CN104281979A - 配电变压器台区低电压故障类型检测方法和系统 - Google Patents

Abstract

一种配电变压器台区低电压故障类型检测方法和系统，其方法包括：建立产生台区低电压故障的配电变压器的数学模型和线路的数学模型；根据配电变压器的数学模型计算配电变压器二次侧空载电压，进而确定配电变压器一次侧电压对台区低电压的第一影响值；根据配电变压器的数学模型计算配电变压器压降，并计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值；根据线路的数学模型计算线路压降，并计算线路压降与线路压降上限值的差值，获得线路压降对台区低电压的第三影响值；根据第一影响值、第二影响值、第三影响值确定配电变压器台区低电压的故障类型。本申请提升了台区低电压故障类型检测的准确率。

Description

配电变压器台区低电压故障类型检测方法和系统

技术领域

本发明涉及配电变压器检测技术领域，特别是涉及配电变压器台区低电压故障类型检测方法和系统。

背景技术

配电网是电力装置电能发、变、输、配四大环节中的向用户供电的环节，10kV低压配电网处于配电网的终端，通过配电变压器与380/220V电力低压用户直接相连。配电变压器台区即由配电变压器、配电变压器低压侧馈电线路及该配电变压器所供给的用户群组成的区域。

作为配电网中将电能直接分配给低压用户的重要部分，配电变压器台区低电压问题，时常会引起供电故障。实际应用中需要利用特定数据、通过严格的分析流程和评判依据，对台区低电压成因进行检测，即对台区低电压故障类型进行检测。

现有技术通常利用一些商业软件进行配电变压器台区低电压故障类型检测，例如：ETAP、DIGSILENT等，而这些软件均无法直接应用于低电压检测。其原因在于，首先软件专业性过强、熟练掌握非常困难，其次操作习惯与电力企业日常工作习惯不符，这些软件只能对现象本身进行计算，当计算结果表明存在低电压问题时，无法确定低电压的故障类型。例如，通过软件可以精确计算出某用户处电压为180V，但导致电压仅有180V的原因无法确定。无法确定造成低电压的具体故障类型时，就无法进行针对性的维修，从而导致维修效率差。

发明内容

基于此，有必要针对无法确定造成低电压的具体故障类型的问题，提供一种配电变压器台区低电压故障类型检测方法和系统。

一种配电变压器台区低电压故障类型检测方法，包括：

建立产生台区低电压故障的配电变压器的数学模型和线路的数学模型；

根据配电变压器的数学模型计算配电变压器一次侧电压，并根据所述配电变压器一次侧电压计算配电变压器二次侧空载电压，并计算所述配电变压器二次侧空载电压与配电变压器二次侧额定电压的差值，获得配电变压器一次侧电压对台区低电压的第一影响值；

根据配电变压器的数学模型计算配电变压器压降，并计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值；

根据线路的数学模型计算线路压降，并计算所述线路压降与线路压降上限值的差值，获得线路压降对台区低电压的第三影响值；

将所述第一影响值、所述第二影响值、所述第三影响值进行大小排序，确定配电变压器台区低电压的故障类型。

一种配电变压器台区低电压故障类型检测系统，包括：

模型建立模块，用于建立产生台区低电压故障的配电变压器的数学模型和线路的数学模型；

第一影响值确定模块，用于根据配电变压器的数学模型计算配电变压器一次侧电压，并根据所述配电变压器一次侧电压计算配电变压器二次侧空载电压，并计算所述配电变压器二次侧空载电压与配电变压器二次侧额定电压的差值，获得配电变压器一次侧电压对台区低电压的第一影响值；

第二影响值确定模块，用于根据配电变压器的数学模型计算配电变压器压降，并计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值；

第三影响值确定模块，用于根据线路的数学模型计算线路压降，并计算所述线路压降与线路压降上限值的差值，获得线路压降对台区低电压的第三影响值；

故障类型检测模块，用于将所述第一影响值、所述第二影响值、所述第三影响值进行大小排序，确定配电变压器台区低电压的故障类型。

上述配电变压器台区低电压故障类型检测方法和系统，通过建立配电变压器的数学模型，计算配电变压器上级电压(一次侧电压)，计算配电变压器压降，建立线路的数学模型，根据所述线路的数学模型，计算线路压降，根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的故障类型。实现了台区低电压成因的定量分析，提升了台区低电压故障类型检测的准确率。

附图说明

图1为本发明一个实施例中配电变压器台区低电压故障类型检测方法的应用场景图；

图2为本发明配电变压器台区低电压故障类型检测方法实施例的流程示意图；

图3为本发明配电变压器台区低电压故障类型检测系统实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参考图1，图1示出了本发明一个实施例中配电变压器台区低电压故障类型检测方法的应用场景图。包括10KV低压配电网110、配电变压器120和配电变压器低压侧馈电线路130。配电变压器低压侧馈电线路130可以包括主干段、节点、分支、无功补偿等。在一个具体应用实例中，配电变压器低压侧馈电线路130包括第一主干段1311、第二主干段1312、第三主干段1313、第四主干段1314、无功补偿132、第一分支1331、第二分支1332、第三分支1333、第四分支1334、第五分支1335。从图中可知，一个台区首先由配电变压器变压器从10kV线路获取电能，变为400V以后，经低压线路送至用户。用户电压等于变压器上级电压减去变压器压降和低压线路压降。

如图2所示，为本发明配电变压器台区低电压故障类型检测方法实施例的流程示意图，包括步骤：

步骤S201：建立产生台区低电压故障的配电变压器的数学模型和线路的数学模型；

其中，低压台区可以为三相四线制供电，A、B、C三相之间存在不同程度的负荷不平衡，因此变压器模型需建立正/负/零序模型。例如：根据相关标准，配电变压器一般采取DY_N绕组连接方式，因此变压器正序阻抗、负序阻抗、零序阻抗均等于变压器短路阻抗。由于变压器高压为D接法，所以正序的一次侧电压为一次侧正序电压，负序的一次侧电压为一次侧负序电压，零序一次侧电压为零，即短路。因此，可得出变压器正序等效电路、变压器负序等效电路、变压器零序等效电路。即建立配电变压器的数学模型步骤包括：

建立配电变压器的正序数学模型、建立配电变压器的负序数学模型和建立配电变压器的零序数学模型，所述配电变压器的正序数学模型包括变压器正序等效电路，所述配电变压器的负序数学模型包括变压器负序等效电路，所述配电变压器的零序数学模型包括变压器零序等效电路。

配电变压器台区为三相四线制供电，因此建立线路的数学模型线路模型步骤可以包括：建立线路的正序数学模型、建立线路的负序数学模型和建立线路的零序数学模型，所述线路的正序数学模型包括线路正序等效电路，所述线路的负序数学模型包括线路负序等效电路，所述线路的零序数学模型包括线路零序等效电路。

根据三相四线线路结构，线路的正序阻抗、负序阻抗均为相线阻抗，零序阻抗为相线阻抗加上3倍的中线阻抗。由此可建立三相四线线路的正/负/零序模型。

步骤S202：根据配电变压器的数学模型计算配电变压器一次侧电压，并根据所述配电变压器一次侧电压计算配电变压器二次侧空载电压，并计算所述配电变压器二次侧空载电压与配电变压器二次侧额定电压的差值，获得配电变压器一次侧电压对台区低电压的第一影响值；

配电变压器一次侧电压又可以称为配电变压器上级电压。配电变压器一次侧电压对台区低电压的第一影响值等于配电变压器二次侧空载电压与配电变压器二次侧额定电压的差值，从而可以得到一次侧电压对台区低电压的影响程度。

步骤S203：根据配电变压器的数学模型计算配电变压器压降，并计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值；

配电变压器压降指负荷电流流经配电变压器产生的压降。配电变压器压降的允许值取短路电压值，即变压器流过额定电流时在短路阻抗上产生的压降，从而可以根据配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值确定配电变压器压降对低电压的影响程度。

步骤S204：根据线路的数学模型计算线路压降，并计算所述线路压降与线路压降上限值的差值，获得线路压降对台区低电压的第三影响值；

线路压降指负荷电流流经线路产生的压降。由于线路首端电压为配电变压器空载输出电压，而额定负载时配电变压器二次电压为额定电压减去短路电压，因此可将此电压作为首端电压负载时的额定值。具体的，步骤S204可以包括：

根据线路的数学模型计算线路压降；

获取供电允许偏差比例，根据允许偏差比例确定线路末段电压最小值，将额定电压减去变压器短路压降，获得首端电压负载时的额定值，将额定值减去线路末端电压最小值，获得线路压降上限值(也可称为线路压降允许值)；

判断线路压降是否大于线路压降上限值，若是，则计算线路压降与线路压降上限值的差值，获得线路压降对台区低电压的第三影响值。

例如：380V供电允许偏差为-7％，所以末端电压最小值为353V，对应相电压为204V。因此，线路上允许的压降为(231V－204V－变压器短路压降)，此值即可作为线路压降的允许值。

步骤S205：将所述第一影响值、所述第二影响值、所述第三影响值进行大小排序，确定配电变压器台区低电压的故障类型。

其中，本实施例的步骤S202、步骤S203和步骤S204没有先后顺序，可以依次执行，也可以不按该顺序执行。本实施例提及的第一影响值、第二影响值、第三影响值是变压器上级电压、变压器压降、线路压降对台区低电压影响程度的一种体现值。将所述第一影响值、所述第二影响值、所述第三影响值进行排序，可以获得配电变压器一次侧电压对低电压的影响程度、配电变压器压降对低电压的影响程度、线路压降对低电压的影响程度，从而确定造成低电压的具体故障类型是否为变压器一次侧电压偏低、变压器压降过大、线路压降过大，以便进行针对性的维修。

本实施例通过建立配电变压器的数学模型，计算配电变压器一次侧电压，计算配电变压器压降，建立线路的数学模型，根据所述线路的数学模型，计算线路压降，根据所述配电变压器上级电压、所述配电变压器压降和所述线路压降，确定台区低电压的故障类型。实现了台区低电压成因的定量分析，提升了台区低电压故障类型检测的准确率。

在其中一个实施例中，本发明还提供一种具体的计算配电变压器二次侧空载电压的方法。即所述根据配电变压器的数学模型计算配电变压器一次侧电压，并根据所述配电变压器一次侧电压计算配电变压器二次侧空载电压步骤，包括：

A1：采集配电变压器二次侧实测的电压值、电流值和功率；

A2：根据所述电压值、电流值、功率和所述配电变压器的数学模型，计算配电变压器一次侧电压；

其中，可以根据计量自动化系统采集的变压器二次侧电压和电流，首先分别对电压和电流进行正序分解、负序分解、零序分解，然后计算变压器一次侧正序、一次侧负序电压和一次侧零序电压，最后合成一次侧电压。

A3：获取配电变压器的电压偏差下限值，判断所述配电变压器一次侧电压是否低于所述电压偏差下限值；

电压偏差下限值可以事先根据具体情况设定。比如，由于配电变压器对10kV线路而言属于用电设备，因此其一次侧额定电压为10kV，若允许偏差下限为-7％，即9.3kV，其对应相电压为5.37kV。计算出的一次侧电压和5.37kV比较，即可判定一次侧电压是否偏低，5.37kV是国家电力行业标准中规定的允许电压偏差下限值。

A4：若是，则根据配电变压器一次侧电压与变压器变比的比值确定配电变压器二次侧空载电压。

例如：配电变压器二次侧额定电压为400V，即开路时二次侧电压为400V，对应相电压为231V。假设配电变压器空载时变压器一次侧电压不变，此时根据变压器等效电路和计算出的一次侧电压即可算出空载时变压器二次侧的电压(即配电变压器二次侧空载电压)，此电压和231V的偏差即为配电变压器一次侧电压对台区低电压的第一影响值。

当然，若否时，判定配电变压器一次侧电压对低电压没有影响，可以继续进行后续的计算第二影响值步骤。

在其中一个实施例中，本申请还提供一种计算第二影响值的方法，即所述根据配电变压器的数学模型计算配电变压器压降，并计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值步骤，包括：

B1：采集配电变压器二次侧实测的电压值、电流值和功率，并获取配电变压器短路电压；

B2：根据所述电压值、电流值、功率和所述配电变压器的数学模型，计算配电变压器压降；

B3：判断配电变压器压降是否大于配电变压器短路电压；

B4：若是，则计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值。

当然，若否，则判定配电变压器压降对低电压没有影响，可以继续进行后续的计算第三影响值步骤。

采用这种方式计算配电变压器压降对台区低电压的第二影响值，可以提高第二影响值的准确性，从而提高后续低电压检测成因的准确性。

进一步的，可以采用以下公式计算配电变压器压降：

${\mathrm{\Δu}}_B=\frac{P_B{R}_B+Q_B{X}_B}{U_B}$

其中， $R_B=\frac{{\mathrm{\ΔP}}_k{U}_B^2}{S_B^2},Z_B=\frac{U_k{U}_B^2}{S_B},X_B=\sqrt{Z_B^2-R_B^2},$

Δu_B表示配电变压器压降，P_B表示配电变压器传输的有功功率，Q_B表示配电变压器传输的无功功率，R_B表示配电变压器的短路电阻，X_B表示配电变压器的短路电抗，U_B表示配电变压器的额定电压，ΔP_k表示负载损耗，S_B表示变压器额定容量。由于电压偏差不可能过大，所以可以用额定电压代替运行电压。

上式在计算中，U_B可取1，P_B和Q_B可从调研数据中得到，R_B和X_B则需要查变压器参数表中的负载损耗(短路损耗)、短路电压(短路阻抗)计算得到。

在无法获取上述参数时，可以采用以下公式计算配电变压器压降：

Δu_B＝SU_k

S表示配电变压器的运行容量，U_k表示配电变压器的短路电压

当无法采集到U_k时，可得到变压器额定容量，则可如下取值：

$U_k=\left\{\begin{array}{cc}0.04& S_B\≤500\mathrm{kVA}\\ 0.045& S_B>500\mathrm{kVA}\end{array}\right.$

在计算完变压器对低电压的影响程度后，还可以对变压器压降过大的原因进行分析。变压器压降过大可能有三个原因，一是重载，二是无功功率过大，三是不平衡。

在其中一个实施例中，可以对变压器是否重载进行判断，包括：

获取配电变压器的运行容量和额定容量，根据所述配电变压器的运行容量与额定容量的比值获得配电变压器的负载率，判断所述配电变压器的负载率是否超过设定负载率上限值，若是，则判定配电变压器台区低电压的故障类型为配电变压器重载。

根据配电变压器重载的定义，如果负载率大于设定负载率上限值，则可归为重载。重载不一定会导致电压偏低，但存在安全隐患，应及时消除。其中，设定负载率上限值可以为80％。

在其中一个实施例中，可以对配电变压器功率因素是否偏低进行判断，包括：

获取配电变压器的实测容量与运行容量，根据配电变压器的实测容量与运行容量的比值获得配电变压器功率因素，判断所述配电变压器功率因素是否小于设定功率因素，若是，设定配电变压器有功功率不变，将功率因素补偿至设定功率因素，计算第一配电变压器压降，并将第一配电变压器压降与所述配电变压器压降相减，获得配电变压器功率因素偏低对台区低电压的第四影响值。

设定功率因素可以设为0.9。据配电变压器功率因数不小于0.9的要求，如果配电变压器实际功率因数不满足要求，则假设变压器有功不变，功率因数补偿至0.9，重新计算变压器压降。将重新计算的压降和变压器实际压降相减，得到功率因数偏低(无功功率过大)对低电压的影响值。

在其中一个实施例中，可以对配电变压器三相是否不平衡进行判断，包括：

获取配电变压器总负荷，并将所述总负荷平均分配到三相上，计算第二配电变压器压降，并将第二配电变压器压降与所述配电变压器压降相减，获得配电变压器三相不平衡对台区低电压的第五影响值。

该步骤假设将变压器总负荷平均分配到三相上，重新计算电压降，将此电压降和实际电压降相减，得到三相不平衡对低电压的影响值。

可以根据第一影响值、第三影响值、配电变压器的负载率、和/或第四影响值和/或第五影响值确定配电变压器台区低电压的故障类型是否为配电变压器一次侧电压偏低、线路压降过大、配电变压器重载、配电变压器功率因素偏低、配电变压器三相不平衡。

针对重载、无功功率过大、三相不平衡，可以对其中一个或多个进行判断。作为一种优选实施例，可以同时对重载、无功功率过大、三相不平衡进行分析判断，找出变压器压降过大的原因。即：将第一影响值、第三影响值、第四影响值和第五影响值按大小进行排序，确定配电变压器台区低电压的故障类型是否为配电变压器一次侧电压偏低、线路压降过大、配电变压器功率因素偏低、配电变压器三相不平衡。配电变压器的负载率超过设定负载率上限值时，直接判断为配电变压器重载。

在计算线路压降的过程中，根据计量自动化监测的配电变压器数据，然后将负荷在线路上的分布简化为集中在首端、集中在中间、集中在末端、均匀分布以及首、中、末端、按比例分布等四种形式，结合建立的线路模型计算线路压降。将线路压降和线路压降上限值相比，即可判定线路压降是否过大。

线路的压降可用以下公式计算：

${\mathrm{\Δu}}_L=\frac{P_L{R}_L+Q_L{X}_L}{U_L}$

式中Δu_L为低压线路压降，P_L为线路传输的有功功率，Q_L为线路传输的无功功率，R_L为线路电阻，X_L为线路电抗，U_L为线路的额定电压(考虑到电压偏差不可能过大，所以此处用额定电压)。

根据线路参数、计算线路上的压降为：

${\mathrm{\Δu}}_L=\frac{L}{U_L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

r_L和x_L分别是导线单位长度的电阻和电抗，L为导线长度。在计算中，L取供电半径，r_L和x_L分别调研数据的导线型号或线径查数据手册得到。

具体的，在其中一个实施例中，负荷分布可以简化为集中在首端、集中在中间、集中在末端和均匀分布四种情况，下面结合上述线路压降公式和负荷分布情况，分别计算不同负荷分布对应的电压损失。即所述根据线路的数学模型计算线路压降步骤，包括：

C1：根据用户分布情况获取线路的负荷分布情况，所述负荷分布情况包括：负荷集中在首端、负荷集中在中间、负荷集中在末端和负荷均匀分布；

C2：当负荷集中在首端时，所述线路压降为0；

如果负荷集中在首端，则线路上不流过电流，所以，线路压降为0，则可认为整个低压线路上电压均等于变压器二次侧出线电压，即计量自动化中采集到的电压。

C3：当负荷集中在中间时，采用以下公式计算所述线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_L=\frac{L}{{2U}_L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

如果负荷集中在中间，则线路前半部分流过电流，产生压降，后半部分不流过电流，不产生压降。所以线路压降从变压器二次侧开始，向线路末端逐渐增大，在供电半径的1/2处，达到上式所示的最大值，线路后半段电压和供电半径的1/2处电压相等。

C4：当负荷集中在末端时，采用以下公式计算所述线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_L=\frac{L}{U_L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

负荷集中在末端，则整个线路都有电流流过，压降逐步增大，在线路末端达到最大值，即末端电压最低。

C5：当负荷均匀分布时，采用以下公式计算从线路首端到x处的线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{Lx}}=\frac{x^2}{{2U}_{L}L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

其中，Δu_L表示线路压降；L表示线路导线长度；U_L表示线路的额定电压；P_L表示线路传输的有功功率；Q_L表示线路传输的无功功率；r_L表示线路导线单位长度的电阻；x_L表示线路导线单位长度的电抗；Δu_Lx表示从线路首端到x处的线路压降。

其中，负荷均匀分布时，首先需建立负荷随线路的长度的表达式如下所示：

$S_x=S\frac{x}{L};P_x=P_L\frac{x}{L};Q_x=Q_L\frac{x}{L}$

x下标表明在距首端x处，x为低压线路首端到当前考察位置的距离。

这样可以计算出，从首端到x处的压降为:

${\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{Lx}}=\frac{x^2}{{2U}_{L}L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

可知，随着x的增大，压降也逐步增大，在线路末端压降达到最大值：

${\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{Lx}}=\frac{L}{{2U}_L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

如果线路压降不够大，则表示对台区低电压影响小，可以继续后续步骤。如果线路压降过大，则计算线路压降对台区低电压的第三影响值。进而，还可以对线路压降过大进行原因分析。线路压降过大可能有四个原因，一是重载(线径过细)，二是无功功率过大，三是三相不平衡，四是线路过长。具体的：

在其中一个实施例中，获取线路的运行容量和额定容量，根据所述线路的运行容量与额定容量的比值获得线路负载率，判断所述线路负载率是否超过设定负载率上限值，若是，则判定配电变压器台区低电压的故障类型为线路重载。其中，设定负载率上限值可以为80％。如果判断是线路重载，则需要考虑更换线路。负载率大于100％时，可以判定为线路过载。

在一个实施例中，获取线路的实测容量与运行容量，根据线路的实测容量与运行容量的比值获得线路功率因素，判断所述线路功率因素是否小于设定功率因素，若是，设定线路负载有功功率不变，将线路功率因素补偿至设定功率因素，计算第一线路压降，并将第一线路压降与所述线路压降相减，获得线路功率因素偏低对台区低电压的第六影响值。

在一个实施例中，获取线路总负荷，并将所述总负荷平均分配到三相上，计算第二线路压降，并将第二线路压降与所述线路压降相减，获得线路三相不平衡对台区低电压的第七影响值。

在一个实施例中，判断线路供电半径是否大于标准半径值，若是，则设定负荷不变，将供电半径设置为标准半径值，计算第三线路压降，并将第三线路压降与所述线路压降相减，获得线路过长对台区低电压的第八影响值。

根据第一影响值、第二影响值、线路负载率、第六影响值、和/或第七影响值、和/或第八影响值确定配电变压器台区低电压的故障类型是否为配电变压器一次侧电压偏低、配电变压器压降过大、线路重载、线路功率因素偏低、线路三相不平衡、线路过长。

对线路重载、线路功率过大、三相不平衡、线路过长的分析，可以仅分析其中一个，也可以分析全部。例如，在一个优选方案中，同时对线路重载、线路功率过大、三相不平衡、线路过长进行分析。例如：

如果线路负载率超过80％，则判定配电变压器台区低电压的故障类型为线路重载。

如果线路实际功率因数不满足要求，则假设负载有功不变，功率因数补偿至0.9，重新计算线路压降，将此压降和线路实际压降相减，得到功率因数偏低(无功过大)对低电压的影响值。

假设将线路总负荷平均分配到三相上，重新计算电压降，将此电压降和实际电压降相减，得到三相不平衡对低电压的影响值。

如果线路供电半径大于标准要求的值(如500米)，则假设负荷不变，将供电半径减至标准要求值，重新计算线路压降，将计算结果和实际压降相减，得到的是线路过长对低电压的影响值。

从而可以将第一影响值、第二影响值、第六影响值、第七影响值和第八影响值按大小进行排序，从而确定配电变压器台区低电压的故障类型是否为配电变压器一次侧电压偏低、配电变压器压降过大、线路功率因素偏低、线路三相不平衡、线路过长。

当低电压发生时，可以同时对变压器压降过大的原因和线路压降过大的原因进行分析，即可以确定导致低电压的成因可能是变压器一次侧电压偏低、变压器重载、变压器功率因数偏低、变压器三相不平衡、线路重载、线路功率因数低、线路三相不平衡、线路过长中的一种或几种，如果是几种原因的综合作用，则根据各个成因的影响值进行排序，即可确定主要成因。

上述方法流程完成后，还可以利用Excel或统计分析软件形成操作简易的低电压辅助分析工具。

以上实施方式中的各种技术特征可以任意进行组合，只要特征之间的组合不存在冲突或矛盾，但是限于篇幅，未进行一一描述，因此上述实施方式中的各种技术特征的任意进行组合也属于本说明书公开的范围。

上述各实施例中的配电变压器台区低电压故障类型检测方法可以用在通用配电变压器台区，也可以用在专用配电变压器台区。另外，还可以将上述配电变压器台区低电压故障类型检测方法写入系统中。进入系统软件，台区分析系统为用户提供了输入初始化数据的界面，以便向系统录入台区初始化信息，台区初始化信息包括：台区基本信息、台区配变信息、台区线路信息和台区运行数据。例如：用户通过点击“新建低电压台区分析”，创建一个低电压台区，具体操作如下：

台区基本信息录入，其中，台区基本信息包括：台区所属供电系统、变电站名称、电压等级、10kV线路名称、台区名称、台区报装容量、台区用户数、台区负荷类型。

台区配变信息录入，其中，台区配变信息包括配变型号、无功补偿容量、配变档位、最大负荷电流、低压侧电压、功率因数。

台区线路信息录入，其中，台区线路信息包括配变出线回数、线路信息-用户数、线路信息-报装容量、线路信息-是否低电压

台区运行数据录入，其中，台区运行数据包括电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、三相不平衡度、无功补偿和变压器运行档位中的一种或多种。台区初始化信息录入之后，在框体的空白位置，展示线路拓扑示意图

接着，接收用户的控制指令，并根据所述用户的控制指令及所述台区初始化信息，对所述控制指令进行分析反馈。其中，可以包括多种应用情况：

第一种：接收用户的台区状态监测指令，展示台区变压器运行状态信息实时值。其中，所述运行状态信息包括：电压、电流、有功功率、无功功率、功率因数、三相不平衡度、无功补偿和谐波中的一种或多种。

第二种：接收用户的配电变压器监测分析控制命令，对台区监测数据进行分析，展示分析结果，其中，所述对台区监测数据进行分析包括：10kV电压分析、配变电压分析、低压线路分析、低电压故障类型分析。对低电压的影响程度通过造成低电压的具体数值来展示。

第三种：接收用户的低电压治理措施制定指令，根据低电压故障类型分析结果，制定并展示台区低电压治理方案以及方案的有效性和经济性。所述方案的有效性和经济性是指定量描述采取所制定的台区低电压治理方案后，台区低电压的改善效果，定量分析采取所制定的台区低电压治理方案所达到的投入-效益比。

低电压故障类型分析的结果可以包括：10kV电压偏低、变压器运行档位不当、变压器过载、变压器功率因数过低、变压器三相负载不平衡、线径过细、线路过长、线路功率因数过低、线路负载三相不平衡中的一种或多种。相应地，低电压台区治理方案包括：变压器运行档位调整、更换变压器、变压器低压侧集中无功补偿、变压器负载三相不平衡自动补偿、更换导线、拆分台区、无功就地补偿、电力用户换相调整中的一种或多种。

基于上述配电变压器台区低电压故障类型检测方法，本发明还提供一种配电变压器台区低电压故障类型检测系统，如图3所示，为本发明配电变压器台区低电压故障类型检测系统实施例的结构示意图，包括：

模型建立模块310，用于建立产生台区低电压故障的配电变压器的数学模型和线路的数学模型；

第一影响值确定模块320，用于根据配电变压器的数学模型计算配电变压器一次侧电压，并根据所述配电变压器一次侧电压计算配电变压器二次侧空载电压，并计算所述配电变压器二次侧空载电压与配电变压器二次侧额定电压的差值，获得配电变压器一次侧电压对台区低电压的第一影响值；

第二影响值确定模块330，用于根据配电变压器的数学模型计算配电变压器压降，并计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值；

第三影响值确定模块340，用于根据线路的数学模型计算线路压降，并计算所述线路压降与线路压降上限值的差值，获得线路压降对台区低电压的第三影响值；

故障类型检测模块350，用于将所述第一影响值、所述第二影响值、所述第三影响值进行大小排序，确定配电变压器台区低电压的故障类型。

在其中一个实施例中，所述第一影响值确定模块，还用于：

采集配电变压器二次侧实测的电压值、电流值和功率；

根据所述电压值、电流值、功率和所述配电变压器的数学模型，计算配电变压器一次侧电压；

获取配电变压器的电压偏差下限值，判断所述配电变压器一次侧电压是否低于所述电压偏差下限值；

若是，则根据配电变压器一次侧电压与变压器变比的比值确定配电变压器二次侧空载电压。

在其中一个实施例中，所述第二影响值确定模块，还用于：

采集配电变压器二次侧实测的电压值、电流值和功率，并获取配电变压器短路电压；

根据所述电压值、电流值、功率和所述配电变压器的数学模型，计算配电变压器压降；

判断配电变压器压降是否大于配电变压器短路电压；

若是，则计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值。

在其中一个实施例中，所述第三影响值确定模块，还用于：

根据用户分布情况获取线路的负荷分布情况，所述负荷分布情况包括：负荷集中在首端、负荷集中在中间、负荷集中在末端和负荷均匀分布；

当负荷集中在首端时，所述线路压降为0；

当负荷集中在中间时，采用以下公式计算所述线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_L=\frac{L}{{2U}_L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

当负荷集中在末端时，采用以下公式计算所述线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_L=\frac{L}{U_L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

当负荷均匀分布时，采用以下公式计算从线路首端到x处的线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{Lx}}=\frac{x^2}{{2U}_{L}L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

其中，Δu_L表示线路压降；L表示线路导线长度；U_L表示线路的额定电压；P_L表示线路传输的有功功率；Q_L表示线路传输的无功功率；r_L表示线路导线单位长度的电阻；x_L表示线路导线单位长度的电抗；Δu_Lx表示从线路首端到x处的线路压降。

在其中一个实施例中，还包括：

配电变压器重载检测模块，用于获取配电变压器的运行容量和额定容量，根据所述配电变压器的运行容量与额定容量的比值获得配电变压器的负载率，判断所述配电变压器的负载率是否超过设定负载率上限值，若是，则判定配电变压器台区低电压的故障类型为配电变压器重载；

和/或

第四影响值确定模块，用于获取配电变压器的实测容量与运行容量，根据配电变压器的实测容量与运行容量的比值获得配电变压器功率因素，判断所述配电变压器功率因素是否小于设定功率因素，若是，设定配电变压器有功功率不变，将功率因素补偿至设定功率因素，计算第一配电变压器压降，并将第一配电变压器压降与所述配电变压器压降相减，获得配电变压器功率因素偏低对台区低电压的第四影响值；

和/或

第五影响值确定模块，用于获取配电变压器总负荷，并将所述总负荷平均分配到三相上，计算第二配电变压器压降，并将第二配电变压器压降与所述配电变压器压降相减，获得配电变压器三相不平衡对台区低电压的第五影响值；

和/或

线路重载检测模块，用于获取线路的运行容量和额定容量，根据所述线路的运行容量与额定容量的比值获得线路负载率，判断所述线路负载率是否超过设定负载率上限值，若是，则判定配电变压器台区低电压的故障类型为线路重载；

和/或

第六影响值确定模块，用于获取线路的实测容量与运行容量，根据线路的实测容量与运行容量的比值获得线路功率因素，判断所述线路功率因素是否小于设定功率因素，若是，设定线路负载有功功率不变，将线路功率因素补偿至设定功率因素，计算第一线路压降，并将第一线路压降与所述线路压降相减，获得线路功率因素偏低对台区低电压的第六影响值；

和/或

第七影响值确定模块，用于获取线路总负荷，并将所述总负荷平均分配到三相上，计算第二线路压降，并将第二线路压降与所述线路压降相减，获得线路三相不平衡对台区低电压的第七影响值；

和/或

第八影响值确定模块，用于判断线路供电半径是否大于标准半径值，若是，则设定负荷不变，将供电半径设置为标准半径值，计算第三线路压降，并将第三线路压降与所述线路压降相减，获得线路过长对台区低电压的第八影响值；

所述故障类型检测模块，还用于根据第一影响值、和/或配电变压器的负载率、和/或第四影响值、和/或第五影响值、和/或线路负载率、和/或第六影响值、和/或第七影响值、和/或第八影响值确定配电变压器台区低电压的故障类型是否为配电变压器一次侧电压偏低、配电变压器重载、配电变压器功率因素偏低、配电变压器三相不平衡、线路重载、线路功率因素偏低、线路三相不平衡、线路过长。

本发明的配电变压器台区低电压故障类型检测系统与本发明的配电变压器台区低电压故障类型检测方法是一一对应的，上述配电变压器台区低电压故障类型检测方法实施例中的相关技术特征及其技术效果均适用于配电变压器台区低电压故障类型检测系统实施例中，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种配电变压器台区低电压故障类型检测方法，其特征在于，包括：

建立产生台区低电压故障的配电变压器的数学模型和线路的数学模型；

根据配电变压器的数学模型计算配电变压器一次侧电压，并根据所述配电变压器一次侧电压计算配电变压器二次侧空载电压，并计算所述配电变压器二次侧空载电压与配电变压器二次侧额定电压的差值，获得配电变压器一次侧电压对台区低电压的第一影响值；

根据配电变压器的数学模型计算配电变压器压降，并计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值；

根据线路的数学模型计算线路压降，并计算所述线路压降与线路压降上限值的差值，获得线路压降对台区低电压的第三影响值；

将所述第一影响值、所述第二影响值、所述第三影响值进行大小排序，确定配电变压器台区低电压的故障类型。

2.根据权利要求1所述的配电变压器台区低电压故障类型检测方法，其特征在于，所述根据配电变压器的数学模型计算配电变压器一次侧电压，并根据所述配电变压器一次侧电压计算配电变压器二次侧空载电压步骤，包括：

采集配电变压器二次侧实测的电压值、电流值和功率；

根据所述电压值、电流值、功率和所述配电变压器的数学模型，计算配电变压器一次侧电压；

获取配电变压器的电压偏差下限值，判断所述配电变压器一次侧电压是否低于所述电压偏差下限值；

若是，则根据配电变压器一次侧电压与变压器变比的比值确定配电变压器二次侧空载电压。

3.根据权利要求1所述的配电变压器台区低电压故障类型检测方法，其特征在于，所述根据配电变压器的数学模型计算配电变压器压降，并计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值步骤，包括：

采集配电变压器二次侧实测的电压值、电流值和功率，并获取配电变压器短路电压；

根据所述电压值、电流值、功率和所述配电变压器的数学模型，计算配电变压器压降；

判断配电变压器压降是否大于配电变压器短路电压；

若是，则计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值。

4.根据权利要求1所述的配电变压器台区低电压故障类型检测方法，其特征在于，所述根据线路的数学模型计算线路压降步骤，包括：

根据用户分布情况获取线路的负荷分布情况，所述负荷分布情况包括：负荷集中在首端、负荷集中在中间、负荷集中在末端和负荷均匀分布；

当负荷集中在首端时，所述线路压降为0；

当负荷集中在中间时，采用以下公式计算所述线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_L=\frac{L}{{2U}_L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

当负荷集中在末端时，采用以下公式计算所述线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_L=\frac{L}{U_L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

当负荷均匀分布时，采用以下公式计算从线路首端到x处的线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{Lx}}=\frac{x^2}{{2U}_{L}L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

其中，Δu_L表示线路压降；L表示线路导线长度；U_L表示线路的额定电压；P_L表示线路传输的有功功率；Q_L表示线路传输的无功功率；r_L表示线路导线单位长度的电阻；x_L表示线路导线单位长度的电抗；Δu_Lx表示从线路首端到x处的线路压降。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的配电变压器台区低电压故障类型检测方法，其特征在于，还包括：

获取配电变压器的运行容量和额定容量，根据所述配电变压器的运行容量与额定容量的比值获得配电变压器的负载率，判断所述配电变压器的负载率是否超过设定负载率上限值，若是，则判定配电变压器台区低电压的故障类型为配电变压器重载；

和/或

获取配电变压器的实测容量与运行容量，根据配电变压器的实测容量与运行容量的比值获得配电变压器功率因素，判断所述配电变压器功率因素是否小于设定功率因素，若是，设定配电变压器有功功率不变，将功率因素补偿至设定功率因素，计算第一配电变压器压降，并将第一配电变压器压降与所述配电变压器压降相减，获得配电变压器功率因素偏低对台区低电压的第四影响值；

和/或

获取配电变压器总负荷，并将所述总负荷平均分配到三相上，计算第二配电变压器压降，并将第二配电变压器压降与所述配电变压器压降相减，获得配电变压器三相不平衡对台区低电压的第五影响值；

根据第一影响值、第三影响值、配电变压器的负载率、和/或第四影响值和/或第五影响值确定配电变压器台区低电压的故障类型是否为配电变压器一次侧电压偏低、线路压降过大、配电变压器重载、配电变压器功率因素偏低、配电变压器三相不平衡。

6.根据权利要求1至4任意一项所述的配电变压器台区低电压故障类型检测方法，其特征在于，还包括：

获取线路的运行容量和额定容量，根据所述线路的运行容量与额定容量的比值获得线路负载率，判断所述线路负载率是否超过设定负载率上限值，若是，则判定配电变压器台区低电压的故障类型为线路重载；

和/或

获取线路的实测容量与运行容量，根据线路的实测容量与运行容量的比值获得线路功率因素，判断所述线路功率因素是否小于设定功率因素，若是，设定线路负载有功功率不变，将线路功率因素补偿至设定功率因素，计算第一线路压降，并将第一线路压降与所述线路压降相减，获得线路功率因素偏低对台区低电压的第六影响值；

和/或

获取线路总负荷，并将所述总负荷平均分配到三相上，计算第二线路压降，并将第二线路压降与所述线路压降相减，获得线路三相不平衡对台区低电压的第七影响值；

和/或

判断线路供电半径是否大于标准半径值，若是，则设定负荷不变，将供电半径设置为标准半径值，计算第三线路压降，并将第三线路压降与所述线路压降相减，获得线路过长对台区低电压的第八影响值；

根据第一影响值、第二影响值、线路负载率、第六影响值、和/或第七影响值、和/或第八影响值确定配电变压器台区低电压的故障类型是否为配电变压器一次侧电压偏低、配电变压器压降过大、线路重载、线路功率因素偏低、线路三相不平衡、线路过长。

7.一种配电变压器台区低电压故障类型检测系统，其特征在于，包括：

模型建立模块，用于建立产生台区低电压故障的配电变压器的数学模型和线路的数学模型；

第一影响值确定模块，用于根据配电变压器的数学模型计算配电变压器一次侧电压，并根据所述配电变压器一次侧电压计算配电变压器二次侧空载电压，并计算所述配电变压器二次侧空载电压与配电变压器二次侧额定电压的差值，获得配电变压器一次侧电压对台区低电压的第一影响值；

第二影响值确定模块，用于根据配电变压器的数学模型计算配电变压器压降，并计算所述配电变压器压降与配电变压器短路电压的电压差值，获得配电变压器压降对台区低电压的第二影响值；

第三影响值确定模块，用于根据线路的数学模型计算线路压降，并计算所述线路压降与线路压降上限值的差值，获得线路压降对台区低电压的第三影响值；

故障类型检测模块，用于将所述第一影响值、所述第二影响值、所述第三影响值进行大小排序，确定配电变压器台区低电压的故障类型。

8.根据权利要求7所述的配电变压器台区低电压故障类型检测系统，其特征在于，所述第一影响值确定模块，还用于：

采集配电变压器二次侧实测的电压值、电流值和功率；

根据所述电压值、电流值、功率和所述配电变压器的数学模型，计算配电变压器一次侧电压；

获取配电变压器的电压偏差下限值，判断所述配电变压器一次侧电压是否低于所述电压偏差下限值；

若是，则根据配电变压器一次侧电压与变压器变比的比值确定配电变压器二次侧空载电压。

9.根据权利要求7所述的配电变压器台区低电压故障类型检测系统，其特征在于，所述第三影响值确定模块，还用于：

根据用户分布情况获取线路的负荷分布情况，所述负荷分布情况包括：负荷集中在首端、负荷集中在中间、负荷集中在末端和负荷均匀分布；

当负荷集中在首端时，所述线路压降为0；

当负荷集中在中间时，采用以下公式计算所述线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_L=\frac{L}{{2U}_L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

当负荷集中在末端时，采用以下公式计算所述线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_L=\frac{L}{U_L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

当负荷均匀分布时，采用以下公式计算从线路首端到x处的线路压降：

${\mathrm{\Δu}}_{\mathrm{Lx}}=\frac{x^2}{{2U}_{L}L}(P_L{r}_L+Q_L{x}_L)$

其中，Δu_L表示线路压降；L表示线路导线长度；U_L表示线路的额定电压；P_L表示线路传输的有功功率；Q_L表示线路传输的无功功率；r_L表示线路导线单位长度的电阻；x_L表示线路导线单位长度的电抗；Δu_Lx表示从线路首端到x处的线路压降。

10.根据权利要求7至9任意一项所述的配电变压器台区低电压故障类型检测系统，其特征在于，还包括：

配电变压器重载检测模块，用于获取配电变压器的运行容量和额定容量，根据所述配电变压器的运行容量与额定容量的比值获得配电变压器的负载率，判断所述配电变压器的负载率是否超过设定负载率上限值，若是，则判定配电变压器台区低电压的故障类型为配电变压器重载；

和/或

第四影响值确定模块，用于获取配电变压器的实测容量与运行容量，根据配电变压器的实测容量与运行容量的比值获得配电变压器功率因素，判断所述配电变压器功率因素是否小于设定功率因素，若是，设定配电变压器有功功率不变，将功率因素补偿至设定功率因素，计算第一配电变压器压降，并将第一配电变压器压降与所述配电变压器压降相减，获得配电变压器功率因素偏低对台区低电压的第四影响值；

和/或

第五影响值确定模块，用于获取配电变压器总负荷，并将所述总负荷平均分配到三相上，计算第二配电变压器压降，并将第二配电变压器压降与所述配电变压器压降相减，获得配电变压器三相不平衡对台区低电压的第五影响值；

和/或

线路重载检测模块，用于获取线路的运行容量和额定容量，根据所述线路的运行容量与额定容量的比值获得线路负载率，判断所述线路负载率是否超过设定负载率上限值，若是，则判定配电变压器台区低电压的故障类型为线路重载；

和/或

第六影响值确定模块，用于获取线路的实测容量与运行容量，根据线路的实测容量与运行容量的比值获得线路功率因素，判断所述线路功率因素是否小于设定功率因素，若是，设定线路负载有功功率不变，将线路功率因素补偿至设定功率因素，计算第一线路压降，并将第一线路压降与所述线路压降相减，获得线路功率因素偏低对台区低电压的第六影响值；

和/或

第七影响值确定模块，用于获取线路总负荷，并将所述总负荷平均分配到三相上，计算第二线路压降，并将第二线路压降与所述线路压降相减，获得线路三相不平衡对台区低电压的第七影响值；

和/或

第八影响值确定模块，用于判断线路供电半径是否大于标准半径值，若是，则设定负荷不变，将供电半径设置为标准半径值，计算第三线路压降，并将第三线路压降与所述线路压降相减，获得线路过长对台区低电压的第八影响值；

所述故障类型检测模块，还用于根据第一影响值、和/或配电变压器的负载率、和/或第四影响值、和/或第五影响值、和/或线路负载率、和/或第六影响值、和/或第七影响值、和/或第八影响值确定配电变压器台区低电压的故障类型是否为配电变压器一次侧电压偏低、配电变压器重载、配电变压器功率因素偏低、配电变压器三相不平衡、线路重载、线路功率因素偏低、线路三相不平衡、线路过长。