CN104215879A - 一种配电网短路故障定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种配电网短路故障定位方法及系统，其方法为：在每一条馈线给开关安装配电终端；接收配电终端实时监测的数据，计算各个开关的平均电流；计算各个开关的故障判断值，判断开关所在线路是否故障；利用开关状态，进行网络拓扑分析，划分区域；遍历打上故障标志的开关相连的区域，只有故障电流流入而无故障电流流出的区域定位为故障区域；主站服务器计算各个故障区域区的故障鉴别值；通过故障鉴别值定位短路故障区；其系统包括一信息采集单元、一网络拓扑单元与一计算单元。这样，使得配电网能够快速进行短路故障定位；计算方法运算过程简单，节约了程序资源；简化了运算过程，进一步节约了运算时间与程序资源。

Description

一种配电网短路故障定位方法及系统

技术领域

本发明涉及电气工程技术领域，具体涉及一种配电网短路故障定位方法及系统。

背景技术

智能配电网的发展对实现配电网的快速故障定位提出了要求，特别是短路故障定位。一方面，实现配电网的快速故障定位是提高配电网安全可靠水平的必要条件，国内外重大电网事故的惨痛教训表明，建设能够快速故障定位的配电网有助于配电网故障快速恢复并有效降低事故损失；另一方面，智能配电网的建设及配电网的庞大复杂为配电网的快速故障定位提供了客观需要：先进通信技术(设备、信道、协议)为实时数据传输提供了保障；各种信息系统通过统一的数据标准和信息平台(通过接口方式或者集成方式)实现数据的多方共享；电网参数极其完备，更新及时且统一，提供了配电网络故障定位的所有数据。

但是，已有的技术主要针对于配电网进行安全预警与预防控制的研究，而针对故障定位，特别是短路故障的较少，且已有的发明没有能够快速进行短路故障定位的措施。

鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和试验终于提出了配电网短路故障定位的方法及系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配电网短路故障定位方法及系统，用以克服上述技术缺陷。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案在于：提供一种配电网短路故障定位方法，该方法包括以下步骤：

步骤a，在需要故障定位的每一条馈线上给开关安装配电终端；

步骤b，主站服务器接收所述配电终端实时监测的数据，计算各个开关的平均电流；

步骤c，所述主站服务器计算各个开关的故障判断值，并判断开关所在线路是否故障；

步骤d，利用故障前开关状态，进行网络拓扑分析，计算出故障前的网络拓扑结构，划分区域；

步骤e，遍历显示故障的开关相连的区域，只有故障电流流入而无故障电流流出的区域定位为故障区域；

步骤f，所述主站服务器计算各个故障区域的故障鉴别值；

步骤g，通过故障鉴别值定位短路故障区；

上述步骤b中，所述平均电流的计算公式为：

$I_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{W_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{UT}}\right)}{30}$

上式中，W_ij表示第j日经过第i个开关的电量，j表示一个月内日期的序号，U表示额定电压，T表示一天的标准时间，I_i表示第i个开关的平均电流值。

其中，所述步骤a中，所述配电终端实时监测开关的电流、电压、功率、功率因数、开关位置和流经电量信息。

其中，所述步骤c中，所述故障判断值的计算公式为：

$D_i=\left|\frac{\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{i}_{\mathrm{it}}\mathrm{dt}}{\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{I}_i\mathrm{dt}}\right|$

上式中，D_i表示第i个开关的故障判断值，i_it表示第i个开关中电流的瞬时值，I_i表示第i个开关的平均电流值；所述开关的所述故障判断值D_i大于或等于10，则所述开关所在线路发生故障。

其中，所述步骤f中，还需要计算所述故障区域的比例值，所述比例值的计算公式为：

$M=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{i}_{\mathrm{it}}\mathrm{dt}}{\max \left\{\right|\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{i}_{\mathrm{it}}\mathrm{dt}|,i\∈(\mathrm{1,2,3},...,n)\}}$

上式中，M表示比例值，n表示在此故障区域内开关的个数，i_it表示第i个开关中电流的瞬时值，若电流经开关从边界流入所述故障区域，则i_it为正值，若电流经开关从边界流出所述故障区域，则i_it为负值。

其中，所述步骤f中，所述故障鉴别值的计算公式为：

上式中，N表示故障鉴别值，M表示比例值，S_M表示比例值M的小数部分，R_M表示比例值M的整数部分。

其中，所述步骤g中，若所述故障区域的所述故障鉴别值为1，则所述故障区域发生短路故障；若所述故障区域的所述故障鉴别值为0，则所述故障区域未发生短路故障。

一种实现上述所述方法的配电网短路故障定位系统，该系统包括一信息采集单元、一网络拓扑单元与一计算单元；

所述信息采集单元采集所述开关的电流、电压、功率、功率因数、开关位置和流经电量信息，并传输给所述网络拓扑单元与所述计算单元；

所述网络拓扑单元接收所述信息采集单元传输的所述信息，根据所述信息对配电网进行网络拓扑分析；所述计算单元接收所述信息采集单元传输的所述信息，根据所述信息进行计算，并根据计算结果进行故障判断。

其中，所述信息采集单元包括一信息采集模块和一信息发射模块；所述信息采集模块采集所述开关的所述电流、电压、功率、功率因数、开关位置和流经电量信息；所述信息发射模块将所述信息传输给所述网络拓扑单元与所述计算单元。

其中，所述网络拓扑单元包括一第一信息接收模块与一网络拓扑模块，所述第一信息接收模块接收所述信息发射模块传输的所述信息；所述网络拓扑模块对配电网进行网络拓扑分析，计算出配电网的网络拓扑结构。

其中，所述计算单元包括一第二信息接收模块、一计算模块与一故障判断模块，所述第二信息接收模块接收所述信息发射模块传输的所述信息；所述计算模块根据接收的所述信息计算各个所述开关的所述平均电流、所述故障判断值和各个所述故障区域的所述故障鉴别值；所述故障判断模块根据计算结果进行故障判断。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：提供了一种配电网短路故障定位方法及系统，使得配电网能够快速进行短路故障定位；计算方法运算过程简单，节约了程序资源；简化了运算过程，进一步节约了运算时间与程序资源。

附图说明

图1为本发明配电网短路故障定位方法的流程图；

图2为本发明配电网短路故障定位方法配电网的结构示意图；

图3为本发明配电网短路故障定位系统的结构图。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。

如图1所示为本发明馈线故障定位方法的流程图，本发明的馈线故障定位方法包括以下步骤：

步骤a，在需要故障定位的每一条馈线给开关安装配电终端。所述配电终端实时监测开关的电流、电压、功率、功率因数、开关位置、流经电量等信息；如图2中给B、C、D、F开关安装配电终端，配置配电终端上开关的电流、电压、功率、功率因数、开关位置等信息。

步骤b，主站服务器接收配电终端实时监测的数据，计算各个开关的平均电流。

其中，开关的平均电流的计算公式为：

$I_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{W_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{UT}}\right)}{30}---\left(1\right)$

上式中，W_ij表示经过第i个开关第j日的电量，j表示每月中日期的序号，U表示额定电压，T表示一天的标准时间，I_i表示第i个开关的平均电流值。

其基本思路是，当天经过开关的电量与电压、时间的比值为开关当天的平均电流，一个月内开关的平均电流之和与一个月内总天数的比值，为本月内开关的平均电流，可以视为最近时间内开关的平均电流。

上述计算方法，通过取平均数，计算开关的平均电流，运算过程简单，节约了程序资源；通过计算一个月内的平均电流，使结果更接近真实值，减小了误差，提高了测量精度，进一步节约了运算时间与程序资源。

步骤c，主站服务器计算各个开关的故障判断值，并判断开关所在线路是否故障。

其中，所述故障判断值的计算公式为：

$D_i=\left|\frac{\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{i}_{\mathrm{it}}\mathrm{dt}}{\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{I}_i\mathrm{dt}}\right|---\left(2\right)$

上式中，D_i表示第i个开关的故障判断值，i_it表示第i个开关中电流的瞬时值，I_i表示第i个开关的平均电流值。

其基本思路是，10秒内经过开关的电流的累计值与正常情况下10秒内经过开关的电流的累计值作比值，此比值为开关的故障判断值。

上述计算方法，通过累计值，计算开关的故障判断值，运算过程简单，节约了程序资源；以10秒为累计时间，加快了系统对故障的反应速度，使系统能迅速的检测到故障。

若开关的故障判断值D_i大于或等于10，则可认定开关在10秒内的电流值是正常情况下的10倍，可以认定开关所在线路发生故障，且很有可能为短路故障。

步骤d，利用故障前开关状态，进行网络拓扑分析，计算出故障前的网络拓扑结构，划分区域。所述网络拓扑分析，是对整个配电网络进行拓扑分析，是对物理连接的各个设备的物理布局进行分析，画出拓扑结构。在整个拓扑结构中，从变电站母线开始，若有配变、能量用户、开关设备等配电网设备与母线物理连接，则将其作为拓扑结构的节点，并从节点开始继续寻找所有与此节点物理连接的配电网设备作为新的节点，如此层层推进，直至新的节点中不存在与其物理连接的配电网设备，将发现的所有节点和物理连接作为点和线连接为网络，即为网络拓扑分析，得到的连接网络为网络拓扑结构。另外，在配电网的网络拓扑结构中，若开关为闭合的，则开关可以作为节点，若开关是断开的，则作为节点的开关视为不存在，与此开关物理连接的各个配电网设备也视为物理连接不存在。

上送故障信号的开关打上故障标志，上送开关变位信息和保护动作信息的馈线出口开关打上故障标志。从馈线出口开关不与变电站母线相连的一端通过拓扑连接搜索，到开关或负荷止，所有搜索到的非开关设备组合为一个区域，此区域中可能包含馈线段、母线段、配变、能量用户等配网设备，但不包括开关设备。与区域内某设备直接相连的开关为本区域的边界开关。从本区域边界闭合的开关另一侧继续进行拓扑连接搜索，用同样的方法形成另一个区域。如此反复，搜索完所有连接的开关，形成该馈线的供电区域。如图2中故障前馈线出口开关S1、S2状态为合，故障前馈线开关B、C、D、F开关状态为合。上送故障信号的开关B、C、D打上故障标志，上送开关变位信息和保护动作信息的馈线出口开关S1、S2打上故障标志。从馈线出口开关S1不与变电站母线相连的一端开始搜索，形成区域。开关S1、B之间为区域1；开关B、C、F之间为区域2；开关C、D之间为区域3；开关D、S2之间为区域4；开关F后为区域5。区域1的边界开关为S1、B；区域2的边界开关为B、C、F；区域3的边界开关为C、D；区域4的边界开关为D、S2；区域5的边界开关为F。

步骤e，遍历打上故障标志的开关相连的区域，只有故障电流流入而无故障电流流出的区域定位为故障区域。即每个区域判断边界开关的故障时刻电流方向，只有故障电流流入而无故障电流流出的区域定位为故障区域；如图2，故障时，区域1边界开关B电流方向为流出本区域；区域2边界开关B电流方向为流入本区域，边界开关C电流方向为流出本区域；区域3边界开关C电流方向为流入本区域，边界开关D电流方向为流入本区域，此区域为故障区域；区域4边界开关D电流方向为流出本区域；区域5的所有边界开关未上送故障信号和故障电流方向，不是故障区域。

步骤f，主站服务器计算各个故障区域区的故障鉴别值。

其中，故障鉴别值的计算公式为：

公式中，M根据下述公式(4)计算：

$M=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{i}_{\mathrm{it}}\mathrm{dt}}{\max \left\{\right|\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{i}_{\mathrm{it}}\mathrm{dt}|,i\∈(\mathrm{1,2,3},...,n)\}}---\left(4\right)$

上式中，N表示故障鉴别值，M表示比例值，S_M表示比例值M的小数部分，R_M表示比例值M的整数部分，n表示在此故障区域内开关的个数，i_it表示第i个开关中电流的瞬时值，若电流经开关从边界流入故障区域，则i_it为正值，若电流经开关从边界流出故障区域，则i_it为负值。

其基本思路是，将故障区域边界的所有开关的电流瞬时值进行10秒内的累计后求和，和值与开关的电流瞬时值10秒内的累计值绝对值中最大的一个的比值，为比例值，通过对比例值的小数部分翻倍后向下取整，再加上比例值的整数部分，结果的故障鉴别值为最接近比例值的整数。

上述计算方法，通过计算故障区域内所有开关的电流累计值的和值与最大的电流累计值绝对值的比例，来确定比例值，运算过程简单，节约了程序资源；通过比例值来确定故障鉴别值，简化了运算过程，进一步节约了运算时间与程序资源，从而使系统能够快速定位发生短路故障的区域。

步骤g，通过故障鉴别值定位短路故障区。

若故障区域的故障鉴别值为1，则此故障区域发生短路故障；若故障区域的故障鉴别值为0，则此故障区域所发生的故障并非短路故障，或者此故障区域并未发生故障。

这是因为，若是发生短路情况，则其中一个开关所在线路比如会产生很大的电流，则故障鉴别值为1；若并未发生故障，则流入和流出电流值之和大致相等，累计值接近与0，即故障鉴别值为0。

此方法使得配电网能够快速进行短路故障定位。

实现此方法的系统为配电网短路故障定位系统，如图3所示，其为本发明配电网短路故障定位系统的结构图；其中，配电网短路故障定位系统包括一信息采集单元1、一网络拓扑单元2与一计算单元3。

信息采集单元1采集开关的电流、电压、功率、功率因数、开关位置、流经电量等信息，并传输给网络拓扑单元2与计算单元3；其包括一信息采集模块11和一信息发射模块12，信息采集模块11采集开关的电流、电压、功率、功率因数、开关位置、流经电量等信息，信息发射模块12将这些信息传输给网络拓扑单元2与计算单元3。

信息采集单元1为配电终端。

网络拓扑单元2接收信息发射模块12传输的信息，根据接收的信息对配电网进行网络拓扑分析；其包括一第一信息接收模块21与一网络拓扑模块22，第一信息接收模块21接收信息发射模块12传输的信息；网络拓扑模块22对配电网进行网络拓扑分析，计算出配电网的网络拓扑结构。

计算单元3接收信息发射模块12传输的信息，根据接收的信息计算各个开关的平均电流、计算各个开关的故障判断值和各个故障区域区的故障鉴别值，并根据计算结果进行故障判断；其包括一第二信息接收模块31、一计算模块32与一故障判断模块33，第二信息接收模块31接收信息发射模块12传输的信息；计算模块32根据接收的信息计算各个开关的平均电流、计算各个开关的故障判断值和各个故障区域区的故障鉴别值；故障判断模块33根据计算结果进行故障判断。

网络拓扑单元2与计算单元3均在主站服务器内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种配电网短路故障定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤a，在需要故障定位的每一条馈线上给开关安装配电终端；

步骤b，主站服务器接收所述配电终端实时监测的数据，计算各个开关的平均电流；

步骤c，所述主站服务器计算各个开关的故障判断值，并判断开关所在线路是否故障；

步骤d，利用故障前开关状态，进行网络拓扑分析，计算出故障前的网络拓扑结构，划分区域；

步骤e，遍历显示故障的开关相连的区域，只有故障电流流入而无故障电流流出的区域定位为故障区域；

步骤f，所述主站服务器计算各个故障区域的故障鉴别值；

步骤g，通过故障鉴别值定位短路故障区；

上述步骤b中，所述平均电流的计算公式为：

$I_i=\frac{\underset{j=1}{\overset{30}{\mathrm{\Σ}}}\left(\frac{W_{\mathrm{ij}}}{\mathrm{UT}}\right)}{30}$

上式中，W_ij表示第j日经过第i个开关的电量，j表示一个月内日期的序号，U表示额定电压，T表示一天的标准时间，I_i表示第i个开关的平均电流值。

2.根据权利要求1所述的配电网短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤a中，所述配电终端实时监测开关的电流、电压、功率、功率因数、开关位置和流经电量信息。

3.根据权利要求1或2所述的配电网短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤c中，所述故障判断值的计算公式为：

$D_i=\left|\frac{\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{i}_{\mathrm{it}}\mathrm{dt}}{\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{I}_i\mathrm{dt}}\right|$

上式中，D_i表示第i个开关的故障判断值，i_it表示第i个开关中电流的瞬时值，I_i表示第i个开关的平均电流值；所述开关的所述故障判断值D_i大于或等于10，则所述开关所在线路发生故障。

4.根据权利要求3所述的配电网短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤f中，还需要计算所述故障区域的比例值，所述比例值的计算公式为：

$M=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{i}_{\mathrm{it}}\mathrm{dt}}{\max \left\{\right|\underset{0}{\overset{10}{\∫}}{i}_{\mathrm{it}}\mathrm{dt}|,i\∈(\mathrm{1,2,3},...,n)\}}$

上式中，M表示比例值，n表示在此故障区域内开关的个数，i_it表示第i个开关中电流的瞬时值，若电流经开关从边界流入所述故障区域，则i_it为正值，若电流经开关从边界流出所述故障区域，则i_it为负值。

5.根据权利要求4所述的配电网短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤f中，所述故障鉴别值的计算公式为：

上式中，N表示故障鉴别值，M表示比例值，S_M表示比例值M的小数部分，R_M表示比例值M的整数部分。

6.根据权利要求5所述的配电网短路故障定位方法，其特征在于，所述步骤g中，若所述故障区域的所述故障鉴别值为1，则所述故障区域发生短路故障；若所述故障区域的所述故障鉴别值为0，则所述故障区域未发生短路故障。

7.一种实现上述任一权利要求所述方法的配电网短路故障定位系统，其特征在于，该系统包括一信息采集单元、一网络拓扑单元与一计算单元；

所述信息采集单元采集所述开关的电流、电压、功率、功率因数、开关位置和流经电量信息，并传输给所述网络拓扑单元与所述计算单元；

所述网络拓扑单元接收所述信息采集单元传输的所述信息，根据所述信息对配电网进行网络拓扑分析；所述计算单元接收所述信息采集单元传输的所述信息，根据所述信息进行计算，并根据计算结果进行故障判断。

8.根据权利要求7所述的配电网短路故障定位系统，其特征在于，所述信息采集单元包括一信息采集模块和一信息发射模块；所述信息采集模块采集所述开关的所述电流、电压、功率、功率因数、开关位置和流经电量信息；所述信息发射模块将所述信息传输给所述网络拓扑单元与所述计算单元。

9.根据权利要求8所述的配电网短路故障定位系统，其特征在于，所述网络拓扑单元包括一第一信息接收模块与一网络拓扑模块，所述第一信息接收模块接收所述信息发射模块传输的所述信息；所述网络拓扑模块对配电网进行网络拓扑分析，计算出配电网的网络拓扑结构。

10.根据权利要求9所述的配电网短路故障定位系统，其特征在于，所述计算单元包括一第二信息接收模块、一计算模块与一故障判断模块，所述第二信息接收模块接收所述信息发射模块传输的所述信息；所述计算模块根据接收的所述信息计算各个所述开关的所述平均电流、所述故障判断值和各个所述故障区域的所述故障鉴别值；所述故障判断模块根据计算结果进行故障判断。