CN102419408A - 基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统及其方法 - Google Patents
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Abstract
一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统及其方法，通过对所监测的10kV配电线路进行拓扑分析，得出每个负荷点的供电路径，再采集监测的10kV配电线路上的每个负荷点上装设的负荷监测仪的三相电压幅值和相角数据，计算每个负荷点的配变负序电压幅值，接着将每个负荷点的配变负序电压幅值与整定值进行比较，若大于等于整定值，则负荷点的供电路径经过故障点，将负荷点的供电路径列入故障点的可能区域；若小于整定值，则将负荷点的供电路径列入故障点的不可能区域，最后将可能区域与不可能区域作差集运算，判定出发生单相断线故障的最小发生区域。该方法能适用于单相不接地故障的情形，原理简单，可靠性高，实施成本低。
Description
技术领域
本发明涉及的是高压电网技术领域的方法，具体是一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统及其方法。
背景技术
由于架空线路暴露在旷野中，易受外界因素引起各类断线故障，特别是目前绝缘导线的覆盖率较高，而绝缘导线雷击断线故障依然较为频繁，同时绝缘导线断线后经常无接地信号，因此如何判断线路上有无断线故障并尽快找到断线故障点已经成为影响电网安全运行的一个重要环节。
通常在灾害性气候下，在同一时段内容易造成数十条、甚至数量过百的配电线路同时发生开关跳闸故障，再加上郊区多河流、湖泊、鱼塘等，不少线路的巡视条件比较恶劣，这给线路故障巡查带来极大压力，因此继续采用传统的完全依靠人工的巡线方式已经越来越无法满足电网运行的要求，这就需要研究开发配电线路断线故障点远程测寻的方法与系统，以辅助线路巡视人员尽快找到故障点，并安排故障抢修恢复供电，最终达到提高供电可靠性的目的。
目前大多数的架空线断线故障判断方法都是基于断线故障后并发了接地故障，利用接地故障的特征量进行分析，判断出故障发生的区域，并且需要专门的监测装置及监测算法，而在实际运行中，绝缘导线雷击断线时，由于内部铝芯熔断后收缩进绝缘层内，使得与地面接触的为导线绝缘层而非铝芯导线，因此容易造成断线不接地故障，这样使得已有方法对于断线不接地故障判断失效。
经过对现有技术的检索发现，技术1（贾文超，陈娟，许承斌等.基于双拼法的树形配电线路单相断线兼接地故障诊断[J].电力系统及其自动化学报.1999,11(2)：20-24.）针对树形配电线路特点，建立分布参数电路模型，提出了将始端相量逐分支向后传递，故障点逐分支搜索，并利用双拼法区别真伪故障点实现故障测距；技术2(屈刚，李长凯.配电网架空线路断线故障定位[J]. 电力自动化设备,2005,25(12)：35-38.)利用梯形模糊数模拟配变负荷变化范围，进行断线非接地故障的判别及确定故障区间。
但是技术1对于断线后未接地故障，因没有明显的故障特征，故难以处理此类故障，而在实际运行中，绝缘导线雷击断线时，由于内部铝芯熔断后收缩进绝缘层内，使得与地面接触的为导线绝缘层而非铝芯导线，因此容易造成断线不接地故障；技术2虽能处理线非接地故障，但计算方法较为复杂，且受运行方式的影响较大，可靠性差，当量测数据不够精确以及存在分支线路时，该方法有可能失效。
发明内容
本发明第一目的在于提供一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统及其方法，能在不装设额外故障指示装置的情形下依然能远程监测出配电线路断线故障点系统，能快速地计算出发生单相断线故障的区域。
本发明的第二目的在于提供一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统及其方法，不依赖于接地故障的特征量，完全适用于不接地断线故障区域的判定。
本发明的第三目的在于提供一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统及其方法，能很好地适用于单相断线不接地情形下的判定，准确性高，且该方法利用已有监测设备的监测数据信息，实施成本低。
为实现上述目的，本发明提供一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，包括电子生产管理子系统、配变负荷监测子系统和配电线路断线故障远程测寻子系统。电子生产管理子系统用于配电线路的拓扑信息和配电线路的设备数据的搜集；配变负荷监测子系统用于三相电压幅值和相角数据的搜集；配电线路断线故障远程测寻子系统，用于配电线路断线故障区域的信息的判定。其中，所述电力生产管理子系统松耦合交互所述配电线路断线故障远程测寻子系统，所述配变负荷监测子系统松耦合交互所述配电线路断线故障远程测寻子系统。
较优地，所述配电线路断线故障远程测寻子系统包括拓扑分析单元、断线故障区域判定单元、判据分析单元和松耦合交互接口单元；其中，所述松耦合交互接口单元松耦合交互所述电子生产管理子系统与所述拓扑分析单元；所述松耦合交互接口单元松耦合交互所述配变负荷监测子系统与所述判据分析单元松耦合交互；所述松耦合交互接口单元松耦合交互所述断线故障区域判定单元和所述电子生产管理子系统。
较优地，所述拓扑分析单元通过所述松耦合交互接口单元从所述电子生产管理子系统获取配电线路的拓扑信息和配电线路的设备数据。
较优地，所述判据分析单元通过所述松耦合交互接口单元从所述配变负荷监测子系统获取三相电压幅值和相角数据。
较优地，，所述拓扑分析单元根据所述拓扑信息和所述设备数据得出每个负荷点的供电路径。
较优地，所述判据分析单元根据所述三相电压幅值和所述相角数据来计算配电线路上各个配变负序电压辐值。
较优地，所述配变负序电压幅值的计算公式是：
表示负序电压向量，即配变负序电压幅值，
表示A相电压向量，
表示B相电压向量，表示C相电压向量，
表示单位向量逆时针旋转240度，表示单位向量逆时针旋转120度。
较优地，所述断线故障区域判定单元根据每个所述负荷点的所述配变负序电压幅值与整定值进行比较，若大于等于所述整定值，则所述负荷点的所述供电路径经过故障点，将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的可能区域；反之，若小于所述整定值，则将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的不可能区域；将所述可能区域与所述不可能区域作差集运算，判定出配电线路断线故障区域。
较优地，所述差集运算就是集合相减的运算，即所述可能区域减所述不可能区域，即求解属于所述可能区域但不属于所述不可能区域的子集。
较优地，所述电子生产管理子系统通过所述松耦合交互接口单元从所述断线故障区域判定单元获得所述配电线路断线故障区域的信息，并可视化所述配电线路断线故障区域。
综上所述，本发明可以在不装设额外故障指示装置的情形下依然能检测出配电线路断线故障点，通过与配变负荷监测子系统以及PMS系统（生产管理系统）的应用集成，获取配变负荷监测子系统采集的配变三相电压幅值及相角数据，结合PMS系统提供的拓扑信息，依据配电线路发生断线时，通过断线点的配变负序电压幅值远大于不通过断线点的配变负序电压幅值这一判据，实现配电线路断线故障的远程测寻。
配合本发明提供的一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，相应地，本发明提供一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定方法，具体包括以下步骤：
首先，输入原始数据，所述原始数据为从生产管理系统获得的所述配电线路的拓扑信息和所述配电线路的设备数据。
然后，对所监测的配电线路进行拓扑分析，根据配电线路的拓扑数据信息和所述配电线路的设备数据得出每个负荷点的供电路径。
接着，采集监测的所述配电线路上的每个所述负荷点上装设的负荷监测仪的配变负荷监测子系统的三相电压幅值和相角数据。
其次，遍历每个所述负荷点的所述三相电压幅值和所述相角数据，其中，所述遍历每个所述负荷点的所述三相电压幅值和所述相角数据的这一步骤具体是根据设备连接信息从电源根节点开始进行广度遍历，直至搜索到末端设备，形成设备间的首位连接关系。
接着，根据所述三相电压幅值和所述相角数据来计算每个所述负荷点的配变负序电压幅值，所述配变负序电压幅值的计算公式为：
然后，每个所述负荷点的所述配变负序电压幅值与整定值进行比较，若大于等于所述整定值，则所述负荷点的所述供电路径经过故障点，将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的可能区域；反之，若小于所述整定值，则将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的不可能区域，其中所述整定值的确定方法为：按躲过三相负载不平衡引起的最大所述配变负序电压幅值整定，并考虑一定的裕度。
最后，将所述可能区域与所述不可能区域作差集运算，判定出发生单相断线故障的最小发生区域（即配电线路断线故障区域），并在生产管理系统上可视化所述单相断线故障的最小发生区域（即配电线路断线故障区域），其中所述差集运算就是集合相减的运算，即第一集合减第二集合，即求解属于A但不属于B的子集。
综上所述，本发明针对现有技术存在的不足，提供一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域判定方法，利用当10kV配电线路发生单相断线故障时，供电路径经过故障点的负荷监测仪监测到的配变负序电压幅值很大，而供电路径不经过故障点的负荷监测仪监测到的配变负序电压幅值很小这一差异特征作为基本判据，利用配电线路的树形拓扑分析技术，得出每一个负荷点到电源的供电路径，利用10kV配电线路各负荷监测仪采集到的三相电压幅值和相角数据计算各负荷点的配变负序电压幅值，计算出发生单相断线故障的故障区域的方法。
本发明由于采用了以上技术方案，使之与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、该判断方法原理简单，以基于对称分量法的不对称故障分析为原理，计算方便，准确性高。
2、该判断方法判据基于负荷点配变负序电压幅值，受系统运行方式的影响小，误差小，可靠性高。
3、该判断方法以现有负荷监测设备采集的数据为基础，无需另外配置新设备，只需开发相应的软件组件，实施成本低。
4、该判断方法不以接地故障特征量为依据，能适用于单相不接地故障的情形下的判定。
附图说明
图1 是本发明的工作原理流程图；
图2是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作出详细的说明，但下述实施列并非用于限定本发明。
图1 是本发明的工作原理流程图。
请参见图1，基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定方法的具体步骤如下：
S1：输入原始数据，所述原始数据为从生产管理系统获得的所述配电线路的拓扑信息和所述配电线路的设备数据。
S2：对所监测的配电线路进行拓扑分析，根据配电线路的拓扑数据信息和所述配电线路的设备数据得出每个负荷点的供电路径。
S3：采集监测的10kV所述配电线路上的每个所述负荷点上装设的负荷监测仪的三相电压幅值和相角数据。
S4: 遍历每个所述负荷点的所述三相电压幅值和所述相角数据，具体是指根据设备连接信息从电源根节点开始进行广度遍历，直至搜索到末端设备，形成设备间的首位连接关系。
S5：根据所述三相电压幅值和所述相角数据来计算每个所述负荷点的配变负序电压幅值，其中所述配变负序电压幅值的计算公式为：
S6：每个所述负荷点的所述配变负序电压幅值与整定值进行比较，其中所述整定值的确定方法为：按躲过三相负载不平衡引起的最大所述配变负序电压幅值整定，并考虑一定的裕度。
S71：若大于等于所述整定值，则所述负荷点的所述供电路径经过故障点，将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的可能区域；
S72：若小于所述整定值，则将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的不可能区域。
S8：判断遍历配变负序电压幅值与整定值进行比较是否结算，具体指若所有负荷点的配变负序电压幅值与整定值进行比较完成，进行S9步骤；若仍有未完成的负荷点的配变负序电压幅值与整定值进行比较，重复步骤S6和相应的步骤S71或S6和相应的步骤S72，直至所有负荷点的配变负序电压幅值与整定值进行比较完成。
S9：将所述可能区域与所述不可能区域作差集运算，判定出发生单相断线故障的最小发生区域（即配电线路断线故障区域），其中所述差集运算就是集合相减的运算，即所述可能区域减所述不可能区域，即求解属于所述可能区域但不属于所述不可能区域的子集。
S10：判定结束，在生产管理系统上可视化所述单相断线故障的最小发生区域（即配电线路断线故障区域）。
综上所述，本发明提出了基于10kV配电线路负荷监测仪采集的三相电压幅值和相角数据得出负荷点的配变负序电压幅值并结合负荷点的供电路径分析的单相断线故障区域判定方法，本发明主要针对现有技术无法对架空线发生单相断线故障进行远程测寻的现状，提出利用负荷监测系统采集的电压信息，通过对称分量原理计算断线判据，实现架空线单相断线的远程测寻，该方法原理清晰，计算方便，准确性高，适用范围广，且受系统运行方式的影响很小，可靠性较高。
图2是本发明的结构示意图。
请参见图2，基于负荷监测仪的单相断线故障区域判定系统100包括：电子生产管理子系统（PMS）10、配变负荷监测子系统20和配电线路断线故障远程测寻子系统30。其中配电线路断线故障远程测寻子系统30包括拓扑分析单元31、断线故障区域判定单元32、判据分析单元33和松耦合交互接口单元34。
松耦合交互接口单元34松耦合交互电子生产管理子系统10与拓扑分析单元31；所述松耦合交互接口单元34松耦合交互所述配变负荷监测子系统20与所述判据分析单元33松耦合交互；所述松耦合交互接口单元34松耦合交互所述断线故障区域判定单元32和所述电子生产管理子系统10。特别地，松耦合交互的方式为WebService。
拓扑分析单元31通过所述松耦合交互接口单元34从所述电子生产管理子系统获取配电线路的拓扑信息和配电线路的设备数据，拓扑分析单元31根据所述拓扑信息和所述设备数据得出每个负荷点的供电路径。
判据分析单元33通过所述松耦合交互接口单元34从所述配变负荷监测子系统20获取三相电压幅值和相角数据，判据分析单元33根据所述三相电压幅值和所述相角数据来计算配电线路上各个配变负序电压辐值。
配变负序电压幅值的计算公式是：
断线故障区域判定单元32根据每个所述负荷点的所述配变负序电压幅值与整定值进行比较，若大于等于所述整定值，则所述负荷点的所述供电路径经过故障点，将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的可能区域；反之，若小于所述整定值，则将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的不可能区域；将所述可能区域与所述不可能区域作差集运算，判定出配电线路断线故障区域，所述差集运算就是集合相减的运算，即所述可能区域减所述不可能区域，即求解属于所述可能区域但不属于所述不可能区域的子集。
电子生产管理子系统(PMS)10通过所述松耦合交互接口单元34从所述断线故障区域判定单元32获得所述配电线路断线故障区域的信息，并可视化所述配电线路断线故障区域。
综上所述，本发明利用上述技术结构，通过PMS系统和配变负荷监测子系统的松耦合集成交互方式，充分利用已有PMS系统采集的配电线路拓扑信息和配变负荷监测子系统采集的配变三相电压幅值及相角数据，根据计算其负序电压判据实现配电线路断线的远程测寻，特别适用于架设在空旷地域，就地测寻困难的线路，提高配电线路断线故障的巡检效率，实现配电线路断线的远程测寻最优解决方。
所述几个实施例仅是为了方便说明而举例，本发明所主张的权利范围应以申请专利范围所述为准，而非仅限于所述实施例。凡依本发明权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (16)
1.一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，其特征在于，包括：
电子生产管理子系统，用于配电线路的拓扑信息和配电线路的设备数据的搜集；
配变负荷监测子系统，用于三相电压幅值和相角数据的搜集；以及
配电线路断线故障远程测寻子系统，用于配电线路断线故障区域的信息的判定；
其中，所述电力生产管理子系统松耦合交互所述配电线路断线故障远程测寻子系统，所述配变负荷监测子系统松耦合交互所述配电线路断线故障远程测寻子系统。
2.如权利要求1所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，其特征在于，所述配电线路断线故障远程测寻子系统包括拓扑分析单元、断线故障区域判定单元、判据分析单元和松耦合交互接口单元；
其中，所述松耦合交互接口单元松耦合交互所述电子生产管理子系统与所述拓扑分析单元；所述松耦合交互接口单元松耦合交互所述配变负荷监测子系统与所述判据分析单元松耦合交互；所述松耦合交互接口单元松耦合交互所述断线故障区域判定单元和所述电子生产管理子系统。
3.如权利要求1所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，其特征在于，所述拓扑分析单元通过所述松耦合交互接口单元从所述电子生产管理子系统获取配电线路的拓扑信息和配电线路的设备数据。
4.如权利要求1所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，其特征在于，所述判据分析单元通过所述松耦合交互接口单元从所述配变负荷监测子系统获取三相电压幅值和相角数据。
5.如权利要求1所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，其特征在于，所述拓扑分析单元根据所述拓扑信息和所述设备数据得出每个负荷点的供电路径。
6.如权利要求1所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，其特征在于，所述判据分析单元根据所述三相电压幅值和所述相角数据来计算配电线路上各个配变负序电压辐值。
7.如权利要求6所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，其特征在于，所述配变负序电压幅值的计算公式是：
表示负序电压向量，即配变负序电压幅值，
表示A相电压向量，
表示B相电压向量，表示C相电压向量，
表示单位向量逆时针旋转240度，
表示单位向量逆时针旋转120度。
8.如权利要求1所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，其特征在于，所述断线故障区域判定单元根据每个所述负荷点的所述配变负序电压幅值与整定值进行比较，若大于等于所述整定值，则所述负荷点的所述供电路径经过故障点，将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的可能区域；反之，若小于所述整定值，则将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的不可能区域；将所述可能区域与所述不可能区域作差集运算，判定出配电线路断线故障区域。
9.如权利要求8所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，其特征在于，所述差集运算就是集合相减的运算，即所述可能区域减所述不可能区域，即求解属于所述可能区域但不属于所述不可能区域的子集。
10.如权利要求1所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定系统，其特征在于，所述电子生产管理子系统通过所述松耦合交互接口单元从所述断线故障区域判定单元获得所述配电线路断线故障区域的信息，并可视化所述配电线路断线故障区域。
11.一种基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定方法，其特征在于，包括：
对所监测的配电线路进行拓扑分析，得出每个负荷点的供电路径；
采集监测的所述配电线路上的每个所述负荷点上装设的负荷监测仪的配变负荷监测子系统的三相电压幅值和相角数据；
遍历每个所述负荷点的所述三相电压幅值和所述相角数据，根据所述三相电压幅值和所述相角数据来计算每个所述负荷点的配变负序电压幅值；
每个所述负荷点的所述配变负序电压幅值与整定值进行比较，若大于等于所述整定值，则所述负荷点的所述供电路径经过故障点，将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的可能区域；反之，若小于所述整定值，则将所述负荷点的所述供电路径列入所述故障点的不可能区域；以及
将所述可能区域与所述不可能区域作差集运算，判定出发生单相断线故障的最小发生区域。
12.如权利要求11所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定方法，其特征在于所述基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定方法还包括步骤为输入原始数据，所述原始数据为从生产管理系统获得的所述配电线路的拓扑信息和所述配电线路的设备数据。
13.如权利要求11所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定方法，其特征在于所述遍历每个所述负荷点的所述三相电压幅值和所述相角数据的这一步骤具体是根据设备连接信息从电源根节点开始进行广度遍历，直至搜索到末端设备，形成设备间的首位连接关系。
14.如权利要求11所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定方法，其特征在于所述配变负序电压幅值的计算公式为：
15.如权利要求11所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定方法，其特征在于所述整定值的确定方法为：按躲过三相负载不平衡引起的最大所述配变负序电压幅值整定，并考虑一定的裕度。
16.如权利要求11所述的基于负荷监测仪的单相断线故障区域的判定方法，其特征在于所述差集运算就是集合相减的运算，即所述可能区域减所述不可能区域，即求解属于所述可能区域但不属于所述不可能区域的子集。
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