CN109298289A - 配电网故障点的定位方法、系统及电子设备 - Google Patents

配电网故障点的定位方法、系统及电子设备 Download PDF

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CN109298289A CN201811451308.2A CN201811451308A CN109298289A CN 109298289 A CN109298289 A CN 109298289A CN 201811451308 A CN201811451308 A CN 201811451308A CN 109298289 A CN109298289 A CN 109298289A
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林江明
陈楠
张颖
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Abstract

本发明提供了一种配电网故障点的定位方法、系统及电子设备，涉及配电网故障诊断领域，该方法包括分段步骤：将输电线路划分为多个区段，获取每个所述区段的长度、单位阻抗、系统阻抗，并计算每个所述区段的末端短路电流；判断步骤：根据预先确定的设点线路的各区段的末端短路电流及实际故障电流，判断故障点所在区段；定位步骤：根据所述故障点所在区段的线路阻抗、单位阻抗以及所述实际故障电流，计算所述故障点所在区段中的故障点具体位置。该方法、系统及电子设备提升了配电网故障诊断的自动化程度，解决了当复杂配电网发生故障时存在的故障点定位困难的问题。

Description

配电网故障点的定位方法、系统及电子设备
技术领域
本发明涉及配电网故障诊断领域，尤其是涉及定位配电网故障点的方法、系统及电子设备。
背景技术
配电网的安全可靠运行直接关系着社会的发展，一旦配电网线路发生故障，将给人们生活带来极大不便，需要使用配电网故障诊断技术进行快速准确的诊断。高效的配电网故障诊断技术可快速定位故障位置，分析故障原因，提出故障恢复方案，尽可能的缩短停电时间，加快线路的供电恢复速度，减少因停电造成的经济损失。
一些地区的配电网缺少故障定位的方法，自动化水平较低，出现故障时排查困难。以10kV配电网为例，常见的10kV配电网线路较长，线路类型复杂，常为电缆线路和架空线路的混合，分支层级较多，故障率相对较高。当发生故障后，查找故障点就会非常困难，需消耗大量的时间用于排除故障，造成长时间停电的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种配电网故障点的定位方法、系统及电子设备，提升了配电网故障诊断的自动化程度，解决了当复杂配电网发生故障时存在的故障点定位困难的问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种配电网故障点的定位方法，其中，所述方法包括以下步骤：
分段步骤：将输电线路划分为多个区段，获取每个区段的长度、单位阻抗、系统阻抗，并计算每个区段的末端短路电流。
判断步骤：根据预先确定的设点线路的各区段的末端短路电流及实际故障电流，判断故障点所在区段；
定位步骤：根据所述故障点所在区段的线路阻抗、单位阻抗以及实际故障电流，计算故障点所在区段中的故障点具体位置。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，分段步骤，包括：
将输电线路划分N个区段：
获取每个区段的长度、单位阻抗、系统阻抗；
根据以下算式，计算每个区段的末端短路电流，
其中，Ii为第i区段的末端短路电流，U为输电线的输入电压，Zi(Sum)为第i区段的线路累加阻抗，ZS为系统阻抗。
结合第一方面的第一种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，累加阻抗，通过以下算式计算，
其中，Zi(Sum)为第i区段累加阻抗，zi为第i区段的单位阻抗，li为第i区段的线路长度。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，判断步骤，通过将实际故障电流与预先确定的输电线路的各区段的末端短路电流进行对比，判断故障点所在区段，具体包括：
当满足关系It≥I1时，则故障点位于第1区段；
当满足关系Ii≤It＜Ii-1时，则故障点位于第i区段，其中N≥i≥2；
其中，It为实际故障电流，N为输电线路划分的区段数量，Ii为第i区段的末端短路电流。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，定位步骤，包括：
计算故障点所在区段的线路阻抗；
通过以下算式，计算故障点所在故障区段的具体位置，
其中，X为故障点与第i区段末段之间的距离，U为输电线的输入电压，It为实际故障电流，ZL为故障点所在区段的线路阻抗，ZS为系统阻抗，zi为第i区段的单位阻抗。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，故障点所在区段的线路阻抗通过以下算式计算，
其中，ZL为故障点所在区段的线路阻抗，zi-1为第i-1区段的单位阻抗，li-1为第i-1区段的线路长度，N为输电线路划分的区段数量。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，计算故障点所在故障区段的具体位置之后，还包括：
通过以下算式计算故障点与变电站之间的距离，
其中，L为故障点与变电站之间的距离，X为故障点与第i区段末段之间的距离，li-1为第i-1区段的线路长度，N为输电线路划分的区段数量。
第二方面，本发明实施例提供了一种配电网故障点的定位系统，其中，包括以下单元：
分段单元，用于将输电线路划分为多个区段，获取每个区段的长度、单位阻抗、系统阻抗，并计算每个区段的末端短路电流；
判断单元，用于根据预先确定的设点线路的各区段的末端短路电流及实际故障电流，判断故障点所在区段；
定位单元，用于根据故障点所在区段的线路阻抗、单位阻抗以及实际故障电流，计算故障点所在区段中的故障点具体位置。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，其中，包括存储器、处理器，存储器中存储有可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现上述的定位配电网故障点的定位方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供了一种配电网故障点的定位方法、系统及电子设备，该方法包括：分段步骤，将输电线路划分为多个区段，获取每个区段的长度、单位阻抗、系统阻抗，并计算每个区段的末端短路电流；判断步骤，根据预先确定的设点线路的各区段的末端短路电流及实际故障电流，判断故障点所在区段；定位步骤，根据所述故障点所在区段的线路阻抗、单位阻抗以及实际故障电流，计算故障点所在区段中的故障点具体位置。通过采用该方法、系统及电子设备，首先判断故障点的所在区段，可以节省大量的排查时间，然后精确计算出故障点的具体位置，因此提升了配电网故障诊断的自动化程度，解决了当复杂配电网发生故障时存在的故障点定位困难的问题，提升了工作效率，缩短了停电时间，节约了人力资源，提高了经济效益。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种配电网故障点的定位方法流程图；
图2为本发明实施例提供的分段步骤流程图；
图3为本发明实施例提供的定位步骤流程图；
图4为本发明实施例提供的一种配电网故障点的定位系统图；
图5为本发明实施例提供的一种配电网故障点的定位电子装置图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
配电网的安全可靠运行直接关系着社会的发展，一旦配电网线路发生故障，将给人们生活带来极大不便，需要使用配电网故障诊断技术进行快速准确的诊断。高效的配电网故障诊断技术可快速定位故障位置，分析故障原因，提出故障恢复方案，尽可能的缩短停电时间，加快线路的供电恢复速度，减少因停电造成的经济损失。一些地区的配电网缺少故障定位的方法，自动化水平较低，出现故障时排查困难。以10kV配电网为例，常见的10kV配电网线路较长，线路类型复杂，常为电缆线路和架空线路的混合，分支层级较多，故障率相对较高。当发生故障后，查找故障点就会非常困难，需消耗大量的时间用于排除故障，造成长时间停电的问题。有鉴于此，本发明的目的在于提供一种配电网故障点的定位方法、系统及电子设备，提升了配电网故障诊断的自动化程度，解决了当复杂配电网发生故障时存在的故障点定位困难的问题。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种配电网故障点的定位方法、系统及电子设备进行详细介绍。
实施例一：
参见图1所示的配电网故障点的定位方法流程图，该方法包括以下步骤：
分段步骤S100：将输电线路划分为多个区段，获取每个区段的长度、单位阻抗、系统阻抗，并计算每个区段的末端短路电流。具体的参见图2所示的分段步骤流程图，包括以下步骤：
S110，将输电线路划分多个区段。根据输电线路的类型对输电线路进行分段，输电线路一般有架空输电线路和电缆输电线路两种类型，其中，架空输电线路架是设于地面上，由导线、架空地线、绝缘子串、杆塔、接地装置等部分组成；电缆输电线路是由通信电缆及其附属设备构成的传输系统。两种不同类型的输电线路其线路的性质和参数也不相同，因此分段步骤按照输电线路的类型进行划分，得到线路划分的区段总数。
S120，获取每个所述区段的长度、单位阻抗、系统阻抗。在S110划分区段的线路长度如果小于300米，就将其进行忽略并计入相邻的区段，最终得到每个区段的长度、每个区段线路的单位阻抗。系统阻抗是输电线路所在的变电站的阻抗值，可以直接得到。
S130，计算每个区段的末段短路电流。在得到各线路的累加阻抗后通过以下算式，计算每个区段的末端短路电流，
其中，Ii为第i区段的末端短路电流，U为输电线的输入电压，Zi(Sum)为第i区段的线路累加阻抗，ZS为系统阻抗，i是整数且满足1≤i≤N。
累加阻抗Zi(Sum)是每个划分区段中的输电线路总的阻抗值，通过以下算式计算，
其中，Zi(Sum)为第i区段的累加阻抗，zi为第i区段的单位阻抗，li为第i区段的线路长度，N为输电线路划分的区段数量。
每个区段的末端短路电流表示该段电路的参考值，作为与实际故障电流的对比数据，是分段步骤100的最终目的。
上述分段步骤相当于准备阶段，通常仅在首次对故障点进行定位之前执行。在此之后，对同一输电线路进行故障点定位时，即可省略本步骤。
判断步骤S200，根据预先确定的设点线路的各区段的末端短路电流及实际故障电流，判断故障点所在区段。具体的，实际故障电流是测量端与故障点之间的电流，作为输入数据。在获取实际故障电流后，与分段步骤100得到的各区段末端短路电流进行对比，判断故障点所在的区段。
判断方法如下：
当满足关系It≥I1时，则故障点位于第1区段；
当满足关系Ii≤It＜Ii-1时，则故障点位于第i区段，其中2≤i≤N；
其中，It为实际故障电流。
定位步骤S300，根据故障点所在区段的线路阻抗、单位阻抗以及实际故障电流，计算故障点所在区段中的故障点具体位置。具体的参见图3所示的定位步骤流程图，包括以下步骤：
S310，计算故障点所在区段的线路阻抗。在得到判断步骤200中故障点所在第i区段后，通过以下算式可得到故障点所在区段的线路阻抗，
其中，ZL为所述故障点所在区段的线路阻抗。该算式表示，当故障点位于第1区段时，线路阻抗为0；当故障点位于第i区段时，线路阻抗ZL为第i区段之前所有区段的线路总阻抗之和。
S320，计算故障点所在故障区段的具体位置。得到线路阻抗后，通过以下算式计算故障点所在故障区段的具体位置，
其中，X为故障点与第i区段的末端之间的距离。
S330，计算故障点与变电站之间的距离。在得到故障点所在故障区段的位置后，通过以下算式进一步计算得到故障点与变电站之间的距离，
其中，L为故障点与变电站之间的距离。
所得的故障点与变电站之间的距离L就是最终的输出数据，所得的L是三相短路时的结果；如果是两相短路，则输出结果为0.866×L。
通过采用本实施例中的方法、系统及电子设备，首先判断故障点的所在区段，可以节省大量的排查时间，然后精确计算出故障点的具体位置，因此提升了配电网故障诊断的自动化程度，解决了当复杂配电网发生故障时存在的故障点定位困难的问题，提升了工作效率，缩短了停电时间，节约了人力资源，提高了经济效益。
实施例二：
以某地A站中L线的具体数据作为实施例，来详细描述配电网故障点的定位方法的过程。
某地A站中L线为10kV线路，输电线的输入电压U＝10500kV，A站的系统阻抗为4.209969207Ω，L线由4段组成，第一段为0.221km的架空线路，第二段为4.854km的电缆线路，第三段为2.063km的架空线路，第四段为5.307km的电缆线路。因此，根据配电网故障点的定位方法中的分段步骤，将输电线分为4个区段，每个区段长度和单位阻抗如下表所示：
长度 单位阻抗
第1区段 0.221km 0.4Ω/km
第2区段 4.854km 0.12Ω/km
第3区段 2.063km 0.4Ω/km
第4区段 5.307km 0.12Ω/km
将上述参数带入以下算式
可得到每个区段的末段短路电流。其中，Ii为第i区段的末端短路电流，U为输电线的输入电压，Zi(Sum)为第i区段的线路累加阻抗，ZS为系统阻抗，zi为第i区段的单位阻抗，li为第i区段的线路长度，所得的末段短路电流结果如下表所示：
末段短路电流
第1区段 11848.38853A
第2区段 5540.745576A
第3区段 3158.561386A
第4区段 2371.645901A
如果此时发生了故障，经过测量得到实际故障电流为3000A。根据配电网故障点的定位方法中的判断步骤，可以看出实际故障电流值3000A大于第4区段的末段短路电流值2371.645901A，并且小于第3区段的末段短路电流值3158.561386A，因此可以判断出故障位于第4区段。
在得到故障位于第4区段后，根据以下算式
可得到故障点所在区段的线路阻抗ZL＝1.49608Ω。
通过算式
得到故障点与第4区段的末段之间的距离X＝0.84537037km。
再根据算式
得到故障点与变电站之间的三相短路距离L＝7.98337037km；两相短路距离为6.91359874km。
某地A站中L线的线路类型复杂，电缆线路和架空线路的混合，分支层级较多，当发生故障后，查找故障点就会非常困难，造成长时间停电。使用本实施例中的配电网故障点的定位方法，通过将某地A站中L线进行合理分段和计算，只需要测量实际故障电流，即可得到故障点距离变电站的距离，提升了配电网故障诊断的自动化程度，解决了复杂配电网发生故障时存在的故障点定位困难的问题。
实施例三：
本发明实施例还提供了一种配电网故障点的定位系统，如图4所示，该系统包括以下单元：
分段单元410，用于将输电线路划分为多个区段，获取每个所述区段的长度、单位阻抗、系统阻抗，并计算每个所述区段的末端短路电流；
判断单元420，用于根据预先确定的设点线路的各区段的末端短路电流及实际故障电流，判断故障点所在区段；
定位单元430，用于根据故障点所在区段的线路阻抗、单位阻抗以及所述实际故障电流，计算故障点所在区段中的故障点具体位置。
在实施例一中提供的配电网故障点的定位方法可以由上述装置执行，上述装置可以为计算机等智能终端。
本发明实施例所提供的装置，其实现原理及产生的技术效果和前述方法实施例相同，为简要描述，装置实施例部分未提及之处，可参考前述方法实施例中相应内容。
参见图5，本发明实施例还提供一种配电网故障点的定位电子装置500，包括：处理器501，存储器502，总线503和通信接口504，所述处理器501、存储器502和通信接口504通过总线503连接；处理器501用于执行存储器502中存储的可执行模块，例如计算机应用程序。
其中，存储器502可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口504(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线503可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器502用于存储程序，所述处理器501在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器501中，或者由处理器501实现。
处理器501可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器501中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器501可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器502，处理器501读取存储器502中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种配电网故障点的定位方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
分段步骤：将输电线路划分为多个区段，获取每个所述区段的长度、单位阻抗、系统阻抗，并计算每个所述区段的末端短路电流；
判断步骤：根据预先确定的设点线路的各区段的末端短路电流及实际故障电流，判断故障点所在区段；
定位步骤：根据所述故障点所在区段的线路阻抗、单位阻抗以及所述实际故障电流，计算所述故障点所在区段中的故障点具体位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分段步骤，包括：
将输电线路划分N个区段：
获取每个所述区段的长度、单位阻抗、系统阻抗；
根据以下算式，计算每个所述区段的末端短路电流，
其中，Ii为第i区段的末端短路电流，U为输电线的输入电压，Zi(Sum)为第i区段的线路累加阻抗，ZS为系统阻抗。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述累加阻抗，通过以下算式计算，
其中，Zi(Sum)为第i区段累加阻抗，zi为第i区段的单位阻抗，li为第i区段的线路长度。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述判断步骤，通过将实际故障电流与预先确定的输电线路的各区段的末端短路电流进行对比，判断故障点所在区段，具体包括：
当满足关系It≥I1时，则故障点位于第1区段；
当满足关系Ii≤It＜Ii-1时，则故障点位于第i区段，其中N≥i≥2；
其中，It为实际故障电流，N为输电线路划分的区段数量，Ii为第i区段的末端短路电流。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述定位步骤，包括：
计算所述故障点所在区段的线路阻抗；
通过以下算式，计算所述故障点所在故障区段的具体位置，
其中，X为故障点与第i区段末段之间的距离，U为输电线的输入电压，It为实际故障电流，ZL为所述故障点所在区段的线路阻抗，ZS为系统阻抗，zi为第i区段的单位阻抗。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述故障点所在区段的线路阻抗通过以下算式计算，
其中，ZL为所述故障点所在区段的线路阻抗，zi-1为第i-1区段的单位阻抗，li-1为第i-1区段的线路长度，N为输电线路划分的区段数量。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，计算所述故障点所在故障区段的具体位置之后，还包括：
通过以下算式计算故障点与变电站之间的距离，
其中，L为所述故障点与变电站之间的距离，X为故障点与第i区段末段之间的距离，li-1为第i-1区段的线路长度，N为输电线路划分的区段数量。
8.一种定位配电网故障点的系统，其特征在于，该系统包括以下单元：
分段单元，用于将输电线路划分为多个区段，获取每个所述区段的长度、单位阻抗、系统阻抗，并计算每个所述区段的末端短路电流；
判断单元，用于根据预先确定的设点线路的各区段的末端短路电流及实际故障电流，判断故障点所在区段；
定位单元，用于根据所述故障点所在区段的线路阻抗、单位阻抗以及所述实际故障电流，计算所述故障点所在区段中的故障点具体位置。
9.一种电子设备，包括存储器、处理器，所述存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，处理器执行计算机程序时实现上述权利要求1至8任一项所述的定位配电网故障点的方法。
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