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TLXJ-2小电流接地选线故障定位装置的几个关键技术
许云峰 ，何希顺
北京市天利自动化设备研究所 北京市
100083
摘要：小电流接地选线装置准确性差一直是困扰厂家和用户的难题。本文介绍了一种基于外加信号法的新型小电流接地选线装置，该装置采用了数字信号源技术、数字信号检测技术等关键技术，从根本上解决了模拟电路，由于温度飘移，元器件老化所产的频率不准，频率不稳定的缺陷。运行结果证明该装置是小电流接地选线的理想设备。
关键词：小电流接地选线、故障定位、外加信号法、数字信号源、数字信号检测。
1.概述
我国3KV-66KV配电网大多采用小电流接地方式既中性点非有效接地方式，包括中性点不接地系统和中性点经消弧线圈接地系统。中性点非有效接地系统的优点在于，发生单相接地时多数情况下能够自动熄弧并恢复绝缘。但是发生永久性接地故障时，为了防止因非故障相电压升高而导致故障扩大，必须尽快确定故障线路并予以切除，这就提出了单相接地故障选线问题。这个问题很长时间以来没有得到很好的解决，制约着配电网自动化的发展。
小电流接地选线装置按选线原理可分为零序电流电压法和外加信号法。零序电流、电压法通过接地时系统零序电压、零序电流的特征选线，既利用接地时系统自身的信号特征确定接地线路。外加信号法通过在系统中外加一特定频率的信号，该信号通过电压互感器二次侧输入，耦合到一次侧，再从母线流向接地线路，最后流入接地点，接地线路有信号流过，非接地线路无信号流过。根据上述原理，在每条线路的起始端安装一信号检测器，当信号检测器检测到特定信号时判定该线路为接地线路，未检测到特定信号时判定该线路为非接地线路。
2.装置组成及工作原理
2.1装置组成
装置由主机和信号检测器两部分组成，如图1所示
2.2装置工作原理
当系统发生单相接地故障时，主机通过检测零序电压及A、B、C三相电压确定接地线路所在母线及接地相别，然后在接地线路对应母线的PT二次侧外加一特定频率的电流信号，该信号由母线沿接地线路接地相流动并经接地点入地，如图2虚线所示为A相接地时外加信号电流在系统中的流动情况。根据电磁感应理论，该电流在线路周围产生电磁场，信号检测器接收该特定频率的电流信号产生的电磁波，将接收到的电磁波信号转换成电压信号，并经A/D转换成数字信号，通过RS485总线送到主机，主机根据各信号检测器发回的检测信号判定接地线路。当判定接地线路后，故障查找人员用信号检测器沿接地线路寻踪，就可以找到接地点的准确位置。
3.装置特点
本装置与依靠零序电流零序电压选线的装置相比，具有如下显著特点：
1)
不需安装零序电流互感器，特别适合老站改造和架空出线的变电站。
2)
具有故障定位功能。
3)
分布式结构，接线简单，扩充方便，一条线路的信号检测器故障不影响其它线路正常选线，可靠性高。
4)
选线过程不受系统运行方式及有无消弧线圈的影响，选线准确率高。
5)
高阻接地时也可准确选线。
本装置与国内同类产品相比，具有如下显著特点：
1)
信号检测器采用数字选频，从根本上解决了模拟选频频率漂移的缺陷，与模拟选频相比，抗干扰能力强，选频准确，频率分辨率高，稳定性好，选线准确率高。
2)
信号源采用数字信号源，从根本上解决了模拟信号源频率漂移的缺馅，与模拟信号源相比，输出信号频率稳定。
3)
装置具有人工智能功能，可识别站内与f0同频率的干扰信号，选线结果不受这些干扰信号的影响，大大提高了装置的抗干扰能力。
4.几个关键技术
4.1数字信号源
信号源的频率精度和稳定性直接决定外加信号法小电流接地选线装置的选线准确度。模拟信号源具有信号频率不准确，随着元器件老化，温度变化，信号频率变化的缺点。本装置采用单片计算机输出方波信号，通过滤波电路得到一个频率准确、稳定的正弦波信号。且输出信号的幅值和频率均可通过计算机整定。
4.2数字信号检测器
信号检测器安装在开关柜内或户外开关附近，紧靠高压输电线路，高压输电线路流过的工频电流数百安培，且含有大量高次谐波、三次谐波、五次谐波分量可达数十安培，而流过的信号电流只有几毫安至几十毫安，最大五十毫安。干扰比信号的幅值大数千倍，且频率非常接近。因此对信号检测器的选频特性要求很高，模拟电路需多级选频放大串联，容易产生自激，调试十分困难，工作不稳定。且模拟选频电路包含大量阻容元件，阻容元件数值随时间和温度变化，导致接收频率变化。为了从根本上解决模拟电路的致命缺陷，本装置采用数字选频，将天线接收的模拟信号经选频放大后转换成数字信号，进行数字滤波，再进行频谱分析，选出外加特定信号。
4.3装置抗干扰性能
外加信号法小电流接地选线装置因依靠电磁波的发射和接收原理工作，所以装置抗电磁波干扰的能力强弱直接决定该装置能否可靠工作。本装置除在硬件上采用了数字信号源，数字信号检测器提高系统的稳定性和抗干扰性外，在软件上还采取了抗干扰措施。系统正常工作时各信号检测器定时将检测到的特定频率的信号通过RS485总线送到主机，主机记录下该数据，有接地故障发生时，各信号检测器将故障时检测到的特定频率的信号发送到主机，主机根据故障前后数值差确定故障线路，因此，本装置不但能抗变电站工频及谐波电流的干扰，还能抵抗与信号源同频率的外加干扰。
5.结论
经过一年多,数个变电站的运行结果证明,TLXJ-2外加信号法小电流接地选线故障定位装置选线准确,故障定位准确，发射、接收频率稳定，抗干扰能力强，既可用于室内也可用于户外，是小电流接地选线故障定位的理想装置。
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