CN104020393B - 一种用电网单相对地短路故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用电网单相对地短路故障定位方法，其特征在于，包括：步骤一：整定用电网的单相对地短路故障判据；步骤二：实时监测用电网是否发生单相对地短路故障；步骤三：当发现用电网中发生单相对地短路故障时，监测主机报警，并启动故障定位功能模块，与各智能电能表进行通讯，根据与智能电能表的通讯结果定位可能的短路故障位置。步骤四：工作人员现场确认故障位置。本发明不仅可对用电网中发生的单相短路故障进行实时报警，而且通过复用电能表进行短路故障定位，最终可以统计出用电网短路故障的频率、发生时间、短路位置。本发明将为安全隐患排查、事故动作分析等安全用电高级服务提供技术支撑。

Description

一种用电网单相对地短路故障定位方法

技术领域

本发明涉及一种短路故障定位方法，具体涉及一种用电网单相对地短路故障定位方法，本发明属于用电安全技术领域。

背景技术

近年来我国加快建设智能电网，在智能小区/楼宇示范工程的建设中部署家庭能源管理系统，通过网关、高级计量表计、智能用电设备以及覆盖到户的通信网络实现了家庭用电可视化。在智能园区示范工程建设中部署园区能源管理系统，通过高级计量表计采集园区企业内部用能信息，实现了能耗监测与统计、能效分析与诊断，指导处于园区范围内的工厂、企业合理有效用能，减少峰值负荷，提高能源使用效率。上述能源管理系统都需要部署大量具有通讯功能的智能电能表，如果这些电能表只能单纯用于电能计量和能效分析，系统的建设成本将较高，难以推广。

供配电系统要求对用户实现安全可靠供电，但由于各种原因难免出现故障，其中最常见的故障是短路，又以发生单相短路的可能性最大。智能电网的发展对用户安全用电的自动化水平提出了更高的要求，其中，用户用电网（400V低压电网）的故障自动侦测及定位是一个关键技术，用来在短路等事故保护动作之后，通过监测系统自动（可配合少量人工巡查工作）给出本次事故动作保护的分析报告。目前，国内外在这块的研究刚刚起步，不见成熟的技术和系统。

当前市场上已见一些带有通信功能的断路器，它们可以通过与其配套的通信模块连接至上位机，实现遥信、遥测、遥调、遥控“四遥功能”。不仅可以查询断路器的当前状态（合闸、分闸或者脱扣），而且可以查询最近一次故障记录，包括故障相极、故障类型、故障时各相电流、保护整定值、故障相电流及分断时间等。但带通讯功能的断路器价格昂贵，多用于中高压配电网中，低压用电网中的断路器一般不带有录波和通讯功能，因此，目前用电网中还不能采用和断路器进行通讯的方式来实现故障定位。

目前，主流的低压断路器都具有限流功能，具有极快的分断速度，在短路电流没有达到预期峰值前即将其切断，使实际短路电流产生的能量比预期能量减少，大大减小电网、电器受到的机械应力及热耗。短路时用电网的电磁暂态过程非常复杂，尤其是断路器保护作用时，燃弧、断弧过程以及电弧电阻使得系统的暂态特性发生了巨大的变化，很难对系统进行精确建模，实际短路电流难以准确计算。

综上所述，目前还没有较成熟的用电网短路故障定位方法，尤其是“能复用电能计量和能效诊断应用所安装电能表”的故障定位方法是国内外的技术空白，该方法是实现用电网内部短路故障快速自动侦测和定位的关键技术。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用电网单相对地短路故障定位方法，解决现有技术中缺乏成熟的用电网短路故障定位技术，尤其是“能复用电能计量和能效诊断应用所安装电能表”的故障定位的技术问题。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种用电网单相对地短路故障定位方法，所述用电网的每条配电线路上安装有低压保护继电器，所述用电网的一条或者多条配电线路上安装有智能电能表，其特征在于，包括：

步骤一：整定用电网的单相对地短路故障判据；

步骤二：实时监测用电网是否发生单相对地短路故障；

步骤三：当发现用电网中发生单相对地短路故障时，监测主机报警，并启动故障定位功能模块，与各智能电能表进行通讯，根据与智能电能表的通讯结果定位可能的短路故障位置。

步骤四：工作人员现场确认故障位置。

前述的一种用电网单相对地短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤一包括：

步骤1a：计算短路点的单相稳态短路电流I_稳态，I_稳态＝V_用电网Z_计算，其中，V_用电网为用电网电压，Z_计算为短路计算阻抗，Z_计算＝ΣZ_馈线n+Z_变压器，Z_馈线n为短路点到变压器之间的第n级配电馈线阻抗，Z_变压器为变压器的短路阻抗；

步骤1b：根据步骤1a计算用电网中所有可能短路点的稳态短路电流，确定最小稳态短路电流I_最小；

步骤1c：根据步骤1b，整定用电网的单相对地短路故障判据为：电流突变量的幅值大于K₁I_最小，并且突变量的直流谐波比例大于K₂，所述K₁、K₂均为阀值。

前述的一种用电网单相对地短路故障定位方法，其特征在于，K₁＝0.25，K₂＝25％。

前述的一种用电网单相对地短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤二包括：在变压器低压总出线处安装监测主机，监测主机实时录取用电网的电流波形，并对电流波形的幅值和直流谐波比例进行实时分析，当电流突变量的幅值和直流谐波比例满足所述单相对地短路故障判据时，判定用电网中有单相对地短路故障发生，否则就判定用电网中没有单相对地短路故障发生。

前述的一种用电网单相对地短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤三中根据与智能电能表的通讯结果定位可能的短路故障位置的具体方法如下：如果发生短路的配电线路上同时安装有低压保护继电器和智能电能表，短路发生后，低压保护继电器发生跳闸保护动作，智能电能表测量的线路电流改变为0，监测主机记录下智能电能表的内部编号，查表获取智能电能表在用电网中的位置，将所述位置作为可疑短路故障位置记录下来，将定位信息显示在监测主机人机界面上；记录下所有可疑短路故障位置，构成可疑故障位置列表，用于下一步的人工排查。

前述的一种用电网单相对地短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤四包括：

步骤4a：在可疑故障位置列表中，排除由于人为拉闸断电造成的智能电能表读数为0的情况，完成后转到步骤4b；

步骤4b：如果可疑故障位置列表为空，说明短路故障发生在没有安装智能电能表的线路上；

步骤4c：确认短路故障位置后，工作人员统计故障位置信息。

本发明的有益之处在于：本发明的应用于具有电流录波和分析功能的用电网监控系统，不仅可对用电网中发生的单相短路故障进行实时报警，而且通过复用“电能计量和能效诊断应用”所安装的电能表进行短路故障定位，最终可以统计出用电网短路故障的频率、发生时间、短路位置。本发明将为安全隐患排查、事故动作分析等安全用电高级服务提供技术支撑。

附图说明

图1是本发明一种用电网单相对地短路故障定位方法的系统流程图；

图2是本发明一种用电网单相对地短路故障定位方法的系统原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1所示，本发明一种用电网单相对地短路故障定位方法，用电网的每条配电线路上安装有低压保护继电器，用电网的一条或者多条配电线路上安装有智能电能表，包括：

步骤一：整定用电网的单相对地短路故障判据；

具体包括如下步骤：

步骤1a：计算短路点的单相稳态短路电流I_稳态，I_稳态＝V_用电网Z_计算，其中，V_用电网为用电网电压，不同地区不同，国内一般为220V。Z_计算为短路计算阻抗，Z_馈线n为短路点到变压器之间的第n级配电馈线阻抗，其根据配电馈线长度和规格计算得出，Z_计算＝ΣZ_馈线n+Z_变压器，Z_变压器为变压器的短路阻抗，通过查手册获取；

步骤1b：根据步骤1a计算用电网中所有可能短路点的稳态短路电流，确定最小稳态短路电流I_最小；

步骤1c：根据步骤1b，整定用电网的单相对地短路故障判据为：电流突变量的幅值大于K₁I_最小，并且突变量的直流谐波比例大于K₂，K₁、Kx均为阀值。短路时断路器的燃断弧过程及电弧电阻使得系统的暂态特性发生了巨大的变化，很难对系统进行精确建模，实际短路电流难以准确计算。试验结果显示，经过断路器限流后的实际短路电流幅值将降低到稳态短路电流值的0.25左右,实际短路电流的直流谐波分量将大于25%，短路电流的作用时间不大于10ms,以上是本发明整定单相对地短路故障判据的试验依据。因此，优选K₁＝0.25，K₂＝25％。实际中也可以在优选值周围上下调整。

步骤二：实时监测用电网是否发生单相对地短路故障。具体来说，在变压器低压总出线处安装监测主机，监测主机实时录取用电网的电流波形，并对电流波形的幅值和直流谐波比例进行实时分析，当电流突变量的幅值和直流谐波比例满足单相对地短路故障判据时，判定用电网中有单相对地短路故障发生，否则就判定用电网中没有单相对地短路故障发生。

步骤三：当发现用电网中发生单相对地短路故障时，监测主机报警，并启动故障定位功能模块，与各智能电能表进行通讯，根据与智能电能表的通讯结果定位可能的短路故障位置。

本步骤中根据与智能电能表的通讯结果定位可能的短路故障位置的具体方法如下：如果发生短路的配电线路上同时安装有低压保护继电器和智能电能表，短路发生后，低压保护继电器发生跳闸保护动作，智能电能表测量的线路电流改变为0，监测主机记录下智能电能表的内部编号，查表获取智能电能表在用电网中的位置，将位置作为可疑短路故障位置记录下来，将定位信息显示在监测主机人机界面上；记录下所有可疑短路故障位置，构成可疑故障位置列表，用于下一步的人工排查。

如果发生短路的配电线路上只安装了低压保护继电器，没有安装智能电能表，监测主机无法获取该线路的电流信息，也无法将该线路添加到可疑短路故障位置列表。

步骤四：工作人员现场确认故障位置。当上述步骤三中监测主机发出短路故障报警后，工作人员将根据系统提供的可疑短路故障位置列表进行现场确认。

步骤4a：在可疑故障位置列表中，排除由于人为拉闸断电造成的智能电能表读数为0的情况，完成后转到步骤4b；

步骤4b：如果可疑故障位置列表为空，说明短路故障发生在没有安装智能电能表的线路上；

步骤4c：确认短路故障位置后，工作人员统计故障位置信息。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

将该方法应用于具有电流录波和分析功能的用电网监控系统，不仅可对用电网中发生的单相短路故障进行实时报警，而且通过复用“电能计量和能效诊断应用”所安装的电能表进行短路故障定位，最终可以统计出用电网短路故障的频率、发生时间、短路位置。该方法将为安全隐患排查、事故动作分析等安全用电高级服务提供技术支撑。

图2是应用本发明的用电网监测系统原理图，该系统应具有如下部件和配置：

1）具有电流录波和分析功能的监测主机。

监测主机设置在变压器低压总出线处，具体包括以下功能：三相电流录波功能、电流突变量提取及其幅值和谐波分析功能、短路故障判定及定位功能等。具体实施时监测主机可由工控机、大量程钳口式电流变送器、数据采集卡等通用模块集成开发。

2）拟监测线路的典型配置。

如图2所示，拟监测线路的两种典型配置见短路点1和短路点2所连线路，其中：

短路点1所连线路上配置有电能表和断路器，短路发生后，由于继电器发生跳闸保护动作，电能表测量的线路电流将改变为0。故障定位时，监测主机记录下该电能表的内部编号，形成可疑短路故障位置列表，用于下一步的人工排查。需要说明的是，电能表是电能计量和能效诊断等应用本来就安装的，本发明只是复用这些电能表的电流读取功能，不会增加额外的建设成本。

短路点2所连线路上只配置有断路器，即该线路的电能不需要单独计量，监测主机无法获取该线路的电流信息，也无法将该线路添加到可疑短路故障位置列表。换句话说，如果想要定位该线路的短路故障，需要在该线路添加电能表，但这将增加建设成本。

3）监测主机和电流表能够实现通讯。

为实现故障定位功能，需要建立监测主机和智能电能表的通讯，具体实施时可以采用RS-485等通讯方式。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种用电网单相对地短路故障定位方法，所述用电网的每条配电线路上安装有低压保护继电器，所述用电网的一条或者多条配电线路上安装有智能电能表，其特征在于，包括：

步骤一：整定用电网的单相对地短路故障判据；

步骤二：实时监测用电网是否发生单相对地短路故障；

步骤三：当发现用电网中发生单相对地短路故障时，监测主机报警，并启动故障定位功能模块，与各智能电能表进行通讯，根据与智能电能表的通讯结果定位可能的短路故障位置；

步骤四：工作人员现场确认故障位置；

所述步骤一包括：

步骤1a：计算短路点的单相稳态短路电流I_稳态，I_稳态＝V_用电网/Z_计算，其中，V_用电网为用电网电压，Z_计算为短路计算阻抗，Z_计算＝∑Z_馈线n+Z_变压器，Z_馈线n为短路点到变压器之间的第n级配电馈线阻抗，Z_变压器为变压器的短路阻抗；

步骤1b：根据步骤1a计算用电网中所有可能短路点的稳态短路电流，确定最小稳态短路电流I_最小；

步骤1c：根据步骤1b，整定用电网的单相对地短路故障判据为：电流突变量的幅值大于K₁I_最小，并且突变量的直流谐波比例大于K₂，所述K₁、K₂均为阀值。

2.根据权利要求1所述的一种用电网单相对地短路故障定位方法，其特征在于，K₁＝0.25，K₂＝25％。

3.根据权利要求2所述的一种用电网单相对地短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤二包括：在变压器低压总出线处安装监测主机，监测主机实时录取用电网的电流波形，并对电流波形的幅值和直流谐波比例进行实时分析，当电流突变量的幅值和直流谐波比例满足所述单相对地短路故障判据时，判定用电网中有单相对地短路故障发生，否则就判定用电网中没有单相对地短路故障发生。

4.根据权利要求3所述的一种用电网单相对地短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤三中根据与智能电能表的通讯结果定位可能的短路故障位置的具体方法如下：如果发生短路的配电线路上同时安装有低压保护继电器和智能电能表，短路发生后，低压保护继电器发生跳闸保护动作，智能电能表测量的线路电流改变为0，监测主机记录下智能电能表的内部编号，查表获取智能电能表在用电网中的位置，将所述位置作为可疑短路故障位置记录下来，将定位信息显示在监测主机人机界面上；记录下所有可疑短路故障位置，构成可疑故障位置列表，用于下一步的人工排查。

5.根据权利要求4所述的一种用电网单相对地短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤四包括：

步骤4a：在可疑故障位置列表中，排除由于人为拉闸断电造成的智能电能表读数为0的情况，完成后转到步骤4b；

步骤4b：如果可疑故障位置列表为空，说明短路故障发生在没有安装智能电能表的线路上；

步骤4c：确认短路故障位置后，工作人员统计故障位置信息。