一種配電網低壓故障檢測儀的製作方法
2023-05-29 22:50:31
本實用新型涉及的是一種配電網低壓故障檢測儀，屬於電網故障檢測技術領域。
背景技術：
近年來，我國配電網(以下簡稱配網)建設投入不斷加大，配網發展取得顯著成效，但供電水平相對國際先進水平仍有差距，供電質量有待改善。如今電力事故主要集中在配網，其中0.4 kV低壓網絡故障佔到90％。統計數據顯示，電力公司80％的搶修力量用於應對用電量20％的電力用戶。
配網低壓故障類型多樣，其中一些隱性故障由於處在牆體、井道中等處，具有很強的隱蔽性，也加大了搶修工作的難度。然而如今並沒有一個很好的方法來查找此類障，導致浪費不必要的人力物力，因此亟待找到一個科學的辦法來應對此類低壓故障問題。
目前按照故障產生原理分類有如下幾種故障情況：
（1）短路故障，由於線路絕緣層破裂而導致的相線與相線之間的短路、相線與零線之間的短路，會造成劇烈的弧光甚至爆炸，空氣開關會因瞬問大電流而跳閘；
（2）漏電故障，漏電故障反應在四極開關因線路漏電而跳閘。常見的漏電故障有2種：一是相線與保護地線漏電，常見於用戶因將零線與保護地線混淆，致使用電器的電流經過保護地線而不經過零線，導致不平衡；二是零線與保護地線短路造成漏電，此時一部分電流經保護地線分流，導致漏電保護開關處不平衡。漏電故障相對於其他故障而言具有更強的隱蔽性與危害性；
（3）斷線故障，產生原因主要有：受不可控外力影響導致導線斷開，線路長期重載引起發熱並致使導線燒斷，因電氣連接點接觸不良致使導線或開關斷開。
目前處理隱性故障主要有以下2種方法：
一是排除試送法，即通過多次嘗試合閘送電來一一排查故障，直至找到故障所在區域並將故障隔離。這種方法要對大部分電力用戶進行多次試送電，速度慢，效率低，且難以精準定位。最重要的是有可能導致二次故障，造成爆炸、弧光等危險情況。所以一般情況下，不建議搶修人員採用這種方法；
二是兆歐表檢測法，此方法又稱為絕緣電阻測量法，即通過測量線路絕緣性能來判斷電纜是否存在因絕緣受損而導致短路等故障的發生，若檢測到2根被測導線間的阻抗為零，說明線路存在故障；否則，若阻抗為無窮大，則證明2根線路絕緣性能良好，不存在短路現象。但這種方法也存在明顯的弊端，由於兆歐表輸出的是直流電，而所測線路中又附帶許多感性負載，對直流電而言，相當於一直處於通路狀態，即零阻抗狀態，容易幹擾測試結果，導致搶修人員誤判斷；為了能夠準確對線路進行檢測，需要拆除所有可能影響檢測的直連感性負載，但現場難以實現，因此該方法失去了現實意義。
技術實現要素：
本實用新型的目的在於克服現有技術存在的不足，而提供一種結構組成合理，使用方便可靠，檢測方法簡單，能夠模擬電網工頻交流電並將之作為檢測信號，既不影響對正常用戶的供電，也不會受到感性負載的影響，且能夠滿足安全方面要求的配電網低壓故障檢測儀及檢測方法。
本實用新型的目的是通過如下技術方案來完成的，一種配電網低壓故障檢測儀，它主要由電源部分和檢測部分組成，所述的電源部分是以蓄電池作為電源，直流電源輸出12V，經DC／AC逆變轉換成頻率為50Hz的220V交流輸出；
所述的檢測部分包括將電源部分輸出的220V電壓．經轉換雙極開關分2檔輸出，分別為電壓檔的220V輸出和電流檔輸出。
作為優選：所述的2檔輸出包括電壓檔檢測樁頭和電流檔檢測樁頭，並所述電流檔檢測樁頭前面設置有一變比為100：1的小型變壓器，在小型變壓器與電流檔檢測樁頭之間串接有一能使短接電流達到1A的限流電阻；所述的電源部分和檢測部分均置於一帶蓋體的箱體內，箱體的上表面設置有至少安裝有總開關、表計、逆變電源開關、轉換開關的操作面板，箱體的側壁上設置有散熱孔和蓄電池充電孔。
作為進一步優選：所述小型變壓器的鐵芯包括C型與E型2種，其中E型鐵芯的繞組初、次級共用一個架，所述C型鐵芯具有很小的氣隙；所述的表計包括電壓表和電流表，箱體內安裝有DC／AC逆變器、蓄電池以及小型變壓器。
一種利用所述的配電網低壓故障檢測儀進行故障檢測方法，所述的故障檢測方法是：
首先判斷故障類型，包括相間短路故障和漏電故障；通過對線路施壓，根據反饋信息判斷是否存在故障；若被測線路存在短接情況，即被測線路阻抗為零，會產生瞬間電流極大值，可由此判斷線路存在故障且需要進一步檢測；在確定存在故障的情況下，對被測線路持續施壓一定大小的電流值，再利用鉗型電流表尋找電流流經的方向與位置，利用空氣開關的隔斷作用就可以準確找到故障點所在的線路段，將故障段隔離並修復。
作為優選：所述的相間短路故障檢測方法包括如下步驟：
(1)在電纜分支箱出線側將A相與B相短接(模擬相間短路)；
(2)首先將負荷側開關全部斷開；打開檢測儀，搭好接線，將開關調至電壓檔位，在電錶箱或者電纜分支箱中對被測線路進行測試；若測到A相與B相存在低阻抗狀態，判斷A相與B相短路；
(3)找到故障線路後，切換到電流檔位，對故障線路進行持續通電，利用鉗型電流表找尋故障的具體位置；隨著表箱前開關斷開，施加的1 A電流也隨之消失，即可判斷故障發生在電纜分支箱與電錶箱之間這段電纜；
(4)最後使用兆歐表進行對比檢測，由於檢測時並未斷開電錶，導致兆歐表讀數始終為0，無法檢測出故障位置。
作為優選：所述的漏電故障檢測方法包括如下步驟：
(1)將一隻四極開關斷開，並在其後側一處將零線與電錶外殼短接；
(2)當檢測零線與地線絕緣性能時，觀測到零線與電錶箱金屬外殼存在低阻情況，初步判斷零線與地線存在漏電故障；
(3)切換檔位，對故障線路施加1 A電流，利用鉗型電流表，迅速找到一戶電錶的零線出線存在1 A電流；在拆除此零線後若故障消失，依此找到了故障位置。
本實用新型具有結構組成合理，使用方便可靠，檢測方法簡單，能夠模擬電網工頻交流電並將之作為檢測信號，既不影響對正常用戶的供電，也不會受到感性負載的影響，且能夠滿足安全方面要求等特點。
附圖說明
圖1是本實用新型的整體結構組成框圖。
圖2是本實用新型所述故障檢測儀主電路原理圖。
圖3是本實用新型所述整體結構圖。
圖4是本實用新型所述操作面板布局示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本實用新型作詳細的介紹：圖1、2所示，本實用新型所述的一種配電網低壓故障檢測儀，它主要由電源部分和檢測部分組成，所述的電源部分是以蓄電池1作為電源，直流電源輸出12V，經DC／AC逆變器2轉換成頻率為50Hz的220V交流輸出；
所述的檢測部分包括將電源部分輸出的220V電壓．經轉換雙極開關3分2檔輸出，分別為電壓檔4的220V輸出和電流檔5輸出。
所述的2檔輸出包括電壓檔檢測樁頭6和電流檔檢測樁頭7，並所述電流檔檢測樁頭7前面設置有一變比為100：1的小型變壓器8，在小型變壓器8與電流檔檢測樁頭之間串接有一能使短接電流達到1A的限流電阻9；
圖3、4所示，所述的電源部分和檢測部分均置於一帶蓋體10的箱體11內，箱體11的上表面設置有至少安裝有總開關12、表計、逆變電源開關13、轉換開關14的操作面板15，箱體11的側壁上設置有散熱孔16和蓄電池充電孔17；所述的表計包括電壓表18和電流表19，箱體11內安裝有DC／AC逆變器2、蓄電池1以及小型變壓器8；所述小型變壓器8的鐵芯包括C型與E型2種，其中E型鐵芯的繞組初、次級共用一個架，所述C型鐵芯具有很小的氣隙；
一種利用所述的配電網低壓故障檢測儀進行故障檢測方法，所述的故障檢測方法是：
首先判斷故障類型，包括相間短路故障和漏電故障；通過對線路施壓，根據反饋信息判斷是否存在故障；若被測線路存在短接情況，即被測線路阻抗為零，會產生瞬間電流極大值，可由此判斷線路存在故障且需要進一步檢測；在確定存在故障的情況下，對被測線路持續施壓一定大小的電流值，再利用鉗型電流表尋找電流流經的方向與位置，利用空氣開關的隔斷作用就可以準確找到故障點所在的線路段，將故障段隔離並修復。
作為優選：所述的相間短路故障檢測方法包括如下步驟：
(1)在電纜分支箱出線側將A相與B相短接(模擬相間短路)；
(2)首先將負荷側開關全部斷開；打開檢測儀，搭好接線，將開關調至電壓檔位，在電錶箱或者電纜分支箱中對被測線路進行測試；若測到A相與B相存在低阻抗狀態，判斷A相與B相短路；
(3)找到故障線路後，切換到電流檔位，對故障線路進行持續通電，利用鉗型電流表找尋故障的具體位置；隨著表箱前開關斷開，施加的1 A電流也隨之消失，即可判斷故障發生在電纜分支箱與電錶箱之間這段電纜；
(4)最後使用兆歐表進行對比檢測，由於檢測時並未斷開電錶，導致兆歐表讀數始終為0，無法檢測出故障位置。
作為優選：所述的漏電故障檢測方法包括如下步驟：
(1)將一隻四極開關斷開，並在其後側一處將零線與電錶外殼短接；
(2)當檢測零線與地線絕緣性能時，觀測到零線與電錶箱金屬外殼存在低阻情況，初步判斷零線與地線存在漏電故障；
(3)切換檔位，對故障線路施加1 A電流，利用鉗型電流表，迅速找到一戶電錶的零線出線存在1 A電流；在拆除此零線後若故障消失，依此找到了故障位置。
實施例：圖1、2所示，本實用新型所述的故障檢測儀的主電路由2部分組成：
(1)電源部分，以蓄電池作為電源，直流電源輸出12V，經DC／AC逆變轉換成頻率為50Hz的220V交流輸出，從而模擬工頻正弦交流電。
(2)檢測部分，電源部分輸出的220V電壓．經轉換雙極開關分2檔輸出，分別為電壓檔(220V輸出)和電流檔。為了能夠方便一次側與二次側的轉換計算，設計一個變比為100：1的小型變壓器，再經2.2Q的電阻限流，使得短接電流可以達到l A。
小型變壓器的鐵芯常見的有C型與E型2種；E型鐵芯的主要優點是繞組的初、次級可共用一個架，有較高的窗口佔空係數，鐵心可對繞組形成保護外殼，使繞組不易受機械創傷;鐵心的散熱面積較大，本身磁場發散也較少，但存在磁路中氣隙較大、銅線多、漏感大和外來磁場幹擾大的缺點。C型鐵心的氣隙可以做得很小，具有體積小、重量輕、材料利用率高等優點，但它的製造工藝複雜，成本較高。
綜合考慮，選擇工藝較為簡單的E型鐵芯作為變壓器的鐵芯。該小型變壓器變比為100：1,通過計算並結合導線直徑表，最終選取直徑為2mm的漆包線。
圖3所示，考慮到實際需求，故障檢測儀既要輕便小巧、便於攜帶，又要有一定硬度的外殼保護。最終設計的整體尺寸為270 mmx220 mmx130 mm．實物重量為2.5 kg，整體結構如圖3所示。
電池部分使用4.5AH，12V輸出的鉛酸蓄電池作為電源。在正常工作情況下，僅計算逆變器功率以及儀表變壓器等損耗約為15 W。工作時間=12×4.5x0.8x0.9/20=2.6(其中0.8是電池的放電係數，0. 9是逆變器的轉換效率)，即正常情況下，充滿電可以持續使用約2.6 h。經計算，4.5AH容量的電池足夠多次搶修使用，能夠滿足現場需求。
逆變器部分，考慮設備需要做到在線檢測．必須能夠承受一定的負荷，設定檢測儀能夠承載線路上直連的小負荷設備，因此選擇逆變器功率300 W。但這不包括承受居民用電負荷，因此在使用時應先切斷居民家庭用電負荷。
圖4所示，故障檢測儀的面板設計遵循人性化設計的原則，操作面板由開關、表計及指示燈組成，採用了分區布置，讓使用者能一目了然地找到所需功能鍵。
根據班組實際搶修記錄，使用該故障檢測儀能準確查找到隱性故障，並大幅提升了故障排查速度，平均耗時從之前的243 min下降到20.6 min，達到了預期目標。