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CN106370979A - 高压输电线路接地故障在线监测装置及其方法 - Google Patents

高压输电线路接地故障在线监测装置及其方法 Download PDF

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CN106370979A
CN106370979A CN201610770123.2A CN201610770123A CN106370979A CN 106370979 A CN106370979 A CN 106370979A CN 201610770123 A CN201610770123 A CN 201610770123A CN 106370979 A CN106370979 A CN 106370979A
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张金波
吴纵
王军
王恒
宋佳佳
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Hohai University HHU
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Hohai University HHU
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    • G01R31/00Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
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    • G01R31/081Locating faults in cables, transmission lines, or networks according to type of conductors
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Abstract

高压输电线路接地故障在线监测装置及其方法。本发明提供一种高压输电线路接地故障在线监测装置,包括参数测量发送装置、接地故障接收装置和上位机,所述参数测量发送装置与接地故障接收装置通过无线射频相连,所述接地故障接收装置通过RS‑485通信模块与上位机相连,其中,所述参数测量发送装置有三种形式,分别为A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置,A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置分别安装在被测输电线路A相、B相和C相上,接地故障接收装置安装在地面低压控制柜内。另外,本发明还提供一种高压输电线路接地故障在线监测方法。

Description

高压输电线路接地故障在线监测装置及其方法
技术领域
本发明涉及一种在线监测装置及其方法,具体地,涉及一种高压输电线路接地故障在线监测装置及其方法。
背景技术
配电网密布城乡及山区,终年处于户外,经受风雨冰霜、雷击及日益严酷的环境污染等恶劣影响,加上不可预测的人为因素,发生故障的概率很高。统计数据表明,电网的故障大多发生在配电网,而其中80%是单相接地故障,高压输电线路发生故障时将会对电力系统的安全、稳定运行造成重大影响。
目前,小电流接地故障选线技术已基本成熟,能够比较准确的确定故障线路,由于配电网采用辐射状网络,分支众多、结构复杂,即使确定了故障线路也很难查找故障点,小电流接地故障定位技术还处在理论研究阶段,很多方法理论上可行,但是实际应用效果不理想且很多现场应用中的关键技术问题没有得到解决。
随着社会对供电可靠性的要求越来越高,短路故障与小电流接地故障定位的重要性日益明显,迫切需要从根本上予以解决。短路及接地故障的快速准确定位对于提高供电可靠性、减少停电损失具有重要的意义,现场也迫切需要一种有效的故障定位方法,为此本发明提出一种高压输电线路接地故障在线监测装置及其方法,利用电压和电流的相位差,并结合电流的有效值,分析判断线路是否发生了接地故障以及哪段线路发生了接地故障,并将结果远程输送到后台上位机以便后台管理人员分析与处理。
发明内容
本发明为了解决现有技术中存在的上述缺陷和不足,提供了一种高压输电线路接地故障在线监测装置及其方法,利用电压和电流的相位差,并结合电流的有效值,分析判断线路是否发生了接地故障以及哪段线路发生了接地故障,并将结果远程输送到上位机以便管理人员分析与处理。
为解决上述技术问题,本发明提供一种高压输电线路接地故障在线监测装置,包括参数测量发送装置、接地故障接收装置和上位机,所述参数测量发送装置与接地故障接收装置通过无线射频相连,所述接地故障接收装置通过RS-485通信模块与上位机相连,其中,所述参数测量发送装置有三种形式,分别为A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置,A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置分别安装在被测输电线路A相、B相和C相上,接地故障接收装置安装在地面低压控制柜内;A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置分别通过无线射频与接地故障接收装置相连。
进一步,参数测量发送装置包括电流信号采集模块、电压信号采集模块、电能计量芯片、测量端微处理器、无线发送模块、太阳能电池组;电流信号采集模块、电压信号采集模块的输出端与电能计量芯片的输入端相连;电能计量芯片的输出端与测量端微处理器电路的I/O口相连;无线发送模块的输入端与测量端微处理器电路的通信接口相连;太阳能电池组的输出端与测量端微处理器电路的电源端相连。
进一步,接地故障接收装置包括无线接收模块、拨码开关电路、时钟、接收端微处理器、显示模块、RS-485通信模块、电源;无线接收模块的输出端与接收端微处理器的通信接口相连;拨码开关电路、时钟分别与接收端微处理器的I/O口相连;显示模块的输入端与接收端微处理器的I/O口相连;RS-485通信模块的输入端与接收端微处理器的通信接口相连;电源的输出端与接收端微处理器的电源端口相连。
进一步,电能计量芯片型号为IDT90E36。
本发明还提供一种高压输电线路接地故障在线监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,参数测量发送装置采集高压线路上的电流、电压信号,发送给电能计量芯片,由电能计量芯片将电流、电压信号处理得到电压和电流相位差,并将相位差转换成数字值;
步骤二,无线射频处于等待状态,上位机向接地故障接收装置发送指令验证帧头、帧尾,并进行CEC校验,若校验结果正确,接地故障接收装置将接收到的指令地址码和拨码开关电路设定的地址位进行比较,若相同,则接地故障接收装置响应;
步骤三,接地故障接收装置响应上位机的指令,接收参数测量发送装置发送的数字值,然后对数据进行分析处理、判断高压输电线路上是否发生接地故障并判断发生故障路段,并将结果在显示模块上显示,同时发送给后台进行分析;
步骤四,接地故障接收装置上电后,进行初始化操作,开启看门狗定时器,然后将步骤三的分析处理结果在显示模块上显示,同时,通过RS-485通信模块发送给上位机。
进一步,参数测量发送装置包括电流信号采集模块、电压信号采集模块、电能计量芯片、测量端微处理器、无线发送模块、太阳能电池组;电流信号采集模块、电压信号采集模块的输出端与电能计量芯片的输入端相连;电能计量芯片的输出端与测量端微处理器电路的I/O口相连;无线发送模块的输入端与测量端微处理器电路的通信接口相连;太阳能电池组的输出端与测量端微处理器电路的电源端相连。
进一步,接地故障接收装置包括无线接收模块、拨码开关电路、时钟、接收端微处理器、显示模块、RS-485通信模块、电源;无线接收模块的输出端与接收端微处理器的通信接口相连;拨码开关电路、时钟分别与接收端微处理器的I/O口相连;显示模块的输入端与接收端微处理器的I/O口相连;RS-485通信模块的输入端与接收端微处理器的通信接口相连;电源的输出端与接收端微处理器的电源端口相连。
进一步,电能计量芯片型号为IDT90E36。
本发明所达到的有益技术效果:本发明提供的一种高压输电线路接地故障在线监测装置及其方法,(1)利用电压和电流的相位差,并结合电流的有效值,实现输电线路接地故障的监测。(2)参数测量发送装置与接地故障接收装置之间通过无线通信方式传递和交换信息,实现高低压之间的物理隔离。
附图说明
图1本发明之高压输电线路接地故障在线监测装置组成框图;
图2本发明之参数测量发送装置组成框图;
图3本发明之接地故障接收装置组成框图;
图4本发明之电压信号采集模块电路图;
图5本发明之电流信号采集模块电路图;
图6本发明之参数测量发送装置工作流程图;
图7本发明之接地故障接收装置工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示,本发明提供一种高压输电线路接地故障在线监测装置,包括参数测量发送装置、接地故障接收装置和上位机,所述参数测量发送装置与接地故障接收装置通过无线射频相连,所述接地故障接收装置通过RS-485通信模块与上位机相连,其中,所述参数测量发送装置有三种形式,分别为A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置,A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置分别安装在被测输电线路A相、B相和C相上,接地故障接收装置安装在地面低压控制柜内;A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置分别通过无线射频与接地故障接收装置相连。
如图2所示,参数测量发送装置包括电流信号采集模块、电压信号采集模块、型号为IDT90E36的电能计量芯片、测量端微处理器、无线发送模块、太阳能电池组;电流信号采集模块、电压信号采集模块的输出端与电能计量芯片的输入端相连;电能计量芯片的输出端与测量端微处理器电路的I/O口相连;无线发送模块的输入端与测量端微处理器电路的通信接口相连;太阳能电池组的输出端与测量端微处理器电路的电源端相连。
根据电磁场理论,若将一导体放入高压输电线路周围的电场中,导体上会感应出一定的电荷量,致使导体与高压输电线路之间形成杂散电容,从而耦合出高压线路上的交变电压信号,将电路中用于获取交变电压信号的导体简称为电极,当电极靠近导线时,电极两端会感应出与导线中电压同频同相的电压信号,将此电压信号经稳压与滤波电路处理,最后将处理后的耦合电压与通过电流信号采集模块得到的电流信号送入电能计量芯片进行处理即可得到高压输电线路上电压和电流的相位差,如图4所示,
高压输电线路上电流无法直接测量,故实际测量中采用开口式电流互感器进行采样,考虑到电流通道的电压在mV级,电流变比采用10A/0.1A,采样电阻为1欧姆的功率电阻。电流信号采集模块电路如图5所示,P2处接从电流互感器出来的采样电流,R12为采样电阻,R10与C11组成滤波电路,I1P和I1N接到电能计量芯片IDT-90E36的电流输入端口,得到采样电流有效值,然后乘以电流互感器电流变比即为高压输电线路上的实际电流有效值。考虑到实际电流互感器转换过程中存在的损耗,将变比设为可调量,从而修正误差。
如图3所示,接地故障接收装置包括无线接收模块、拨码开关电路、时钟、接收端微处理器、显示模块、RS-485通信模块、电源;无线接收模块的输出端与接收端微处理器的通信接口相连;拨码开关电路、时钟分别与接收端微处理器的I/O口相连;显示模块的输入端与接收端微处理器的I/O口相连;RS-485通信模块的输入端与接收端微处理器的通信接口相连;电源的输出端与接收端微处理器的电源端口相连。
如图6-7所示,其中,图7中本发明还提供一种高压输电线路接地故障在线监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,参数测量发送装置采集高压线路上的电流、电压信号,发送给电能计量芯片,由电能计量芯片将电流、电压信号处理得到电压和电流相位差,并将相位差转换成数字值;
参数测量发送装置包括电流信号采集模块、电压信号采集模块、型号为IDT90E36的电能计量芯片、测量端微处理器、无线发送模块、太阳能电池组;电流信号采集模块、电压信号采集模块的输出端与电能计量芯片的输入端相连;电能计量芯片的输出端与测量端微处理器电路的I/O口相连;无线发送模块的输入端与测量端微处理器电路的通信接口相连;太阳能电池组的输出端与测量端微处理器电路的电源端相连。
接地故障接收装置包括无线接收模块、拨码开关电路、时钟、接收端微处理器、显示模块、RS-485通信模块、电源;无线接收模块的输出端与接收端微处理器的通信接口相连;拨码开关电路、时钟分别与接收端微处理器的I/O口相连;显示模块的输入端与接收端微处理器的I/O口相连;RS-485通信模块的输入端与接收端微处理器的通信接口相连;电源的输出端与接收端微处理器的电源端口相连。
步骤二,无线射频处于等待状态,上位机向接地故障接收装置发送指令验证帧头、帧尾,并进行CEC校验,若校验结果正确,接地故障接收装置将接收到的指令地址码和拨码开关电路设定的地址位进行比较,若相同,则接地故障接收装置响应;
步骤三,接地故障接收装置响应上位机的指令,接收参数测量发送装置发送的数字值,然后对数据进行分析处理、判断高压输电线路上是否发生接地故障并判断发生故障路段,并将结果在显示模块上显示,同时发送给后台进行分析;
步骤四,接地故障接收装置上电后,进行初始化操作,开启看门狗定时器,然后将步骤三的分析处理结果在显示模块上显示,同时,通过RS-485通信模块发送给上位机。
接地故障接收装置作为监测装置的控制中心,完成的主要功能有定时向挂接收在A,B,C三相高压线路上的参数测量发送装置发送的数据,并对接收到的数据进行分析处理,根据这些数据判断高压输电线路上是否发生了接地故障并判断发生故障的大致路段,其工作流程如图7所示,其中A为前台工作流程图,B为后台工作流程图。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变形,这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.高压输电线路接地故障在线监测装置,其特征在于:包括参数测量发送装置、接地故障接收装置和上位机,所述参数测量发送装置与接地故障接收装置通过无线射频相连,所述接地故障接收装置通过RS-485通信模块与上位机相连,其中,所述参数测量发送装置有三种形式,分别为A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置,A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置分别安装在被测输电线路A相、B相和C相上,接地故障接收装置安装在地面低压控制柜内;A相参数测量发送装置、B相参数测量发送装置、C相参数测量发送装置分别通过无线射频与接地故障接收装置相连。
2.根据权利要求1所述的高压输电线路接地故障在线监测装置,其特征在于:参数测量发送装置包括电流信号采集模块、电压信号采集模块、电能计量芯片、测量端微处理器、无线发送模块、太阳能电池组;电流信号采集模块、电压信号采集模块的输出端与电能计量芯片的输入端相连;电能计量芯片的输出端与测量端微处理器电路的I/O口相连;无线发送模块的输入端与测量端微处理器电路的通信接口相连;太阳能电池组的输出端与测量端微处理器电路的电源端相连。
3.根据权利要求1所述的高压输电线路接地故障在线监测装置,其特征在于:接地故障接收装置包括无线接收模块、拨码开关电路、时钟、接收端微处理器、显示模块、RS-485通信模块、电源;无线接收模块的输出端与接收端微处理器的通信接口相连;拨码开关电路、时钟分别与接收端微处理器的I/O口相连;显示模块的输入端与接收端微处理器的I/O口相连;RS-485通信模块的输入端与接收端微处理器的通信接口相连;电源的输出端与接收端微处理器的电源端口相连。
4.根据权利要求2所述的高压输电线路接地故障在线监测装置,其特征在于:电能计量芯片型号为IDT90E36。
5.高压输电线路接地故障在线监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一,参数测量发送装置采集高压线路上的电流、电压信号,发送给电能计量芯片,由电能计量芯片将电流、电压信号处理得到电压和电流相位差,并将相位差转换成数字值;
步骤二,无线射频处于等待状态,上位机向接地故障接收装置发送指令验证帧头、帧尾,并进行CEC校验,若校验结果正确,接地故障接收装置将接收到的指令地址码和拨码开关电路设定的地址位进行比较,若相同,则接地故障接收装置响应;
步骤三,接地故障接收装置响应上位机的指令,接收参数测量发送装置发送的数字值,然后对数据进行分析处理、判断高压输电线路上是否发生接地故障并判断发生故障路段,并将结果在显示模块上显示,同时发送给后台进行分析;
步骤四,接地故障接收装置上电后,进行初始化操作,开启看门狗定时器,然后将步骤三的分析处理结果在显示模块上显示,同时,通过RS-485通信模块发送给上位机。
6.根据权利要求5所述的高压输电线路接地故障在线监测方法,其特征在于:参数测量发送装置包括电流信号采集模块、电压信号采集模块、电能计量芯片、测量端微处理器、无线发送模块、太阳能电池组;电流信号采集模块、电压信号采集模块的输出端与电能计量芯片的输入端相连;电能计量芯片的输出端与测量端微处理器电路的I/O口相连;无线发送模块的输入端与测量端微处理器电路的通信接口相连;太阳能电池组的输出端与测量端微处理器电路的电源端相连。
7.根据权利要求5所述的高压输电线路接地故障在线监测方法,其特征在于:接地故障接收装置包括无线接收模块、拨码开关电路、时钟、接收端微处理器、显示模块、RS-485通信模块、电源;无线接收模块的输出端与接收端微处理器的通信接口相连;拨码开关电路、时钟分别与接收端微处理器的I/O口相连;显示模块的输入端与接收端微处理器的I/O口相连;RS-485通信模块的输入端与接收端微处理器的通信接口相连;电源的输出端与接收端微处理器的电源端口相连。
8.根据权利要求6所述的高压输电线路接地故障在线监测方法,其特征在于:电能计量芯片型号为IDT90E36。
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