CN104777401A - 电网故障定位方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种故障定位方法，包括如下步骤：在电网中设置故障指示器；建立以故障指示器为节点的树形模型；对故障指示器进行标识和编号；遍历以故障指示器为节点的树形模型的所有路径，进行故障定位，或者在以故障指示器为节点的树形模型中查找指示故障的故障指示器，进行故障定位。上述方法，通过在电网中布置故障指示器，并且利用故障指示器的特性建立电网的树形模型，在故障发生时，遍历整个树形模型或查找符合条件的节点，可以快速定位故障点。

Description

电网故障定位方法
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，特别是涉及一种电网故障定位方法。
背景技术
馈线终端单元(FTU)是安装在电网中各馈线开关处的装置。馈线终端单元一般具备遥控、遥信和故障检测功能。通过采集各种数据并上报给配电主站，使配电主站获得电网的各种信息。
传统的故障定位即是利用馈线终端单元采集的数据来分析故障位置。其方法是预先在配电主站中建立电网模型，形成电网的拓扑结构。当故障发生时，配电主站将馈线终端单元上传的数据结合电网的拓扑结构，采用故障定位算法计算得到故障的位置。
传统的故障定位方法存在以下问题：
一、由于电网庞大、情况复杂，创建合适的电网模型难度大且时间长。
二、并无统一的故障定位算法，不同的电网模型，需要采用相适应的故障定位算法，相互之间不能通用。而且通常计算量非常大，耗费时间长。
然而，大部分故障发生的位置单一，并且不需非常精确的定位。此时再采用馈线终端单元采集非常多的电网信息，然后利用复杂的故障定位算法计算，硬件成本和时间成本都很大。
发明内容
基于此，有必要提供一种能够快速简单定位单一故障的低成本的故障定位方法。
一种电网故障定位方法，包括如下步骤：
在电网中设置故障指示器；所述故障指示器分布在电网的线路上，所述线路包括主干线路和至少一级分支线路，且每条线路上设有至少一个故障指示器；
建立以故障指示器为节点的树形模型；所述树形模型中：同一线路上的故障指示器依次连接，后一故障指示器作为前一故障指示器的子节点；分支线路上的第一个故障指示器作为主干线路上的最后一个故障指示器的子节点、次一级分支线路上的第一个故障指示器作为上一级分支线路上的最后一个故障指示器的子节点；
对故障指示器进行标识和编号；同一线路上的故障指示器依次编号，分支线路上的第一个故障指示器在主干线路上的最后一个故障指示器的编号的基础上增加1；次一级分支线路上的第一个故障指示器在上一级分支线路上的最后一个故障指示器的编号的基础上增加1；
遍历以故障指示器为节点的树形模型的所有路径，判断每一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号是否一致，若是，则将所述编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标；
获得故障坐标的编号分量最大的故障指示器，将电路故障定位在其之后。
在其中一个实施例中，若一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号不一致，则判断指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号的比值是否大于设定阈值，若是，则将编号最大的故障指示器的编号作为该路径的故障坐标，并将所述故障坐标用于故障定位；否则，认为该条路径不存在故障。
在其中一个实施例中，所述设定阈值为60％。
一种电网故障定位方法，包括如下步骤：
在电网中设置故障指示器；所述故障指示器分布在电网的线路上，所述线路包括主干线路和至少一级分支线路，且每条线路上设有至少一个故障指示器；
建立以故障指示器为节点的树形模型；所述树形模型中：同一线路上的故障指示器依次连接，后一故障指示器作为前一故障指示器的子节点；分支线路上的第一个故障指示器作为主干线路上的最后一个故障指示器的子节点、次一级分支线路上的第一个故障指示器作为上一级分支线路上的最后一个故障指示器的子节点；
对故障指示器进行标识和编号；同一线路上的故障指示器依次编号，分支线路上的第一个故障指示器在主干线路上的最后一个故障指示器的编号的基础上增加1；次一级分支线路上的第一个故障指示器在上一级分支线路上的最后一个故障指示器的编号的基础上增加1；
自所述树形模型的根节点起逐一判断其至少一个子节点的故障指示器是否指示故障，若是，则继续逐一判断该子节点的至少一个子节点的故障指示器是否指示故障，直到一个指示故障的节点没有任何子节点的故障指示器指示故障；
获得该没有任何子节点的故障指示器指示故障的节点的故障指示器的标识和编号，将电路故障定位在其后。
在其中一个实施例中，若一个指示故障的节点没有任何子节点的故障指示器指示故障，还进一步判断其所有子节点的一级或两级子节点的故障指示器是否指示故障，直到一个指示故障的节点没有任何一级或两级子节点的故障指示器指示故障；
计算指示故障的故障指示器的数量和其中编号最大的故障指示器的编号的比值，判断该比值是否大于设定阈值，若是则将编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标，并将所述故障坐标用于故障定位；否则，认为存在误报故障。
在其中一个实施例中，所述设定阈值为60％。
在其中一个实施例中，若一个指示故障的节点没有任何子节点的故障指示器指示故障，则遍历以该节点为根节点的子树的所有路径，判断每一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号是否相差已统计数量，若是，则将所述编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标；
获得故障坐标的编号分量最大的故障指示器，将电路故障定位在其之后。
在其中一个实施例中，若一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号的差值小于已统计数量，则判断指示故障的故障指示器的数量加上已统计数量的和与编号最大的故障指示器的编号的比值是否大于设定阈值，若是，则将所述编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标，并将所述故障坐标用于故障定位；否则，认为该条路径不存在故障。
在其中一个实施例中，所述设定阈值为60％。
上述方法，通过在电网中布置故障指示器，并且利用故障指示器的特性建立电网的树形模型，在故障发生时，遍历整个树形模型或查找符合条件的节点，可以快速定位故障点。同时，通过设定阈值，还可以对误报和漏报进行纠错。
附图说明
图1为一实施例的故障定位方法流程图；
图2为故障指示器的安装位置和本身结构的示意图；
图3为故障指示器的工作原理图；
图4为一种简单的电网结构的树形模型图；
图5a为图4某处发生故障后各故障指示器的状态示意图；
图5b为另一电网结构的树形模型中某处发生故障后各故障指示器的状态示意图；
图6a为图4发生漏报时各故障指示器的状态示意图；
图6b为图4发生误报时各故障指示器的状态示意图；
图7为另一实施例的故障定位方法流程图。
具体实施方式
本发明利用低成本方案解决在电网中快速定位故障的问题。以下结合具体实施例进行说明。
参考图1，在一实施例的故障定位方法中，包括如下步骤。
步骤S110：在电网中设置故障指示器。
步骤S120：建立以故障指示器为节点的树形模型。
步骤S130：对故障指示器进行标识和编号。
步骤S140：遍历以故障指示器为节点的树形模型的所有路径，进行故障定位。
在步骤S110中，所述故障指示器分布在电网的线路上。参考图2，故障指示器可安装在架空线、电力线缆、箱柜、环网柜以及电缆分支箱等位置，用于指示电网短路或单相接地等故障。故障指示器主要包括两个部分：感应部分，包括接地故障传感器和短路故障传感器；主机部分，把传感器的信号进行处理，给出相关的指示和警报，同时还可通过GPRS通信模块把相关的报警信息发送给监控中心。
当线路发生短路或接地故障后，从变电站出口到故障点的所有故障指示器均翻牌或闪光指示。如图3所示，在一条电网路径上设有5个故障指示器A、B、C、D、E。当故障指示器C和D之间的某处发生短路或接地故障后，从电源点(如变电站)到故障点之间的会产生故障电流，这之间的故障指示器A、B、C均翻牌或闪光指示。
电网通过架空线、电力线缆、箱柜、环网柜以及电缆分支箱等连接、组合形成。电网的线路可能包括主干线路和至少一级分支线路，为了能够检测到电网上的故障，需要在每条线路上都设有至少一个故障指示器。一般地，在线缆上可间隔地设置多个故障指示器；在箱柜、环网柜处则只需设置一个故障指示器。
在步骤S120中，对于所述树形模型：同一线路上的故障指示器依次连接，后一故障指示器作为前一故障指示器的子节点；分支线路上的第一个故障指示器作为主干线路上的最后一个故障指示器的子节点、次一级分支线路上的第一个故障指示器作为上一级分支线路上的最后一个故障指示器的子节点。参考图4，主干线路上设有两个故障指示器A1、B2，两个一级分支线路上分别设有故障指示器C3、D4、E5以及故障指示器F3、G4、H5。其中B2是A1的子节点，C3、F3是B2的子节点，D4是C3的子节点，E5是D4的子节点，G4是F3的子节点，H5是G4的子节点。
可以理解，故障指示器B2之后还可以有其他一级分支线路，或者在两条一级分支线路上还有二级分支线路。每天线路上都需要设置故障指示器。
在步骤S130中，为每个故障指示器赋予标识和编号。最简单的情况是把每个故障指示器赋予不同的标识，例如用不同的名称在唯一指代一个故障指示器。参考图4，为说明简单起见，用一个大写的英文字母A、B、C等标识一个故障指示器。同时，每个故障指示器还有一个编号，且符合以下规则：同一线路上的故障指示器依次编号，分支线路上的第一个故障指示器在主干线路上的最后一个故障指示器的编号的基础上增加1；次一级分支线路上的第一个故障指示器在上一级分支线路上的最后一个故障指示器的编号的基础上增加1。参考图4，主干线路上的两个故障指示器A和B，依次编号为1和2，其中一个一级分支线路上的故障指示器C、D、E依次编号为3、4、5，另一个一级分支线路上的故障指示器F、G、H也依次编号为3、4、5。在其他多分支或多级分支的情况下，赋予标识和编号采用同样的方式。
在步骤S140中，遍历以故障指示器为节点的树形模型的所有路径，判断每一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号是否一致，若是，则将所述编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标；获得故障坐标的编号分量最大的故障指示器，将电路故障定位在其之后。
以下以两个不同的简化电网结构的树形模型来说明步骤S140的处理方式。
如图5a所示，为图4的电网结构的树形模型在G4和H5之间发生电路故障。根据步骤S140的方法。首先遍历路径A1-B2-C3-D4-E5，该路径上指示故障的故障指示器的数量为2(A、B)，编号最大的故障指示器(B2)的编号为2，二者一致，则路径A1-B2-C3-D4-E5的故障坐标为(B，2)；然后遍历路径A1-B2-F3-G4-H5，该路径上指示故障的故障指示器的数量为4(A、B、F、G)，编号最大的故障指示器(G)的编号为4，二者一致，则路径A1-B2-F3-G4-H5的故障坐标为(G，4)。比较两个故障坐标的编号，获得编号较大的故障指示器G4，从而了解到故障点在故障指示器G4之后。
如图5b所示，为另一多分支的电网结构的树形模型，该电网在G3和H4之间发生故障。根据步骤S140的方法。依次遍历4条路径：A1-B2-C3、A1-D2-E3-F4、A1-D2-G3-H4、A1-I2。
对于路径A1-B2-C3，指示故障的故障指示器的数量为1(A)，编号最大的故障指示器(A)的编号为1，二者一致。则路径A1-B2-C3的故障坐标为(A，1)。
对于路径A1-D2-E3-F4，指示故障的故障指示器的数量为2(A、D)，编号最大的故障指示器(D)的编号为2，二者一致。则路径A1-D2-E3-F4的故障坐标为(D，2)。
对于路径A1-D2-G3-H4，指示故障的故障指示器的数量为3(A、D、G)，编号最大的故障指示器(G)的编号为3，二者一致。则路径A1-D2-G3-H4的故障坐标为(G，3)。
对于路径A1-I2，指示故障的故障指示器的数量为1(A)，编号最大的故障指示器(A)的编号为1，二者一致。则路径A1-I2的故障坐标为(A，1)。
比较4条路径的故障坐标的编号，可以获得编号较大的故障指示器G3，从而了解到故障点在故障指示器G3之后。
进一步地，对于步骤S140，若一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号不一致，则判断指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号的比值是否大于设定阈值，若是，则将编号最大的故障指示器的编号作为该路径的故障坐标，并将所述故障坐标用于故障定位；否则，认为该条路径不存在故障。发生数量和编号不一致的原因是存在故障指示器漏报或误报。
参考图6a，为图4所示的电网结构的树形模型，故障发生在G4和H5之间，且故障指示器F发生了漏报。按照进一步的检测方法，首先遍历路径A1-B2-C3-D4-E5，该路径上指示故障的故障指示器的数量为2(A、B)，编号最大的故障指示器(B2)的编号为2，二者一致，则路径A1-B2-C3-D4-E5的故障坐标为(B，2)；然后遍历路径A1-B2-F3-G4-H5，该路径上指示故障的故障指示器的数量为3(A、B、G)，编号最大的故障指示器(G)的编号为4，二者不一致。计算数量：3和编号：4的比值为75％，其大于设定的阈值60％，则路径A1-B2-F3-G4-H5的故障坐标为(G，4)。
比较两个故障坐标的编号，获得编号较大的故障指示器G4，从而了解到故障点在故障指示器G4之后。
参考图6b，为图4所示的电网结构的树形模型，没有发生故障，但故障指示器C发生了误报。按照步骤S140进一步的检测方法，首先遍历路径A1-B2-C3-D4-E5，该路径上指示故障的故障指示器的数量为1(C)，指示故障的编号最大的故障指示器(C3)的编号为3，二者不一致。计算数量：1和编号：3的比值为33.3％，其小于设定的阈值60％，因此认定为误报。
上述方法，通过在电网中布置故障指示器，并且利用故障指示器的特性建立电网的树形模型，在故障发生时，遍历整个树形模型，可以快速定位故障点。同时，通过设定阈值，还可以对误报和漏报进行纠错。
图7为另一实施例的故障定位方法流程图，该方法包括如下步骤。
步骤S210：在电网中设置故障指示器。
步骤S220：建立以故障指示器为节点的树形模型。
步骤S230：对故障指示器进行标识和编号。
步骤S240：在以故障指示器为节点的树形模型中查找指示故障的故障指示器，进行故障定位。具体是：自所述树形模型的根节点起逐一判断其至少一个子节点的故障指示器是否指示故障，若是，则继续逐一判断该子节点的至少一个子节点的故障指示器是否指示故障，直到一个指示故障的节点没有任何子节点的故障指示器指示故障；获得该没有任何子节点的故障指示器指示故障的节点的故障指示器的标识和编号，将电路故障定位在其后。
本实施例与前一实施例不同之处主要在步骤S240，其不采用遍历整个树形模型的方式来定位故障，而是利用故障指示器从树形模型中找出故障点与电源点之间路径。
参考图5a，按照步骤S240的方法，从根节点A开始判断，其只有一个子节点B。判断子节点B指示故障后，继续判断子节点B的子节点(C、F)是否指示故障。可知子节点C没有指示故障，子节点F指示故障，进一步判断子节点F的子节点G是否指示故障，直到子节点G的子节点H不指示故障，从而获得子节点G的故障指示器的标识和编号(G、4)。
参考图5b，按照步骤S240的方法，从根节点A开始判断，其有三个子节点B、D、I，依次判断子节点B、D、I的故障指示器是否指示故障。当判断子节点D的故障指示器指示故障后，就不需要在判断I是否指示故障。然后直到子节点G的唯一一个子节点H的故障指示器不指示故障，获得子节点G的故障指示器的标识和编号(G、3)。
本实施例的方法可以减少冗余计算，加快定位的速度。
进一步地，在步骤S240的基础上，还进行漏报和误报检测。若一个指示故障的节点没有任何子节点的故障指示器指示故障，还进一步判断其所有子节点的一级或两级子节点的故障指示器是否指示故障，直到一个指示故障的节点没有任何一级或两级子节点的故障指示器指示故障。
计算指示故障的故障指示器的数量和其中编号最大的故障指示器的编号的比值，判断该比值是否大于设定阈值，若是则将编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标，并将所述故障坐标用于故障定位；否则，认为存在误报故障。
该进一步的方法与前述步骤S240的方法类似，只是在判断某一指示故障的故障指示器不存在任何指示故障的子节点的情况下，不放弃该分支，而进一步判断子节点的下一级节点是否指示故障。对于图6a所示的情形，当发现子节点B的两个子节点C、F均未指示故障时，进一步分别判断子节点C的子节点D、子节点F的子节点G是否指示故障，直到一个指示故障的节点没有任何一级或两级子节点的故障指示器指示故障。从而获得子节点G的故障指示器的标识和编号(G、3)。
然后计算指示故障的故障指示器的数量：3(A、B、G)和其中编号最大的故障指示器(G)的编号：4的比值为75％，大于设定的阈值60％，则可将故障定位在故障指示器G之后。
对于步骤S240的进一步改进在于，在判断是否存在漏报或误报的情况时，并不采用如上所述的寻找二级分支上的故障指示器的方式，而是结合步骤S140的进一步改进的方式。也即在出现“一个指示故障的节点没有任何子节点的故障指示器指示故障”的情况后，遍历以该节点为根节点的子树的所有路径，判断每一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号是否相差已统计数量，若是，则将所述编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标；获得故障坐标的编号分量最大的故障指示器，将电路故障定位在其之后。
只不过此时的遍历的根节点不是整个树形模型的根节点，而是一个子树的根节点，因此在判断故障指示器的数量和编号的关系时，要去掉已统计数量的影响。也即去掉子树的根节点之前已经找到的指示故障的节点的数量。
参考图6a的情况，利用步骤S140的进一步改进方式，遍历以子节点B为根节点的子树，进行故障定位，此过程中对于数量和编号的对应关系，需要消除已统计过的节点A的影响。
上述方法，通过在电网中布置故障指示器，并且利用故障指示器的特性建立电网的树形模型，在故障发生时，在树形模型查找符合条件的节点，可以快速定位故障点。同时，通过设定阈值，还可以对误报和漏报进行纠错。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
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 (9)

1.一种电网故障定位方法，包括如下步骤：
在电网中设置故障指示器；所述故障指示器分布在电网的线路上，所述线路包括主干线路和至少一级分支线路，且每条线路上设有至少一个故障指示器；
建立以故障指示器为节点的树形模型；所述树形模型中：同一线路上的故障指示器依次连接，后一故障指示器作为前一故障指示器的子节点；分支线路上的第一个故障指示器作为主干线路上的最后一个故障指示器的子节点、次一级分支线路上的第一个故障指示器作为上一级分支线路上的最后一个故障指示器的子节点；
对故障指示器进行标识和编号；同一线路上的故障指示器依次编号，分支线路上的第一个故障指示器在主干线路上的最后一个故障指示器的编号的基础上增加1；次一级分支线路上的第一个故障指示器在上一级分支线路上的最后一个故障指示器的编号的基础上增加1；
遍历以故障指示器为节点的树形模型的所有路径，判断每一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号是否一致，若是，则将所述编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标；
获得故障坐标的编号分量最大的故障指示器，将电路故障定位在其之后。
2.根据权利要求1所述的电网故障定位方法，其特征在于，若一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号不一致，则判断指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号的比值是否大于设定阈值，若是，则将编号最大的故障指示器的编号作为该路径的故障坐标，并将所述故障坐标用于故障定位；否则，认为该条路径不存在故障。
3.根据权利要求2所述的电网故障定位方法，其特征在于，所述设定阈值为60％。
4.一种电网故障定位方法，包括如下步骤：
在电网中设置故障指示器；所述故障指示器分布在电网的线路上，所述线路包括主干线路和至少一级分支线路，且每条线路上设有至少一个故障指示器；
建立以故障指示器为节点的树形模型；所述树形模型中：同一线路上的故障指示器依次连接，后一故障指示器作为前一故障指示器的子节点；分支线路上的第一个故障指示器作为主干线路上的最后一个故障指示器的子节点、次一级分支线路上的第一个故障指示器作为上一级分支线路上的最后一个故障指示器的子节点；
对故障指示器进行标识和编号；同一线路上的故障指示器依次编号，分支线路上的第一个故障指示器在主干线路上的最后一个故障指示器的编号的基础上增加1；次一级分支线路上的第一个故障指示器在上一级分支线路上的最后一个故障指示器的编号的基础上增加1；
自所述树形模型的根节点起逐一判断其至少一个子节点的故障指示器是否指示故障，若是，则继续逐一判断该子节点的至少一个子节点的故障指示器是否指示故障，直到一个指示故障的节点没有任何子节点的故障指示器指示故障；
获得该没有任何子节点的故障指示器指示故障的节点的故障指示器的标识和编号，将电路故障定位在其后。
5.根据权利要求4所述的电网故障定位方法，其特征在于，若一个指示故障的节点没有任何子节点的故障指示器指示故障，还进一步判断其所有子节点的一级或两级子节点的故障指示器是否指示故障，直到一个指示故障的节点没有任何一级或两级子节点的故障指示器指示故障；
计算指示故障的故障指示器的数量和其中编号最大的故障指示器的编号的比值，判断该比值是否大于设定阈值，若是则将编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标，并将所述故障坐标用于故障定位；否则，认为存在误报故障。
6.根据权利要求5所述的电网故障定位方法，其特征在于，所述设定阈值为60％。
7.根据权利要求4所述的电网故障定位方法，其特征在于，若一个指示故障的节点没有任何子节点的故障指示器指示故障，则遍历以该节点为根节点的子树的所有路径，判断每一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号是否相差已统计数量，若是，则将所述编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标；
获得故障坐标的编号分量最大的故障指示器，将电路故障定位在其之后。
8.根据权利要求7所述的电网故障定位方法，其特征在于，若一条路径上指示故障的故障指示器的数量和编号最大的故障指示器的编号的差值小于已统计数量，则判断指示故障的故障指示器的数量加上已统计数量的和与编号最大的故障指示器的编号的比值是否大于设定阈值，若是，则将所述编号最大的故障指示器的标识和编号作为该路径的故障坐标，并将所述故障坐标用于故障定位；否则，认为该条路径不存在故障。
9.根据权利要求8所述的电网故障定位方法，其特征在于，所述设定阈值为60％。
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