專利名稱：架空輸電線路故障定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)領(lǐng)域，更具體地涉及一種架空輸電線路故障定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，電力系統(tǒng)架空輸電線路電壓等級(jí)和輸送容量都在逐步提 高，架空輸電線路的故障準(zhǔn)確定位技術(shù)也越來越為人們所重視。故障準(zhǔn)確定位能夠幫助電 力系統(tǒng)工作人員準(zhǔn)確、快速的找到故障位置，這對(duì) 于及時(shí)修復(fù)線路、恢復(fù)可靠供電，保證電 力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行都有著十分重要的作用。如何快速、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)架空輸電線 路故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位是電力系統(tǒng)的一個(gè)重要研究課題。目前電力系統(tǒng)架空輸電線路故障定位有下述一些故障測(cè)距方法及裝置。第一類 以測(cè)量線路阻抗為目標(biāo)的檢測(cè)方法。具體有故障錄波法、脈沖反射法和電子電路構(gòu)成的阻 抗法測(cè)距。第二類電抗法。它是一種利用故障電壓和電流計(jì)算故障回路電抗值，從而標(biāo)定 出故障距離的方法。第三類行波法。它是通過測(cè)量故障時(shí)的電壓、電流行波在線路上的傳 播時(shí)間，利用波頭之間的時(shí)間差來計(jì)算故障距離。以上所有方法都存在一個(gè)問題那就是故 障定位偏差大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種架空輸電線路故障定位系統(tǒng)。基于本發(fā)明能夠克服現(xiàn)有技術(shù)中的 缺陷，減小故障定位的偏差。本發(fā)明公開了一種架空輸電線路故障定位系統(tǒng)，包括基站和多個(gè)電流相位檢測(cè) 裝置，所述每一電流相位檢測(cè)裝置設(shè)置于架空輸電線路桿塔的每一相輸電導(dǎo)線上；并且， 所述基站和所述多個(gè)電流相位檢測(cè)裝置構(gòu)成Zigbee網(wǎng)絡(luò)，以依據(jù)802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，在所述 Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的定位。上述故障定位系統(tǒng)，優(yōu)選所述電流相位檢測(cè)裝置包括信號(hào)及電源電路、控制器、 射頻放大器和天線，所述控制器、所述射頻放大器和所述天線依次順序連接；所述信號(hào)及電 源電路包括信號(hào)部分和電源部分，所述信號(hào)部分與所述每一相輸電導(dǎo)線相連接，用于檢測(cè) 輸電導(dǎo)線中電流的相位，所述電源部分分別與所述控制器、所述射頻放大器相連接，用以給 所述控制器、所述射頻放大器提供電源。上述故障定位系統(tǒng)，優(yōu)選所述電源部分包括電流互感器TA、由整流二極管VI、V2、 V3及V4構(gòu)成的全波整流電路、穩(wěn)壓管DW、隔離二極管D5和濾波電容C ；電流互感器TA — 次側(cè)為架空輸電線路的輸電導(dǎo)線，該導(dǎo)線穿過電流互感器TA的閉合鐵芯；電流互感器TA的 二次側(cè)兩端接在由整流二極管VI、V2、V3及V4構(gòu)成的全波整流電路的交流輸入端，全波整 流電路的直流輸出端正極與穩(wěn)壓管DW的陽極及隔離二極管D5的陽極連接在一起，隔離二 極管D5的陰極接濾波電容C的陽極；全波整流電路的直流輸出端負(fù)極與穩(wěn)壓管DW的陰極 及濾波電容C的陰極連接在一起。上述故障定位系統(tǒng)，優(yōu)選所述信號(hào)部分包括所述電流互感器TA、限流電阻R1、光電耦合器GD和電阻R2，輸電導(dǎo)線一次側(cè)電流經(jīng)所述電流互感器TA感應(yīng)為二次側(cè)電流，所述二次側(cè)電流經(jīng)所述限流電阻Rl與所述光電耦合器GD的發(fā)射端相連接；電源正端VCC經(jīng)所 述電阻R2與所述光電耦合器GD的接受端連接；所述電阻R2與所述光電耦合器GD的接受 端連接點(diǎn)輸出電流相位信號(hào)。上述故障定位系統(tǒng)，優(yōu)選所述控制器為CC2530芯片。上述故障定位系統(tǒng)，優(yōu)選所述射頻放大器為MAX2247射頻放大器。上述故障定位系統(tǒng)，優(yōu)選所述基站包括PC機(jī)、控制器、射頻放大器、天線和3. 3V 電源，所述PC機(jī)、控制器、射頻放大器和天線依次順序連接；所述控制器和射頻放大器的電 源由3. 3V電源提供；所述控制器為CC2530芯片；所述射頻放大器為MAX2247射頻放大器。上述故障定位系統(tǒng)，優(yōu)選所述的PC機(jī)與所述控制器通過USART0SPI串口通訊方式 連接，3. 3V電源直接通過市電降壓整流穩(wěn)壓得到。本發(fā)明利用架空輸電線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)故障點(diǎn)兩端的導(dǎo)線線電流相位發(fā)生變化來 判定位故障位置，大大減小了故障定位的偏差。


圖1為本發(fā)明的工作原理圖；圖2為本發(fā)明采用的故障定位系統(tǒng)(a相)示意圖；圖3為本發(fā)明電流相位檢測(cè)裝置方框圖；圖4為本發(fā)明信號(hào)及電源部分的電路圖；圖5為電流_電壓相位波形圖；圖6為本發(fā)明CC2530編程控制芯片的電路示意圖；圖7為本發(fā)明射頻放大器的電路示意圖；圖8為本發(fā)明基站Mtl的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí) 施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。本發(fā)明的工作原理介紹如下如圖1所示，在A、B之間是架空輸電線路L，為a、b、c三相輸電線路。正常運(yùn)行 時(shí)，整個(gè)輸電線路每相導(dǎo)線中，線電流處處大小相等，相位相同(輸電線路分布電容電流影 響不大，可以忽略不計(jì))。當(dāng)f點(diǎn)發(fā)生短路故障時(shí)(1)、如果A、B端都有等值電源存在，則 在故障點(diǎn)f兩側(cè)輸電線路的電流相位不同；(2)如果A端有等值電源存在，B端沒有等值電 源存在，則A側(cè)有短路電流，B側(cè)無短路電流；(3)如果B端有等值電源存在，A端沒有等值 電源存在，則B側(cè)有短路電流，A側(cè)無短路電流?？偠灾?dāng)輸電線路發(fā)生短路故障時(shí)，短 路點(diǎn)兩側(cè)電流相位一定不同。依靠輸電線路中電流相位的變化，就可以準(zhǔn)確的定位短路點(diǎn)。架空輸電線路的輸電導(dǎo)線是經(jīng)絕緣子與桿塔固定連接的。一條架空輸電線路是由 許多個(gè)桿塔支撐著輸電導(dǎo)線構(gòu)成的。一般架空輸電線路的桿塔之間距離大約在100-500m 之間。只要能準(zhǔn)確的定位短路故障發(fā)生在某2個(gè)桿塔之間，就可以快速的找到故障點(diǎn)。下面對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
如圖2所示，整個(gè)架空輸電線路有η個(gè)桿塔，桿塔的編號(hào)為1、2、3... i、i+1. . . η。 在每個(gè)桿塔的每一相輸電導(dǎo)線上加裝一個(gè)電流相位檢測(cè)裝置，一共加裝3η個(gè)電流相位檢 測(cè)裝置。下面以a相為例來說明。對(duì)應(yīng)著桿塔1、2、3. . . i、i+1. . . η的電流相位檢測(cè)裝置編號(hào)為禮、M2, M3. . . Mi, Mi+1. . .Mn。當(dāng)a相發(fā)生短路故障時(shí)，比如在桿塔i與桿塔i+Ι之間發(fā)生短路故障，那么電流 相位檢測(cè)裝置Mi、M2、M3. . . Mi處檢測(cè)到的輸電線路電流相位是相同的，而Mi與Mi+1處檢測(cè)到 的輸電線路電流相位不同，相位發(fā)生了變化。利用電流相位的這種變化就可以確定短路發(fā) 生在桿塔i與桿塔i+Ι之間。使用電流相位檢測(cè)裝置禮^2^3. . .Mi、Mi+1. . .Mn，將每個(gè)電流 相位檢測(cè)裝置安裝處的電流相位變化信息傳遞到置于輸電線路L端的監(jiān)測(cè)設(shè)備Mc^簡(jiǎn)稱為 基站Mtl，一般在含有等值電源那端)上。在基站MO上就可以定位出短路故障發(fā)生的位置。
同樣，b、c相的故障定位方法與a相類似。Zigbee是IEEE 802. 15. 4協(xié)議的代名詞。根據(jù)這個(gè)協(xié)議規(guī)定的技術(shù)是一種短距 離、低功耗、自組織及低成本的無線通信技術(shù)。比如使用芯片CC2530(每塊芯片的價(jià)格大約 為2美元)來構(gòu)成一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，它依據(jù)802. 15. 4標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)千個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 之間相互協(xié)調(diào)實(shí)現(xiàn)通信。這些Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)只需要很少的能量，以接力的方式通過無線 電波將數(shù)據(jù)從一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳到另一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。每個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn) 不僅本身可以作為監(jiān)控對(duì)象，例如用其所連接的電流互感器直接進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，還 可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)別的Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳過來的數(shù)據(jù)資料。一個(gè)Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)傳輸范圍一 般介于10 IOOm之間，在增加RF發(fā)射功率后，亦可增加到1 3km。這里指的傳輸范圍是 相鄰節(jié)點(diǎn)間的距離。通過節(jié)點(diǎn)間通信的接力，傳輸距離將可以非常遠(yuǎn)。Zigbee網(wǎng)絡(luò)通信使 用免執(zhí)照頻段2. 4GHz。Zigbee可采用星狀、片狀和網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由一個(gè)主節(jié)點(diǎn)管理若干 子節(jié)點(diǎn)，最多一個(gè)主節(jié)點(diǎn)可管理254個(gè)子節(jié)點(diǎn)；同時(shí)主節(jié)點(diǎn)還可由上一層網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)管理，最 多可組成65000個(gè)節(jié)點(diǎn)的大網(wǎng)。本發(fā)明中使用的電流相位檢測(cè)裝置MpM2、M3. . .Mi、Mi+1. ..Mn 以及基站Mtl就是由Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的，編程控制芯片采用CC2530。圖3為本發(fā)明電流相位檢測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。該電流相位檢測(cè)裝置包括信號(hào)及電 源電路、CC2530編程控制芯片、MAX2247射頻放大器和天線。信號(hào)及電源電路作用有兩點(diǎn)，一是檢測(cè)所安裝電流相位檢測(cè)裝置處輸電線路中導(dǎo) 線電流的相位，二是給整個(gè)電流相位檢測(cè)裝置提供電源。CC2530編程控制構(gòu)成了 Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的核心部分，它的作用是通過編程來控 制CC2530發(fā)射和接受信息，并對(duì)相位信息進(jìn)行比較處理。MAX2247射頻放大部分作用是將CC2530編程控制的發(fā)射信息功率放大以增大發(fā) 射距離。天線的作用是發(fā)射和接受信息。參照?qǐng)D4，圖4為信號(hào)及電源電路示意圖，包括電源部分經(jīng)電流互感器TA將輸電線路一次側(cè)電流;^感應(yīng)到二次側(cè)，感應(yīng)電流為
J2 ,由整流二極管V1、V2、V3及V4全波整流，穩(wěn)壓管DW穩(wěn)壓為4V，通過隔離二極管D5向電 容C充電，構(gòu)成3. 3V電源。信號(hào)部分經(jīng)電流互感器TA將輸電線路一次側(cè)電流；^感應(yīng)到二次側(cè)電流& ,經(jīng)限流電阻Rl接光電耦合器GD發(fā)射端，在光電耦合器GD的接收端I/O 口得到如圖5所示方波 電壓VIA)。這個(gè)方波電壓VIA)信號(hào)里包含有一次側(cè)輸電線路導(dǎo)線中的電流相位信息。電流互感器TA鐵芯采用特制的環(huán)形鐵芯，一次側(cè)穿過鐵芯，二次側(cè)線圈繞在鐵芯 上。整個(gè)環(huán)形鐵芯分為可以拼接在一起的兩半，以方便在現(xiàn)場(chǎng)安裝。參照?qǐng)D5，圖5為電流-電壓相位波形圖。圖中，電 流互感器TA的一次側(cè)波形為；[,電流互感器TA的二次側(cè)波形為；[2，圖中沒
有計(jì)及電流互感器一次側(cè)電流與二次側(cè)電流的相位差。VIA)為經(jīng)過信號(hào)轉(zhuǎn)換得到的一次側(cè) 電流的電壓方波。這個(gè)方波電壓信號(hào)里包含有一次側(cè)輸電線路導(dǎo)線中的電流相位信息。參照?qǐng)D6，圖6為本發(fā)明CC2530編程控制芯片的電路示意圖。在圖中，I/O端口為方波信號(hào)接收端口，RFOUT為射頻信號(hào)發(fā)送端口。將包含有本 節(jié)點(diǎn)⑴一次側(cè)輸電線路導(dǎo)線中的電流相位信息的方波電壓信號(hào)VIA)輸入到CC2530的通 用I/O端口 (比如11腳的Ph 口)。通過對(duì)CC2530編程和控制，將檢測(cè)到的輸入的方波信 號(hào)發(fā)送出去，以供下一個(gè)節(jié)點(diǎn)(i+Ι)接收比較，同時(shí)接收從上一個(gè)節(jié)點(diǎn)(i_l)發(fā)射來的方波 信號(hào)與本節(jié)點(diǎn)(i)的方波信號(hào)進(jìn)行比較，計(jì)算得到本節(jié)點(diǎn)(i)與上一個(gè)節(jié)點(diǎn)(i_l)方波信 號(hào)的相位變化情況。具體是檢測(cè)本節(jié)點(diǎn)(i節(jié)點(diǎn))處的電流相位并且發(fā)射出去，以供下一個(gè) 節(jié)點(diǎn)(i+Ι節(jié)點(diǎn))接受。接受上一個(gè)節(jié)點(diǎn)(i_l)的電流相位并與本節(jié)點(diǎn)(i)電流相位相比 較。如果本節(jié)點(diǎn)(i)與上一個(gè)節(jié)點(diǎn)(i_l)電流相位相同，則發(fā)射信息為本節(jié)點(diǎn)(i)編號(hào)和 相位沒有變化代碼1，反之，如果本節(jié)點(diǎn)(i)與上一個(gè)節(jié)點(diǎn)(i_l)電流相位不相同，則發(fā)射信 息為本節(jié)點(diǎn)(i)編號(hào)和相位變化代碼0。參照?qǐng)D7，圖7為射頻放大器的電路示意圖。通過端口 RFOUT將CC2530芯片輸出 的射頻信號(hào)通過MAX2247及它的外部電路將信號(hào)的功率放大，通過天線發(fā)射出去，以使得 信號(hào)傳輸距離達(dá)到lKm。參照?qǐng)D8，圖8為本發(fā)明基站Mtl方框圖，圖中，CC2530、MAX2247及天線這3部分接 線方法與圖3中的接線相似，3. 3V電源可以直接通過市電降壓整流穩(wěn)壓得到。CC2530通過 USART0SPI串口通訊方式與計(jì)算機(jī)連接，CC2530的端口選擇P0_2、P0_3、P0-4和P0-5。通 過計(jì)算機(jī)編程處理數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)上顯示出各個(gè)桿塔處的輸電線路電流相位變化情況，從 而定位故障點(diǎn)。電流相位檢測(cè)裝置由于所用電流互感器TA器件一次側(cè)與二次側(cè)相位差參數(shù)的分 散性，所用光電耦合器GD參數(shù)的分散性以及兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信延時(shí)，必然會(huì)造成相鄰兩 節(jié)點(diǎn)間的相位數(shù)據(jù)即使是在一次測(cè)電流完全同相位下也會(huì)有一定差距，所以編程判斷時(shí)， 要在相鄰兩節(jié)點(diǎn)間設(shè)定一個(gè)相位誤差范圍S。相對(duì)于故障點(diǎn)兩側(cè)電流相位的相位差而言， 這個(gè)誤差是極小的。如果相鄰節(jié)點(diǎn)的相位誤差比S小，就認(rèn)為這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)同相位。否則， 就認(rèn)為這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)相位發(fā)生了變化。以上對(duì)本發(fā)明所提供的一種架空輸電線路故障定位系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)介紹，本文中應(yīng) 用了具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助 理解本發(fā)明的系統(tǒng)及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想， 在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本 發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
一種架空輸電線路故障定位系統(tǒng)，其特征在于，包括基站和多個(gè)電流相位檢測(cè)裝置，所述每一電流相位檢測(cè)裝置設(shè)置于架空輸電線路桿塔的每一相輸電導(dǎo)線上；并且，所述基站和所述多個(gè)電流相位檢測(cè)裝置構(gòu)成Zigbee網(wǎng)絡(luò)，以依據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的定位。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述電流相位檢測(cè)裝置包括信號(hào)及電源電路、控制器、射頻放大器和天線，所述控制器、所述射頻放大器和所述天線依次順序連接；所述信號(hào)及電源電路包括信號(hào)部分和電源部分，所述信號(hào)部分與所述每一相輸電導(dǎo)線 相連接，用于檢測(cè)輸電導(dǎo)線中電流的相位，所述電源部分分別與所述控制器、所述射頻放大 器相連接，用以給所述控制器、所述射頻放大器提供電源。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述電源部分包括電流互感器TA、由整流二極管V1、V2、V3及V4構(gòu)成的全波整流電路、 穩(wěn)壓管DW、隔離二極管D5和濾波電容C ；電流互感器TA —次側(cè)為架空輸電線路的輸電導(dǎo)線，該導(dǎo)線穿過電流互感器TA的閉合 鐵芯；電流互感器TA的二次側(cè)兩端接在由整流二極管VI、V2、V3及V4構(gòu)成的全波整流電 路的交流輸入端，全波整流電路的直流輸出端正極與穩(wěn)壓管DW的陽極及隔離二極管D5的 陽極連接在一起，隔離二極管D5的陰極接濾波電容C的陽極；全波整流電路的直流輸出端 負(fù)極與穩(wěn)壓管DW的陰極及濾波電容C的陰極連接在一起。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述信號(hào)部分包括所述電流互感器TA、限流電阻R1、光電耦合器GD和電阻R2，輸電導(dǎo) 線一次側(cè)電流經(jīng)所述電流互感器TA感應(yīng)為二次側(cè)電流，所述二次側(cè)電流經(jīng)所述限流電阻 Rl與所述光電耦合器GD的發(fā)射端相連接；電源正端VCC經(jīng)所述電阻R2與所述光電耦合器 GD的接受端連接；所述電阻R2與所述光電耦合器GD的接受端連接點(diǎn)輸出電流相位信號(hào)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述控制器為CC2530芯片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述射頻放大器為MAX2247射頻 放大器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述基站包括PC機(jī)、控制器、射頻放大器、天線和3. 3V電源，所述PC機(jī)、控制器、射頻放大器和天線依 次順序連接；所述控制器和射頻放大器的電源由3. 3V電源提供；所述控制器為CC2530芯 片；所述射頻放大器為MAX2247射頻放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的故障定位系統(tǒng)，其特征在于，所述的PC機(jī)與所述控制器通過USART0SPI串口通訊方式連接，3. 3V電源直接通過市電 降壓整流穩(wěn)壓得到。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種架空輸電線路故障定位系統(tǒng)、電流相位檢測(cè)裝置。該系統(tǒng)包括基站和多個(gè)電流相位檢測(cè)裝置，所述每一電流相位檢測(cè)裝置設(shè)置于架空輸電線路桿塔的每一相輸電導(dǎo)線上；并且，所述基站和所述多個(gè)電流相位檢測(cè)裝置構(gòu)成Zigbee網(wǎng)絡(luò)，以依據(jù)802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，在所述Zigbee網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行通信以實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的定位。本發(fā)明利用架空輸電線路區(qū)內(nèi)故障時(shí)故障點(diǎn)兩端的導(dǎo)線線電流相位發(fā)生變化來判定位故障位置，大大減小了故障定位的偏差。
文檔編號(hào)G01R31/08GK101871990SQ20101018930
公開日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2010年5月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月24日
發(fā)明者劉平竹 申請(qǐng)人:北京交通大學(xué)