CN104280665A - 配电网用的故障检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网用的故障检测系统及其检测方法，配电网为多电源多回路的配电网；故障检测系统包括：由传感器网络组和基准电压频率采集器组成的时基信号同步系统、用于接收传感器网络组数据信号和基准电压频率采集器数据信号的数据分析终端；其中，传感器网络组为分布于配电网上多个节点的电流频率采集器；电流频率采集器和数据分析终端上分别安装有彼此间进行无线数据交换的无线信号传输终端；基准电压频率采集器的信号输出端子与模数转换器的模拟量输入端子电连接，模数转换器的数字量输出端子通过光纤网络数据线与数据分析终端进行数据通信。通过采用上述技术方案，本发明能够快速准确地通过功率方向的变换确定故障点的位置。

Description

配电网用的故障检测系统及其检测方法

技术领域

本发明属于智能电网技术领域，具体涉及一种配电网用的故障检测系统及其检测方法。

背景技术

现有故障指示器建构简单，功能单一，仅仅依靠线路电磁场突变进行判断，较先进的故障指示器采用中性点加装信号发生装置，需要对变电站进行改造，方案不易于实施，同时随着我国配网谐振接地方式增加，目前的故障指示器和与其相应的分析系统已经无法做出准确判断，同时由于我国电网建设日趋完善，多电源多回路的配网已经大量出现，这种配网结构在运行时，可以根据线路状况进行电源切换和拓扑变化，以适应运行条件变化和切除线路故障，目前，所有的配网故障知识系统均无法适应这种由于电网自动化自身发展带来的变化，在配网电源切换时候由于配网拓扑发生变化，引起电流方向和功率方向的变化，这种变化直接导致现有故障指示装置不能正常工作，无法进行故障分析和故障定位，不能够满足国家智能电网发展的要求和电网企业实际运行的需要。

目前的故障指示器和数据分析系统无法适应多电源多回路配网的实际运行，在电源切换和回路切换时，由于负载方向和电源方向的变化，现有故障指示器无法适应这种变化，直接导致无法正常判断故障和定位故障。

发明内容

本发明要解决的技术问题是对：提出一种适用于多电源多回路的配电网的故障检测系统及其检测方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种配电网用的故障检测系统，所述配电网为多电源多回路的配电网；所述故障检测系统包括：由传感器网络组和基准电压频率采集器组成的时基信号同步系统、以及用于接收所述传感器网络组数据信号和基准电压频率采集器数据信号的数据分析终端；其中，所述传感器网络组为分布于配电网上多个节点的电流频率采集器；所述电流频率采集器和数据分析终端上分别安装有便于彼此间进行无线数据交换的无线信号传输终端；所述基准电压频率采集器的信号输出端子与模数转换器的模拟量输入端子电连接，所述模数转换器的数字量输出端子通过光纤网络数据线与数据分析终端进行数据通信。

作为优选，本发明还采用了如下技术方案：

所述数据分析终端包括数据比较单元、数据存储单元、数据输出单元、以及驱动电源。

所述无线信号传输终端包括射频信号接收器、射频信号发送器、以及射频天线。

一种配电网用的故障检测系统的检测方法，包括如下步骤：

步骤101、在配电网上选取N个监测点,其中N为大于1的自然数，通过电流频率采集器采集每个监测点处的电流频率信号，并将上述电流频率信号发送给数据分析终端；同时，在配电网上选取一个干扰小的采样点,通过基准电压频率采集器，采集上述采样点处的电压频率信号，并将上述电压频率信号发送给数据分析终端；

步骤102、数据分析终端将接收到的每个电流频率信号和电压频率信号进行时基同步处理；

步骤103、电流频率信号和电压频率信号通过100hz以下的低通滤波器，随后数据分析终端将电流频率信号和电压频率信号的相位进行差值比较，当两者的相位差在正负90度范围内时，则认定功率方向为正方向；否则，认定功率方向为负方向；

步骤104、故障点的位置进行分析；具体为：通过一个高通滤波器过滤掉100hz以下的信号，当某条线路发生100hz以上的频率的信号群突然出现时，则判断该线路出现了暂态故障电流；随后提取该线路上多个信息采集点的电流信号，同时同步上述多个信息采集点的时间，将上述电流信号与提前预设的标准物理参量进行比对，当某个信息采集点的电流不一致时，则判断为该信息采集点的前段或者后段有故障发生，最后根据步骤103，确定故障发生位置。

进一步，所述步骤103中，当计算电流频率信号和电压频率信号的相位时，需要根据线路的寄生阻抗对电流频率信号和电压频率信号的相位进行相位调整。

进一步：还包括步骤105、根据每个电流频率点位置、以及每条输送导线的特性，获取每条线路的容性等效和感性等效；并经过一段时间的系统运行，积累一定的数据，通过对上述数据的分析，即可得出每条线路的功率角度和功率方向特征数据，进而对功率、潮流方向进行判断。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明采用无线传感器技术和时基同步信号技术实现了地理离散的线路拓扑样本点的数据采集，他为电网的实际运行提供了电能潮流的分布检测，提供了实时负载数据和功率方向判断，还实现了故障分析和故障定位，他为电网运行检测提供了一种全新的监测方式，智能故障指示器采样数据之后，通过数据支持系统可以实现基于配网采样样本节点的电能分析，通过对支路级别的如非法用电、线路故障、潮流方向等信息的分析，再造成重大事故之前发现故障隐患，预防经济损失。

附图说明

图1是本发明故障检测系统的原理框图；

图2是本发明故障检测系统的结构示意图。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

如图1和图2所示：一种配电网用的故障检测系统，所述配电网为多电源多回路的配电网；所述故障检测系统包括：由多个电流频率采集器组成的传感器网络组、基准电压频率采集器、以及用于接收所述传感器网络组数据信号和基准电压频率采集器数据信号的数据分析终端；上述传感器网络组和基准电压频率采集器组成的一个时基信号同步系统，即工作时，每个电流频率采集器和基准电压频率采集器是在同一个时间基准的系统下(比如通过GPS获取一个统一授时系统)进行数据采集；其中，传感器网络组的多个电流频率采集器分布于配电网上的多个节点处，基准电压频率采集器安装于干扰较小的导线上，所述电流频率采集器和数据分析终端上分别安装有便于彼此间进行无线数据交换的无线信号传输终端；所述基准电压频率采集器的信号输出端子与模数转换器的模拟量输入端子电连接，为了实现电气隔离的功能，所述模数转换器的数字量输出端子通过光纤网络数据线与数据分析终端进行数据通信。

所述数据分析终端包括数据比较单元、数据存储单元、数据输出单元、以及驱动电源。

所述无线信号传输终端包括射频信号接收器、射频信号发送器、以及射频天线。

一种配电网用的故障检测系统的检测方法；包括如下步骤：

步骤101、在配电网上选取N个监测点,其中N为大于1的自然数，通过电流频率采集器采集每个监测点处的电流频率信号，并将上述电流频率信号发送给数据分析终端；同时，在配电网上选取一个干扰小的采样点,通过基准电压频率采集器，采集上述采样点处的电压频率信号，并将上述电压频率信号发送给数据分析终端；

步骤102、数据分析终端将接收到的每个电流频率信号和电压频率信号进行时基同步处理；

步骤103、电流频率信号和电压频率信号通过100hz以下的低通滤波器，随后数据分析终端将电流频率信号和电压频率信号的相位进行差值比较，当两者的相位差在正负90度范围内时，则认定功率方向为正方向；否则，认定功率方向为负方向；

步骤104、故障点的位置进行分析；具体为：即通过判断线路上安装的监测点设备中的电流传感器的瞬态故障电流作为故障发生的标志，在小电流接地系统里，由于消弧线圈的存在，导致稳态故障电流几乎不存在，这也是造成现有接地检测设备不灵敏的主要原因，通过实验并结合分析发现：任何接地方式，在接地瞬间都会存在一个暂态过程，该暂态过程不受接地方式限制，因此，本具体实施例中采用的是：通过一个高通滤波器过滤掉高频信号(为了描述更加清楚，本具体实施例选择的高频信号为100hz)以下的信号，当某条线路发生100hz以上的频率的信号群突然出现时，则判断该线路出现了暂态故障电流；随后提取该线路上多个信息采集点的电流信号，同时同步上述多个信息采集点的时间，将上述电流信号与提前预设的标准物理参量进行比对，当某个信息采集点的电流不一致时，则判断为该信息采集点的前段或者后段有故障发生，最后根据步骤103，确定故障发生位置。

进一步，由于线路本身具有一定的寄生阻抗，因此在步骤103中，当计算电流频率信号和电压频率信号的相位时，需要根据线路的寄生阻抗对电流频率信号和电压频率信号的相位进行相位调整。

进一步，为了获取更加准确的检测结果：在上述具体实施例的基础上，还包括步骤105、根据每个电流频率点位置、以及每条输送导线的特性，获取每条线路的容性等效和感性等效；并经过一段时间的系统运行，积累一定的数据，通过对上述数据的分析，即可得出每条线路的功率角度和功率方向特征数据，进而对功率、潮流方向进行判断。

以上对本发明的一种实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (6)

1.一种配电网用的故障检测系统；其特征在于：所述配电网为多电源多回路的配电网；所述故障检测系统包括：由传感器网络组和基准电压频率采集器组成的时基信号同步系统、以及用于接收所述传感器网络组数据信号和基准电压频率采集器数据信号的数据分析终端；其中，所述传感器网络组为分布于配电网上多个节点的电流频率采集器；所述电流频率采集器和数据分析终端上分别安装有便于彼此间进行无线数据交换的无线信号传输终端；所述基准电压频率采集器的信号输出端子与模数转换器的模拟量输入端子电连接，所述模数转换器的数字量输出端子通过光纤网络数据线与数据分析终端进行数据通信。

2.根据权利要求1所述的故障检测系统；其特征在于：所述数据分析终端包括数据比较单元、数据存储单元、数据输出单元、以及驱动电源。

3.根据权利要求1所述的故障检测系统；其特征在于：所述无线信号传输终端包括射频信号接收器、射频信号发送器、以及射频天线。

4.一种如权利要求1-3任一项所述配电网用的故障检测系统的检测方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤101、在配电网上选取N个监测点,其中N为大于1的自然数，通过电流频率采集器采集每个监测点处的电流频率信号，并将上述电流频率信号发送给数据分析终端；同时，在配电网上选取一个采样点,通过基准电压频率采集器，采集上述采样点处的电压频率信号，并将上述电压频率信号发送给数据分析终端；

步骤102、数据分析终端将接收到的每个电流频率信号和电压频率信号进行时基同步处理；

步骤103、电流频率信号和电压频率信号通过100hz以下的低通滤波器，随后数据分析终端将电流频率信号和电压频率信号的相位进行差值比较，当两者的相位差在正负90度范围内时，则认定功率方向为正方向；否则，认定功率方向为负方向；

步骤104、故障点的位置进行分析；具体为：通过一个高通滤波器过滤掉100hz以下的信号，当某条线路发生100hz以上的频率的信号群突然出现时，则判断该线路出现了暂态故障电流；随后提取该线路上多个信息采集点的电流信号，同时同步上述多个信息采集点的时间，将上述电流信号与提前预设的标准物理参量进行比对，当某个信息采集点的电流不一致时，则判断为该信息采集点的前段或者后段有故障发生，最后根据步骤103，确定故障发生位置。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于：所述步骤103中，当计算电流频率信号和电压频率信号的相位时，需要根据线路的寄生阻抗对电流频率信号和电压频率信号的相位进行相位调整。

6.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于：还包括步骤105、根据每个电流频率点位置、以及每条输送导线的特性，获取每条线路的容性等效和感性等效；并经过一段时间的系统运行，积累一定的数据，通过对上述数据的分析，即可得出每条线路的功率角度和功率方向特征数据，进而对功率、潮流方向进行判断。