CN110045228B - 故障指示器装置、系统及配电网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种故障指示器装置、系统及配电网系统，属于电力系统故障定位技术领域。其中故障指示器装置，包括故障指示器本体，还包括行波测距模块，行波测距模块包括采集单元和处理单元，采集单元采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元，处理单元根据接收到的故障数据提取出故障行波信号，然后对故障行波信号进行处理，得到第一时间，处理单元还接收用于设置在线路另一端的故障指示器装置发送的第二时间，根据第一时间和第二时间利用双端行波测距算法计算得到故障点到本故障指示器装置的距离。该装置中的行波测距模块利用双端行波测距的原理，结合该装置的安装位置，迅速定位故障点的位置，实现了故障点的精确定位。

Description

故障指示器装置、系统及配电网系统
技术领域
本发明涉及一种故障指示器装置、系统及配电网系统，属于电力系统故障定位技术领域。
背景技术
配电网的故障定位一直是一个难题。为了定位故障区段，缩短故障的中断时间，故障指示器设备已经大量的用于配电网中。然而，市面上的故障指示器的定位精确度只能达到区段定位，即只能够识别出最后一个动作的故障指示器和第一个未动作的故障指示器的区间，之后需要由工作人员花费大量的时间排查出该区段发生故障的精确位置，不仅增大了发生事故的概率，也增加了工作人员的工作时间及人力调配。因此，在不增加设备量的前提下，提高定位的精确度，是故障指示器的研究重点，然而目前的故障指示器故障定位精度差，只能够确定故障区段和分支，无法准确定位到故障的具体位置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种故障指示器装置，用以解决现有故障指示器故障定位精度差的问题；同时还提供一种故障指示器系统，用以解决现有故障指示器系统故障定位精度差的问题；同时还提供一种配电网系统，用以解决现有配电网系统故障定位精度差的问题。
为实现上述目的，本发明提出一种故障指示器装置，包括故障指示器本体，还包括行波测距模块，行波测距模块包括采集单元和处理单元，采集单元采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元，处理单元根据接收到的故障数据提取出故障行波信号，然后对故障行波信号进行处理，得到行波波头从故障点到达本故障指示器装置的时间，得到第一时间，处理单元还接收用于设置在线路另一端的故障指示器装置发送的行波波头从故障点到达用于设置在线路另一端的故障指示器装置的时间，得到第二时间，处理单元根据第一时间和第二时间利用双端行波测距算法计算得到故障点到本故障指示器装置的距离。
有益效果是：该故障指示器装置中设置有行波测距模块，利用双端行波测距的原理，结合该装置的安装位置，能够迅速定位故障点的位置，实现了故障点的精确定位，缩小了故障检修的范围，减轻了故障查找的难度，降低巡线人员的工作压力，提高故障检测的效率，减少因故障带来的损失。
进一步的，处理单元采用凯伦贝尔变换从接收到的故障数据中提取故障行波信号。
有益效果是：采用凯伦贝尔变换可以更加精确的进行故障行波信号的提取。
进一步的，处理单元采用小波变换检测和标定行波波头从故障点到达对应故障指示器装置的时间。
有益效果是：采用小波变换使得时间的检测和标定更加准确。
另外，本发明还提出一种故障指示器系统，包括至少两个故障指示器装置，任两个相邻的故障指示器装置用于分别设置在对应线路的两端，对于任意一个故障指示器装置，包括故障指示器本体和行波测距模块，行波测距模块包括采集单元和处理单元，采集单元采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元，处理单元根据接收到的故障数据提取出故障行波信号，然后对故障行波信号进行处理，得到行波波头从故障点到达本故障指示器装置的时间，得到第一时间，处理单元还接收设置在线路另一端的故障指示器装置发送的行波波头从故障点到达设置在线路另一端的故障指示器装置的时间，得到第二时间，处理单元根据第一时间和第二时间利用双端行波测距算法计算得到故障点到本故障指示器装置的距离。
有益效果是：该系统的故障指示器装置中设置有行波测距模块，利用双端行波测距的原理，结合该装置的安装位置，能够迅速定位故障点的位置，实现了故障点的精确定位，缩小了故障检修的范围，减轻了故障查找的难度，降低巡线人员的工作压力，提高故障检测的效率，减少因故障带来的损失。
进一步的，处理单元采用凯伦贝尔变换从接收到的故障数据中提取故障行波信号。
有益效果是：采用凯伦贝尔变换可以更加精确的进行故障行波信号的提取。
进一步的，处理单元采用小波变换检测和标定行波波头从故障点到达对应故障指示器装置的时间。
有益效果是：采用小波变换使得时间的检测和标定更加准确。
另外，本发明还提出一种配电网系统，包括配电网拓扑，配电网拓扑包括至少一条线路，线路的两端分别设置有一个故障指示器装置，对于任意一个故障指示器装置，包括故障指示器本体和行波测距模块，行波测距模块包括采集单元和处理单元，采集单元采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元，处理单元根据接收到的故障数据提取出故障行波信号，然后对故障行波信号进行处理，得到行波波头从故障点到达本故障指示器装置的时间，得到第一时间，处理单元还接收设置在线路另一端的故障指示器装置发送的行波波头从故障点到达设置在线路另一端的故障指示器装置的时间，得到第二时间，处理单元根据第一时间和第二时间利用双端行波测距算法计算得到故障点到本故障指示器装置的距离。
有益效果是：该配电网的故障指示器装置中设置有行波测距模块，利用双端行波测距的原理，结合该装置的安装位置，能够迅速定位故障点的位置，实现了故障点的精确定位，缩小了故障检修的范围，减轻了故障查找的难度，降低巡线人员的工作压力，提高故障检测的效率，减少因故障带来的损失。
进一步的，处理单元采用凯伦贝尔变换从接收到的故障数据中提取故障行波信号。
有益效果是：采用凯伦贝尔变换可以更加精确的进行故障行波信号的提取。
进一步的，处理单元采用小波变换检测和标定行波波头从故障点到达对应故障指示器装置的时间。
有益效果是：采用小波变换使得时间的检测和标定更加准确。
附图说明
图1为本发明故障指示器系统的结构简图；
图2为本发明故障指示器装置在线路中的安装示意图；
图3为本发明故障指示器系统的进行故障定位的流程图。
具体实施方式
故障指示器系统实施例：
本实施例提出的故障指示器系统，如图1所示包括至少两个故障指示器装置和主站，任两个相邻的故障指示器装置分别设置在对应线路的两端，各故障指示器装置与主站之间通信连接。
故障指示器装置包括故障指示器本体和行波测距模块，行波测距模块包括采集单元和处理单元。为了实现故障指示器装置与主站的通信以及各故障指示器装置之间的通信，故障指示器装置还包括通信模块。
以下以两个故障指示器装置为例，对线路故障发生在故障指示器装置M和故障指示器装置N之间，对故障定位的方法进行介绍。
故障指示器装置M中，采集单元用于采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元；处理单元用于根据接收到的故障数据提取出故障行波信号，然后对故障行波信号进行处理，得到行波波头从故障点到达故障指示器装置M的时间，为第一时间t1，处理单元还用于接收设置在线路另一端的故障指示器装置N发送的行波波头从故障点到达故障指示器装置N的时间，得到第二时间t2(该时间的获取过程与第一时间t1的获取过程相同)，处理单元根据第一时间t1和第二时间t2利用双端行波测距算法计算得到故障点到故障指示器装置M的距离。
当然故障指示器装置N中，采集单元和处理单元的作用与故障指示器装置M中的采集单元和处理单元的作用相同。
上述进行故障定位的过程，计算故障点到故障指示器装置的距离的过程是由故障指示器装置M实现的，当然，该过程也可以由故障指示器装置N实现，故障指示器装置N中的采集单元采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元，处理单元进行故障行波信号的提取，之后得到行波波头从故障点到达故障指示器装置N的时间，同时处理单元还接收故障指示器装置M发送的行波波头从故障点到达故障指示器装置M的时间，处理单元根据这两个时间利用双端行波测距算法计算得到故障点到故障指示器装置N的距离。另外，这两个故障指示器装置M和N还可以同时计算距离，进而更加精确的得到故障点的位置。不过本实施例中，只要有一个故障指示器装置计算得到距离即可。
本实施例中，若干段线路相连接，两个相邻的故障指示器装置设置在一段线路的两端，其中，以图2中的方向，对于某一个故障指示器装置而言，该故障指示器装置为本节点的故障指示器装置，该故障指示器装置的左端的故障指示器装置为上一节点的故障指示器装置，右端为下一节点的故障指示器装置，以故障指示器装置M和故障指示器装置N为例，故障指示器装置M为本节点的故障指示器装置，故障指示器装置N为下一节点的故障指示器装置。本实施例中，只需故障线路上的本节点的故障指示器装置进行最后的距离计算即可实现故障的精确定位。
基于双端测距原理的故障定位方法属于现有技术，以下给出一种具体过程，如图3所示：
1)根据配网相关技术规范正常部署故障指示器装置。故障指示器装置M和故障指示器装置N中的行波测距模块进行广域时间同步，同步精度为1μs，使得故障两端的相邻节点故障指示器装置为同步采集、计算；各故障指示器装置按1MHz的频率进行录波采样(即采样周期为1μs)。另外，以图2而言，还可以将所有的故障指示器装置中的行波测距模块进行广域时间同步。
2)故障发生时刻，故障指示器装置M和故障指示器装置N中的采集单元采集发生短路或者接地故障时的故障数据(这里的故障数据不止包括故障发生时刻的数据，是包括故障发生时刻以及至少故障发生时刻前后两个周波的数据)并上传至对应的处理单元，故障数据为三相故障电流iA、iB、iC，当然，本发明对故障数据的类型不做限制。
3)故障指示器装置M和故障指示器装置N中处理单元分别对接收到的相应的故障数据进行处理，保留故障时刻前后各两个周波的故障数据。由于正弦交流电的频率f＝50Hz，根据采样周期，可截取故障时刻开始前后各4×104个采样点的故障数据，用于下一步的计算。
4)各故障指示器装置中的处理单元采用凯伦贝尔变换从保留的故障数据中提取故障行波信号。
本步骤的具体过程为：
a.在三相电流是相互耦合的基础上，通过[i]＝[Q][im]的计算对三相故障电流进行解耦，其中[i]为解耦后的电流矩阵，[Q]为凯伦贝尔变换矩阵，[im]为采集的A、B、C相故障电流组成的矩阵；
b.通过凯伦贝尔变换，将离散的A、B、C相故障电流信号转化为α、β、0模分量的行波信号，α、β模分量为线模分量，0模分量为零模分量，考虑线模分量的波阻抗较零模的小，波速较大接近光速，且不易受频率等外界因素影响，采用行波的线模分量为故障行波信号；
c.选取行波的线模分量在故障时刻前后各4×104个点的故障行波信号，进行下一步分析。
当然，本发明对提取故障行波信号的具体实施方式并不做限制，只要可以提取故障行波信号即可。
5)各故障指示器装置中的处理单元对选取的故障行波信号进行小波变换，进行小波分析，进一步的采用db3小波进行分解(当然小波变换的具体实施方式很多，本发明不做限制)，通过模极大值的方式标定出行波波头从故障点到达故障指示器装置M的时间和行波波头从故障点到达故障指示器装置N的时间，分别对应为t1和t2。
本步骤中，对行波信号检测和标定的方法为小波变换，当然，本发明对行波信号检测和标定的方法不做限制，只要可以得到行波波头从故障点到达故障指示器装置的时间即可。
6)故障指示器装置M中的处理单元根据t1和t2计算出故障点距离故障指示器装置M的距离，故障点距离故障指示器装置M的距离
Figure BDA0002021538170000061
其中，L为故障指示器装置M和故障指示器装置N之间的距离，v为故障行波的传播速度。
7)故障指示器装置M将计算出的故障点位置通过通信模块上传至主站，使得主站迅速得知故障点的位置，进而指导巡线人员快速排查故障。
故障指示器装置中设置有行波测距模块，利用双端行波测距的原理，结合该装置的安装位置，能够迅速定位故障点的位置，实现了故障点的精确定位。
故障指示器装置实施例：
本实施例提出的故障指示器装置，包括故障指示器本体，还包括行波测距模块，行波测距模块包括采集单元和处理单元，采集单元采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元，处理单元根据接收到的故障数据提取出故障行波信号，然后对故障行波信号进行处理，得到行波波头从故障点到达本故障指示器装置的时间，得到第一时间，处理单元还接收用于设置在线路另一端的故障指示器装置发送的行波波头从故障点到达用于设置在线路另一端的故障指示器装置的时间，得到第二时间，处理单元根据第一时间和第二时间利用双端行波测距算法计算得到故障点到本故障指示器装置的距离。
故障指示器装置的结构组成以及故障定位的具体过程在上述故障指示器系统实施例中已经介绍，这里不做赘述。
配电网系统实施例：
本实施例提出的配电网系统，包括配电网拓扑，配电网拓扑包括至少一条线路，线路的两端分别设置有一个故障指示器装置，对于任意一个故障指示器装置，包括故障指示器本体和行波测距模块，行波测距模块包括采集单元和处理单元，采集单元采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元，处理单元根据接收到的故障数据提取出故障行波信号，然后对故障行波信号进行处理，得到行波波头从故障点到达本故障指示器装置的时间，得到第一时间，处理单元还接收设置在线路另一端的故障指示器装置发送的行波波头从故障点到达设置在线路另一端的故障指示器装置的时间，得到第二时间，处理单元根据第一时间和第二时间利用双端行波测距算法计算得到故障点到本故障指示器装置的距离。
故障指示器装置的结构组成以及故障定位的具体过程在上述故障指示器系统实施例中已经介绍，这里不做赘述。

Claims (9)

1.一种故障指示器装置，包括故障指示器本体，其特征在于，还包括行波测距模块，所述行波测距模块包括采集单元和处理单元，采集单元采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元，所述处理单元根据接收到的故障数据提取出故障行波信号，然后对故障行波信号进行处理，得到行波波头从故障点到达所述处理单元所属的故障指示器装置的时间，得到第一时间，处理单元还接收设置在线路另一端的故障指示器装置发送的行波波头从故障点到达所述设置在线路另一端的故障指示器装置的时间，得到第二时间，处理单元根据所述第一时间和第二时间利用双端行波测距算法计算得到故障点到所述处理单元所属的故障指示器装置的距离。
2.根据权利要求1所述的故障指示器装置，其特征在于，所述处理单元采用凯伦贝尔变换从接收到的故障数据中提取故障行波信号。
3.根据权利要求1或2所述的故障指示器装置，其特征在于，所述处理单元采用小波变换检测和标定行波波头从故障点到达对应故障指示器装置的时间。
4.一种故障指示器系统，包括至少两个故障指示器装置，其特征在于，任两个相邻的故障指示器装置分别设置在对应线路的两端，对于任意一个故障指示器装置，包括故障指示器本体和行波测距模块，所述行波测距模块包括采集单元和处理单元，采集单元采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元，所述处理单元根据接收到的故障数据提取出故障行波信号，然后对故障行波信号进行处理，得到行波波头从故障点到达所述任意一个故障指示器装置的时间，得到第一时间，处理单元还接收设置在线路另一端的故障指示器装置发送的行波波头从故障点到达所述设置在线路另一端的故障指示器装置的时间，得到第二时间，处理单元根据所述第一时间和第二时间利用双端行波测距算法计算得到故障点到所述任意一个故障指示器装置的距离。
5.根据权利要求4所述的故障指示器系统，其特征在于，所述处理单元采用凯伦贝尔变换从接收到的故障数据中提取故障行波信号。
6.根据权利要求4或5所述的故障指示器系统，其特征在于，所述处理单元采用小波变换检测和标定行波波头从故障点到达对应故障指示器装置的时间。
7.一种配电网系统，包括配电网拓扑，所述配电网拓扑包括至少一条线路，其特征在于，线路的两端分别设置有一个故障指示器装置，对于任意一个故障指示器装置，包括故障指示器本体和行波测距模块，所述行波测距模块包括采集单元和处理单元，采集单元采集线路发生故障时的故障数据，并将故障数据输出给处理单元，所述处理单元根据接收到的故障数据提取出故障行波信号，然后对故障行波信号进行处理，得到行波波头从故障点到达所述任意一个故障指示器装置的时间，得到第一时间，处理单元还接收设置在线路另一端的故障指示器装置发送的行波波头从故障点到达所述设置在线路另一端的故障指示器装置的时间，得到第二时间，处理单元根据所述第一时间和第二时间利用双端行波测距算法计算得到故障点到所述任意一个故障指示器装置的距离。
8.根据权利要求7所述的配电网系统，其特征在于，所述处理单元采用凯伦贝尔变换从接收到的故障数据中提取故障行波信号。
9.根据权利要求7或8所述的配电网系统，其特征在于，所述处理单元采用小波变换检测和标定行波波头从故障点到达对应故障指示器装置的时间。
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