專利名稱：輸電線路故障點定位方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電力輸電線路故障點定位，具體地說涉及一種輸電線路故障點定位方法和裝置，屬于輸電設備技術領域。
背景技術：
目前，先進的輸電線路故障定位都基于GPS(全球定位系統)，其原理分有阻抗法和行波法。阻抗法是利用線路端部測得的電壓和電流以及線路本身的電氣參數推算出故障點的位置，國家知識產權局發布的申請號為00124804.9“輸電線路故障點定位方法及裝置”就屬于阻抗法，這一方法的主要缺點是不容易排除線路導線換位情況的影響和沿線地質地貌的影響，這兩個因素的影響程度隨故障點而變化，所以難以達到較高的精度；另外一個缺點是對CT的測量精度要求較高。行波法是利用故障點產生的電壓或電流行波到達線路兩端的時間和速度以及線路總長計算出故障點的位置，這一方法的主要優點是受線路導線換位情況以及沿線地質地貌的影響較小，有利于定位精度的提高。加拿大B.C省500kV系統裝設的故障定位系統和國內中國電力科學研究院輸配電及節電技術國家工程研究中心生產的WGCI型輸電線路故障測距系統都是以行波法為基礎的，前者行波信號取自于CVT(電容式電壓互感器)，后者取自于CT(電流互感器)。現有技術存在幾個不足之處信號直接取自CT或CVT，抽取的信號含有工頻分量，有可能干擾系統的控制、保護和計量；CT和CVT的高頻響應特性不好，為了較準確地辨認行波信號，除要求CT有較高的精度外，還須有較復雜的硬件和軟件；區分故障相別或故障形式，必要性也不大，這點可由故障錄波和保護動作情況來判定，登桿搶修時更可直接判定，所以不必為此使故障定位系統復雜化。
發明內容
本發明的目的是提供一種可以免除以上各點不足的輸電線路故障點定位方法和相應的設備，它對故障的反應靈敏，定位精度高、設備簡單、安裝方便且抗干擾能力強，運行可靠。
為達到上述目的，本發明的具體方法是基于GPS、采用行波法，利用故障點產生的電壓或電流行波信號到達輸電線路兩端的時間和速度以及線路總長計算出故障點的位置，由下式計算出故障點距S端的距離XX＝0.5[TP-(TR-TS)]·L/TPX-故障點距S端的距離；TP-行波從一端走到另一端所需的時間；L-發生故障的線路的全長；TR-按GPS標記的行波到達R端的時間；TS-按GPS標記的行波到達S端的時間；其特征在于其故障電壓或電流行波信號不直接取自變電站的CT或CVT，而是通過在變電站的電容性元件上串接小電抗，在小電抗上提取幾乎無工頻干擾的故障行波信號。
實現上述方法的裝置由三個行波信號提取裝置1、三個限幅電路2、三相整流電路3、閾值比較電路4、單穩觸發器5、GPS時鐘模塊電路6以及PC機7組成，輸電線路一端變電站或叫副站內，A、B、C三相的行波信號提取裝置1的輸出經限幅電路2送到三相整流電路3的三個輸入端，三相整流電路3的正輸出信號送到正負閾值比較電路4的正輸入端，三相整流電路3的負輸出信號送到閾值比較電路4的負輸入端，閾值比較電路4的輸出信號接單穩觸發器5的輸入端，單穩觸發器5的輸出端與GPS時鐘模塊電路6的輸入端相連，GPS時鐘模塊電路6的輸出信號送至PC機7的輸入端，輸電線路另一端變電站或叫主站內安裝上述相同裝置，副站PC機7通過通訊線路將數據傳輸給主站PC機7，主站內將繼電保護屏保護動作信號S送到PC機7的控制輸入端，以確定是故障動作，主站PC機7進行故障定位計算。
上述的輸電線路故障點定位裝置，其行波信號提取裝置1的高壓臂是變電站的電容性元件8，其低壓臂是一個小電抗9，小電抗9串接在電容性元件8與地端之間。
上述的輸電線路故障點定位裝置，其行波信號提取裝置1的低壓臂小電抗9是一個1～2mH的小電感。
上述的輸電線路故障點定位裝置，其行波信號提取裝置1的低壓臂小電抗9還可以由一個電容和小電感串聯組成，信號由小電感上提取。
上述的輸電線路故障點定位裝置，其行波信號提取裝置1的低壓臂小電抗9也可以是一個小變壓器，在小變壓器副方抽取電壓信號。
本發明提出的輸電線路故障點定位方法和裝置，采用獨特的行波信號提取裝置，它利用已有的電容式設備或設備固有的電容作為高壓臂，且對這些設備沒有任何附加要求，適應性極廣；采用的電感性元件為特征的低壓臂，和三相信號的整流組合，不但大大簡化了判斷行波的有無和行波到達時間的硬件和軟件，而且能充分利用三相中的有用信號，提高了對故障的靈敏度和定位精度；行波信號就地處理后，只給GPS時鐘模塊提供同步鎖存信號，無須測出信號大小，抗干擾能力大大增強。誤差因素皆以最不利的條件計算，其誤差為①線路兩端對行波信號到達時刻的判斷誤差為0.3μS；②季節性弧垂變化引起的線長變化為線長的0.05％，則線路長度為400km時，故障點定位絕對誤差不大于290m。
圖1，輸電線路故障點定位裝置原理方框圖；圖2，行波信號提取裝置1電路原理一圖；圖3，行波信號提取裝置1電路原理二圖；圖4，行波信號提取裝置1電路原理三圖；具體實施方式
下面結合陽圖對本發明作進一步詳細說明。
如圖1所示，當被測線路發生故障時，線路故障所產生的故障行波，沿著線路以接近光速的速度向兩邊傳輸，分別到達線路兩端變電站的固有電容設備即行波信號提取裝置1的高壓臂電容性元件8，例如主變壓器或高壓電器的套管電容，將電容性元件8原接地端子打開接上小電抗9后再接地，既低壓臂小電抗9串接在電容性元件8與地端之間，在高壓臂電容性元件8與地端之間將產生一個分布電容C2；由于故障波形的前沿陡度比較大且頻率較高，能在行波信號提取裝置1的低壓臂即小電抗9上產生出較大幅值的故障信號，這可由以下公式得知ZC=12πfC]]>ZL＝2πfL故障信號頻率升高時，行波信號提取裝置1的高壓臂阻抗變小，其低壓臂阻抗變大，低壓臂小電抗9上感應出的電壓相應增大，一般故障信號的頻率比電網頻率高上百倍，則其在小電抗9上產生的電壓也比電網正常運行時其上的電壓高幾百倍，這樣就很容易剔除工頻干擾。線路故障時，行波信號提取裝置1的低壓臂小電抗9產生出的電壓很大，其能量足以破壞后級的電子電路，在輸出到后級電路前必須經過限幅電路2限幅處理削減其電壓，限幅電路2是一個放電管；限幅后的三相行波信號經三相整流電路3整流成兩正負信號，這樣可以充分利用三相電壓中的有用信號，有利于提高對故障判別的靈敏度，提高定位精度，三相整流電路3是一個二極管半波整流電路；正負兩個信號分別送至正負閾值比較電路4進行比較，若行波信號高于設定的觸發電平(Vth)，則輸出一個脈沖信號，其觸發電平(Vth)可以根據被測線路的干擾情況，以及線路的電壓諧波實測值算出，正負閾值比較電路4由兩個比較器和一個與門組成；脈沖信號經單穩觸發器5調整脈沖寬度后，產生同步鎖存信號，提供給GPS時鐘模塊6鎖存故障時刻的準確時間，GPS時鐘模塊6把發生故障的準確時間發送到PC機7，輔站PC機7把發生故障的時間存儲，并傳送至主站PC機7，主站PC機7也將發生故障的時間存儲，并根據輔站PC機7傳送的故障時間、主站接收的故障時間及繼電保護動作信號來判斷是否發生線路故障，并啟動運算程序算出由下式計算出故障點距S端的距離XX＝0.5[TP-(TR-TS)]·L/TPX-故障點距S端的距離；TP-行波從一端走到另一端所需的時間；L-發生故障的線路的全長；TR-按GPS標記的行波到達R端的時間；TS-按GPS標記的行波到達S端的時間。
圖2、圖3、圖4是行波信號提取裝置1的幾種電連接方式。圖2中行波信號提取裝置1的低壓臂小電抗9是一個1～2mH的小電感，小電抗9相當于與分布電容C2并聯，適用于利用高壓電器電容和CT電容的場合；圖3中行波信號提取裝置1的低壓臂小電抗9由一個電容C和小電感L串聯組成，信號由小電感上提取，適用于利用CVT電容和耦合電容的場合；圖4中行波信號提取裝置1的低壓臂小電抗9還可以是一個小變壓器，在小變壓器副方抽取電壓信號。
權利要求
1.一種輸電線路故障點定位方法，基于GPS、采用行波法，利用故障點產生的電壓或電流行波信號到達輸電線路兩端的時間和速度以及線路總長計算出故障點的位置，由下式計算出故障點距S端的距離XX＝0.5[TP-(TR-TS)]·L/TPX-故障點距S端的距離；TP-行波從一端走到另一端所需的時間；L-發生故障的線路的全長；TR-按GPS標記的行波到達R端的時間；TS-按GPS標記的行波到達S端的時間；其特征在于其故障電壓或電流行波信號不直接取自變電站的CT或CVT，而是通過在變電站的電容性元件上串接小電抗，在小電抗上提取無工頻干擾的故障行波信號。
2.一種輸電線路故障點定位裝置，其特征在于由三個行波信號提取裝置(1)、三個限幅電路(2)、三相整流電路(3)、閾值比較電路(4)、單穩觸發器(5)、GPS時鐘模塊電路(6)以及PC機(7)組成，輸電線路一端變電站或叫副站內，A、B、C三相的行波信號提取裝置(1)的輸出經限幅電路(2)送到三相整流電路(3)的三個輸入端，三相整流電路(3)的正輸出信號送到正負閾值比較電路(4)的正輸入端，三相整流電路(3)的負輸出信號送到閾值比較電路(4)的負輸入端，閾值比較電路(4)的輸出信號接單穩觸發器(5)的輸入端，單穩觸發器(5)的輸出端與GPS時鐘模塊電路(6)的輸入端相連，GPS時鐘模塊電路(6)的輸出信號送至PC機(7)的輸入端，輸電線路另一端變電站或叫主站內安裝上述相同裝置，副站PC機(7)通過通訊線路將數據傳輸給主站PC機(7)，主站內將繼電保護屏保護動作信號送到PC機的控制輸入端，以確定是故障動作，主站PC機(7)進行故障定位計算。
3.根據權利要求2所述的輸電線路故障點定位裝置，其特征在于其行波信號提取裝置(1)的高壓臂是變電站的電容性元件(8)，其低壓臂是一個小電抗(9)，小電抗(9)串接在電容性元件(8)與地端之間。
4.根據權利要求2或3所述的輸電線路故障點定位裝置，其特征在于其行波信號提取裝置(1)的低壓臂小電抗(9)是一個1～2mH的小電感。
5.根據權利要求2或3所述的輸電線路故障點定位裝置，其特征在于其行波信號提取裝置(1)的低壓臂小電抗(9)還可以由一個電容和小電感串聯組成，信號由小電感上提取。
6.根據權利要求2或3所述的輸電線路故障點定位裝置，其行波信號提取裝置(1)的低壓臂小電抗(9)還可以是一個小變壓器，在小變壓器副方抽取電壓信號。
全文摘要
一種輸電線路故障點定位方法,基于GPS、采用行波法,其故障電壓或電流行波信號不直接取自變電站的CT或CVT,而是通過在變電站的電容性元件上串接小電抗,在小電抗上提取無工頻干擾的故障行波信號。本發明的裝置,由行波信號提取裝置、限幅電路、三相整流電路、閾值比較電路、單穩觸發器、GPS時鐘模塊電路以及PC機組成。由于采用了獨特的行波信號提取裝置,利用已有的電容式設備或設備固有的電容作為高壓臂,且對這些設備沒有任何附加要求,適應性極廣;采用的電感性元件為特征的低壓臂,提高了對故障的靈敏度和定位精度,抗干擾能力大大增強。
文檔編號G01R31/08GK1376930SQ0211550
公開日2002年10月30日 申請日期2002年1月31日 優先權日2002年1月31日
發明者吳維寧, 陳家宏, 張勤, 張文亮, 方玉河, 容健綱, 吳峽, 唐世宇, 王海濤, 馮萬興 申請人:國家電力公司武漢高壓研究所