输电线路运行故障分析与在线检测

１ 线路运行故障分析
１１ 单相接地故障分析 ．
中性点不接地 系统在正常运行时， 各相对地分 布 电容相 同 ， 三相 对 地 电容 电 流对 称 ， 其 和为 零 ， 且 各相 对地 分布 电 压 为相 电压 。如 图 １所 示 ， 中为 图 ｋ点发 生单 相完 全接 地故 障的 情况 。由此 可 分 析得 出： 中性 点不接 地 系统发 生单 相完 全接 地故 障时 ， 线
一 电压Ａ ＋ 电压Ｂ 电压 ｃ
— 一
（） ａ 电压
｝
．． ． 上 。 —．
＋ 电压 Ａ
－ ，
＼ 一
ｌ ２
一一
一
＋ 电压Ｂ 一 电压ｃ
流信号的采集分析， 设计了一套线路在线智能监测系 统， 可安装在输配电线路上 ， 于在线监测 线路运行及 用 故 障情况 ， 一套具有远程 传输能力 的可分步监控 、 是 集 中管理 、 即时通 知型 的智 能化管 理系统 。该 系统 具有 较强实时 Ｉ 能采集到 电力 线路 的电压参 数 ， 能接受 生， 并 远程终端的控 制 ， 无需人工 照料看管 ， 并且遇 到异常 的 情况能及 时的报警 。为 网络优化人 员的工作提供 了非 常准确 的网络信 息和较方便 的操作。
３ ３秒后 线路 处 于停 电状 态 ， 路故 障后 电流 Ｉ ） 线
＝０。
以上 三 个 条 件 同 时满 足 ， 测 终 端判 断该 位 置 检 的线 路后 出现 相 间短路 故 障 。 对 由舞 动 等 原 因造成 相 间短 路 的故 障 ， 系统 本 拟采 用相 电流检 测 方 法 。对 各相 的 电流 进 行 检 测 ， 当任 意两 相线 路 中出 现 突变 电流 ， 由于 电 网对 线 路 都 有 方 向性 电流保 护 ， 电流 持续 时 间不 超 过 ３秒 大 钟 时保 护就会 启 动 ， 然后 线路 处于 停 电状态 。因此 ， 可针 对 短路 特征 进 行 对 相 电 流 检测 ， 据 各 时段 的 根 特征 综 合分 析 ， 即可 判断 检测 相 问短 路 。
有 ３个 条件 ： １ 线路 中出现 突变 电流 ； ） ２ 大 电流持 续 时 问不 超 过 ３秒 ， ） 电流 突 变 时 间
△Ｔ在 ０ ０ ．２～３秒之 间 ；
系统初 始化 ， 后进 行 检测 点 的数 据 采集 ， 完 成相 然 并 应 的分 析 、 处理 。系 统各 部 分 功能 由子程 序 来 完成 。 ＰＣ ８ ４ ２ Ｉ１ Ｆ４ ０单片 机的主程序框 图如 图 ４所示 。
电压 不 变 ， 而非 故 障 相 对 地 电 压 升 高 为 原 来 的 √ ３ 倍 ； 相接 地后 ， 单 单相 接 地 电流等 于正 常时 单相对 地
电容 电流 的 ３倍 。
以上三个条件 同时满足时 ， 检测终端判断该位 置 的线 路后 ， 出现单相 接地 故 障 。
１２ 相间短路故障分析 ．
图 １ 中性 点 不 接 地 系统 的 Ａ相 接 地
及 其 对 应 的相 量 图
５７次 等 高 次 谐 波增 大现 象 ， ， 以及 该 线 路 零 序 电流 增大。综合 以上情况 ， 本系统在线路发生单相接地 故 障 时判据 如下 ： １ 线路 中有 突然 增大 的暂 态 电容 电流 ； ） ２ 接地 线路 电压 降低 ３Ｖ 以上 ； ） ｋ ３ 接地线 路 依然处 于 供 电状 态 。 ）
图 ４ 单 片 机 的 主 程 序 框 图
３２ 上位机部分软件设计 ．
根 据对 用 户需 求 的分 析 及我 们所 确定 的设 计 原 则 ， 路运 行在 线 监测 系统 实 际上 应 该 是 一 个 基 于 线 Ｗｉｄｗ 的 应 用 平 台 。该 平 台需 承 担 原 始 数 据 导 ｎｏ ｓ 入 ， 线诊 断 ， 在 查询 、 改 和存 储 诊 断结 果 等 诸 多 功 修 能 。这些 功 能具体 就 涉及人 机 界面 、 据库 管理 、 数 数 值计 算 与分 析等 多方 面 的工作 。 因此 ， 整个 上位 机部 分 软件设 计 中 ， 用 移动 在 运 通 信 网络传 输线 路 的 当前 运行 状 态 ， Ｓ 模块 接 收 ＧＭ 消息， 通过电脑串口来读取短信 ， 编制短消息的解码 程序 ， 对短 消 息进 行分 类 处 理 。 整个 系统 软 件 部 并
析发现 ， 障发生前 ， 故 线路正常工作 ， 线路 电压 、 电流 稳定 ； 障发 生 后 ， 相 电压 降 为 ０， 故 Ａ 电容 电 流 降 为
０ 其余 两 相 的对地 电压 升高 约 为 √ 相 电压 ， 地 ， ３倍 对 电容 电流 也相 应地 增 大为 倍 ， 据 系统设 定 的判 依 定原 则 ， 因而 可 以确 定 线 路 发 生 Ａ 相 完 全 接 地 故
第 １ ６卷
相 间短路 故 障如 图 ２所 示 ， 由此可分 析 得 出 ： 配 电线 路发 生相 问短路 时 ， 当于两 个 电源直 接 短接 ， 相 变 电站 和故 障点 直 接 的 回路 上会 流过 很 大 的 电流 ， 同时变 电所 的继 电保 护装 置会 按 照实 现设 定 的规则 启动 保 护 ， 得 线路 跳 闸断 电 。因此 ， 使 短路 故 障判据
收 稿 日期 ：０ １ ｌ１ ２ １－ 一０ ０ 作 者简 介 ： 昌模 （９ ０一） 讲师 ， 姚 １８ ， 研究方 向 ： 电气工程 。
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图 ２ 输 电 线 路 的 相 间 短 路
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重 庆 电 力 高 等 专 科 学 校 学 报
４ 试验调 试研究
本试 验 以线 路 发 生 Ａ相 完 全 接 地 故 障 为 例 。 图５ 为实验 中检测终端采集 电压 、 电流数据 。经分
编语言源代码进行编译 ， 生产可 以在 目标上运行 的 可 执行 代 码 。代码 调试 工具 根据 调试 者 的命 令 观察 状态 ， 控制 代码 的执 行 ， 行 结 果 显 示 ， 用 户 的代 进 对 码 进行 调 试或 性能 测试 。 针对电力系统的要求 ， 并结合检测系统的实际连 接， 在此 主要 完成 了系统 主程 序 以及 实现 数据 采集 和 处理功 能 的子 程 序设 计 。主程 序 主要 协 调 系统 各 部 分 的运 行 ， 在系 统加 电启动 后 ， 首先 进 行 程序 加 载 和
图 ３ 在 线 检 测 系统 硬 件 设 计 框 图
Baidu Nhomakorabea
分 还需要 根 据实 际情 况对 线路 的状 态 进行 编码 。而 解 码程 序 不 仅 包 括 对 移 动 网 络 传 输 消 息 协 议 的解 码， 还需 要 对线 路 的状态 进行 解码 。
３ １ 单片机部分软件设计 ．
单 片 机 的软件 开发 包括 代码 生产 工 具和 代码 调 试 工具 。代码 生成 工具 对用 户 开发 的高 级语 言 或汇
３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １ ｌ ｌ ｌ ０ ｌ ２ ３
（） ｂ 电容 电流
参考文献 ：
［ ］ 曹建 平 ， １ 倪瑛 ． 电变 压器检 测终 端现状 及发 展 ［ ］ 配 Ｊ． 电气应用 ，０ ５ （ ） ２０ ， １ ． ［ ］ 王慧 ， ２ 范玉林 ， 桑在 中． Ｓ注入法 与选线定 位 ［ ］ 电力 Ｊ． 自动化设备 ，９ ９ （ ） １９ ，３ ． ［ ］ 张 占龙 ， 冰 ， ３ 李 杨霁 ， ． 波感 应式 电力 线 防盗在 线 等 微 监测 系统 ［ ］ 电力 系统 自动化 ，０６，２ ） Ｊ． ２ ０ （２ ． ［ ］ 王伟． 于 Ｇ Ｍ 短信 的信息 管理 系统开 发 ［ ． ４ 基 Ｓ Ｄ］ 哈尔 滨： 哈尔滨工程大学 ，０ ６ ２０ ． ［ ］ 陈雷 ， ５ 丁晓 明． Ｓ 短 消息 系统在 远程 数据采 集 中的 ＧＭ
长期 以来 ，电力 系统研 究 人员 提 出 了多种 易 于 在计 算机 上实 现 的故 障点定 位 算法 ，主要 是 针 对单
相接地故障的， 而对相间短路故 障点定位方法 的研 究还 不够 ， 相 间 短 路故 障 的机 率 远 小 于 单相 接 虽然 地故障 ， 但进一步完善其故障点定位方法仍然有其
必要 性 。
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Ｚｓ＝Ｚｓ ２ Ｚｓ ｏ
当然 ， 线路发生单相接地故 障时 ， 根据不同的接 地 条 件 （ 如 金 属 性 接 地 、 阻接 地 等 ） 会 出现 多 例 高 ， 种复杂的暂态现象 ， 包括 出现线路对地 的分布 电容 放 电电流 ， 地 线 路 对 地 电压 下 降 ， 地 线 路 出 现 接 接
障， 将故障信息通过 Ｇ Ｍ发送到后台系统。后台系 Ｓ 统 软件报 警 ， 出报 警 窗 口， 图 ６所 示 ， 弹 如 显示 线 路
第１ 期
姚 昌模 等 ： 输 电线路运行故 障分析与在线检测
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概 况 、 电类 型及 负 责人信 息 ， 掉 并提 示是 否 向负 责人 发送 故 障信 息 。试 验 中 ， 验人 员 手机 能 够 接 收 故 实
第１ ６卷
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第 １ 期
Ｎｏ ．１
重庆电力高等专科学校学报
Ｊｕｎｌ ｆ ｈｎｑｎ ｌ ｔｃＰ ｗ ｒ ｏｅｅ ｏｒａ ｏ ｏｇ ｉ Ｅｅ ｒ ｏ ｅ ｌ ｇ Ｃ ｇ ｃｉ Ｃ ｌ
２１ ０ １年 ２月
Ｆｅ ２ ｂ． ０１１
输 电线路 运行故障分析 与在 线检测
实现对线路单相 接地 和相 间短路等故障的在线检测 。
【 关铡 可 】故障； 在线检测 ；Ｓ ＧＭ 【 中图分类号】 Ｍ １ Ｔ ７３ 【 文献标识码】 Ａ
【 文章编号】０８ ０２ ２ １）１ ０５ ３ １ — ３ （０１０－ ８－ ０８ ０ ０
Ｕ 再 青
当前我 国的电网建设正取得快速发展 ， 电网容 量 、 网潮流越 来 越 大 ， 电 电力 设 备越 来 越 多 ， 民经 国 济对电力的依赖性也越来越强 ， 对供电可靠性 的要 求 也越 来越 高 。在城 市 配 电网 中多采用 中性 点不 接 地的运行方式。线路故障 ， 尤其是单相接地故 障的 快速 准确定 位对 于 提高供 电可靠性 、 少停 电 时间 、 减 减少人工故障巡线时间具有 重要意义 ， 这就要求研 制 出可靠的、 智能的线路在线检测系统。 本文通过分析线路运行故障的机理 ， 设计 了以 ＰＣ ８ ４２ Ｉ１Ｆ ４０单 片 机 为 核 心 的输 电线 路 在 线 检 测 终 端 系统 ， 主要 功 能是 可 以实 现对 线 路 单 相 接 地 和 其 相间短路等故障的在线检测 ， 系统可安装在输配 且 电线路 上 ， 一套 具有 远程 传输 能力 的可 分 步监控 、 是 集 中管 理 、 即时通 知 型的智 能化 在线 检测 系统 。
２ 在线检测系统硬件设计
对 于检 测 系统 硬件 设 计 是 以单 片机 为 核 心 ， 实 现线 路 的在 线检 测 并 上 传 及 节 点 间 数据 通 讯 ， 保证 系 统检 测 的可靠 性 、 准确 性 、 时性 。整个 系统有 电 实 源 部分 、 信接 口 电路 、 通 中央 处 理 电路 、 电压 采 样 电 路、 电流采 集 电路 等部 分组 成 ， 图 ３所 示 。 如
姚昌模 ， 张占龙
（．重 庆大 学 电气 工程学 院 ， １ 重庆 ４０ ３ ；．重庆 电力 高等 专科 学校 ， 庆 ４ ０５ ） ００ ０２ 重 ００ ３
【 摘 要 】通过分析线路运行故 障的机理 ， 以 ＰＣ ８４２ 片机 为核心 的输 电线路在 线检测 终端 系统 ， 设计 Ｉ１Ｆ４０单 从而
５ 结束语
对 于单相接地和相 间短路故障 的故 障点难 以快 速 准确定位 的状况 ， 文主要通过对输 电线路上 电压 、 本 电
障短信。在不同故 障的情况下 ， 系统报警正确 ， 明 证 了设 备 的可靠 性 。
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