CN102636731B - 基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法，包括以下步骤：第一步、在配电网馈线上安装负荷测录系统，定时从配电网馈线上安装的负荷测录系统采集杆变的三相电压、电流和3V0的数值；第二步、对比从配电网馈线上安装的负荷测录系统采集的电压、电流数值和配网单相断线故障数据库的电压、电流数值数值判定断线故障类型；第三步、结合第二步判断得出的单相断线故障类型，基于负荷测录系统采用前推法或后推法进行单相断线故障寻址，进行故障处理。与现有技术相比，本发明具有基于负荷测录系统的量测数据并结合配电网单相断线故障数据库进行配电网单相断线故障相的正确判别和故障位置的有效寻址等优点。

Description

基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法

技术领域

本发明涉及一种电力负荷测录技术，尤其是涉及一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法。

背景技术

近些年来，为适应新形势下配网自动化系统和台区精细化的需要，负荷测录系统在各地区配电网得到了广泛应用。负荷测录系统可对配电变压器低压测的电压、电流、有功、无功等信息进行实时监测，并以设定的时间间隔发送到调度中心供运行人员查看分析。传统配电网分析计算的最大难点是对10千伏馈线上负荷的信息的采集，负荷测录系统的安装为配电网馈线上负荷数据的获取提供了信息平台，为调度运行人员提供更多和更全面的馈线信息。配电网断线故障是配电网络最常见的故障类型之一，故障地址的排查有时极其困难，特别是夜间照明不好或故障点非常隐僻时，传统的线运班巡线结合操作班实地测量三相电压的方法也非常耗时。负荷测录系统的使用为运行人员远程实时查看配电馈线不同位置处杆变电压的信息提供了手段，通过对断线故障情况下不同位置负荷测录系统所采集电压数值进行对比分析，可以判定断线故障点的位置信息和相位信息，大大缩短故障的巡视时间和处理时间。因此，研究基于负荷测录系统的配电网单相断线判定以及在此基础上的单相断线寻址方法很有必要。

经对现有技术的文献进行检索发现，现有的技术文献中，朱玲玲，李长凯等在《电力系统保护与控制》(2009，37(9)：35-38)上发表文献《配电网单相断线故障负序电流分析及选线》，分析了配电网发生单相断线故障时负序电流的一般变化规律，通过计算线路滤波后的三相电流绝对值间隔0.01s的差分，比较其绝对值差分后的最大值和最小值之差。故障相电流绝对值差分后最大、最小值的差值在三相处理结果中是最大的，可以初步判定故障相。将提取的负序电流和故障相电压乘积并对其进行前向积分，将积分值作为能量测度进行故障选线。此类方法通过提取故障后配电线路的负序电流或负序电压分量，然后判定故障性质的。马士聪，徐丙垠，高厚磊，薛永端，王敬华等在《电力系统自动化》(2008，32(7)：48-51)上发表《检测暂态零模电流相关性的小电流接地故障定位方法》提出了一种利用暂态零模电流的馈线自动化系统小电流接地故障定位新原理，故障点前非故障区段两侧馈线终端装置(FTU)检测到的暂态零模电流波形相似，相关系数接近1；故障区段两侧FTU检测到的暂态零模电流初始极性相反，波形差异很大，相关系数接近0。林湘宁等在《中国电机工程学报》(2006，26(10)：45-49)上发表《基于零序补偿导纳的小电流接地系统单相故障保护新方法》在分析零序导纳选线算法的基础上，提出基于零序补偿导纳的小电流接地系统单相接地保护新方法。该方法利用了电网中的已知参数，通过补偿的实施，将故障线和健全线原本很小的区分裕度进行了有效的放大，以方便整定。结合工程实际的考虑，将电纳误差和补偿导纳角综合为一种小电流接地系统单相故障保护新算法。上述方法的缺点如下：(1)需要在配电线路上配置额外的负序电流或负序电压过滤器和传送装置，增加了投资和安装、维护的工作量。(2)无论是基于暂态零模电流还是零序补偿补偿导纳小电流接地的方法，数学计算和处理都很复杂且需要的计算时间较长，不便于实际应用和调度人员的快速判断和处理。(3)虽然能够初步判定断线故障性质以及断线线路名称，但仍无法准确定位故障点的具体位置，还需要人工去测寻故障点。传统杆刀试拉寻址方法当馈线较长且故障点较隐蔽时，全线巡线时间较长。调度部门一般会通过分段试拉杆刀，根据系统3V0的数值是否回归正常来确定故障点的大致区间，然后再让线运班或者操作班在此区间内进行巡线或者测量三相电压以判定断线位置，此种分段试拉杆刀的方法有时会不准确。综上所述，现有的负荷测录系统在处理配电网事故方面并未得到充分开发。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、在配电网馈线上安装负荷测录系统，定时从配电网馈线上安装的负荷测录系统采集杆变的三相电压、电流和3V0的数值；

第二步、对比从配电网馈线上安装的负荷测录系统采集的电压、电流数值和配网单相断线故障数据库的电压、电流数值数值判定断线故障类型；

第三步、结合第二步判断得出的单相断线故障类型，基于负荷测录系统采用前推法或后推法进行单相断线故障寻址，进行故障处理。

所述的配电网为35kV及其以下电压等级的辐射型电网，所述的配电网馈线为配电网的馈入支路或馈出支路，所述的3V0是指变压器中性点对地的电压。

所述的负荷测录系统包括依次连接的负荷测录仪、数据传输模块和负责接收数据的终端服务器，所述的负荷测录仪安装在配电变压器上，负责实时采集各个配电变压器低压侧的电压、负荷电流和功率因素信息；数据传输模块将所采集的信息发送至各终端服务器；各终端服务器负责存储数据并实现数据共享。

所述的配网单相断线故障数据库包括：

1)确定辐射型配网中10kV变压器高、低压侧的绕组接线方式和35kV变压器中性点对地的接线形式，辐射型配网中10kV变压器的高、低压侧的绕组接线方式为Y/Y0和Δ/Y0两种，辐射型配电网中35kV变压器中性点为中性点不接地；

2)根据辐射型配电网35kV变压器中性点不接地系统单相断线故障中三相电压和中性点电压偏移情况，初步判别断线相，方法如下：

对配电网35kV变压器中性点不接地系统的单相断线故障，以A相断线为例分析，由于断线断口悬空，断线两端均不接地，电源对地之间产生电压偏移，偏移电压为(1)式

$U_{\mathrm{od}}=\frac{\mathrm{j\ωc}(E_A+E_B+E_C)}{3\mathrm{j\ωc}}---\left(1\right)$

其中：U_od为中性点对地电压偏移；E_A，E_B，E_C为三相电压；ω为电源的角频率；c为对地电容；

若断线处是在线路首端，此时A相的对地电容忽略，这时(1)式变为(2)式

$U_{\mathrm{od}}=\frac{\mathrm{j\ωc}(E_B+E_C)}{2\mathrm{j\ωc}}=\frac{E_A}{2}---\left(2\right)$

则线路中各相对地电压可以表示为(3)式所示：

$U_{\mathrm{Ad}}=E_A+U_{\mathrm{od}}=\frac{3}{2}{E}_A$

$U_{\mathrm{Bd}}=E_B+U_{\mathrm{od}}=\frac{\sqrt{3}}{2}{E}_B{e}^{j30}---\left(3\right)$

U_Cd＝E_C+U_od＝-U_Bd

其中：U_Ad，U_Bd，U_Cd为A、B、C三相对地电压。

若断线处在线路末端，三线线路对地电容基本相等，偏移电压U_od≈0，各相对地电压基本保持不变；断线点从线路首端逐渐向线路末端变化时，非故障相对地电压也将分别从 变化到E_B、E_C，断线相的对地电压也将从1.5E_A减小到E_A；

通过上述A相断线变化规律分析，在电源侧检测电压变化，如果电压幅值有两相同时变小，另外一相变大，则断定为断线故障，其中电压升高的一相为断线相，其电压的最大值为1.5倍的电源电势；

3)根据10kV变压器的接线方式为Y/Y0或Δ/Y0分成两类，并区分是在10kV杆变的前面、中间还是后面断线这三种不同场景形成单相断线故障电压、电流和3V0的单相断线故障数据库；

在配电网35kV变压器中性点不接地单相断线分析基础上，区分10kV变压器的接线方式Y/Y0或Δ/Y0分两类进行论述：

(1)Y/Y0型变压器单相断线，当Y侧发生单相断线故障时Y侧任意一相缺相，由另外两相构成电源输入回路，此时这两相间的电压为线电压，两相相电压的数值均降为原来正常电压倍，且方向相反，由于非故障相的两相电流方向相反，因此通过断线相磁柱的感应磁通叠加起来基本为零，故断线相的感应电压基本为零；

(2)Δ/Y0型变压器单相断线，当Δ/Y0型变压器Δ侧一相进线断线时，另外两相进线通过一个并联回路相连接，并联回路中的一个回路电抗不变，其感应相电压数值也不变；而另一并联回路的电抗将比原来增大一倍，因此该回路电流降为原来一半，相应该回路的两相感应电压也降为原来一半；

通过上述方法便构成了配网单相断线故障数据库。

所述的10kV变压器高、低压侧的绕组接线方式为Y/Y0和Δ/Y0，其中Y/Y0是指10kV变压器的高、低压侧绕组均为星形接线并且中性点接地；Δ/Y0是指10kV变压器的高压侧绕组为Δ接线，低压侧绕组为星形接线并且中性点接地。

所述的断线相为配电网中A、B、C三相其中某一相断线并且断线的断口悬空，断线两端均不接地的该相线路。

所述的10kV杆变的前面、中间还是后面断线分别是指：10kV杆变与给该杆变供电的上级电源之间电压等级为10kV线路上的位置；10kV杆变作为电源与下级供电负荷之间的线路位置；除了上述两种位置的10kV线路上该杆变与其他10kV杆变之间的线路位置。

所述的结合第二步判断得出的单相断线故障类型，基于负荷测录系统采用前推法或后推法进行单相断线故障寻址具体为：

基于负荷测录系统采用前推法或后推法进行单相断线故障寻址是基于馈线上安装的负荷测录仪采集得到杆变低压侧三相电压数值，通过对不同负荷测录仪采集得到的电压数值进行对比来确定单相断线故障地点，具体为：

假设两个10千伏馈线上的相邻杆变1和2的低压侧均安装了负荷测录仪，在正常运行方式下电力潮流方向为从杆变1到杆变2，设负荷测录仪测得的杆变1的低压侧三相电压为正常数值，此时若杆变2的低压侧三相电压也为正常数值，则杆变1和杆变2之间没有发生单相断线故障，若杆变2测得的低压侧三相电压为第二步配网单相断线故障数据库中Y/Y0型变压器单相断线后的电压数值，且杆变2为Y/Y0型变压器时，判定断线故障点肯定在节点1和节点2之间；同理，若杆变2测得的低压侧三相电压为第二步配网单相断线故障数据库中的Δ/Y0型变压器单相断线后的电压数值，且杆变2的接线模式为Δ/Y0型，判定断线故障点在节点1和节点2之间。

所述的前推法是指从干线线路上的配电变压器进行搜索，然后再依次查找支线线路配电变压器。

所述的后推法是指利用用户报来的缺相信息，首先从支线线路上的配电变压器进行搜索，然后再依次向前查找干线线路配电变压器。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

基于负荷测录系统的量测数据并结合配电网单相断线故障数据库进行配电网单相断线故障相的正确判别和故障位置的有效寻址，为调度运行人员在配电网单相断线故障情况下快速判定断线相并找到故障点的确切位置，缩短故障处理时间提供了参考。

附图说明

图1为本发明单相断线故障相判别和故障位置寻址流程图；

图2为负荷测录系统示意图；

图3a至图3e为35kV变压器中性点不接地的配电网系统在10kV变压器(Y/Y0)前面断线情况下3V0、10kV侧三相电压电流、10kV侧三相电压有效值、380V侧三相电压电流、380V侧三相电压有效值的波形数据图；

图4a至图4e为35kV变压器中性点不接地的配电网系统在10kV变压器(Δ/Y0)前面断线情况下3V0、10kV侧三相电压电流、10kV侧三相电压有效值、380V侧三相电压电流、380V侧三相电压有效值的波形数据图；

图5a至图5e为35kV变压器中性点不接地的配电网系统在10kV变压器(Y/Y0)中间断线情况下3V0、10kV侧三相电压电流、10kV侧三相电压有效值、380V侧三相电压电流、380V侧三相电压有效值的波形数据图；

图6a至图6e为35kV变压器中性点不接地的配电网系统在10kV变压器(Δ/Y0)中间断线情况下3V0、10kV侧三相电压电流、10kV侧三相电压有效值、380V侧三相电压电流、380V侧三相电压有效值的波形数据图；

图7a至图7e为35kV变压器中性点不接地的配电网系统在10kV变压器(Y/Y0)后面断线情况下3V0、10kV侧三相电压电流、10kV侧三相电压有效值、380V侧三相电压电流、380V侧三相电压有效值的波形数据图；

图8a至图8e为35kV变压器中性点不接地的配电网系统在10kV变压器(Δ/Y0)后面断线情况下3V0、10kV侧三相电压电流、10kV侧三相电压有效值、380V侧三相电压电流、380V侧三相电压有效值的波形数据图；

图9为某44个节点安装有负荷测录仪的10kV配电网馈线；

图10为某地区Δ/Y0型10kV配电变压器单相断线故障测录波形；

图11为某电网的一条10kV馈线图；

以上图中曲线按宽度由细到粗依次为A、C、B三相。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

如图1所示，本实施例通过以下步骤进行实施基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址：

第一步、在配电网馈线上安装负荷测录系统，定时从配电网馈线上安装的负荷测录系统采集部分杆变的三相电压、电流和3V0的数值。

所述的配电网是指由架空线路、电缆、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿电容以及一些附属设施等组成的35kV及其以下电压等级的辐射型电网。

所述的配电网馈线是指配电网的馈入支路或者馈出支路。

所述的负荷测录系统如图2所示，由负荷测录仪(电压、电流表)构成的数据采集系统、GPRS通讯和电信部门短信构成的数据传输系统、各供电公司中负责接收数据的终端服务器组成的系统。其中，负荷测录仪(UI表)安装在配电变压器上，负责实时采集各个配电变压器低压侧的电压、负荷电流、功率因素等信息；GPRS无线网络和电信部门短信负责将所采集的信息发送至各供电公司的终端服务器；各供电公司的数据服务器负责存储数据并实现所有安装负荷测录软件个人计算机的数据共享。

所述的3V0是指变压器中性点对地的电压。

第二步、对比从配电网馈线上安装的负荷测录系统采集的电压、电流数值和配网单相断线故障数据库的电压、电流数值判定断线故障类型。

配网单相断线故障数据库如图3a至图8e所示，具体的数值结果见表1a和1b。

表1a 中性点不接地系统A相断线故障数值表

(10kV变压器(Y/Y0)，以正常运行值作为基准)

表1b 中性点不接地系统A相断线故障数值表

(10kV变压器(Δ/Y0)，以正常运行值作为基准)

通过以下方法形成配网单相断线故障数据库：

确定辐射型配网中10kV变压器高、低压侧的绕组接线方式和35kV变压器中性点对地的接线形式。辐射型配网中10kV变压器常见的高、低压侧的绕组接线方式有Y/Y0和Δ/Y0两种；辐射型配电网中35kV变压器中性点一般为中性点不接地。

所述的10kV变压器高、低压侧的绕组接线方式Y/Y0和Δ/Y0中Y/Y0是指10kV变压器的高、低压侧绕组均为星形接线并且中性点接地；Δ/Y0是指10kV变压器的高压侧绕组为Δ接线，低压侧绕组为星形接线并且中性点接地。

所述的中性点不接地是指35kV变压器星形接线侧的中性点与大地没有直接电气连接。

根据辐射型配电网35kV变压器中性点不接地系统单相断线故障中三相电压和中性点电压偏移情况，初步判别断线相。

对配电网35kV变压器中性点不接地系统的单相断线故障，以A相断线为例分析，由于断线断口悬空，断线两端均不接地，电源对地之间必将产生电压偏移，偏移电压为(4)式

$U_{\mathrm{od}}=\frac{\mathrm{j\ωc}(E_A+E_B+E_C)}{3\mathrm{j\ωc}}---\left(4\right)$

其中：U_od为中性点对地电压偏移；E_A，E_B，E_C为电源三相电压；ω为电源的角频率；c为对地电容。

如果断线处是在线路首端，此时A相的对地电容很小可以忽略，这时(4)式变为(5)式

$U_{\mathrm{od}}=\frac{\mathrm{j\ωc}(E_B+E_C)}{2\mathrm{j\ωc}}=\frac{E_A}{2}---\left(5\right)$

则线路中各相对地电压可以表示为(6)式所示：

$U_{\mathrm{Ad}}=E_A+U_{\mathrm{od}}=\frac{3}{2}{E}_A$

$U_{\mathrm{Bd}}=E_B+U_{\mathrm{od}}=\frac{\sqrt{3}}{2}{E}_B{e}^{j30}---\left(6\right)$

U_Cd＝E_C+U_od＝-U_Bd

其中：U_Ad，U_Bd，U_Cd为A、B、C三相对地电压。

如果断线处在线路末端，此时三线线路对地电容基本相等，偏移电压U_od≈0，各相对地电压基本保持不变。当断线点从线路首端逐渐向线路末端变化时，非故障相对地电压也将分别从 变化到E_B、E_C，断线相的对地电压也将从1.5E_A减小到E_A。

通过上述A相断线变化规律分析，在电源侧检测电压变化，如果电压幅值有两相同时变小，另外一相变大，可以断定为断线故障，其中电压升高的一相为断线相，其电压的最大值为1.5倍的电源电势。

所述的中性点电压偏移是指配电网35kV变压器的中性点对地电压的偏移量。

所述的断线相是指配电网中A、B、C三相其中某一相断线并且断线的断口悬空，断线两端均不接地情况下的该相线路。

根据10kV变压器的接线方式是Y/Y0或Δ/Y0分成两类，并区分是在10kV杆变的前面、中间还是后面断线这三种不同场景形成单相断线故障电压、电流和3V0的单相断线故障数据库。

在配电网35kV变压器中性点不接地单相断线分析基础上，区分10kV变压器的接线方式Y/Y0或Δ/Y0分两类进行讨论。

Y/Y0型变压器单相断线，当Y侧发生单相断线故障时Y侧任意一相缺相，由另外两相构成电源输入回路。此时这两相间的电压为线电压，两相相电压的数值均降为原来正常电压倍，且方向相反。另外，由于非故障相的两相电流方向相反，因此通过断线相磁柱的感应磁通叠加起来基本为零，故断线相的感应电压基本为零。

Δ/Y0型变压器单相断线，当Δ/Y0型变压器Δ侧一相进线断线时，另外两相进线通过一个并联回路相连接，并联回路中的一个回路电抗不变，其感应相电压数值也不变；而另一并联回路的电抗将比原来增大一倍，因此该回路电流降为原来一半，相应该回路的两相感应电压也降为原来一半。

所述的10kV杆变的前面、中间还是后面断线分别是指：10kV杆变与给该杆变供电的上级电源之间电压等级为10kV线路上的位置；10kV杆变作为电源与下级供电负荷之间的线路位置；除了上述两种位置的10kV线路上该杆变与其他10kV杆变之间的线路位置。

第三步、结合第二步判断得出的单相断线故障类型，基于负荷测录系统采用前推法或后推法进行单相断线故障寻址，安排巡线班或者操作班处理故障。

所述的基于负荷测录系统采用前推法或后推法进行单相断线故障寻址是基于馈线上安装的负荷测录仪采集得到的部分杆变低压侧三相电压数值，通过对几个关键位置上的不同负荷测录仪采集得到的电压数值进行对比进而确定单相断线故障地点。考虑到各负荷测录仪能够通过短信定时的发送相关电压信息到供电公司的终端服务器，发生单相断线故障时，可以通过定时短信功能来实时获取馈线上所有已安装负荷测录仪配电变压器的三相低压数值。假设两个10千伏馈线上的相邻杆变1和2的低压侧均安装了负荷测录仪，在正常运行方式下电力潮流方向为从杆变1到杆变2。设负荷测录仪测得的杆变1的低压侧三相电压为正常数值，此时若杆变2的低压侧三相电压也为正常数值，则杆变1和杆变2之间没有发生单相断线故障。若杆变2测得的低压侧三相电压为第二步配网单相断线故障数据库中Y/Y0型变压器单相断线后的电压数值，且杆变2为Y/Y0型变压器时，可以判定断线故障点肯定在节点1和节点2之间。同理，若杆变2测得的低压侧三相电压为第二步配网单相断线故障数据库中的Δ/Y0型变压器单相断线后的电压数值，且杆变2的接线模式为Δ/Y0型，也可以判定断线故障点在节点1和节点2之间。

所述的前推法是指从干线线路上的配电变压器进行搜索，然后再依次查找支线线路配电变压器的方法，若支线线路较多，也是先查找支线的干线线路，再查找支线的分支线路，查找时可采用二分法查找。

所述的后推法是指利用用户报来的缺相信息，首先从支线线路上的配电变压器进行搜索，然后再依次向前查找干线线路配电变压器的方法。

本实施例采用某44个节点安装有负荷测录仪的10kV配电网馈线系统为例说明单相断线故障寻址方法的有效性；采用某区域10kV配电网发生单相断线故障的测录波形和实际处理过程为例验证本发明的有效性。

采用某44个节点安装有负荷测录仪的10kV配电网馈线系统为例说明单相断线故障寻址方法的有效性

某44个节点安装有负荷测录仪的10kV配电网馈线系统如图9所示，图中共有44个节点，其中有28各负荷点，所有负荷点均安装了负荷测录仪。其中节点1到节点14之间的线路为干线，其它线路为支线。电源点为图形左上方处35千伏变电站。为了使说明更有广泛性，假设有3条不同线路依次发生单相断线故障，分别是节点12到节点13之间的线路a，节点32到节点33之间的线路b，节点25到节点36之间的线路c。当发生单相断线故障后，通过负荷测录系统，一般有前推法和后推法两种方法可以找到单相断线的故障线路：

方法一：前推法。该方法先从干线线路上的配变进行搜索，然后再依次查找支线线路配变，若支线线路较多，也是先查找支线的干线线路，再查找支线的分支线路，查找时可采用二分法查找。该方法时最常规的寻找断线故障线路的方法，以线路a断线为例。使用该方法寻找如下，首先查找干线线路节点1到节点14上的负荷测录仪数据，按照二分法，先查找节点7处的负荷测录仪，发现节点8处负荷测录仪数据正常，因此故障点在节点7以后，然后向后查找，依次查找节点9、节点12、节点14处的负荷测录仪数据，这样可以查到节点12到节点14之间的干线线路a存在断线故障，此时可以让线运班巡视节点12到节点14之间的线路即可。同理可以使用该方法寻找支线线路故障，如线路b处故障时，通过该方法依次查询节点7、节点6、节点4的故障测录仪数据后，判定故障不在干线线路，然后转向第一个支线线路，依次查找节点21、节点15处的负荷测录仪数据后，可以判定故障发生在节点21到节点15的支线线路b之间。从该方法的实现过程可以看出，该方法能够准确的查到故障点，但是当故障点发生在较后的支线时，查找时间较长。

方法二：后推法。利用用户报来的缺相信息，首先从支线线路上的配变进行搜索，然后再依次向前查找干线线路配变。现在以线路c故障说明，设节点26处的用户报到调度缺相，此时调度部门可以从节点26的负荷测录仪数据开始，依次向前面查询节点25、节点23和节点24的负荷测录仪数据，然后即可判定故障发生在节点36到节点26和节点之间的线路c上。从该方法实现过程可以看出，该方法充分利用了已经掌握的缺相信息来查找，可以有针对性的查找故障点，加快查找速度。

由于通过负荷测录系统能够实时的获取杆变的低压侧三相电压数值并传输到供电公司服务器，因此可以直接在调度中心判定故障点的区间后再让巡线人员巡线或让线操班继续量测未安装负荷测录仪的变压器低压侧三相电压数值以进一步确定故障区间，这样可以省去线操班登杆测量这些杆变低压侧三相电压的大量时间，也可以为线操班的巡线提供更加精确的范围。现场应用时，可以充分结合方法一和方法二的故障测寻思路，更快找到故障点排除故障。

采用某区域10kV配电网发生单相断线故障的测录波形和实际处理过程为例验证本发明的有效性

以2011年1月发生在某区域配电网的一条10千伏馈线单相断线故障的实际处理过程为例，说明本发明基于负荷测录系统的量测数据并结合配电网单相断线故障数据库进行配电网单相断线故障相判别的正确性和故障位置寻址的有效性。

图10给出了发生在该区域配电网中某10kV馈线Δ/Y0型配变单相断线故障情况下，配电变压器的负荷测录仪采集的杆变低压侧电压图形。图中点划线、实线、虚线分别代表低压侧A、B、C三相电压。横坐标代表时间，纵坐标代表电压幅值。时间11:00时负荷测录装置采集的三相低压数值分别为：130V，105V，236V。可见，对于Δ/Y0型变压器，当负荷测录仪出现如下的电压波形即一相绕组电压不变，另外两相电压降低为一半时，可根据配电网单相断线故障数据库中Δ/Y0型变压器接线判定故障相。当发生单相断线故障时，参考变压器绕组接线情况，根据负荷测录仪采集的低压侧三相电压波形或电压数值可判定故障相的相位，这就验证了本发明在配电网单相断线故障情况下判断故障相的有效性。

在本实施例的单相断线故障处理过程中，前半段用了传统的巡线和分段试拉杆刀并测量杆变测量电压方法，后半段采用了基于负荷测录系统的故障寻址方法，通过前后两个处理方法结果和过程的对比，可以看出本发明对于单相断线故障处理方法的优越性。配网线路图如图11所示，电源点为图形左上方处35千伏张泽变电站。图中列出了处理过程中所涉及的重要元件，这些元件的图形和名称编号等均由简化形式表示。该故障的主要处理过程及其时间节点如下：

1、20:06：SCADA显示，张泽站10千伏二段母线3V0为17V。试拉确定张20马桥线故障引起，同时，接到程讯电话，张20马桥线终端用户(图中8-4号杆杆变)报缺相，因此判定张20马桥线存在单相断线事故，同时通知线运班巡线。

2、21:05：由于线路较长，令操作班试拉馈线杆刀进行分段寻址。试拉7号杆5665大庙金阳杆刀后，3V0变为0V。根据该线路上所有用户报缺相情况，初步判定单相断线故障发生在此杆刀后面的线路上。

3、22:08：令线操班测量8-1号杆，8-2号杆和8-3号杆电压，23:48汇报此三个杆变均缺相，初步判定单相断线故障发生在7号杆到8号杆之间的线路上。

4、23:59：张20马桥线上负荷测录系统数据可以查看，由于用户报过某些杆变位置，因此使用后推法查看负荷测录系统，通过查看负荷测录系统，发现4号杆杆变电压缺相，1-1号杆和1-2号杆杆变电压正常，确定4号杆杆变和1号杆3660山房杆刀之间的线路发生单相断线故障。通知线运班重点巡视该段线路。由于3号杆支线上的四台杆变均未安装负荷测录仪，因此无法排除3号杆至4号杆之间是否存在缺相问题，进而不能进一步缩小巡线范围

5、00:30：线运班汇报1号杆至2号杆之间的线路发生单相断线故障，该地方处于树林茂密处，很难找寻。此时故障点找到，通知集团公司抢修。

从以上处理过程可以看出，由于试拉7号杆后系统的三相负荷电流基本平衡，因此3V0电压消失，但是此时故障点依然处于所试拉杆刀的前面一段线路。由此也可以看出通过试拉杆刀寻测故障点的方法并不准确。另外，操作班测量杆变低压侧三相电压的数值所需时间较长，每个杆变耗时大概30分钟的时间，以上测量3个杆变的电压，就耗时大概1个半小时。由于馈线较长，夜间灯光不好且故障点在茂密深林处，单靠线运班巡线很难发现，且需要耗费大量时间。然而，采用本发明基于负荷测录系统测得的该配网中所有已安装负荷测录仪的杆变低压侧三相电压数值，可快速准确的定位单相断线点的故障区域(仅用时大概30分钟)，帮助线运班巡线人员尽快找到断线的故障点，迅速排除故障。

Claims (8)

1.一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、在配电网馈线上安装负荷测录系统，定时从配电网馈线上安装的负荷测录系统采集杆变的三相电压、电流和3V0的数值；

第二步、对比从配电网馈线上安装的负荷测录系统采集的电压、电流数值和配网单相断线故障数据库的电压、电流数值判定单相断线故障类型；

第三步、结合第二步判断得出的单相断线故障类型，基于负荷测录系统采用前推法或后推法进行单相断线故障寻址，进行故障处理；

所述的配网单相断线故障数据库包括：

1)确定辐射型配网中10kV变压器高、低压侧的绕组接线方式和35kV变压器中性点对地的接线形式，辐射型配网中10kV变压器的高、低压侧的绕组接线方式为Y/Y0和△/Y0两种，辐射型配电网中35kV变压器中性点为中性点不接地；

2)根据辐射型配电网35kV变压器中性点不接地系统单相断线故障中三相电压和中性点电压偏移情况，初步判别断线相，方法如下：

对配电网35kV变压器中性点不接地系统的单相断线故障，对于A相断线进行分析，由于断线断口悬空，断线两端均不接地，电源对地之间产生电压偏移，偏移电压为(1)式

$U_{\mathrm{od}}=\frac{\mathrm{j\ωc}(E_A+E_B+E_C)}{3\mathrm{j\ωc}}---\left(1\right)$

其中：U_od为中性点对地电压偏移；E_A,E_B，E_C为A、B、C三相电压；ω为电源的角频率；c为对地电容；

若断线处是在线路首端，此时A相的对地电容忽略，这时(1)式变为(2)式

$U_{\mathrm{od}}=\frac{\mathrm{j\ωc}(E_B+E_C)}{2\mathrm{j\ωc}}=\frac{E_A}{2}---\left(2\right)$

则线路中各相对地电压可以表示为(3)式所示：

其中：U_Ad，U_Bd，U_Cd为A、B、C三相对地电压；

若断线处在线路末端，三线线路对地电容基本相等，偏移电压U_od≈0，各相对地电压基本保持不变；断线点从线路首端逐渐向线路末端变化时，非故障相对地电压也将分别从变化到E_B、E_C，断线相的对地电压也将从1.5E_A减小到E_A；

通过上述A相断线变化规律分析，在电源侧检测电压变化，如果电压幅值有两相同时变小，另外一相变大，则断定为单相断线故障，其中电压升高的一相为断线相，其电压的最大值为1.5倍的电源电势；

3)根据10kV变压器的接线方式为Y/Y0或△/Y0分成两类，并区分是在10kV杆变的前面、中间还是后面断线这三种不同场景形成单相断线故障电压、电流和3V0的单相断线故障数据库；

在配电网35kV变压器中性点不接地单相断线分析基础上，区分10kV变压器的接线方式Y/Y0或△/Y0分两类进行论述：

(1)Y/Y0型变压器单相断线，当Y侧发生单相断线故障时Y侧任意一相缺相，由另外两相构成电源输入回路，此时这两相间的电压为线电压，两相相电压的数值均降为原来正常电压倍，且方向相反，由于非故障相的两相电流方向相反，因此通过断线相磁柱的感应磁通叠加起来基本为零，故断线相的感应电压基本为零；

(2)△/Y0型变压器单相断线，当△/Y0型变压器△侧一相进线断线时，另外两相进线通过一个并联回路相连接，并联回路中的一个回路电抗不变，其感应相电压数值也不变；而另一并联回路的电抗将比原来增大一倍，因此该回路电流降为原来一半，相应该回路的两相感应电压也降为原来一半；

通过上述方法便构成了配网单相断线故障数据库；

所述的配电网为35kV及其以下电压等级的辐射型电网，所述的配电网馈线为配电网的馈入支路或馈出支路，所述的3V0是指变压器中性点对地的电压。

2.根据权利要求1所述的一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法，其特征在于，所述的负荷测录系统包括依次连接的负荷测录仪、数据传输模块和负责接收数据的终端服务器，所述的负荷测录仪安装在配电变压器上，负责实时采集各个配电变压器低压侧的电压、负荷电流和功率因素信息；数据传输模块将所采集的信息发送至各终端服务器；各终端服务器负责存储数据并实现数据共享。

3.根据权利要求1所述的一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法，其特征在于，所述的10kV变压器高、低压侧的绕组接线方式为Y/Y0和△/Y0，其中Y/Y0是指10kV变压器的高、低压侧绕组均为星形接线并且中性点接地；△/Y0是指10kV变压器的高压侧绕组为△接线，低压侧绕组为星形接线并且中性点接地。

4.根据权利要求1所述的一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法，其特征在于，所述的断线相为配电网中A、B、C三相其中某一相断线并且断线的断口悬空，断线两端均不接地的该相线路。

5.根据权利要求1所述的一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法，其特征在于，所述的10kV杆变的前面、中间还是后面断线分别是指：10kV杆变与给该杆变供电的上级电源之间电压等级为10kV线路上的位置；10kV杆变作为电源与下级供电负荷之间的线路位置；除了上述两种位置的10kV线路上该杆变与其他10kV杆变之间的线路位置。

6.根据权利要求1所述的一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法，其特征在于，所述的结合第二步判断得出的单相断线故障类型，基于负荷测录系统采用前推法或后推法进行单相断线故障寻址具体为：

基于负荷测录系统采用前推法或后推法进行单相断线故障寻址是基于馈线上安装的负荷测录仪采集得到杆变低压侧三相电压数值，通过对不同负荷测录仪采集得到的电压数值进行对比来确定单相断线故障地点，具体为：

假设两个10千伏馈线上的相邻杆变1和2的低压侧均安装了负荷测录仪，在正常运行方式下电力潮流方向为从杆变1到杆变2，设负荷测录仪测得的杆变1的低压侧三相电压为正常数值，此时若杆变2的低压侧三相电压也为正常数值，则杆变1和杆变2之间没有发生单相断线故障，若杆变2测得的低压侧三相电压为第二步配网单相断线故障数据库中Y/Y0型变压器单相断线后的电压数值，且杆变2为Y/Y0型变压器时，判定断线故障点肯定在节点1和节点2之间；同理，若杆变2测得的低压侧三相电压为第二步配网单相断线故障数据库中的△/Y0型变压器单相断线后的电压数值，且杆变2的接线模式为△/Y0型，判定断线故障点在节点1和节点2之间。

7.根据权利要求6所述的一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法，其特征在于，所述的前推法是指从干线线路上的配电变压器进行搜索，然后再依次查找支线线路配电变压器。

8.根据权利要求6所述的一种基于负荷测录系统的配电网单相断线判定及寻址方法，其特征在于，所述的后推法是指利用用户报来的缺相信息，首先从支线线路上的配电变压器进行搜索，然后再依次向前查找干线线路配电变压器。