一种配电网单相接地故障定位装置及方法

1.一种配电网单相接地故障定位装置，其特征在于，所述故障定位装置安装于被检测线路两端变电站，采用行波法对配电网单相接地故障进行定位，利用故障行波并借助GPS进行双端定位，所述故障定位装置由行波传感器、GPS采样单元、中央处理单元和故障定位主机四部分组成，行波传感器套接于线路两端的CVT地线上。
2.如权利要求1所述的一种配电网单相接地故障定位装置，其特征在于，所述GPS行波采样单元包括行波信号处理模块和GPS计时模块，
行波信号处理模块对行波波头进行检测，辨识行波波头；GPS计时模块为行波波头的到达提供准确的时间，
行波信号处理模块由行波极性检测电路和行波波头突变检测电路组成，采用行波的幅值实现行波波头和极性检出，
全波整流电路将负行波转变为正行波，如果有幅值大于设定值的行波波头出现，则确定为故障行波，第二电平比较器输出行波波头突变信号；第一电平比较器与正行波比较，若正行波幅值大于设定值，则输出检测行波极性信号，对负行波不产生极性信号输出。
3.如权利要求2所述的一种配电网单相接地故障定位装置，其特征在于，GPS计时模块采用计数器和比较器对高精度晶振进行分频，产生晶振秒时钟信号，并由CPU对比较值进行修正，产生修正后的秒时钟，修正后的秒时钟触发第一锁存器锁存GPS秒脉冲的到达时刻，得到修正后的秒时钟与GPS秒脉冲的相位差，通过对该相位差和比较值的修正值分析，产生GPS秒时钟和晶振秒时钟的偏差序列，偏差包括GPS时钟的随机漂移误差和晶振的累计误差；采用一元二次回归分析模型对两种误差进行估计，分离出各自误差；并对晶振累计误差进行修正，构造出高精度时钟发生装置，比较值每秒设置一次，由前n次测量的GPS秒时钟误差和前n次设置的比较值历史数据计算本次将要设置的比较值，当行波波头到达时，将产生的行波波头突变信号送入第二锁存器，锁存GPS同步高精度授时时钟此时刻的时间值，启动CPU把第二锁存器数据读入计算机内存，对行波波头到达的最初时刻和行波波头的极性进行快速记录，
GPS接收机由天线接收到时钟信号后首先经过前置滤波、放大电路进行抗干扰之后再加以利用，前置滤波采用具有陡的截止频率特性的无源滤波器，使用放大电路来增加GPS信号幅值，使用限幅器来消除脉冲干扰，并将二极管置于前置放大器中。
4.如权利要求3所述的一种配电网单相接地故障定位装置，其特征在于，中央处理单元具有电源单元、RS485转换电路、光耦隔离单元、开关量输入接口、CPU单元、网卡、RS485通讯指示灯以及网卡通讯指示灯，其中RS485转换电路与GPS采样单元连接，并通过光耦隔离单元与CPU单元相连，开关量输入接口接收开关量输入信号，CPU单元通过网卡连接故障定位主机，
电源单元采用太阳能电池与蓄电池进行混合供电的方式作为其主要的电源供应方式，根据太阳能电池功率的大小来选用蓄电池，串联整流二极管防止太阳能电池在电压下降或者不发电时蓄电池对太阳能电池逆放电，在太阳能电池组件输出端的两极并联一个旁路二极管，防止某块电池组在得不到光照而成为负载产生严重发热。
5.一种如权利要求1-4中任一项所述的配电网单相接地故障定位装置的故障定位方法，其特征在于，所述故障定位方法为：当线路为单一介质时，行波在线路上的传播速度恒定，波速用v表示，当线路MN中某一点F发生故障时，故障点产生的行波向线路两端传播，行波到达两端的时刻分别为t1和t2，则可得下列方程组：
其中L是线路MN的长度， 是故障行波到达M端和N端的时间差，L和 能够查出或测得，因此，由式(1)可得：
其中 是故障点到M端的距离， 是故障点到N端的距离，
对于由架空线和电缆线组成的混合线路，由于行波在架空线和电缆上的传播速度相差很大，上述方法失效，但是故障行波到达线路两端的时间仍满足以下方程组：
其中 是故障行波到达M端和N端的时间差，t是行波从M段传到N端所需要的时间，和t能够测得，因此，由式（3）可得
其中 是行波由故障点传到M端所需要的时间， 是行波由故障点传到N端所需要的时间。
6.如权利要求5所述的故障定位方法，其特征在于，架空线和电缆线路均为均匀介质线路，行波在其中的传播速度分别为 和 ，算法步骤为：
(1)确定线路MN的结构，每段线路的长度以及行波在不同线路中的传播速度，(2)根据每段线路的长度和行波在每段线路上的传播速度计算出行波在每段线路上的传播时间，MA、AB、BC、CD、DN段线路对应的时间分别记为 ，
(3)由线路两端的信号检测装置分别记录故障行波首次到达线路两端的时刻，进而求得故障行波到线路两端的时间差，再根据行波在整条线路上传播所需要的时间由式(4)可求出故障行波到达线路两端的时间，
(4)故障行波到达线路M端的时间记为 ，从M端开始搜索，由 > 可判断
故障点在MA段线路之后；由 可判断故障点在AB段线路上；AB段线路为
架空线，可求出故障点到A点的距离为 ，进而求出故障点到M端的距离为。

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