专利名称：测距装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统继电保护领域，具体而言，涉及ー种测距装置。
背景技术：
小电流接地系统是指发生单相接地故障时，故障电流较小的系统，具体指中性点 不接地、中性点经消弧线圈或者中性点经高电阻接地系统，俗称小电流系统。小电流系统发生単相接地故障，因不构成短路回路，不必快速切除故障线路，停止用户供电。据统计，单相接地故障占整个配电系统所有故障的70%以上。为保证供电可靠性，我国的配电系统通常采用小电流系统。小电流系统发生単相接地故障后，如不能及时消除故障，故障点的故障电弧可能烧毁设备，并引发相间故障，扩大事故，因此我国的电カ系统运行规程规定小电流系统发生単相接地故障允许带电运行两小时，也意味着単相接地故障必须在两小时内清除。要清除故障，必须确定故障位置，检测小电流接地系统单相接地故障位置的方法称为故障测距。但是由于小电流接地系统单相接地不构成明显的短路回路，稳态信号特征不明显，因此，小电流接地系统单相接地故障测距一直是个无法解决的难题。相关技术中的単相接地测距方法和测距装置提出了基于相电流互感器和零序电流互感器获取的初始电流行波的测距方法，满足了配电线路単相接地故障测距的现场应用要求。然而，由于受最大负荷电流的影响，一方面现场相电流互感器的变比通常较大，不利于电流行波信号的获�。涣硪环矫嫦殖∠嗟缌骰ジ衅鞯谋浔炔蝗范ǎ焕捎肓阈虻缌骰ジ衅鞯谋浔绕ヅ洌佣诟汉傻缌鹘洗蟮南殖∷龇椒延谟τ茫斜匾罢药`种新方法满足负荷电流较大的现场应用要求。
实用新型内容本实用新型正是基于上述问题，提出了一种新的应用于小电流接地系统单相接地的故障点的查找技术，可以有效地測量出小电流接地系统单相接地的故障点的位置。有鉴于此，本实用新型提出了一种测距装置，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括采集单元，在小电流接地系统的出线上设定测量点，实时同步采集电压行波信号，所述出线上发生单相接地故障时，所述电压行波信号中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；计算单元，连接至所述采集单元，根据所述电压行波信号计算出所述测量点至所述故障点的距离。在该技术方案中，当发生単相接地故障时，在导线与导线之间传播的行波速度快，先到达测量点；在导线与大地之间传播的行波速度慢，后到达测量点。假定接地时刻为O时刻，在导线与导线之间传播的行波速度为VI，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为tl ;在导线与大地之间传播的行波速度为v2，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为t2，假设故障点到測量点的距离为X,则X = vl*tl,x = v2*t2由于接地发生时刻未知,只能在测量点获得两类初始行波到达时间差At = t2_tl,因此可推得x = vl*v2* Δ t/ (vl_v2),也就是说故障距离在经过不同传播路径的行波速度已知和到达时间差确定的情况下，故障距离可測。而在小电流接地系统中，投入运行的线路，线路型号确定，结构确定，不同传播路径的行波速度也一定。因此只要能够准确測量经过不同传播路径的单相接地故障初始行波到达测量点的时间差，即可准确测定故障距离。在上述技术方案中，优选地，所述采集単元包括电压互感器，所述电压互感器用于检测ー相电压行波和开ロ三角电压行波，实时同步采集所述电压行波，其中，所述ー相电压行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述开ロ三角电压行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。在该技术方案中，当小电流接地系统出线上发生单相接地故障时，故障点将产生沿着线路传播的故障行波。故障行波的传播路径可以是导线与导线之间，也可以导线与大地之间。在导线与导线之间传播的行波速度快，在导线与大地之间传播的行波速度慢。在导线与导线之间传播的 行波可以被电压互感器任一相感知，但不能被电压互感器开ロ三角感知；而在导线与大地之间传播的行波既可以被电压互感器的相感知，也可以被电压互感器开ロ三角感知。因此，电压互感器任一相既可测量到在导线与导线之间传播的故障初始行波，也可以测量到在导线与大地之间传播的故障初始行波；电压互感器开ロ三角只可測量到在导线与大地之间传播的故障初始行波。小电流接地系统中普遍安装了电压互感器，并且变比确定。则在单相接地发生后，电压互感器ー相測量到的初始行波为在导线与导线之间传播的故障初始行波，电压互感器开ロ三角測量到的初始行波为在导线与大地之间传播的故障初始行波。因此单相接地发生后，比较电压互感器ー相检测到的初始行波与电压互感器开ロ三角检测到的初始行波时间差即可获得在导线与导线之间传播的故障初始行波与在导线与大地之间传播的故障初始行波到达测量点的时间差。在上述技术方案中，优选地，还包括小波变换单元，在所述出线上发生单相接地的情况时，对采集的电压行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述測量点的时间。在该技术方案中，此处的小波函数可以选用如三次B样条函数的一次导函数；对行波数据的小波变换结果提取模极大值；从而分别确定来自电压互感器ー相的故障初始行波和来自电压互感器开ロ三角的故障初始行波对应模极大值的时刻。在上述技术方案中,优选地,还包括模数转换电路,连接在所述采集单元和所述计算单元之间，将所述电压行波信号进行模数转换后发送给所述计算単元。在该技术方案中，由于需要使用数字信号进行计算，因而将采集到的模拟信号转换为数字信号，从而确保计算过程的顺利进行。在上述技术方案中，优选地，还包括接地保护电路，连接在所述采集単元和地之间，在所述采集单元采集到的电压信号超过阈值时，进行接地保护。在该技术方案中，如果采集对象发生故障等情况时，可能产生数值过大的电压信号，从而造成对本申请的测距装置的破坏。而通过设立接地保护，则可以及时将过高的电压或电流引入地，避免造成对测距装置的损坏。在上述技术方案中，优选地，进ー步包括通信単元，连接至所述计算単元，将所述计算单元所计算出的所述测量点至所述故障点的距离的数据发送给控制装置。在该技术方案中，控制装置是指用户在使用本测距装置时的控制平台等，因而可以将测距装置安装在需要进行检测的位置，而将控制装置放置在用户易于操作的位置，实现远程操作。在上述技术方案中，优选地，所述通信単元包括以下组合或至少之ー GPRS通信単元、WIFI通信単元、3G通信単元、RF通信単元。在该技术方案中，测距装置与控制装置之间可以通过有线方式进行连接，也可以通过无线方式进行连接，而通过无线方式显然可以使得测距装置与控制装置之间的距离更远，系统的搭建也更为便捷。在上述技术方案中，优选地，进ー步包括输出装置，连接至所述计算単元，用于输出所述测量点至所述故障点的距离数据。在该技术方案中，可以将检测到的数据输出，便于用户进行观测、读取、分析等，具体可以连接至上述控制装置或其他装置。在上述技术方案中，优选地，所述输出装置包括显示器和/或打印机。在该技术方案中，可以由用户通过显示器进行直接观测，也可以直接打印为纸质数据，便于携带和进ー步分析。通过以上技术方案，可以有效地測量出小电流接地系统单相接地的故障点的位置。
图I示出了根据本实用新型的实施例的测距装置的框图；以及图2示出了根据本实用新型的实施例的测距装置的框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本实用新型的上述目的、特征和优点，
以下结合附图和具体实施方式
对本实用新型进行进一歩的详细描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是，本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本实用新型并不限于下面公开的具体实施例的限制。图I示出了根据本实用新型的实施例的测距装置的框图。如图I所示，根据本实用新型的实施例的测距装置100，用于测量小电流接地系统単相接地的故障点的位置，包括采集单元102，在小电流接地系统的出线上设定测量点，实时同步采集电压行波信号，出线上发生単相接地故障吋，电压行波信号中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；计算单元104，连接至采集単元102，根据电压行波信号计算出測量点至故障点的距离。在该技术方案中，当发生单相接地故障时，在导线与导线之间传播的行波速度快，先到达测量点；在导线与大地之间传播的行波速度慢，后到达测量点。假定接地时刻为O时刻，在导线与导线之间传播的行波速度为VI，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为tl ;在导线与大地之间传播的行波速度为v2，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为t2，假设故障点到測量点的距离为X，则X = vl*tl, X = v2*t2由于接地发生时刻未知,只能在测量点获得两类初始行波到达时间差At = t2_tl，因此可推得x =V(vl_v2)，也就是说故障距离在经过不同传播路径的行波速度已知和到达时间差确定的情况下，故障距离可測。而在小电流接地系统中，投入运行的线路，线路型号确定，结构确定，不同传播路径的行波速度也一定。因此只要能够准确測量经过不同传播路径的单相接地故障初始行波到达测量点的时间差，即可准确測定故障距离。在上述技术方案中，采集单元102包括电压互感器，电压互感器用于检测ー相电压行波和开ロ三角电压行波，实时同步采集电压行波，其中，一相电压行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波，开ロ三角电压行波中包括经导线与大地传播的故障初始行波。在该技术方案中，当小电流接地系统出线上发生单相接地故障时，故障点将产生沿着线路传播的故障行波。故障行波的传播路径可以是导线与导线之间，也可以导线与大地之间。在导线与导线之间传播的行波速度快，在导线与大地之间传播的行波速度慢。在导线与导线之间传播的行波可以被电压互感器任一相感知，但不能被电压互感器开ロ三角感知；而在导线与大地之间传播的行波既可以被电压互感器的相感知，也可以被电压互感器开ロ三角感知。因此，电压互感器任一相既可测量到在导线与导线之间传播的故障初始行波，也可以測量到在导线与大地之间传播的故障初始行波；电压互感器开ロ三角只可測量到在导线与大地之间传播的故障初始行波。小电流接地系统中普遍安装了电压互感器，并且变比确定。则在单相接地发生后，电压互感器ー相測量到的初始行波为在导线与导线之间传播的故障初始行波，电压互感器开ロ三角測量到的初始行波为在导线与大地之间传播的故障初始行波。因此单相接地发生后，比较电压互感器ー相检测到的初始行波与电压互感器开ロ三角检测到的初始行波时间差即可获得在导线与导线之间传播的故障初始行波与在导线与大地之间传播的故障初始行波到达测量点的时间差。根据图I及上述说明部分，构成了基于本申请的ー个实施例下的测距装置100，可以基本实现本实用新型的技术方案，完成对小电流接地系统单相接地的故障点的位置的检測，但如果利用更多的功能部件，还可以更好地实现本实用新型的技术方案，下面将结合图2进行详细说明，其中，图2示出了根据本实用新型的实施例的测距装置的框图。如图2所示，根据本实用新型的另ー个实施例的测距装置200，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括采集单元202，在小电流接地系统的出线上设定测量点，实时同步采集电压行波信号，出线上发生単相接地故障时，电压行波信号中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；计算单元206，连接至采集单元202，根据电压行波信号计算出測量点至故障点的距离。在该技术方案中，当发生単相接地故障时，在导线与导线之间传播的行波速度快，先到达测量点；在导线与大地之间传播的行波速度慢，后到达测量点。假定接地时刻为O时刻，在导线与导线之间传播的行波速度为VI，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为tl ;在导线与大地之间传播的行波速度为v2，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为t2，假设故障点到測量点的距离为X,则X = vl*tl,x = v2*t2由于接地发生时刻未知,只能在测量点获得两类初始行波到达时间差At = t2_tl,因此可推得x = vl*v2* Δ t/ (vl_v2),也就是说故障距离在经过不同传播路径的行波速度已知和到达时间差确定的情况下，故障距离可測。而在小电流接地系统中，投入运行的线路，线路型号确定，结构确定，不同传播路径的行波速度也一定。因此只要能够准确測量经过不同传播路径的单相接地故障初始行波到达测量点的时间差，即可准确测定故障距离。在上述技术方案中，采集单元202包括电压互感器，电压互感器用于检测ー相电压行波和开ロ三角电压行波，实时同步采集电压行波，其中，一相电压行波中包括经导线与导线传播的故障初始行波，开ロ三角电压行波中包括经导线与大地传播的故障初始行波。在该技术方案中，当小电流接地系统出线上发生单相接地故障时，故障点将产生沿着线路传播的故障行波。故障行波的传播路径可以是导线与导线之间，也可以导线与大地之间。在导线与导线之间传播的行波速度快，在导线与大地之间传播的行波速度慢。在导线与导线之间传播的行波可以被电压互感器任一相感知，但不能被电压互感器开ロ三角感知；而在导线与大地之间传播的行波既可以被电压互感器的相感知，也可以被电压互感器开ロ三角感知。因此，电压互感器任一相既可测量到在导线与导线之间传播的故障初始行波，也可以測量到在导线与大地之间传播的故障初始行波；电压互感器开ロ三角只可測量到在导线与大地之间传播的故障初始行波。小电流接地系统中普遍安装了电压互感器，并且变比确定。则在单相接地发生后，电压互感器ー相測量到的初始行波为在导线与导线之间传播的故障初始行波，电压互感器开ロ三角測量到的初始行波为在导线与大地之间传播的故障初始行波。因此单相接地发生后，比较电压互感器ー相检测到的初始行波与电压互感器开ロ三角检测到的初始行波时间差即可获得在导线与导线之间传播的故障初始行波与在导线与大地之间传播的故障初始行波到达测量点的时间差。在上述技术方案中，还包括小波变换单元208，在出线上发生单相接地的情况 时，对采集的电压行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达测量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达测量点的时间。在该技术方案中，此处的小波函数可以选用如三次B样条函数的一次导函数；对行波数据的小波变换结果提取模极大值；从而分别确定来自电压互感器ー相的故障初始行波和来自电压互感器开ロ三角的故障初始行波对应模极大值的时刻。在上述技术方案中，还包括模数转换电路204，连接在采集单元202和计算单元206之间，将电压行波信号进行模数转换后发送给计算单元206。在该技术方案中，由于需要使用数字信号进行计算，因而将采集到的模拟信号转换为数字信号，从而确保计算过程的顺利进行。在上述技术方案中，还包括接地保护电路210，连接在采集单元202和地之间，在采集单元202采集到的电压信号超过阈值时，进行接地保护。在该技术方案中，如果采集对象发生故障等情况时，可能产生数值过大的电压信号，从而造成对本申请的测距装置的破坏。而通过设立接地保护，则可以及时将过高的电压或电流引入地，避免造成对测距装置的损坏。在上述技术方案中，进ー步包括通信单元212,连接至计算单元206,将计算单元206所计算出的測量点至故障点的距离的数据发送给控制装置。在该技术方案中，控制装置是指用户在使用本测距装置时的控制平台等，因而可以将测距装置安装在需要进行检测的位置，而将控制装置放置在用户易于操作的位置，实现远程操作。在上述技术方案中，通信单元212包括以下组合或至少之ー GPRS通信单元、WIFI通信単元、3G通信単元、RF通信単元。在该技术方案中，测距装置200与控制装置之间可以通过有线方式进行连接，也可以通过无线方式进行连接，而通过无线方式显然可以使得测距装置200与控制装置之间的距离更远，系统的搭建也更为便捷。在上述技术方案中，进ー步包括输出装置214，连接至计算单元206，用于输出测量点至故障点的距离数据。在该技术方案中，可以将检测到的数据输出，便于用户进行观测、读取、分析等，具体可以连接至上述控制装置或其他装置。在上述技术方案中，输出装置214包括显示器和/或打印机。在该技术方案中，可以由用户通过显示器进行直接观测，也可以直接打印为纸质数据，便于携带和进ー步分析。[0032]根据本实用新型的一个实施例下的利用测距装置进行故障点判断的具体流程如下[0033]实时同步采集小电流接地系统出线上的电压行波。获取经导线与导线传播的电压初始行波和经导线与大地传播的电压初始行波。提取出线上经导线与导线传播的电流初始行波和经导线与大地传播的电压初始行波的时间特征。比较经导线与导线传播的电压初始行波和经导线与大地传播的电压初始行波的时间差，计算故障距离。对于上述步骤，其中，単相接地行波在导线与导线之间传播的行波速度快，先到达測量点；而在导线与大地之间传播的行波速度慢，后到达测量点。假定接地时刻为O时刻，在导线与导线之间传播的行波速度为VI，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为tl ；在导线与大地之间传播的行波速度为v2，接地发生后，初始行波到达测量点的时刻为t2，假设故障点到測量点的距离为X，则x = vl*tl，X = v2*t20由于接地发生时刻未知，只能在測量点获得两类初始行波到达时间差At =t2_tl，因此可推得x = vl*v2*At/(Vl-V2)，也就是说故障距离在经过不同传播路径的行波速度已知和到达时间差确定的情况下，故障距离可測。而在小电流接地系统中，投入运行的线路，线路型号确定，结构确定，不同传播路径的行波速度也一定。因此只要能够准确测量经过不同传播路径的单相接地故障初始行波到达测量点的时间差，即可准确测定故障距离。此外，本实施例中的测距装置的原理如下当小电流接地系统出线上发生单相接地故障时，故障点将产生沿着线路传播的故障行波。故障行波的传播路径可以是导线与导线之间，也可以导线与大地之间。在导线与导线之间传播的行波速度快，在导线与大地之间传播的行波速度慢。在导线与导线之间传播的行波可以被电压互感器任一相感知，但不能被电压互感器开ロ三角感知；而在导线与大地之间传播的行波既可以被电压互感器的相感知，也可以被电压互感器开ロ三角感知。因此，电压互感器任一相既可测量到在导线与导线之间传播的故障初始行波，也可以测量到在导线与大地之间传播的故障初始行波；电压互感器开ロ三角只可測量到在导线与大地之间传播的故障初始行波。小电流接地系统中普遍安装了电压互感器，并且变比确定。则在单相接地发生后，电压互感器ー相測量到的初始行波为在导线与导线之间传播的故障初始行波，电压互感器开ロ三角測量到的初始行波为在导线与大地之间传播的故障初始行波。因此单相接地发生后，比较电压互感器ー相检测到的初始行波与电压互感器开ロ三角检测到的初始行波时间差即可获得在导线与导线之间传播的故障初始行波与在导线与大地之间传播的故障初始行波到达测量点的时间差。根据本实用新型的另ー个实施例下的利用测距装置进行故障点判断的具体流程如下基于变电站内母线上安装的电压互感器，实时同步采集母线上的电压行波数据，采样频率2Mhz ;理论上,采样频率越高越好,但采样频率的选择受中央处理单元或者微机的处理速度和测距误差要求的限制。结合目前的信息技术水平，选择典型的2Mhz，采样频率随着技术的发展可越来越高。若监测到馈线上发生了接地，对接地前后记录的各128点一相电压行波和开ロ三角电压行波数据分别进行四层小波变换，此处的小波函数可以选用三次B样条函数的一次导函数；对行波数据的小波变换结果提取模极大值；分别确定来自电压互感器ー相的故障初始行波和来自电压互感器开ロ三角的故障初始行波对应模极大值的时刻。根据来自电压互感器ー相的故障初始行波模极大值对应时刻和来自电压互感器开ロ三角的故障初始行波模极大值对应时刻的时间差，结合在导线与导线之间传播的电压行波的波速度和在导线与大地之间传播的电压行波的波速度，计算出故障点到測量点之间的距离，实现故障测距。 本实用新型中的行波电气量指的是由于电カ系统扰动引起的在电カ系统中传播的电磁波。行波波头可看成脉冲信号，具有全频带分量。本实用新型中利用的行波电气量是具有高频暂态特性的行波波头信号。本实用新型基于量测到的故障产生的行波，提取经过不同传播路径的故障初始行波到达测量点的时间差，结合不同传播路径的行波的波速度，实现故障测距。本实用新型能够实时监测电力系统线路的运行情况，及时提供电カ系统单相接地故障距离信息，减少电カ系统故障概率，提高电力系统供电可靠性，保证电カ系统安全稳定运行。以上结合附图详细说明了本实用新型的技术方案，考虑到由于小电流接地系统单相接地不构成明显的短路回路，稳态信号特征不明显，并且在相关技术方案中，难以满足负荷电流较大的现场应用要求。因此，需要一种新的应用于小电流接地系统单相接地的故障点的查找技术，可以有效地測量出小电流接地系统单相接地的故障点的位置。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
权利要求1.一种测距装置，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，其特征在于，包括 采集单元，在小电流接地系统的母线上设定测量点，实时同步采集电压行波信号，所述出线上发生単相接地故障时，所述电压行波信号中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波； 计算单元，连接至所述采集単元，根据所述电压行波信号计算出所述测量点至所述故障点的距离。
2.根据权利要求I所述的测距装置，其特征在于，所述采集単元包括电压互感器，所述 电压互感器用于检测一相电压行波和开ロ三角电压行波，实时同步采集所述电压行波，其中，所述ー相电压行波中包括所述经导线与导线传播的故障初始行波，所述开ロ三角电压行波中包括所述经导线与大地传播的故障初始行波。
3.根据权利要求2所述的测距装置，其特征在于，还包括 小波变换单元，在所述出线上发生单相接地的情况时，对采集的电压行波进行小波变换以获得经导线与导线传播的故障初始行波到达所述測量点的时间和经导线与大地传播的故障初始行波到达所述測量点的时间。
4.根据权利要求I至3中任一项所述的测距装置，其特征在于，还包括模数转换电路，连接在所述采集単元和所述计算単元之间，将所述电压行波信号进行模数转换后发送给所述计算单元。
5.根据权利要求I至3中任一项所述的测距装置，其特征在于，还包括接地保护电路，连接在所述采集単元和地之间，在所述采集单元采集到的电压信号超过阈值时，进行接地保护。
6.根据权利要求I至3中任一项所述的测距装置，其特征在干，进ー步包括通信単元，连接至所述计算単元，将所述计算单元所计算出的所述测量点至所述故障点的距离的数据发送给控制装置。
7.根据权利要求6所述的测距装置，其特征在于所述通信単元包括以下组合或至少之一 =GPRS通信単元、WIFI通信単元、3G通信単元、RF通信単元。
8.根据权利要求I至3中任一项所述的测距装置，其特征在干，进ー步包括输出装置，连接至所述计算単元，用于输出所述测量点至所述故障点的距离数据。
9.根据权利要求8所述的测距装置，其特征在于，其特征在于，所述输出装置包括显示器和/或打印机。
专利摘要本实用新型提供了一种测距装置，用于测量小电流接地系统单相接地的故障点的位置，包括采集单元，在小电流接地系统的母线上设定测量点，实时同步采集电压行波信号，所述出线上发生单相接地故障时，所述电压行波信号中包括经导线与导线传播的故障初始行波和经导线与大地传播的故障初始行波；计算单元，连接至所述采集单元，根据所述电压行波信号计算出所述测量点至所述故障点的距离。通过本实用新型提供的技术方案，可以有效地测量出小电流接地系统单相接地的故障点的位置。
文档编号G01R31/08GK202404197SQ20122001141
公开日2012年8月29日 申请日期2012年1月11日 优先权日2012年1月11日
发明者施慎行, 董新洲, 齐天来 申请人:北京衡天北斗科技有限公司, 清华大学
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