一种配电线路接地故障定位系统及方法与流程

1.本发明涉及电力故障检测技术领域，尤其涉及一种配电线路接地故障定位系统及方法。


背景技术：

2.我国配电网和大型工矿企业的供电系统大多数采用小电流接地系统，即中性点不接地、中性点经消弧线圈接地或中性点经消弧线圈并(串)电阻接地以及中性点经高阻接地，小电流接地电网在单相接地故障时，非故障相的对地电压将升至倍，间歇电弧接地故障还会引发更高的过电压，这些均对电网中绝缘薄弱的环节构成威胁。单相接地故障长时间存在容易导致两相或多相短路故障的发生，所以，应该尽快找出故障线路并尽早排除故障。
3.当发生一相(如a相)不完全接地时，即通过高电阻或电弧接地，这时故障相的电压降低，非故障相的电压升高，它们大于相电压，但达不到线电压，如果发生a相完全接地，则故障相的电压降到零，非故障相的电压升高到线电压。
4.而现有的接地故障定位需要安装多个故障检测点，成本高，且现有的电流互感器都会有额定的检测范围，当电流变化过大时到处电流互感器损坏无法检测，而电流变化过小时造成电流互感器精度不过，也会导致检测出错，而在输电线路的接地故障检测中，不同相出现故障时，每一相之间的电流相差较大，现有的电流互感器难以同时对三相进行实时检测，即使能做到，其使用寿命也较低，导致电流互感器的成本过高。
5.例如，中国专利cn201911155639.6公开了一种便携式直流系统接地故障检测装置。该申请采用传统的霍尔电流传感器进行电流采集检测，收到霍尔电流传感器选型时的量程范围限制，长期使用过程中，寿命降低，对故障进行定位时需要多个故障检测装置，成本高。


技术实现要素：

6.本发明主要解决现有的技术中接地故障定位对接地故障进行定位时耗费大量检测装置导致成本高的问题；提供一种配电线路接地故障定位系统及方法，采用可移动的故障采集装置，降低故障检测成本，通过对故障采集装置的定位实现接地故障的定位，实时性和准确性高。
7.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种配电线路接地故障定位系统，包括故障采集装置，安装在输电线路上，用于采集输电线路的三相电流；无线通信模块，与故障采集装置连接，用于传递故障信息；无人机，通过无线通信模块与故障采集装置连接，用于接收故障信息；服务器，通过无线通信模块分别与无人机和故障采集装置连接，根据无人机传递故障信息的时间和故障采集装置传递故障信息的时间对接地故障位置进行定位。根据故障采集装置发送故障信息的时间以及无人机的位置，对故障采集装置的位置进行定位，实现接地故障位置的定位，故障采集装置为可移动式的装置，降低布置
成本，不需要对输电线路进行分段设置。
8.作为优选，所述的故障采集装置包括第一电流采集装置，安装在输电线路上，用于采集输电线路a相电流；第二电流采集装置，安装在输电线路上，用于采集输电线路b相电流；第三电流采集装置，安装在输电线路上，用于采集输电线路c相电流；故障检测装置，分别与第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置连接，将第一电流采集装置采集的输电线路a相电流、第二电流采集装置采集的输电线路b相电流和第三电流采集装置采集的输电线路c相电流判断输电线路进行第一次比较，将第一次比较结果传递给控制器；控制器，根据故障检测装置的第一次比较结果与设置的阈值进行第二次比较，判断输电线路是否出现接地故障。通过第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置分别采集三相电流，对输电线路的三相电流进行检测，判断每一相的电流是否正常，将采集的电流通过故障检测装置进行第一次比较，第一次比较时比较三相电流的大小，第二次比较时比较控制器预设的压强值与故障检测装置根据变化电流转换的压强值，经过两次比较后判断输电线路是否发生故障，不需要限制第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置的量程，只需将电流进行采集即可，减少了接地故障时电流的变化对电流采集装置的影响，提高了电流采集装置的使用寿命，同时，使得接地故障的检测更加准确。
9.作为优选，所述的无线通信模块包括蓝牙模块或wifi模块。蓝牙模块和wifi模块为成熟的无线通信模块，速度快，传输稳定。
10.作为优选，所述的第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置均为霍尔传感器。采用霍尔传感器、霍尔元件或者是感应线圈，只需要采集输电线的三相电流，不需要进行量程的设置，霍尔传感器为其中的一种电流采集方式，技术成熟，电流采集准确。
11.作为优选，所述的故障检测装置包括壳体、第一弹簧、第二弹簧、第三弹簧、第一弧形板、第二弧形板、第三弧形板、气囊和气压计，所述气囊设置在壳体内部的中间位置，所述第一弹簧的一端与壳体内壁固定连接，所述第一弹簧的另一端与第一弧形板连接，所述第一弧形板与气囊紧密抵接，所述第二弹簧的一端与壳体内壁固定连接，所述第二弹簧的另一端与第二弧形板连接，所述第二弧形板与气囊紧密抵接，所述第三弹簧的一端与壳体内壁固定连接，所述第三弹簧的另一端与第三弧形板连接，所述第三弧形板与气囊紧密抵接，所述第一电流采集装置与第一弹簧连接，所述第二电流采集装置与第二弹簧连接，第三电流采集装置与第三弹簧连接，所述第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置采集的电流大小相等时所述第一弧形板、第二弧形板和第三弧形板与气囊抵接形成一个圆将气囊密封，所述气压计设置在气囊内，用于检测气囊内的气体压强大小，所述气压计与控制器连接，所述控制器根据气压计检测的压强大小与设置的压强阈值范围进行比较，判断输电线路是否出现接地故障。当输电线路的a相电流、b相电流和c相电流的大小一致时，经过电流采集装置转化后的电流大小一致，对弹簧进行通电后，第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧的材料一致，则第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧进行相同程度的收缩，共同抵接气囊，形成一个圆将气囊包裹，第一弧形板、第二弧形板和第三弧形板均无法压迫气囊，当存在某一相出现接地故障时，该相电流降低，另外两相电流升高，电流下降对应的弹簧进行伸长，另外两相电流升高对应的弹簧进一步收缩，则第一弧形板、第二弧形板和第三弧形无法继续互相抵制，弹簧伸长对应的弧形板抵压气囊，使得气囊内部的压强产生变化，气压计检
测到压强变化后传递给控制器，控制器根据压强变化的阈值范围判断是否构成接地故障的电流变化。
12.作为优选，所述的第一弧形板、第二弧形板和第三弧形板大小形状相同，所述第一弧形板、第二弧形板和第三弧形板的弧长为气囊1/3圆周大小，所述第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧两两之间的夹角为120
°
。从三个方向抵住气囊，三者之间的压力刚好相互抵消，不会对气囊进行压迫，弹簧压缩程度相同时，气囊表面不受压力。
13.作为优选，所述的气囊的制作材料为柔性的塑性材料。防止气囊受压破裂，提高气囊的塑形。
14.作为优选，所述的壳体、第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置均设置有滑轮，所述滑轮与输电线路匹配卡接，所述壳体的侧边安装有固定装置，所述固定装置包括若干个风车臂、第一牵引绳、轴承、支杆、转筒、第二牵引绳、第一固定臂和第二固定臂，所述第一固定臂和第二固定臂与输电线路卡接，所述第一固定臂和第二固定臂均与支杆的下端转动连接，所述支杆的上端与轴承连接，若干个所述风车臂沿轴承圆周均与安装，所述转筒转动套接在支杆上，所述第一牵引绳的一端与风车臂连接，所述第一牵引绳的另一端与转筒的上端连接，所述第二牵引绳的一端与转筒的下端连接，所述第二牵引绳的另一端与第一固定臂和第二固定臂连接，所述第一固定臂和第二固定臂设置有相互吸引的磁铁，若干个所述风车臂为柔性的风车臂。设置滑轮，使得整体装置可以在输电线路进行移动，降低接地故障检测装置的布置成本，当无风状态时，风车臂静止，被第一牵引绳拉动向下弯，转筒向下滑动，第一固定臂和第二固定臂将输电线缆夹紧，使得整体装置固定安装在输电线缆上，当存在风时，风吹动风车臂，风车臂进行旋转，产生离心力，随着风车臂的旋转加快，风车臂由弯曲状拉直，带动转筒上移，转筒上移拉动第二牵引绳，将第一固定臂和第二固定臂拉开，向上进行移动，使得整体装置不在固定与输电线缆上，随着风车臂的转动方向进行移动。
15.一种配电线路接地故障定位方法，包括以下步骤：s0：记录无人机的坐标位置(x1，y1)和服务器的坐标位置(x2，y2)；s1：获取故障采集装置上传故障信息给服务器的开始时刻t1；s2：获取故障采集装置上传故障信息给服务器的结束时刻t2；s3：获取故障采集装置上传故障信息给无人机的开始时刻t3；s4：获取故障采集装置上传故障信息给无人机的结束时刻t4；s5：根据s1-s4的参数，结合电磁波在空气中的传播速度v，计算故障采集装置与服务器以及无人机的距离，根据无人机的坐标位置(x1，y1)和服务器的坐标位置(x2，y2)计算故障采集装置的坐标位置(x0，y0)，实现接地故障定位。根据故障采集装置发送故障信息的时间以及无人机的位置，对故障采集装置的位置进行定位，实现接地故障位置的定位，故障采集装置为可移动式的装置，降低布置成本，不需要对输电线路进行分段设置。
16.本发明的有益效果是：(1)通过无人机和服务器对故障采集装置进行实时定位，实现接地故障位置的定位，实时性和准确性高；(2)通过故障检测装置，使得第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置采集电路时不需要受到电流量程的限制，提高了电流采集装置的使用寿命；(3)将电流转换为压强大小进行比较后，不论电流变化多大或多小，均可以准确体现电流的变化程度，提高了接地故障检测的准确性；(4)设置滑轮和固
定装置，使得整体装置可以在输电线路上进行移动和固定，降低接地故障检测装置的布置成本。
附图说明
17.图1是本发明实施例的定位系统的原理框图。
18.图2是本发明实施例的故障检测装置的结构示意图。
19.图3是本发明实施例的固定装置的结构示意图。
20.图中1、故障采集装置，2、无线通信模块，3、无人机，4、服务器，8、壳体，9、第一弹簧，10、第二弹簧，11、第三弹簧，12、第一弧形板，13、第二弧形板，14、第三弧形板，15、气囊，16、第一固定臂，17、第二固定臂，18、转筒，19、轴承，20、风车臂，21、第一牵引绳，22、第二牵引绳，23、支杆。
具体实施方式
21.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
22.实施例：一种配电线路接地故障定位系统，如图1所示，包括故障采集装置1，安装在输电线路上，用于采集输电线路的三相电流；无线通信模块2，与故障采集装置连接，用于传递故障信息；无人机3，通过无线通信模块与故障采集装置连接，用于接收故障信息；服务器4，通过无线通信模块分别与无人机和故障采集装置连接，根据无人机传递故障信息的时间和故障采集装置传递故障信息的时间对接地故障位置进行定位。
23.故障采集装置包括第一电流采集装置，安装在输电线路上，用于采集输电线路a相电流；第二电流采集装置，安装在输电线路上，用于采集输电线路b相电流；第三电流采集装置，安装在输电线路上，用于采集输电线路c相电流；故障检测装置，分别与第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置连接，将第一电流采集装置采集的输电线路a相电流、第二电流采集装置采集的输电线路b相电流和第三电流采集装置采集的输电线路c相电流判断输电线路进行第一次比较，将第一次比较结果传递给控制器；控制器，根据故障检测装置的第一次比较结果与设置的阈值进行第二次比较，判断输电线路是否出现接地故障，控制器通过无线通信模块分别与服务器和无人机连接。
24.无线通信模块包括蓝牙模块或wifi模块；通过无线通信模块将故障信息传递给服务器和无人机。方便相关人员能快速的了解接地故障的位置。
25.第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置采用霍尔传感器、霍尔元件或者是感应线圈，只需要采集输电线的三相电流，不需要进行量程的设置，霍尔传感器为其中的一种电流采集方式，技术成熟，电流采集准确。
26.如图2所示，故障检测装置包括壳体8、第一弹簧9、第二弹簧10、第三弹簧11、第一弧形板12、第二弧形板13、第三弧形板14、气囊15和气压计，气囊设置在壳体内部的中间位置，第一弹簧的一端与壳体内壁固定连接，第一弹簧的另一端与第一弧形板连接，第一弧形板与气囊紧密抵接，第二弹簧的一端与壳体内壁固定连接，第二弹簧的另一端与第二弧形板连接，第二弧形板与气囊紧密抵接，第三弹簧的一端与壳体内壁固定连接，第三弹簧的另一端与第三弧形板连接，第三弧形板与气囊紧密抵接，第一电流采集装置与第一弹簧连接，第二电流采集装置与第二弹簧连接，第三电流采集装置与第三弹簧连接，第一电流采集装
置、第二电流采集装置和第三电流采集装置采集的电流大小相等时第一弧形板、第二弧形板和第三弧形板与气囊抵接形成一个圆将气囊密封，气压计设置在气囊内，用于检测气囊内的气体压强大小，气压计与控制器连接，控制器根据气压计检测的压强大小与设置的压强阈值范围进行比较，判断输电线路是否出现接地故障。
27.第一弧形板、第二弧形板和第三弧形板大小形状相同，第一弧形板、第二弧形板和第三弧形板的弧长为气囊1/3圆周大小，第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧两两之间的夹角为120
°
，气囊的制作材料为柔性的塑性材料。
28.壳体、第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置均设置有滑轮，滑轮与输电线路匹配卡接，壳体的侧边安装有固定装置，如图3所示，固定装置包括若干个风车臂20、第一牵引绳21、轴承19、支杆23、转筒18、第二牵引绳22、第一固定臂16和第二固定臂17，第一固定臂和第二固定臂与输电线路卡接，第一固定臂和第二固定臂均与支杆的下端转动连接，支杆的上端与轴承连接，若干个风车臂沿轴承圆周均与安装，转筒转动套接在支杆上，第一牵引绳的一端与风车臂连接，第一牵引绳的另一端与转筒的上端连接，第二牵引绳的一端与转筒的下端连接，第二牵引绳的另一端与第一固定臂和第二固定臂连接，第一固定臂和第二固定臂设置有相互吸引的磁铁，若干个风车臂为柔性的风车臂。
29.一种配电线路接地故障定位方法，包括以下步骤：s0：记录无人机的坐标位置(x1，y1)和服务器的坐标位置(x2，y2)；s1：获取故障采集装置上传故障信息给服务器的开始时刻t1；s2：获取故障采集装置上传故障信息给服务器的结束时刻t2；s3：获取故障采集装置上传故障信息给无人机的开始时刻t3；s4：获取故障采集装置上传故障信息给无人机的结束时刻t4；s5：根据s1-s4的参数，结合电磁波在空气中的传播速度v，计算故障采集装置与服务器以及无人机的距离，根据无人机的坐标位置(x1，y1)和服务器的坐标位置(x2，y2)计算故障采集装置的坐标位置(x0，y0)，实现接地故障定位。
30.具体计算式为：具体计算式为：根据式(1)和式(2)可求出x0和y0的值，即可确定故障采集装置的位置信息。
31.在实际应用中，故障采集装置通过第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置分别采集三相电流，对输电线路的三相电流进行检测，判断每一相的电流是否正常，将采集的电流通过故障检测装置进行第一次比较，第一次比较时比较三相电流的大小，第二次比较时比较控制器预设的压强值与故障检测装置根据变化电流转换的压强值，经过两次比较后判断输电线路是否发生故障，不需要限制第一电流采集装置、第二电流采集装置和第三电流采集装置的量程，只需将电流进行采集即可，减少了接地故障时电流的变化对电流采集装置的影响，提高了电流采集装置的使用寿命，同时，使得接地故障的检测更加准确，其中，故障检测装置的具体工作过程为：当输电线路的a相电流、b相电流和c相电流的大小一致时，经过电流采集装置转化后的电流大小一致，对弹簧进行通电后，第一弹
簧、第二弹簧和第三弹簧的材料一致，则第一弹簧、第二弹簧和第三弹簧进行相同程度的收缩，共同抵接气囊，形成一个圆将气囊包裹，第一弧形板、第二弧形板和第三弧形板均无法压迫气囊，当存在某一相出现接地故障时，该相电流降低，另外两相电流升高，电流下降对应的弹簧进行伸长，另外两相电流升高对应的弹簧进一步收缩，则第一弧形板、第二弧形板和第三弧形无法继续互相抵制，弹簧伸长对应的弧形板抵压气囊，使得气囊内部的压强产生变化，气压计检测到压强变化后传递给控制器，控制器根据压强变化的阈值范围判断是否构成接地故障的电流变化；设置滑轮，使得整体装置可以在输电线路进行移动，降低接地故障检测装置的布置成本，当无风状态时，风车臂静止，被第一牵引绳拉动向下弯，转筒向下滑动，第一固定臂和第二固定臂将输电线缆夹紧，使得整体装置固定安装在输电线缆上，当存在风时，风吹动风车臂，风车臂进行旋转，产生离心力，随着风车臂的旋转加快，风车臂由弯曲状拉直，带动转筒上移，转筒上移拉动第二牵引绳，将第一固定臂和第二固定臂拉开，向上进行移动，使得整体装置不在固定与输电线缆上，随着风车臂的转动方向进行移动，故障采集装置会实时采集接地故障，而当故障采集装置采集到接地故障时，由于故障采集装置可进行机械式自由移动，工作人员无法判断故障采集装置的位置，现有的国网输电线路常设有无人机巡检，故障采集装置发送故障信息时，同时发送给服务器和无人机，发送的信息中包含数据发出的时刻和数据接收的时刻，结合已知的电磁波在空气中的传播速度，即可计算出故障采集装置的位置，而故障采集装置是实时检测故障信息的，因此接地故障位置与故障采集装置的位置相近，基于此，即可实现接地故障的定位。
32.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。