CN103389440A - 一种电力故障分析方法及其系统、装置、服务器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力故障分析方法及其系统、装置、服务器。本发明提供的电力故障分析系统，包括：多个电能分析仪、多个GPS校时器、服务器，其中，电能分析装置，安装于各个变电站，用于检测线路的电力数据及电流行波波头到达时间，并通过网络将所述时间上传至服务器，服务器与电能分析装置通过网络连接，接收电能分析装置上传的电力线的电力数据及电流行波波头到达时间，并通过分析所述时间，确定线路故障位置。本发明通过电能分析装置检测线路电流行波波头到达时间及采集各个变电站电力数据，并上传至服务器进行故障分析，以便于通过服务器识别电力系统中存在的暂态故障，可以有效的确定故障的类型及原因。

Description

一种电力故障分析方法及其系统、装置、服务器

技术领域

本发明涉及电力技术领域，具体涉及一种电力故障分析方法及其系统、装置、服务器。

背景技术

近年电力输电网络迅速扩大，实际电力系统工况变得更加复杂，各类非线性负载在实际运行中产生的冲击性响应常常对电网造成巨大的破坏，甚至影响了电网的稳定运行。正是这些问题促使人们越发的关注电能质量的问题。

当电网出现故障时，如何快速定位故障源对整个电力系统具有十分重要的意义。

电能质量监测设备是对电网运行质量进行检测及分析的专用产品，可以采集电源信号并捕捉任何电源的故障，传统的电能质量监测设备通常是孤立的，它仅局限于某一个监测点，能够对该监测点出现的故障进行分析，但并不利于对整个电网情况做全局的分析，其当整条母线线路瘫痪后，而导致的所有监测点的故障，不能够定位出由哪个监测点引发的。

现有技术中，在中国发明CN101741087A中提到了一种电力污染定位方法，具体框架如图1所示，这种方法定位步骤包手：

a)将电能监测仪、系统服务器、电力污染管理人员计算机都连接到互联网，由电能监测仪提供原始数据，并存放到原始数据库。

b)该电力污染定位系统从原始数据库提取数据给数据处理系统进行分析，如果有电能指标超出电能质量标准中的许可范围则生成电力污染危害评估报告。

c、)如果超标项的危害程度大，则分析该指标超标点前后各监测点的电力参数变化情况，分析用电设备的启用与切换以及运行过程中的超标项指标参数的变化，从而判断各用电设备是否对电力系统造成污染。

d)如果某设备在启用与切换、或运行过程中发生异常变化时，超标项指标参数开始出现超标现象，则可以判定该设备对电力系统造成污染。

在实现本发明的过程中，发明人发现，这种监测方式对于雷击等暂态故障引起的整个电路的瘫痪问题是无法定位的，因为所有监测仪都会监测到这个污染，并认为故障是由该监测仪所监测设备引起的。

发明内容

本发明提供一种电力故障分析方法及其系统、装置、服务器，用于解决现有技术中当电力系统中存在暂态故障而导致电路瘫痪时无法定位故障位置的问题。

本发明提供的一种电力故障分析系统，包括：多个电能分析装置、多个GPS校时器、服务器，其中，

所述电能分析装置，安装于各个变电站，用于检测线路的电力数据及电流行波波头到达时间，并通过网络将所述时间上传至所述服务器，

所述服务器，与所述电能分析装置通过网络连接，并接收所述电能分析装置上传的所述线路的电力数据及电流行波波头到达时间，并通过分析所述时间，确定线路故障位置，

所述GPS校时器，与所述电能分析装置连接，用于保证所述电能分析装置检测线路波形的时间同步。

可选地，所述系统进一步包括：

主站控制系统，用于对所述电能分析装置发出控制命令，所述控制命令通过所述服务器器传输至电能分析装置。

本发明还提供一种电能分析装置，所述电能分析装置，包括：

行波波头检测单元，用于检测线路的电流行波波头到达时间，

波形记录单元，用于记录各个变电站电力数据的波形，

电能质量分析单元，用于分析各个变电站电力数据，

发送单元，用于将所述线路的电流行波波头到达时间及各个变电站电力数据上传至服务器。

本发明还提供一种电力故障分析服务器，其中，所述服务器，包括：

接收单元，用于接收所述线路电流行波波头到达时间及所述各个变电站电力数据，

线路故障定位单元，用于根据所述线路电流行波波头到达时间差，定位线路故障点；

变电站故障定位单元，用于对所述各个变电站的电力数据进行波形分析，确定发生故障的变电站及引发故障的原因。

可选地，所述服务器与所述电能分析装置通过以太网或无线网络建立连接，所述服务器与所述电能分析装置分别包括以太网卡或无线网卡，用于通过以太网卡或无线网卡建立所述服务器与所述电能分析装置之间的网络连接。

本发明还提供一种电力系统故障分析方法，所述方法包括：

接收线路电流行波波头到达时间及各个变电站电力数据，

根据所述线路电流行波波头到达时间差，定位线路故障点

对所述各个变电站的电力数据进行波形分析，确定发生故障的变电站及引发故障的原因。

本发明通过电能分析装置检测线路的电力数据及电流行波波头到达时间，并上传服务器进行故障分析，以便于通过服务器识别电力系统中存在的暂态故障，可以有效的确定故障的类型及原因。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是现有技术电力污染定位方法框架图；

图2是本发明实施例电力故障分析系统结构示意图；

图3是本发明实施例电能分析装置结构示意图；

图4是本发明实施例电力故障分析服务器结构示意图；

图5是本发明实施例电能分析装置具体结构示意图；

图6是本发明实施例电能分析装置应用安装示意图；

图7是本发明实施例电力故障分析方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请结合参看图2，本发明实施例提供一种电力故障分析系统，检测线路电流行波波头到达时间，并上传服务器进行故障分析，以便于通过服务器识别电力系统中存在的暂态故障，可以有效的确定故障的类型及原因。本发明实施例的系统，包括：多个电能分析装置、多个GPS校时器、服务器，其中，

电能分析装置，安装于各个变电站，用于检测线路的电力数据及电流行波波头到达时间，并通过网络将所述时间上传至所述服务器，

服务器，与电能分析装置通过网络连接，并接收电能分析装置上传的线路的电流行波波头到达时间，并通过分析所述时间，确定线路故障位置，

GPS校时器，与所述电能分析装置连接，用于保证所述电能分析装置检测线路波形的时间同步。

可选地，在本发明实施例中，电能分析装置之间通过3G、GPRS等无线网络或者直接通过以太网方式进行组网，就可以与服务器通信，服务器可以充当中间媒介与主站控制系统通信。主站系统等控制系统发出的控制命令由服务器传递给电能分析装置。

可选地，在本发明实施例中，GPS校时器是一个独立的装置用于产生精确的时钟，GPS由于其定时和授时系统具有抗干扰、全天候、高精度的特点，可以满足测距中时间同步的要求。本发明实施例采用高精度恒温晶振并配合GPS卫星授时系统，使用编码校时方式，时间精度准确到0.1us，卫星失步1小时，累计误差不超过1us。

可选地，在本发明实施例中，安装于各个变电站的电能分析装置，可以包括专门用于检测变电站间线路的电流行波波头到达时间的行波波头检测单元，行波检测单元，使用硬件来实现，无需高速A/D采样及记录数据，对系统负担小，设计简单、可靠，定位距离相差300m。

可选地，在本发明实施例中，服务器包括线路故障定位单元，用于根据所述线路电流行波波头到达时间差，定位线路故障点，本发明实施例中，采用基于故障暂态行波的定位方法是利用故障发生后线路上出现的以固定传播速度(约为光速的98％)运动的电压行波和电流行波进行精确故障定位，其测量误差小，且受线路类型、接地阻抗等因素的影响小。在本发明实施例中，采用双端行波定位原理进行线路故障的定位，双端行波定位原理是利用故障行波到达故障线路两端的时间差计算出故障距离，关键是准确记录下行波到达线路两端的相对时间，利用接收GPS的卫星信号并配合高精度恒温晶振的使用，可以获取精度在0.1us以内的时间脉冲，因此，GPS可作为同步时间单元。由于母线两端都只检测第一个到达的行波，线路的过渡电阻的电弧特性、系统运行方式的变化、线路的分布电容以及负荷电流等因素对测距复杂性不会造成大的影响，因此双端行波法比单端行波法测距结果更准确和可靠。在本发明实施例中，对于故障线路来说，假设输电线路全长L，故障点初始行波达到两端母线M，N的时间分别为TM和TN，则故障点距线路M端的距离为：

$L_M=\frac{1}{2}[(T_M-T_N)v+L]$

其中，v为行波波速，L为线路全长。

可选地，在本发明实施例中，为了更全面的定位电力系统中出现的各种类型的故障，比如，不产生行波的电源故障，本发明实施例中的电能分析装置进一步可以包括：波形记录单元，用于记录各个变电站设备的电力数据的波形，这些数据可以为各变电站的基本电力参数，比如，电流、电压或频率的波形。电能质量分析单元，用于分析各个变电站电力数据，比如，电流、电压或频率值。

可选地，在本发明实施例中，为了将电能分析装置检测的线路电流行波波头到达时间，以及电能质量分析单元采集的各个变电站电力数据上传至服务器，本发明实施例中的电能分析装置还包括发送单元，发送单元通过以太网卡或无线网卡将上述数据发送至服务器的接收单元。

可选地，在本发明实施例中，服务器还包括变电站故障定位单元，用于对所述各个变电站的电力数据进行波形分析，确定发生故障的变电站及引发故障的原因。在本实施例中，变电站故障定位单元可以根据各变电站中电能分析装置中的电能质量分析单元上报的基本电力参数，计算各变电站各配网的电压偏差、频率偏差、谐波畸变率、电压闪变、三相不平衡度等稳态指标参数，以及谐振、脉冲冲击、瞬时电压上升与下降、瞬时供电中断、噪声等暂态指标参数，并与标准数据进行比较，分析输配网的电力故障状况，生成电力故障分析报告，定位各变电站发生故障的类型及原因。

下面结合图3对电能分析装置进行说明，如图3所示，电能分析装置包括：

行波波头检测单元，用于检测线路的电流行波波头到达时间，

波形记录单元，用于记录各个变电站电力数据的波形，

电能质量分析单元，用于分析各个变电站电力数据，

发送单元，用于将所述线路的电流行波波头到达时间及各个变电站电力数据上传至服务器。

在本发明实施例中，各功能单元的工作原理及过程请参见上述系统实施例中的说明，本实施例中不再赘述。

下面结合图4对电力故障分析服务器进行说明，如图4所示，电力故障分析服务器包括：

接收单元，用于接收所述线路电流行波波头到达时间及所述各个变电站电力数据，

线路故障定位单元，用于根据所述线路电流行波波头到达时间差，定位线路故障点；

变电站故障定位单元，用于对所述各个变电站的电力数据进行波形分析，确定发生故障的变电站及引发故障的原因。

在本发明实施例中，各功能单元的工作原理及过程请参见上述系统实施例中的说明，本实施例中不再赘述。

为进一步阐述电能分析装置的各功能模块，下面结合图5，举例说明电能分析装置中各功能模块之间的连接关系，如图5所示，电能分析装置为一台电能分析仪，其具体结构包括：

信号调理模块，用于从电力线路采集电网的电压电流，通过前级调理电路后输入行波波头检测模块，

行波波头检测模块，根据前级调理电路输入的电压电流，检测线路的电流行波波头到达时间，

高速A/D转换器，用于将前前级调理电路的模拟信号转换为数字信号，并将数字信号输入数字信号处理器，

微控制单元MCU，又称单片微型计算机，用于处理来自协议控制器、数字信号处理器等的数字信号，并分别与存储单元，比如，NAND Flash SDRAM，外置SD存储卡，显示单元，比如，TFT LCD，网卡，比如，10M以太网卡，外部接口，比如，USB接口、RS232，输入装置，比如，键盘、触摸屏等连接，

校时系统，比如，GPS编码校时和时钟，用于对于电能质量分析仪中各功能模块进行校时，保证数据处理的同步，

电源系统，用于对电能质量分析仪中的各功能模块进行供电。

为进一步阐述电能分析仪的具体应用，下图结合图6，举例说明电能分析仪应用安装示意图，如图所示，在每个变电站的出线上安装电能分析仪，并且每个电能分析仪分别与连接一个GPS校时器，各个电能分析仪通过各自的网卡比如，无线网卡或以太网卡进行组网，与服务器进行网络连接。

下面结合图7对电力故障分析方法进行阐述，本发明方法中，包括以下步骤，

701，接收线路电流行波波头到达时间及各个变电站电力数据，

702，根据所述线路电流行波波头到达时间差，定位线路故障点

703，对所述各个变电站的电力数据进行波形分析，确定发生故障的变电站及引发故障的原因。

需要说明的是，上述各步骤之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明系统实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明系统实施例中的叙述，此处不再赘述。

需要说明的是，本发明中的各个单元或模块能作为单独的硬件或软件来实现，并且可以根据需要使用单独的硬件或软件来实现各个模块功能的组合。

上述本发明实施例中，通过组网电能分析装置，可以做到远程集中监控电能分析装置的目的，避免对多台便携式电能分析装置进行升级、同步校时、设置等操作，节省了大量时间、人力上的投入，同时，可以避免由于条件所限而造成的历史数据无法及时备份的失误。另外，同一电能分析装置中集成了采集各种类型故障的单元，电力故障分析服务器通过电能分析装置的波形采集和分析能力，可以根据故障波形确定故障的类型及原因，通过分析线路电流行波波头到达时间，识别电力系统中存在的暂态故障。同时，电能分析装置可以采用电能分析仪的一体化设计，安装调试简单，成本低。

需要说明的是，为了实现本发明的目的，本领域技术人员可以采用以下技术方案实现，比如，利用高速率采样的电能质量监测仪(采样率达到200kHz)通过监测故障行波到达的时间，或通过比对各个监测仪的暂态波形的变化先后顺序来定位故障的方案，直接取代利用行波测距装置定位故障的方案；或者由外置的行波测距装置与电能质量监测仪各自分工将收集到的障碍信息直接汇总到服务器，由服务器分析判定故障位置。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。

以上对本发明实施例所提供的应用程序分发方法和终端设备，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种电力故障分析系统，包括：多个电能分析装置、多个GPS校时器、服务器，其特征在于， 

所述电能分析装置，安装于各个变电站，用于检测线路的电力数据及电流行波波头到达时间，并通过网络将所述时间上传至所述服务器， 

所述服务器，与所述电能分析装置通过网络连接，并接收所述电能分析装置上传的所述线路的电力数据及电流行波波头到达时间，并通过分析所述时间，确定线路故障位置， 

所述GPS校时器，与所述电能分析装置连接，用于保证所述电能分析装置检测线路波形的时间同步。 

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电能分析装置，包括： 

行波波头检测单元，用于检测线路的电流行波波头到达时间， 

波形记录单元，用于记录各个变电站电力数据的波形， 

电能质量分析单元，用于分析各个变电站电力数据， 

发送单元，用于将所述线路的电流行波波头到达时间及各个变电站电力数据上传至服务器。 

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述服务器，包括： 

接收单元，用于接收所述线路电流行波波头到达时间及所述各个变电站电力数据， 

线路故障定位单元，用于根据所述线路电流行波波头到达时间差，定位线路故障点； 

变电站故障定位单元，用于对所述各个变电站的电力数据进行波形分析，确定发生故障的变电站及引发故障的原因。 

4.根据权利要求1至3任一项所述的系统，其特征在于，所述服务器与所述电能分析装置通过以太网或无线网络建立连接，所述服务器与所述电能分析装置分别包括以太网卡或无线网卡，用于通过以太网卡或无线网卡建立所述服务器与所述电能分析装置之间的网络连接。 

5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述系统进一步包 括： 

主站控制系统，用于对所述电能分析装置发出控制命令，所述控制命令通过所述服务器器传输至电能分析装置。 

6.一种电能分析装置，其特征在于，包括： 

行波波头检测单元，用于检测线路的电流行波波头到达时间， 

波形记录单元，用于记录各个变电站电力数据的波形， 

电能质量分析单元，用于分析各个变电站电力数据， 

发送单元，用于将所述线路的电流行波波头到达时间及各个变电站电力数据上传至服务器。 

7.根据权利要求6所述的电能分析装置，其特征在于，还包括： 

以太网卡或无线网卡，用于与服务器建立网络连接。 

8.一种电力故障分析服务器，其特征在于，所述服务器，包括： 

接收单元，用于接收所述线路电流行波波头到达时间及所述各个变电站电力数据， 

线路故障定位单元，用于根据所述线路电流行波波头到达时间差，定位线路故障点； 

变电站故障定位单元，用于对所述各个变电站的电力数据进行波形分析，确定发生故障的变电站及引发故障的原因。 

9.根据权利要求8所述的服务器，其特征在于，还包括： 

以太网卡或无线网卡，用于与电能分析装置建立网络连接。 

10.一种电力系统故障分析方法，其特征在于，所述方法包括： 

接收线路电流行波波头到达时间及各个变电站电力数据， 

根据所述线路电流行波波头到达时间差，定位线路故障点 

对所述各个变电站的电力数据进行波形分析，确定发生故障的变电站及引发故障的原因。 

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