故障定位系統(tǒng)綜述講課稿

1、第一章 系統(tǒng)設計概述1. 1 系統(tǒng)概述本項目利用現(xiàn)代科技、 電子信息和通信技術， 對配網(wǎng)線路的短路和單相接地 故障進行監(jiān)測， 能迅速給出故障具體地理位置和故障時間的指示信息， 幫助維修 人員迅速趕赴現(xiàn)場，排除故障，恢復正常供電，大大提高供電可靠性。該系統(tǒng)的 建成還能有效地提高配網(wǎng)設備健康水平和運行管理水平， 降低故障判斷對人的經 驗依賴，減少和縮短設備檢修停電操作時間和范圍。本系統(tǒng)基于故障指示器技術、單相接地故障檢測技術和現(xiàn)代通信技術，在 配網(wǎng)故障后， 它能夠在故障后的幾分鐘內將故障線路和故障地點等信息通過 GSM 網(wǎng)絡傳送至控制中心的計算機， 在屏幕上顯示出故障具體地理位置和故障時間的 指示

2、信息，幫助維修人員迅速趕赴現(xiàn)場，排除故障，恢復正常供電1. 2 系統(tǒng)實施意義配電網(wǎng)直接聯(lián)系用戶， 其可靠供電能力和供電質量既是電力企業(yè)經濟效益的 直接體現(xiàn)， 又對應著不可估量的社會效益。 配電網(wǎng)故障自動定位作為配電自動化 的一個重要內容，對提高供電可靠性有很大影響，也得到了越來越多的重視。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。 故障查找在中國雖研究較多， 也有各種成 型產品提供，但基本上都需人工現(xiàn)場查找，自動化水平不高。故障定位系統(tǒng)是基于故障指示器技術和

3、GIS （地理信息系統(tǒng)）技術的一套自 動高效的故障點檢測及定位系統(tǒng)， 主要用于配電系統(tǒng)各種短路故障點的檢測和定 位，包括相間短路和單相接地故障。 配電控制中心的故障定位軟件系統(tǒng)與大量現(xiàn) 場的故障檢測和指示裝置相配合， 在故障發(fā)生后的幾分鐘內即可在控制中心通過 與地理信息系統(tǒng)的結合， 給出故障位置和故障時間的指示信息， 幫助維修人員迅 速趕赴現(xiàn)場，排除故障，恢復正常供電，大大提高供電可靠性，同時大大減少故 障巡線人員的勞動強度，提高工作效率。1. 3 層次結構 故障定位系統(tǒng)由以下幾部分組成：安裝在局內的主站（后臺）監(jiān)控系統(tǒng)、安 裝在線路上的故障指示器及故障信號接收處理的數(shù)據(jù)轉發(fā)站、安裝在變電站內

4、（或線路上配電變壓器附近）的配電自動化柜、提供中心站和數(shù)據(jù)轉發(fā)站之間通信 聯(lián)系的通信系統(tǒng)。1. 4與其他系統(tǒng)的互聯(lián)系統(tǒng)具有標準的對外接口和通信協(xié)議，便于與目前的GIS和DMS系統(tǒng)進行對接，實現(xiàn)故障信息共享。信息數(shù)據(jù)的共享可以通過通信進行數(shù)據(jù)交換實現(xiàn)，也可以通過共享數(shù)據(jù)庫的形式實現(xiàn)。通過通信實現(xiàn)時，系統(tǒng)通過 RS-232 口，以IEC8705-101協(xié) 議向其他系統(tǒng)匯報故障信息（故障點位置和發(fā)生時間）；通過共享數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)時，系統(tǒng)主站直接將故障信息以特定格式寫入數(shù)據(jù)庫，供其他系統(tǒng)調用。1. 5系統(tǒng)的原理整個系統(tǒng)圖如下圖所示：FD :Fault Detector 故障探頭ST：SFI-RS：Sub-

5、transmitter 發(fā)射子站 帶觸點指示輸出的故障指示器FTU :開閉站內或現(xiàn)場安裝的子FTURBS：Base Station GSM 接收總站RP：Repeater無線中繼站圖一DMS 中心RBS監(jiān)控主站ST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)短路或單相接地 故障時，故障探頭檢測到短路故障電流，驅動顯示回路，給出當?shù)刂甘?。同時架 空線路的故障指示器通過內置的短距離無線通訊裝置，將動作信號傳送給相隔 2-30m的數(shù)據(jù)轉發(fā)站。數(shù)據(jù)轉發(fā)站安裝在線路的分支處，通過無線接收裝置，可 以接收6只故障探頭（分別在兩個分支的6相線路上）發(fā)送過來的動作信息。數(shù) 據(jù)轉發(fā)站具有獨立的電源和標準

6、的通訊接口（ RS232,在收到動作信息后，將地址信息和故障信息通過通訊口，借助于GSM網(wǎng)絡，發(fā)回中心站。電纜系統(tǒng)的故障 指示器將故障信息通過本地光纖網(wǎng)送給 FTU FTU利用GSM網(wǎng)將該信息發(fā)給中心 站。通訊系統(tǒng)可借助于GSM網(wǎng)絡，在數(shù)據(jù)轉發(fā)站和主站處配備具有 RS232接口的 可接入GS嗣絡的無線通訊模塊，為中心站系統(tǒng)及各數(shù)據(jù)轉發(fā)站建立通信聯(lián)系。 中心站接收數(shù)據(jù)轉發(fā)站發(fā)來的信息，并將故障信息送給主站。主站監(jiān)控軟件將從中心站接收到的這些故障信息，進行網(wǎng)絡拓撲計算分析， 容錯處理，顯示故障點地理位置信息，運行維修人員可以根據(jù)這些信息直接到故 障點排除故障。為檢測中性點不直接接地系統(tǒng)的單相接地故

7、障，需要增加一個配電自動化 柜，用于在單相接地故障發(fā)生時在變電站自動向相應線路注入用于單相接地故障 探測的信號。1. 6 系統(tǒng)的特點系統(tǒng)特點可以歸結為以下幾點：1采用 GSM 進行通信，降低用戶的通信系統(tǒng)維護費用2數(shù)據(jù)轉發(fā)站采用微功耗設計， 簡化了安裝工作， 減少傳統(tǒng)取能方式（安 裝 PT ）給系統(tǒng)帶來故障隱患的可能3系統(tǒng)可以實現(xiàn)工廠化生產，減少現(xiàn)場通信調試工作 4系統(tǒng)自成體系，既可獨立運行，也可與 GIS 和 DMS 系統(tǒng)互連，實現(xiàn) 數(shù)據(jù)共享5特殊的低功耗設計，使等候功耗僅為 20mW6完善的主站容錯軟件， 使系統(tǒng)出現(xiàn)某些故障時， 依然能夠正確判斷故 障位置，并防止誤報7GIS 支撐環(huán)境，使

8、故障可以進行直觀的顯示8可靠的數(shù)據(jù)轉發(fā)站和中心站系統(tǒng)，即使在主站不能正常工作的情況 下，也可以保證信息不被丟失9強的抗惡劣環(huán)境性能，探頭和子站可以在 -3070 度的環(huán)境下正常工 作1. 7 系統(tǒng)的環(huán)境條件系統(tǒng)的使用環(huán)境：戶外部分：子站工作溫度-30 C70 C,濕度5%95%,無凝露探頭工作溫度 -45 C70 C戶內部分：主站工作溫度 0 C55 C,濕度5%95%,無凝露中心站工作溫度-10 C70 C,濕度5%95%,無凝露通信部分： GSM 信號覆蓋到的區(qū)域1. 8 系統(tǒng)的標準和設計思想1.8.1 標準本系統(tǒng)依據(jù)以下標準：遠動終端通用技術條件 GB/T13729 地區(qū)電網(wǎng)調度自動化功

9、能規(guī)范 DL/T550 配電自動化系統(tǒng)遠方終端 DL/T721 配電自動化系統(tǒng)功能規(guī)范 DL/T814循環(huán)式遠動規(guī)約 DL451電信設備和系統(tǒng)的高低頻電磁兼容性改善技術要求 YDC 0291.8.2 設計思想1) 系統(tǒng)的目的是解決在分支較多、 結構復雜的配電網(wǎng)中查找接地和 短路故障點較難的問題，為線路維護人員在短時間內提供直觀、 可靠的故障信息。2) 系統(tǒng)安裝方便，便于帶電操作，安裝維護不影響正常供電。3) 采用 GSM 進行信息傳送，降低用戶自建通信系統(tǒng)的費用和對通 信系統(tǒng)的日常維護。4) 數(shù)據(jù)轉發(fā)站采用微功耗設計， 避免系統(tǒng)設備與線路一次設備有直 接的電氣連接，減少系統(tǒng)故障點，降低系統(tǒng)造價

10、，提高系統(tǒng)的可 維護性。5) 主站采用 GIS 背景的顯示方法，使故障點顯示的更加清晰和直 觀。軟件設計上，采用了面向對象的技術，大大提高了軟件的可 靠性、可繼承性、可維護性和可擴充性。6) 在目前配網(wǎng)自動化系統(tǒng)的其他軟件(如 GIS，DMS )不太成熟的 情況下，系統(tǒng)自成體系，盡量避免故障判斷、顯示、存儲對其他 系統(tǒng)的依耐性。第二章 主站系統(tǒng)故障定位系統(tǒng)主站系統(tǒng)的主要作用是搜集中心站傳送的故障信息，對其 進行糾錯、校正后，通過網(wǎng)絡拓撲分析和計算找出故障位置及故障通路，并 在 GIS 的地理背景上進行顯示， 給出直觀的故障信息， 同時進行記錄和保存，便于以后查找2. 1主站系統(tǒng)的技術原則主站系

11、統(tǒng)依據(jù)的原則是:(1) 具有友好的人機界面，便于運行人員的使用、故障查詢和日常 維護。(2) 采用基于MAPOBJECT的地理信息系統(tǒng)，對系統(tǒng)資源占用小,更有利于系統(tǒng)軟件的穩(wěn)定運行(3) 采用了面向對象的技術，大大提高了軟件的可靠性、可繼承性、可維護性和可擴充性。(4) 系統(tǒng)支持windows2000等目前主流操作系統(tǒng)，具有聲、光報警等明顯提示。2. 2主站系統(tǒng)的總體結構主站系統(tǒng)的總體結構可以表示成如下的形式:該系統(tǒng)采用層次式結構，硬件/軟件平臺主要用來實現(xiàn)程序啟動、通信物 理鏈路層處理，得到的數(shù)據(jù)進行校驗處理后進入數(shù)據(jù)庫(實時數(shù)據(jù)庫、歷史 數(shù)據(jù)庫和GIS數(shù)據(jù)庫)，這些數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)結合配電網(wǎng)的

12、網(wǎng)絡模型和SCADA系統(tǒng)，在FLS應用系統(tǒng)中進行容錯判斷、修補等處理后，在GIS背景系統(tǒng)中 進行顯示，同時驅動聲光報警裝置，并生成相應的報表、記錄等。2. 3主站系統(tǒng)的硬件配置主站硬件具體配置如下：1臺 華北工控RackMount PCT控機：?CPU 為 PIII 600?512 MBi存?80GBM 盤?48倍速光盤驅動器?2*10MB/100M自適應網(wǎng)卡?1 臺 17”的液晶顯示器24 主站系統(tǒng)軟件的功能介紹主站的主要功能有：1 故障指示器動作信息和網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)的實時搜集故障定位系統(tǒng)在收集故障指示器動作信息和網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)時， 要遵 循以下兩個基本原則：故障指示器動作信息的完整性原則一般來

13、講， 各故障指示器的動作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指示器動作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指示器動作 信息到達，則故障指示器動作信息已經搜集完整。這樣，即使在系統(tǒng)發(fā) 生多重故障時，也能夠保證故障指示器動作信息的完整性。故障指示器的動作信息和網(wǎng)絡拓撲數(shù)據(jù)的一致性原則由于故障指示器的動作信息和開關動作到達通訊主站的時間也是 不同步的，而故障定位是以故障前的網(wǎng)絡拓撲狀態(tài)為基礎的。因此，系 統(tǒng)在實時數(shù)據(jù)采集時隨時保留故障前的開關狀態(tài)， 待搜集到完整的故障 指示器動作信息時，作為拓撲分析的基礎。2故障通路和故障點的查找故障通

14、路和故障點的確定是故障定位系統(tǒng)主站軟件的核心。首先， 輸入故障前網(wǎng)絡的開關狀態(tài)和故障指示器的動作信息， 調用拓撲分析程 序，從網(wǎng)絡中提取各條饋線包含的支路，并按照寬度優(yōu)先法擴展支路的 次序將其保存在一個雙向鏈表中。接著，對每條饋線，從線路末端開始 查找出最后一個判斷為正確動作的故障指示器，對應的支路即為故障 點。3糾錯和補漏通訊主站在采集故障指示器動作信息時，偶爾會出現(xiàn)誤報和漏報，故障指示器本身也會出現(xiàn)異常。因此，糾錯和補漏是故障定位系統(tǒng)的一個必不可少的組成部分。本系統(tǒng)設計了一個智能糾錯模塊，它在網(wǎng)絡拓 撲分析過程中，不但可以有效地濾除錯報的指示器信息，而且可以自動 填補漏報的指示器信息。4.

15、 GIS支撐平臺故障定位系統(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 2.0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。第三章 中心站可靠性指標：CPU 負載v 12系統(tǒng)

16、 MTBF> 20,000 小時主要設備的壽命正常使用年限10年電氣性能指標：電源輸入電壓 220VAC/DC功耗v 3W串行接口對外： 2 個帶隔離 RS232， 2 個帶隔離 RS485/RS232以太網(wǎng)接口1 個帶隔離的 10BASE-T環(huán)境溫度-40 °C 75 C相對濕度5% 95%電源耐浪涌電壓2000V外形及安裝尺寸：標準機柜 19英寸寬、 2U 高整體重量：凈重：2kg第四章 數(shù)據(jù)轉發(fā) 站系統(tǒng)架空線的數(shù)據(jù)轉發(fā)站一般安裝在線路分支點處，它能接收兩個分支共 6 個FD的編碼信息，它與FD的關系是1個子站對3只（主干線）或6只（分 支點）為一組，收到的動作信息通過處理

17、后，經過地址編碼和時序控制，由 GSMH信模塊發(fā)射出去。電纜系統(tǒng)可以用分離式故障指示器 SFI-SR 與裝在線路上的 FD 配套使 用，F(xiàn)D檢測到故障后，送出編碼信號，與之相配套的 SFI-SR接收到信號后 進行解碼，給出故障信息指示，同時驅動繼電器觸點改變原狀態(tài)。繼電器觸 點的正常狀態(tài)，可由用戶根據(jù)需要自己整定，當設為常開觸點輸出時，則故 障后觸點自動閉合；如設為常閉觸點，則故障后觸點由閉合自動轉換為開斷 狀態(tài)。將其與 FTU 配合使用， 可通過 FTU 集中將信號用 GSM 通信送回監(jiān)控 中心，4.1 數(shù)據(jù)轉發(fā)站系統(tǒng)簡介數(shù)據(jù)轉發(fā)站 系統(tǒng)如下圖所示。整個系統(tǒng)由接收板、數(shù)據(jù)轉發(fā)站站控制板、GS

18、M通信板構成，接收板接收探頭發(fā)送的無線編碼信號，經過解碼后送給數(shù)據(jù)轉發(fā)站控制板，數(shù)據(jù)轉 發(fā)站控制板進行解密和比較驗證，確認信息是否是該數(shù)據(jù)轉發(fā)站管轄的探頭 發(fā)送的故障信息，如果是，則通過串口將信息傳送給GSM通信板，否則，放棄該信息。GSM通信板得到該信息后，以短消息的方式將該信息傳送給主 站系統(tǒng)。4. 2數(shù)據(jù)轉發(fā)站系統(tǒng)的技術特點數(shù)據(jù)轉發(fā)站系統(tǒng)的技術特點為：1. 短距離無線傳輸信息，避免系統(tǒng)與一次設備直接接觸，減小該系統(tǒng) 的安裝給一次系統(tǒng)增加故障點的可能性。2. 微功耗設計，采用微功耗MCU和特殊喚醒模式，減小系統(tǒng)的功耗， 減輕后備電源的壓力。3. 每幀信息長達66位，其中包括34位的固定信息

19、，32位的跳變信息。最大密碼量為7.38 X1019。因此可以有效防止誤動4. 完善的電源管理系統(tǒng)，可以最大限度的延長后備電源的使用壽命和 待機時間。5 精密的溫度控制系統(tǒng)，保證系統(tǒng)在 -30 C70 C 時正常運行。4. 3 數(shù)據(jù)轉發(fā)站的功能數(shù)據(jù)轉發(fā)站的功能有：1接收探頭發(fā)射的故障信息調制的無線信號并進行解調2電纜系統(tǒng)子站接收光纖傳來的光信號并將其轉換為開關信號3對解調后的信號進行解密計算并判斷是否正確4將故障信息以短消息的方式發(fā)送給主站系統(tǒng)5對后備電源的充放電進行管理6數(shù)據(jù)轉發(fā)站工作環(huán)境調節(jié)4. 4數(shù)據(jù)轉發(fā)站配置數(shù)據(jù)轉發(fā)站配置如下：無線信號接收頭：有效距離： >20mGSM 通信模塊

20、：雙頻 GSM 模塊執(zhí)行 ETSI GSM Phase 2+的標準 類 別 4 ( 2W 900MHz )， 類 別 1 ( 1W 1800/1900MHZ),外部 3V/5V SIM4. 5 數(shù)據(jù)轉發(fā)站系統(tǒng)技術指標4.5.1 實時性指標無線解碼撲捉故障時間：故障后 2 秒鐘GSM 信息發(fā)送： 故障后 2 分鐘4.5.2 可靠性指標19每楨信息長66位，密碼量為7.38 X 10GSM可靠發(fā)送率：99.99%4.5.3 系統(tǒng)運行環(huán)境戶外：-30 C70 C,濕度5%95%，無凝露戶內：-30 C50 C,濕度5%95%，無凝露第五章故障探頭5. 1簡介THFI系列智能型線路故障指示器是可以指示

21、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。該產品被 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。該產品采用微功耗、高性能微控制器 作為信號處理單元，利用現(xiàn)代的數(shù)字信號處理技術對故障信息進行識別，與 目前市場上的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。使故障分支上的FD在故障后被觸發(fā)，給出紅色顯示，同時將其數(shù)字編碼信號通過短距離發(fā)射單元，以無線 電波的方式發(fā)射出來，通訊距離在2030m之間。FD可以安裝在架空線、電 纜等線路或開關柜的母排上。5.

22、 2技術特點電力系統(tǒng)正常運行時，負荷電流經常發(fā)生變化，但變化幅度一般不會很 大。而當發(fā)生短路故障時，線路電流突然增大，然后在繼電保護的作用下， 出口斷路器閘斷電，線路電流又降為零（圖2）。故障探頭FD的短路檢測部分就是根據(jù)這個特征設計的。它的工作原理是：根據(jù)短路時的特征，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。如：當系統(tǒng)運行結構變化，負荷變 大時（圖5-1 ），盡管電流很大，但無電流突變，故不動作；當有大的負荷投 切，電動機負荷的投入時（圖5-2 ），雖然

23、有電流正突變，但電流增大后未降 為零，故不動作；當系統(tǒng)中出現(xiàn)短時勵磁涌流（圖5-3 ）時，因大電流持續(xù)時間較短，也不動作；當投大負荷后，人為停電時（圖 5-4），因大電流持續(xù) 時間較長，也不動作。圖2短路故障電流1圖5-1大的工作電流A1 11 11h1 11 1111L-711> tJt t>F圖5-2負荷投切圖5-3勵磁涌流圖5-4人為停電特點：在線運行 直接安裝在電力線路（架空線，電纜及母排）上，可長期戶外 運行。顯示方式 無故障時顯示窗口呈白色。發(fā)生短路 故障時示窗口呈紅色 或給出燈光、觸點閉合等信號。故障判斷 只有發(fā)生短路故障，電流突增，且開關跳閘后方給出指示， 不需要設

24、定動作值。 THFI-II短路接地故障指示器與安裝在線路上（或變電站內）的配電自動化柜相配合，可以很準確的檢測到接地故障。THFI-III短路接地故障指示器不需要配電自動化柜，它利用接地故障 發(fā)生時產生的電流脈沖和電壓之間的相位關系來檢測單相接地故障， 對絕緣擊穿造成的接地故障檢測準確率很高。采用自適應算法，安裝沒有方向要求，避免了環(huán)網(wǎng)供電時導致的拒動問題和操作錯誤。采用14位A/D轉換器對故障波形進行采樣，利用小波變換提取接地 脈沖信息，使得裝置對單相接地故障的檢測具有很高的靈敏度和可靠 性。自動復位 動作之后能夠按照用戶選定的復位時間自動復位。帶電裝卸 可帶電進行安裝和摘卸。（母排型除外）

25、抑制涌流 當給線路送電時，動作回路閉鎖，防止指示器誤動作。5. 3功能THFI系列故障指示器（以下簡稱指示器）是一種安裝在電力線（架空 線，電纜及母排）上，指示線路故障電流或接地特殊信號通路的裝置。 采用故障指示器，可快速指示故障點所在分支和區(qū)段。 縮短故障點的查找時間，節(jié)省尋線工作的人力、物力。 減少停電面積和售電量的損失，提高供電可靠性指標。 避免多次拉路和閘，延長電力設備壽命。 指示瞬時性短路故障，極早發(fā)現(xiàn)設備隱患。解決地下電纜故障的查找困難。 劃分故障區(qū)段、界定故障責任，提高箱式變、開閉站等配電設備的技術 優(yōu)勢。54 技術參數(shù)系統(tǒng)電壓等級：0.4 35kV過流定值：根據(jù)負荷電流自動調整

26、過流定值適用導線直徑：<41mm最大耐受短路電流能力： 31.5kA/2S故障復位時間：根據(jù)用戶要求出廠時設定閃光報警：0.25Hz，橙色，夜間 300M可見正常工作環(huán)境溫度： -40 85 C可動作次數(shù)： >2000 次重量： 0.35kg尺寸： 75mm100mm無線發(fā)射： 距離 >20m第六章 單相接地故障檢測在小電流接地系統(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品在電網(wǎng)中運行。目前國內有多

27、家公司研制 和生產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。目前檢測單相接地故障的方法主要有兩種，一種是配電自動化柜（有源 法），一種是基于接地特征的方法（無源法） 。1.配電自動化柜該系統(tǒng)適用于10kV及以下小電流接地系統(tǒng)，能夠實現(xiàn)系統(tǒng)的短路和單相接 地故障定位功能。系統(tǒng)由掛在線路上的故障指示器 THFI II、戶內或戶外配電 自動化柜（也稱為信號源）組成。工作原理配電自動化柜戶內安裝的原理圖配電自動化柜 戶外安裝的原理圖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)用配電自動化柜使故障線路上的負荷電流疊加一個具有

28、明顯特征的電流 信號作為接地故障判據(jù)，特征電流流經故障線路、接地故障點和大地返回配 電自動化柜。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)有產品準確 度低的缺陷，解決了單相接地故障定位的難題。當檢配電自動化柜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 得故障線路上產生具有特殊特征的電流信號。該系統(tǒng)具有很高的安全性，配電自動化柜產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）， 在配電自動化柜系統(tǒng)正常運行時與

29、一次線路完全隔離。同時由于配電自動化 柜產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。由于配電自動化柜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。二系統(tǒng)組成該系統(tǒng)由以下兩部分組成:1. RXPD-1型配電自動化柜發(fā)生單相接地故障時，安裝在變電站（或線路上靠近變電站的配變附 近）的配電自動化柜動作，使故障線路產生具有特殊特征的脈沖電流信號。2. 短路及接地故障指示器（Short and Grounded Fault Indica

30、tor ） THFI II發(fā)生單相接地故障時，安裝在故障線路上的故障指示器檢測到配電自 動化柜產生的信號后翻牌并閃光指示。以此可以判斷單相接地故障點所在的出線、分支和區(qū)段故障指示器還可以通過判斷短路電流的特征指示短路故障，以此可以 判斷短路故障點所在的出線、分支和區(qū)段。安裝在變電站出線處的故障指示器可通過光纖、光電轉換器將故障信 號傳給變電站RTU，實現(xiàn)接地故障選線。三.信號源分類及技術指標1、分類及符號含義RX安裝方式：0:戶外;I:戶內;適用系統(tǒng)：F:用于有接地變壓器系統(tǒng)M :用于沒有接地變壓器系統(tǒng)配電自動化柜公司名稱2、主要技術參數(shù)工作電源電壓： AC220V一次額定電壓：（610）kV

31、工作溫度范圍：-40 C85 C絕緣水平：一次接線端對外殼耐壓 42kV/1min ;二次接線端對外殼 2kV/1min功耗：正常工作時8VA，可變負荷投入時800VA可變負荷投入時間：不大于20s接地啟動：采用電子PT檢測接地信號，安全方便，也使得現(xiàn)場安裝更加容易配電自動化柜一次側接線圖打開后，如下圖所示接線卜c 25-35砸三楫電虬入箱訪:弘電坯屏議；+箱體接地功能說明線號端子代號X備注監(jiān)測PT第一相線UA1監(jiān)測PT第二相線UB2監(jiān)測PT第三相線UC3監(jiān)測PT中性點線N4監(jiān)測PT開口電壓UN5監(jiān)測PT開口電壓UO6AC220V電源相線進線L7AC220V電源零線進線N89備用10備用地基安

32、裝圖MilnFTTTV a ? TT 1EF" "耳謝"胃 "7 W V V ：9曹H零理 ,7 VTT VI Jl? 1宿爭返盅康土甚寒釜陽2. 無源法基于無源法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

33、器等設備，這樣就會有大量諧波分量產生，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

34、%，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。電容電流脈沖幅值法 。

35、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

36、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

37、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