CN105067959A - 环网供电条件下的故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环网供电条件下的故障定位方法，包括获取现有环形供电网在初始化时建立的环网线路树形结构模型；当环形供电网发生故障时，利用故障指示器上报的各线路负载电流信号的大小，判断环形供电网各开关的状态和电路电流走向，修正环网线路树形结构模型；利用修正后的环网线路树形结构模型和故障电流的大小，定位故障点。本发明由于采用了主站系统在初始化时建立的环网线路树形结构模型，结合故障指示器上报的负载电流，因此能够自动修正环网供电线路的树形结构模型，能够自动识别环网拓扑结构；由于采用了故障指示器上报的故障电流和负载电流，因此能够快速修改并生成故障状态下环网线路树形结构模型，并据此快速准确定位环网故障位置。

Description

环网供电条件下的故障定位方法

技术领域

本发明属于配电自动化技术领域，具体涉及一种环网供电条件下的故障定位方法。

背景技术

随着自动化技术的发展，配电网自动化运行已经越来越重要。配电网自动化是运用各种技术及配电设备,对配电网进行监控管理,使配电网处于安全、可靠、优质、经济、高效的运行状态。故障定位是配电自动化的关键技术之一，它要求故障发生时能够快速定位故障点，并及时通知电力部门检修人员，为电力部门检修人员排查故障和恢复供电节约时间。

环网供电是指把用于供电的电源或供电变压器连接成一个环网供电网络，对每条线路进行分段并设置控制开关，线路的连接点设置联络开关，利用设备的延时进行停电区间的负荷转换。当供电线路的某一区发生故障时，配电系统具备自动隔离故障区段、自动恢复非故障区段供电的能力，从而达到缩小停电范围和减少用户停电时间、提高对用户供电可靠性的目的。为了达到以上目的，环网供电系统通常会加装线路故障指示器和馈线终端等自动化设施。

为了及时定位环网供电系统中的故障位置，故障定位方法目前有基于矩阵计算法、基于神经网络的算法、基于遗传算法的方法、基于专家系统等多种方法，但由于电网结构复杂，这些算法并不能通用，各种算法适用于不同类型的电网模型，而且这类算法通常计算量大，处理时间长，需要借助大量的终端设备和复杂的主站系统来支撑。

目前有一种依靠故障指示器来进行故障定位的方法：为每个故障指示器建立一个链路表，链路表中记录电流方向前端的故障指示器地址，电流方向中第一级故障指示器的前端故障指示器地址设置为空。当线路发生接地或者相间短路时，在电源点和故障点之间会构成回路，该区段线路上会产生故障电流。故障指示器监测到故障电流后将信息上报给通讯终端，由通讯终端上报给主站系统。主站系统等待一个时间周期让所有监测到的故障信息的故障指示都上报完成，等待的时间周期根据通讯情况一般设置为几十秒到几分钟，主站收集该时间周期内所有上报的故障信息，根据故障指示器链路表查找到上述故障指示器中处于链路末端的故障指示器，故障位置即处于末端指示器和该指示器电流后端未检测到故障的故障指示器之间，并将故障定位结果通知电力部门。

但是，该方法的故障指示器链路表在系统建立时初始化完成以后不再变化，而实际情况中由于电力需求、现实环境等因素，引起环网供电中开关的分合，从而导致线路中电流方向变化，此时仍按照此前的链路表进行故障定位，会给检修人员造成错误的判断；故障定位方法相对简单，没有自我调整的能力，只适应单一供电电源的电网，不具备适应性和通用性；链路表没有经过重复验证，故障指示器链路表建立时由于人为失误等原因存在录入错误的风险，一旦链路表录入错误，后续定位都将出错，没有充分利用故障指示器等现有条件去弥补不足。

发明内容

本发明的目的在于一种能够自动识别环网拓扑结构、快速准确定位环网故障位置的环网供电条件下的故障定位方法。

本发明提供的这种环网供电条件下的故障定位方法，包括如下步骤：

S1：获取现有环形供电网的主站系统在初始化时建立的环网线路树形结构模型；

S2：当环形供电网发生故障时，主站系统利用故障指示器上报的各线路的负载电流信号的大小，判断环形供电网各开关的状态，重新修正步骤S1中的环网线路树形结构模型；

S3：主站系统利用步骤S2中修正后的环网线路树形结构模型和故障指示器上报的故障电流的大小，定位故障点。

所述的环网树形结构模型为以环网中电源节点为根节点、以环网中所有开关、故障指示器为普通节点的树形结构模型。

所述步骤S3的定位故障点，包括如下步骤：

1）将故障指示器上报的故障电流的大小进行排序，与步骤S2中修正后的环网线路树形结构模型进行对比；

2）若电流大小符合树形结构模型，即下一层故障指示器节点上报的故障电流比上一层故障指示器节点上报的故障电流小，则故障点定位在树形结构末端的有故障电流信号的故障指示器处；

3）若电流大小不符合树形结构模型，即下一层故障指示器节点上报的故障电流比上一层故障指示器节点上报的故障电流大，则依据故障指示器上报的故障电流的大小，将故障定位在电流最小的故障指示器处。

本发明提供的这种环网供电条件下的故障定位方法，由于采用了主站系统在初始化时建立的环网线路树形结构模型，并结合故障指示器上报的线路电流，因此能够自动修正环网供电线路的树形结构模型，能够自动识别环网拓扑结构；由于采用了故障指示器上报的故障电流和线路电流，因此能够快速修改并生成故障状态下环网线路树形结构模型，并据此快速准确定位环网故障位置。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明的一种实施方式的环网线路结构图。

图3为本发明的一种实施方式的环网线路树形结构图。

图4为本发明的一种实施方式的故障点及故障后环网线路结构图。

图5为本发明的一种实施方式的故障后环网线路树形结构图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提供的环网供电条件下的故障定位方法进行详细说明。

如图1所示为本发明的方法流程图，本发明提供的环网供电条件下的故障定位方法，包括如下步骤：

S1：获取现有环形供电网的主站系统在初始化时建立的环网线路树形结构模型；

此时获取的环形供电网的主站系统在初始化时建立的环网线路树形结构模型，为以环网中电源节点为根节点、以环网中所有开关、故障指示器为普通节点的树形结构模型；

S2：当环形供电网发生故障时，主站系统利用故障指示器上报的各线路的负载电流信号的大小，判断环形供电网各开关的状态，重新修正步骤S1中的环网线路树形结构模型；

故障指示器不仅能够上报其安装线路的故障电流，也能上传其安装线路的负载电流。故障指示器如果安装在开关附近，则如果开关是分闸状态，那么该开关附近没有负载电流，故障指示器监测到的负载电流几乎为0，如果开关是合闸状态，那么开关有负载电流通过，故障指示器能够监测到负载电流；系统依此来判断线路中开关的实时状态，并根据环形供电网各开关的状态，重新修正步骤S1中的环网线路树形结构模型；

S3：主站系统利用步骤S2中修正后的环网线路树形结构模型和故障指示器上报的故障电流的大小，定位故障点，具体包括如下步骤：

1）将故障指示器上报的故障电流的大小进行排序，与步骤S2中修正后的环网线路树形结构模型进行对比；

2）若电流大小符合树形结构模型，即下一层故障指示器节点上报的故障电流比上一层故障指示器节点上报的故障电流小，则故障点定位在树形结构末端的有故障电流信号的故障指示器处；

3）若电流大小不符合树形结构模型，即下一层故障指示器节点上报的故障电流比上一层故障指示器节点上报的故障电流大，则依据故障指示器上报的故障电流的大小，将故障定位在电流最小的故障指示器处。

图2为环网线路结构图，图中共有3个电源节点，图中标示为D1、D2和D3，有6个开关节点，图中标示分别为K1~K6，有18个故障指示器，图中标示分别为F1~F18；图中开关K1、K3和K5为合闸，K2、K4和K6为分闸，D1、D2和D3为环网供电；如图3所示，即为获取的图2所示的环形供电网的树形结构图：树形结构图以电源节点为根节点，电流从电源节点出发，流经所有的开关、负载和故障指示器。以图3中的电源节点D1为例，根节点为D1，电流流经故障指示器F1和闭合开关K1后分为两路，因此故障指示器F2和F3在树形结构模型中位于开关K1的下一层；由于开关K6处于断开状态，则故障指示器F3的下一级节点仅为K6；电流流经F2后，分为三路，一路流经开关K2、第二路流经F4、第三路流经F5，因此F2的下一级节点为F4、F5和K2；开关K2断开，因此开关K2无下一级节点；电流流经F4后又流经F6，然后分为两路分别流经F7和F9，因此F6的下一级节点为F7和F9，电流流经F7后又分为两路并分别流经F8和F10，因此F7的下一级节点为F8和F10，此后便完成了以电源节点D1为根节点的树形结构；电源节点D2和D3的树形结构依据同理可得，从而获得图3所示的环网树形结构图。

图4为图2的环形供电网中通过开关分合闸形成的另一种正常供电方式，图4为设定在故障指示器F7处附近发生永久性短路故障后，环形供电网在暂时性故障状态下的环网示意图。此时由于发生了故障，图中的F17、F13、F12、F4、F6和F7故障指示器上传故障电流到主站系统。主站系统立即获取所有故障指示器的负载电流和故障电流，用于判断环网此时的拓扑结构，具体如下：合闸的开关附近的故障指示器的负载电流不为零，断开状态的开关附近的故障指示器的负载电流为零或极小值，因此可以得出环网内开关的状态，在图4情况下可以通过判断指示器负载电流得出开关K1、K5和K6为断开状态，开关K2、K3和K4为合闸状态；依据开关状态和故障指示器上报的各支路负载电流，可以分析出故障电流走向和判断故障点位置，具体分析过程如下：电源节点D1为树形结构根节点，电流流过F1后到开关K1，即为D1的树形结构；同理可得电源D3的树形结构为D3→F18→K5；电源节点D2为根节点，电流流过F17和K3后，依据原有的网络树形结构可知电流将分别流向F13和F14，电流流过F14后会流过K4，由于K4闭合，因此图3中的D2所在的树和D3所在的树在开关K4节点处连通，因此电流流过K4后还会流经F15，此时由于K5断开，原有的树形结构中F15和F16属于同一级别节点、并根据原有的树形结构分析，流经F15的电流节点还会依次流经F16和F11，直至开关K6；另一路电流，依据以上分析同理可得电流的流向和依次流经的故障指示器和开关；所有分析完成之后，即可获得在故障条件下的环网树形结构图，具体如图5所示。

对照已经获得的修正后的树形结构图，和上下级故障指示器电流的大小关系，如果电流大小关系基本符合树形结构中的故障指示器之间的层级关系，即在树形结构中，流经下层故障指示器的电流比流经上层故障指示器的电流小，则可以将故障定位在树形结构的最末段的故障指示器处；如果电流大小不符合树形结构的比例达到预先的设定值，则表明线路在发生故障时开关有保护动作，不能按照分析的树形结构去判断故障的位置，考虑到上报故障的故障指示器处于电源点到故障点之间，而且电流大小从电源点到故障点依次减少，按照上报故障的指示器电流大小排序，故障位置定位在电流最小的故障指示器位置处。

分析出故障位置后，建立故障信息通知用户和电力检修人员，方便电力检修人员快速处理故障，并恢复供电。

Claims (3)

1.一种环网供电条件下的故障定位方法，包括如下步骤：

S1：获取现有环形供电网的主站系统在初始化时建立的环网线路树形结构模型；

S2：当环形供电网发生故障时，主站系统利用故障指示器上报的各线路的负载电流信号的大小，判断环形供电网各开关的状态和电路电流走向，重新修正S1中的环网线路树形结构模型；

S3：主站系统利用步骤S2中修正后的环网线路树形结构模型，和故障指示器上报的故障电流的大小，定位故障点。

2.根据权利要求1所述的环网供电条件下的故障定位方法，其特征在于所述的环网树形结构模型为以环网中电源节点为根节点、以环网中所有开关、故障指示器为普通节点的树形结构模型。

3.根据权利要求1或2之一所述的环网供电条件下的故障定位方法，其特征在于所述步骤S3的定位故障点，包括如下步骤：

1）将故障指示器上报的故障电流的大小进行排序，与步骤S2中修正后的环网线路树形结构模型进行对比；

2）若电流大小符合树形结构模型，即下一层故障指示器节点上报的故障电流比上一层故障指示器节点上报的故障电流小，则故障点定位在树形结构末端的有故障电流信号的故障指示器处；

3）若电流大小不符合树形结构模型，即下一层故障指示器节点上报的故障电流比上一层故障指示器节点上报的故障电流大，则依据故障指示器上报的故障电流的大小，将故障定位在电流最小的故障指示器处。