規(guī)律對任何方式的接地故障也適用，因此用該原理檢測單相接地的準確性會大大提高。如果說電容電流脈沖幅值法屬于標量檢測法，則首半波法屬于矢量檢測法，其信息量比電容電流脈沖幅值法要多，因此檢測準確性也高，適用范圍也廣，但矢量法是有方向性的，即這種故障指示器安裝時有方向性(電容電流脈沖幅值法無方向性要求)，一般要求指示器檢測到的負荷電流與線路電壓的方向相同，如果相反，則上面的規(guī)律要反過來。因此這種指示器很難在環(huán)網(wǎng)供電的系統(tǒng)(會倒負荷)中使用。而且利用模擬電路提取脈沖電流時，對器件的參數(shù)有嚴格的要求，否則會使得提取的脈沖相位發(fā)生變化，或者負荷電流過大而提取不出來脈沖，尤其是溫度變化對電容、電阻等器件參數(shù)的影響均會影響脈沖的檢測。但與電容電流脈沖幅值法相比，這種方法的準確性和實用性要好的多，關鍵是要解決好方向問題和溫度對脈沖提取電路的影響問題。我們的無源法故障指示器也采用該原理，但不同的是我們通過運用微計算機技術和現(xiàn)代的數(shù)字信號處理技術解決了該方法存在的兩個問題，該技術目前屬于國內外首創(chuàng)。為了解決方向性問題，我們利用微計算機不斷采樣負荷電流和線路電壓波形，計算兩者之間的相位關系，當其同相時，計算機按照正常的判斷邏輯來判斷是否有故障發(fā)生，當其反向時，計算機按照反向的邏輯來判斷是否有故障發(fā)生，我們稱之為方向自適應功能，這樣使得我們的故障指示器在安裝時沒有方向性的要求，也可以適用于環(huán)網(wǎng)供電的系統(tǒng)。這種“沒有方向性的要求”與電容電流脈沖幅值法的“沒有方向性的要求”有著質的差別。為了解決溫度對脈沖提取電路的影響問題，我們采用12位A/D對電流波形進行高速采樣，然后利用現(xiàn)代的數(shù)字信號處理技術(小波變換)對波形進行處理，從而很好的提取出接地電流脈沖，這種方法不但解決了溫度對脈沖提取影響的問題，而且由于小波變換在學術界有數(shù)學顯微鏡的美稱，它能夠從非常大的負荷電流中提取出微弱的接地電流脈沖來，使得我們的故障指示還器具有很高的靈敏度。4.4 主站系統(tǒng)功能簡介故障定位系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)的主要作用是搜集中心站傳送的地址信息，對其進行糾錯、校正后，通過拓撲分析和計算找出故障位置，最終顯示在GIS的地理背景上。主要功能包括：4.4.1 故障信息和網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)的實時搜集故障定位系統(tǒng)在收集故障信息和網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)時，要遵循以下兩個基本原則：1) 故障信息的完整性原則一般來講，各故障信息到達通訊主站的時間是不同步的，在一個采樣周期內采集到的故障信息很可能是不完整的。因此，該系統(tǒng)假定：如果在若干個周期內沒有新的故障信息到達，則故障信息已經(jīng)搜集完整。這樣，即使在系統(tǒng)發(fā)生多重故障時，也能