CN109765459B - 一种基于就地研判的单相接地故障定位方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例公开一种基于就地研判的单相接地故障定位方法和系统，所述方法包括：步骤1，传感器采集电网线路中的电压、电流参数，并对所述电网线路的电流电压的波形进行录波；步骤2，所述传感器根据所述电压、电流参数，判断是否满足触发条件；步骤3，当满足触发条件时，所述传感器发送录波的所述波形至汇集单元；步骤4，所述汇集单元根据所述波形进行故障的综合研判。

Description

一种基于就地研判的单相接地故障定位方法和系统

技术领域

本发明涉及配电线路故障检测领域，尤其涉及一种基于就地研判的单相接 地故障定位方法和系统。

背景技术

配电自动化作为现代化配电网管理体系中的重要组成部分,是实现智能配电 网的必要条件，是提高供电可靠性和运行管理水平的有效手段。长期以来，配 电网面临着在发生线路故障特别是小电流接地故障时，如何快速、准确地定位 故障区段的巨大难题。目前，大量配电自动化设备在现场得以应用，但是现有 的馈线自动化和已有的各类故障定位技术存在投资大、需要停电施工等一系列 问题，于是基于故障指示器特别是暂态录波型故障指示器的故障定位系统得到 了广泛应用，但目前的故障指示器产品无法实现单相接地故障的就地准确判 断，接地故障检测准确率低，有些地方甚至不到20％的准确率；故障误报量大， 一个地市局的主站一周的报警量多达几万条，给主站造成了巨大的压力。

目前实际应用中比较广泛的有暂态特征型和暂态录波型故障指示器。

暂态特征型：采集单元检测故障发生瞬间暂态电压和电流的变化特征，利用 单相暂态信息就地完成故障判断。仅利用单相的幅值、极性、功率方向等进行 判断，接地故障判断准确率低，使用效果差，用户一般只用到短路功能。

暂态录波型：监测线路电场强度和和电流，由电场强度和电流的变化触发录 波，向配电主站上送。由主站合成零序电流，并由主站利用零序电流的暂态特 征实现故障判断和定位。需要把故障时的电流波形上传到主站依靠主站判断。 存在着下列问题：由于电场强度测量不准确，由电场强度变化触发的误报量非 常大，一个地市局的主站一周的报警量多达几万条，给主站造成了巨大的压力， 并且产生了高额的通信费用；在GPRS信号不好的地方波形无法上传，更无法进 行故障判断；主站需要嵌入判断算法并与指示器的波形接入进行调试，增加了 调试和协调工作。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种基于就地研判的单相接地故障定位方法、 系统，能够提高识别接地故障的准确率。

本发明提供一种基于就地研判的单相接地故障定位方法，包括：

步骤1，传感器采集电网线路中的电压、电流参数，并对所述电网线路的电 流电压的波形进行录波；

步骤2，所述传感器根据所述电压、电流参数，判断是否满足触发条件；

步骤3，当满足触发条件时，所述传感器发送录波的所述波形至汇集单元；

步骤4，所述汇集单元根据所述波形进行故障的综合研判。

所述方法还包括：

步骤5，当检测出的故障在监测点上游时，则就地报警。

所述的方法，还包括：

步骤6，当通过综合研判无法判断故障类型时，主站收集录波的波形，利用 大数据分析技术分析母线所有故障指示器的波形，根据零序电流的暂态特征并 结合线路拓扑，再次进行综合研判，以再次进行故障判断。

所述触发条件为：

当所述电网线路为不接地系统或者有补偿的中性点接地系统电网时，将所 述电网线路的任一相的电压变化作为触发条件；

当所述电网线路为中性点直接接地系统或者小电阻接地系统电网时，将所 述电网线路的电流参数的变化作为触发条件；所述电流参数包括电流的绝对值 和电流突变百分比。

所述步骤2包括：

当线路的突变电流大于或者等于短路故障阈值，且有停电现象发生，则所 述传感器研判为短路故障；

当所述线路的突变电流小于短路故障阈值，则判断为：满足触发条件。

所述步骤4包括：

通过电流信号和电压信号之间的关系进行分析，所述分析包括：零序电流、 零序电压和信号的附加特征信息，对故障进行判断；

利用暂态特征法对线路的电压和电流的波动数据，对故障进行判断；

根据线路长时间瞬态响应时的三相电压和电流之间的关系，对故障进行判 断；

根据线路的稳态电压和电流相角的变化，对故障进行判断。

所述步骤4包括：

当所述电路的电流突变大于电流启动阈值时，且当所述电路为中性点小电 阻接地电路时，根据小电阻算法进行故障判断；

当所述电路的电压突变大于电压启动阈值时，且当所述电路为中性点经消 弧线圈接地电路时，根据消弧线圈算法进行故障判断；

当所述电路的电压突变大于电压启动阈值时，且当所述电路为中性点不接 地电路时，根据不接算法进行故障判断。

一种基于就地研判的单相接地故障定位系统，包括：

传感器、汇集单元；

所述传感器，采集电网线路中的电压、电流参数，并对所述电网线路的电 流电压的波形进行录波；所述传感器根据所述电压、电流参数，判断是否满足 触发条件；当满足触发条件时，所述传感器发送捕获的所述波形至汇集单元；

所述汇集单元，根据所述波形进行故障综合研判。

所述的系统，还包括：

报警单元，当检测出的故障在监测点上游时，则就地报警。

所述的系统，还包括：

主站服务器，用于当通过综合研判无法判断故障类型时，收集录波的波形， 利用大数据分析技术分析母线所有故障指示器的波形，根据零序电流的暂态特 征并结合线路拓扑，再次进行综合研判，以再次进行故障判断。

本发明测量稳定可靠，且由于汇集单元实现就地研判，不存在大量误报情 况；提高了识别接地故障的准确率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例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 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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它的附图。

图1为本发明的实施例所述的基于就地研判的单相接地故障定位方法的 的流程示意图；

图2为本发明的所述的基于就地研判的单相接地故障定位方法的应用场景 的系统架构示意图；

图3为本发明的实施例所述的基于就地研判的单相接地故障定位方法的 具体流程示意图；

图4为本发明所述的方法中大数据分析系统通过采集线路故障指示器报警 信息判断方法；

图5为本发明所述的一种基于就地研判的单相接地故障定位系统。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前 提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，为本发明提供一种基于就地研判的单相接地故障定位方法， 包括：

步骤11，传感器采集电网线路中的电压、电流参数，并对所述电网线路的 电流电压的波形进行录波；

步骤12，所述传感器根据所述电压、电流参数，判断是否满足触发条件。

所述触发条件为：

当所述电网线路为不接地系统或者有补偿的中性点接地系统电网时，将所 述电网线路的任一相的电压变化作为触发条件；

当所述电网线路为中性点直接接地系统或者小电阻接地系统电网时，将所 述电网线路的电流参数的变化作为触发条件；所述电流参数包括电流的绝对值 和电流突变百分比。

具体的，所述步骤12包括：

当线路的突变电流大于或者等于短路故障阈值，且有停电现象发生，则所 述传感器研判为短路故障；

当所述线路的突变电流小于短路故障阈值且大于录波触发阈值时，则判断 为：满足触发条件。

步骤13，当满足触发条件时，所述传感器发送录波的所述波形至汇集单元；

步骤14，所述汇集单元根据所述波形进行故障的综合研判。所述步骤14包 括：

通过电流信号和电压信号之间的关系进行分析，所述分析包括：零序电流、 零序电压和信号的附加特征信息，对故障进行判断；

利用暂态特征法对线路的电压和电流的波动数据，对故障进行判断；

根据线路长时间瞬态响应时的三相电压和电流之间的关系，对故障进行判 断；

根据线路的稳态电压和电流相角的变化，对故障进行判断。

具体的，所述步骤14包括：

当所述电路的电流突变大于电流启动阈值时，且当所述电路为中性点小电 阻接地电路时，根据小电阻算法进行故障判断；

当所述电路的电压突变大于电压启动阈值时，且当所述电路为中性点经消 弧线圈接地电路时，根据消弧线圈算法进行故障判断；

当所述电路的电压突变大于电压启动阈值时，且当所述电路为中性点不接 地电路时，根据不接算法进行故障判断。

所述方法还包括：

步骤15，当检测出的故障在监测点上游时，则就地报警。

所述的方法，还包括：

步骤16，当通过综合研判无法判断故障类型时，主站收集录波的波形，利 用大数据分析技术分析母线所有故障指示器的波形，根据零序电流的暂态特征 并结合线路拓扑，再次进行综合研判，以再次进行故障判断。

以下描述本发明的应用场景。

本发明利用稳定的电场测量和精确的电流测量技术，实时监测电场和电流 的变化，发生故障时实时录波并由汇集单元合成零序分量，由汇集单元结合相 分量和模分量各自的暂态特征进行就地研判，无需主站干预。故障点上游指示 器能就地采集故障信息和波形，以闪光形式指示故障。故障点下游指示器仅录 波，不上传故障遥信，不闪光就地指示故障，且能将波形上传至主站，用于线 路故障分析、反演及溯源。结合大数据智能分析系统，可以实现单相接地故障 的实时定位，便于运维人员及时查找故障点，提高运维效率，提升供电可靠性。

如图2，以下描述本发明的系统架构

本系统的智能传感部分是由3只采集单元和1只汇集单元构成。

采集单元：主要对电网线路中的电流、电压、功率、功率因数、谐波分量 及线路损耗等多种参数进行高精度测量，对三相电流和电压进行同步录波，利 用433M无线技术将波形文件和线路关键参数传输到汇集单元。

汇集单元合成零序电流和零序电压，运用独有的研判算法计算出关键的特 征值，从而判断实际线路发生的故障类型以及故障点发生在监测点的上游或下 游，通过无线将线路故障时刻的波形文件和故障信息实时传送到大数据智能分 析系统。

以下描述就地判断逻辑：本系统故障判断流程主要分为故障触发阶段、故 障分析阶段、故障定位阶段。系统根据各个阶段的研判结果达到故障的精确研， 具体流程图见，图3。

触发阶段：

传感器会不断的采集电压和电流，并且与触发条件比较。若满足录波条件 则传感器会发送捕获的波形至汇集单元，由汇集单元再进行故障判断。

故障检测使用下列触发条件：

①不接地系统或者有补偿的中性点接地系统电网，通过任一相的电压变化 作为触发条件。

②中性点直接接地系统或者小电阻接地系统电网，通过电流的变化，包括 电流的绝对值和电流突变百分比作为触发条件。

分析阶段：

在分析状态时，如果传感器检测到线路的突变电流超过短路故障阈值并且 则传感器自动研判为短路故障无需汇集单元参与判断，若触发后未达到短路阈 值则由汇集单元接收三相的电压电流波形，合成零序分量波形，然后通过算法 实现就地分析。应用多种算法，根据不同的接地系统类型使用不同的算法进行 故障判断。判断对象主要包括：

故障后的条件分析：故障之后，通过电流信号和电压信号之间的关系去分 析，分析包括零序电流零序电压和信号的附加特征信息部分。

最初暂态特征分析：在出现故障瞬间，线路的分布电容放电非常快，这会 产生电压和电流的波动。算法利用在暂态特征法对这些数据进行分析，以确定 故障类型。

长期的瞬态响应分析：在故障后的第一次放电之后，需要花费额外时间一 直到网络稳定，在这期间，算法会一直分析三相电压和电流之间的关系，以确 保增加检测的可靠性。

稳态响应分析：在发生接地故障后，稳态电压和电流的相角相比较于故障 之前会发生一定的变化，算法根据前后变化的特征数据进行辅助分析。

故障就地判断算法适用于中性点不接地系统、消弧线圈接地系统和小电阻 接地系统，可检测高阻接地故障、金属性接地故障、弧光接地故障、小电阻接 地故障、断线接地故障等，在实际的分析中主要结合暂态特征法、稳态特征法、 特征值比较法等方法进行综合研判，从而精确识别各种接地故障。

大数据分析方法：

配网线路的运行状态是由三相电流和电压的波形来反映的，如果能够高速 同步对线路的电流电压波形进行录波，上传后台利用大数据分析技术，并结合 各种电力系统稳态和暂态分析理论，可以实现对配电网的完全可观可控。系统 收集故障线路所属母线所有故障指示器的报警信息，并结合线路拓扑进行综合 研判，判断出故障区段。如通过综合研判无法判断故障类型时，主站会主动调 用召唤录波数据模块同时下发命令收集线路录波波形数据，利用大数据分析技 术分析母线所有故障指示器的波形，根据零序电流的暂态特征并结合线路拓扑 进行综合研判。

图4显示了大数据分析系统通过采集线路故障指示器报警信息判断方法， 当线路突发生故障时，红色的设备会产生报警，其余设备正常，后台接收到报 警并结合线路拓扑确定故障位置。

如图5所示，为本发明所述的一种基于就地研判的单相接地故障定位系统， 包括：

传感器21、汇集单元22；

所述传感器21，采集电网线路中的电压、电流参数，并对所述电网线路的 电流电压的波形进行录波；所述传感器根据所述电压、电流参数，判断是否满 足触发条件；当满足触发条件时，所述传感器发送捕获的所述波形至汇集单元；

所述汇集单元22，根据所述波形进行故障综合研判。

所述的系统，还包括：

报警单元23，当检测出的故障在监测点上游时，则就地报警。

所述的系统，还包括：

主站服务器24，用于当通过综合研判无法判断故障类型时，收集录波的波 形，利用大数据分析技术分析母线所有故障指示器的波形，根据零序电流的暂 态特征并结合线路拓扑，再次进行综合研判，以再次进行故障判断。

本发明具有以下有益效果：

1)电场测量稳定可靠，且由于汇集单元实现就地研判，不存在大量误报情 况；

2)综合零序分量和相电压电流的暂态特征实现就地研判，准确识别接地故 障并能够实现选相，准确率更高；对于金属性接地故障正确识别率达到100％，小 电阻接地故障达到100％弧光接地应达到90％，高阻接地(1kΩ以下)达到90％， (1k～2k)欧姆准确率不小于80％

3)不依赖通信，不给主站接入增加额外负担；同时也支持将故障时刻录波 波形上传至主站系统，用于线路故障分析、反演及溯源。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于 此，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，可轻易想到 的变化或替换，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 应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于就地研判的单相接地故障定位方法，其特征在于，故障判断逻辑包括故障触发阶段、故障分析阶段和故障定位阶段；具体包括：

步骤1，传感器采集电网线路中的电压、电流参数，并对所述电网线路的电流电压的波形进行录波；

步骤2，所述传感器根据所述电压、电流参数，判断是否满足触发条件；所述触发条件为：当所述电网线路为不接地系统或者有补偿的中性点接地系统电网时，将所述电网线路的任一相的电压变化作为触发条件；当所述电网线路为中性点直接接地系统或者小电阻接地系统电网时，将所述电网线路的电流参数的变化作为触发条件；所述电流参数包括电流的绝对值和电流突变的百分比；且当线路的突变电流大于或者等于短路故障阈值，且有停电现象发生，则所述传感器研判为短路故障；当所述线路的突变电流小于短路故障阈值，则判断为：满足触发条件；

步骤3，当满足触发条件时，所述传感器发送录波的所述波形至汇集单元；

步骤4，所述汇集单元根据所述波形进行故障的综合研判，由汇集单元结合相分量和模分量各自的暂态特征进行就地研判，无需主站干预；

步骤5，当检测出的故障在监测点上游时，则就地报警。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

步骤6，当通过综合研判无法判断故障类型时，主站收集录波的波形，利用大数据分析技术分析母线所有故障指示器的波形，根据零序电流的暂态特征并结合线路拓扑，再次进行综合研判，以再次进行故障判断。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：

通过电流信号和电压信号之间的关系进行分析，所述分析包括：零序电流、零序电压和信号的附加特征信息，对故障进行判断；

利用暂态特征法对线路的电压和电流的波动数据，对故障进行判断；

根据线路长时间瞬态响应时的三相电压和电流之间的关系，对故障进行判断；

根据线路的稳态电压和电流相角的变化，对故障进行判断。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4包括：

当所述线路的电流突变大于电流启动阈值时，且当所述线路为中性点小电阻接地时，根据小电阻算法进行故障判断；

当所述线路的电压突变大于电压启动阈值时，且当所述线路为中性点经消弧线圈接地时，根据消弧线圈算法进行故障判断；

当所述线路的电压突变大于电压启动阈值时，且当所述线路为中性点不接地电路时，根据不接算法进行故障判断。

5.一种基于就地研判的单相接地故障定位系统，其特征在于，包括：

传感器、汇集单元、报警单元；

所述传感器，采集电网线路中的电压、电流参数，并对所述电网线路的电流电压的波形进行录波；所述传感器根据所述电压、电流参数，判断是否满足触发条件；当线路的突变电流大于或者等于短路故障阈值，且有停电现象发生，则所述传感器研判为短路故障；当所述线路的突变电流小于短路故障阈值，则判断为：满足触发条件；

当满足触发条件时，所述传感器发送捕获的所述波形至汇集单元；所述触发条件为：当所述电网线路为不接地系统或者有补偿的中性点接地系统电网时，将所述电网线路的任一相的电压变化作为触发条件；当所述电网线路为中性点直接接地系统或者小电阻接地系统电网时，将所述电网线路的电流参数的变化作为触发条件；所述电流参数包括电流的绝对值和电流突变的百分比；

所述汇集单元，根据所述波形进行故障综合研判，由汇集单元结合相分量和模分量各自的暂态特征进行就地研判，无需主站干预；

所述报警单元，当检测出的故障在监测点上游时，则就地报警。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：

主站服务器，用于当通过综合研判无法判断故障类型时，收集录波的波形，利用大数据分析技术分析母线所有故障指示器的波形，根据零序电流的暂态特征并结合线路拓扑，再次进行综合研判，以再次进行故障判断。

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