CN110161358A - 一种接地故障定位方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开一种接地故障定位方法及装置，方法包括在变压器低压侧注入脉冲电压信号；在变压器高压侧获取脉冲电压信号；对脉冲电压信号进行滤波处理，滤去工频电压信号，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号；对所有高频电压信号进行采样，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号集合；对高频电压信号集合中的三相高频电压信号波形两两进行相似度对比，确定故障相；确定故障点的位置；装置包括脉冲注入发生器，电容分压器和脉冲电压信号检测仪；本申请通过设置电容分压器获取一次侧脉冲折反射信号，能够准确定位线路故障点，并且本方法易操作，系统负担小。

Description

一种接地故障定位方法及装置
技术领域
本申请涉及单相接地故障定位技术领域，尤其涉及一种基于波形相似度和变压器低压侧脉冲注入法的接地故障定位方法及装置。
背景技术
目前，10kV配网系统多采用辐射状网络，其分支多、结构复杂，且馈线参数受外界影响较大，容易发生故障。现有技术中，较为成熟的故障定位装置多采用故障指示器、智能断路器等，然而只能进行区段故障定位，并且，要想准确定位故障位置，需要在线路上大量安装终端设备，耗费大量的资金投入。目前70％以上的10kV馈线并未安装故障定位设备，一旦发生故障排查起来十分困难，且消除故障耗时长，给运行维护人员造成了极大的负担，还严重影响供电可靠性的提升。
现有的集中式的故障定位模式，是利用线路监测终端将线路电流录波数据统一上传至配电自动化主站，由主站实现故障定位，该模式的优势是可利用综合信息，但需上传大量的录波数据，对主站和通信的压力较大。并且，在配网系统中，单相接地故障占配网故障总数的70％以上，因此，如何缓解主站通讯压力以及如何提高故障指示器定位准确性的问题亟待解决。
发明内容
本申请提供一种接地故障定位方法及装置，以解决现有技术中抗干扰能力弱、设备不便于携带安装的问题。并且，本申请实施例提供的方法及装置稳定性高、功能易于实现，具有较高的适用性。
本申请提供了一种接地故障定位方法，包括：
在变压器低压侧注入脉冲电压信号；
在变压器高压侧获取所述脉冲电压信号；
对脉冲电压信号进行滤波处理，滤去工频电压信号，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号；
对所有高频电压信号进行采样，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号集合；
对高频电压信号集合中的三相高频电压信号波形两两进行相似度对比，确定故障相；
确定故障点的位置。
可选的，所述确定故障点的位置包括：
根据故障相高频电压信号波形的波头位置，确定脉冲电压信号第一次被检测到以及折反射后被检测到的时间并计算时间差；
计算故障点到电容分压器之间的距离；
显示故障信息；故障信息包括脉冲电压信号第一次被检测到以及折反射后被检测到的时间差以及故障点与电容分压器之间的距离。
可选的，所述对所有高频电压信号进行采样，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号集合包括：
确定三相高频电压信号的基准窗口；
将检测到的脉冲电压信号波形进行采样，得到三相高频电压信号的离散信号集合。
可选的，所述对高频电压信号集合中的三相高频电压信号波形两两进行相似度对比包括：
对三相高频电压信号的离散信号进行相似度计算，计算任意两相的相似度系数；
将算得的相似度系数进行比较。
可选的，所述相似度系数采用采用下述公式计算得出：
其中，Corr(a,b)为任意两相的相似度系数，其绝对值∣Corr(a,b)∣<1；为其中一相高频电压信号的平均值；为另一相高频电压信号的平均值。
可选的，所述计算故障点到电容分压器之间的距离采用下述公式计算得出：
其中，S为单相接地故障点到电容分压器之间的距离；v为脉冲电压信号的传输速度；t1为电容分压器第一次检测到高频电压信号波头的时间；t2为电容分压器检测到脉冲电压信号折反射波头的时间。
本申请还提供了一种接地故障定位装置，包括脉冲注入发生器，电容分压器和脉冲电压信号检测仪；其中，
所述脉冲注入发生器安装在变压器低压侧，用于产生脉冲电压信号；
所述电容分压器安装在变压器高压侧，用于获取脉冲电压信号；
所述电容分压器一端接地；
所述脉冲电压信号检测仪包括滤波器，波形相似度检测模块，脉冲信号波头检测模块，计算模块和显示模块；
所述滤波器与所述电容分压器连接，用于对脉冲电压信号进行滤波处理，滤去工频电压信号，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号；
所述波形相似度检测模块用于对所有高频电压信号进行采样，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号集合；
所述脉冲信号波头检测模块用于检测脉冲电压信号的波头，并记录波头时刻t；
所述计算模块用于计算故障点到电容分压器之间的距离；
所述显示模块用于显示故障信息；故障信息包括脉冲电压信号第一次被检测到以及折反射后被检测到的时间差以及故障点与电容分压器之间的距离。
可选的，所述电容分压器由第一陶瓷电容和第二陶瓷电容串联组成，所述第一陶瓷电容的一端接在变压器高压侧，所述第二陶瓷电容的一端接地。
可选的，所述滤波器的高通频率为100Hz。
可选的，所述波形相似度检测模块的采样频率为8000Hz-12000Hz。
本申请利用配变的电磁传递功能，通过小型智能陶瓷传感器，获取一次侧脉冲折反射信号，准确定位线路故障点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请一种接地故障定位方法的流程图；
图2为本申请一种10kV便携式高压宽频电能现场校验装置的结构示意图。
具体实施方式
参见图1，为本申请一种接地故障定位方法的流程图；
由图1可知，本申请实施例提供了一种接地故障定位方法，所述方法包括：
S10：在变压器低压侧注入脉冲电压信号；具体的，一般采用脉冲注入发生器安装在配变低压侧且靠近配变处，并通过脉冲注入发生器产生脉冲电压信号；
S20：在变压器高压侧获取所述脉冲电压信号；具体的，通过在变压器高压侧安装脉冲电压检测装置对高压侧的脉冲电压信号进行检测；
S30：对脉冲电压信号进行滤波处理，滤去工频电压信号，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号；
S40：对所有高频电压信号进行采样，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号集合；在本实施例中，进行采样之前，首先需要确定三相高频电压信号的基准窗口，即从检测到第一个脉冲电压波头开始，到接收到第二次脉冲电压信号截止，作为一个基准；其次，需要对将检测到的脉冲电压信号波形进行采样，得到三相高频电压信号的离散信号集合；具体的，可将采样结果记为：记A相高频电压信号集合为A＝(a1,a2,a3……an)；记B相高频电压信号集合为B＝(b1,b2,b3……bn),记C相高频电压信号集合为C＝(c1,c2,c3……cn)。
S50：对高频电压信号集合中的三相高频电压信号波形两两进行相似度对比，确定故障相；具体的，相似度对比过程首先要对三相高频电压信号的离散信号进行相似度计算，计算任意两相的相似度系数，在本实施例中，相似度系数根据下述公式计算得出；以计算A相与B相高频电压信号的相似度系数为例：
其中，Corr(a,b)为A、B两相的相似度系数，其绝对值∣Corr(a,b)∣<1；为其中A相高频电压信号的平均值；为B相高频电压信号的平均值；由于相似度系数的绝对值越大，相关性越强，即相似度系数越接近与1或-1时，相关性越强；相似度系数越接近于0，相关性越弱。
根据上述公式，基于相同原理，可以分别计算出AC两相、BC两相的相似度系数Corr(a,c)、Corr(b,c)；
接下来，需要将算得的相似度系数进行比较，比较Corr(a,b)、Corr(a,c)和Corr(b,c)的大小关系，若出现：
|Corr(a,b)|≈|Corr(a,c)|＜|Corr(b,c)|
则可判断A相位故障相，同理可推得其它两相为故障相的判断条件，在此不再赘述。
S60：确定故障点的位置；当确定故障相具体为哪一相之后，就可以根据检测结果分析计算出相应的故障相的位置，便于运维人员迅速锁定故障位置以实施排障工作；具体的，步骤S60还可划分为：
首先，根据故障相高频电压信号波形的波头位置，确定脉冲电压信号第一次被检测到以及折反射后被检测到的时间并计算时间差；
其次，计算故障点到电容分压器之间的距离；具体的，采用下述公式计算得出：
其中，S为单相接地故障点到电容分压器之间的距离；v为脉冲电压信号的传输速度；t1为电容分压器第一次检测到高频电压信号波头的时间；t2为电容分压器检测到脉冲电压信号折反射波头的时间。
最后，显示故障信息；故障信息包括脉冲电压信号第一次被检测到以及折反射后被检测到的时间差以及故障点与电容分压器之间的距离。
由以上技术方案可知，本申请提供了一种接地故障定位方法，包括在变压器低压侧注入脉冲电压信号；在变压器高压侧获取所述脉冲电压信号；对脉冲电压信号进行滤波处理，滤去工频电压信号，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号；对所有高频电压信号进行采样，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号集合；对高频电压信号集合中的三相高频电压信号波形两两进行相似度对比，确定故障相；确定故障点的位置；本申请通过设置电容分压器获取一次侧脉冲折反射信号，能够准确定位线路故障点，并且本方法易操作，系统负担小。
参见图2，为本申请一种10kV便携式高压宽频电能现场校验装置的结构示意图；
由图2可知，本申请还提供了一种接地故障定位装置，包括脉冲注入发生器1，电容分压器2和脉冲电压信号检测仪3；其中，
所述脉冲注入发生器1安装在变压器低压侧，并靠近配变处，用于产生脉冲电压信号；
所述电容分压器2安装在变压器高压侧，并且靠近配变处，用于获取脉冲电压信号；具体的，所述电容分压器2由第一陶瓷电容21和第二陶瓷电容22串联组成，所述第一陶瓷电容21的一端接在变压器高压侧；
所述电容分压器2一端接地；具体的，所述第二陶瓷电容22的一端接地。
在本实施例中，所述脉冲电压信号检测仪3用于检测、计算、判断和显示故障检测的结果，因此，为了完成相应功能，在脉冲电压信号检测仪3中配置了多个功能器件，具体包括滤波器31，波形相似度检测模块32，脉冲信号波头检测模块33，计算模块34和显示模块35；
所述滤波器31与所述电容分压器2连接，采用了高通滤波器，用于对脉冲电压信号进行滤波处理，滤去工频电压信号，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号；优选的，所述滤波器31的高通频率为100Hz。
所述波形相似度检测模块32用于对所有高频电压信号进行采样，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号集合；优选的，所述波形相似度检测模块32的采样频率为8000Hz-12000Hz；
所述脉冲信号波头检测模块33用于检测脉冲电压信号的波头，当检测到高频电压信号的波头时，并记录波头时刻t；具体的，需要记录的波头时间t主要包括电容分压器2第一次检测到高频电压信号波头的时间t1，以及电容分压器2检测到脉冲电压折反射波头的时间t2；
所述计算模块34用于计算故障点到电容分压器之间的距离；具体的，采用下述公式计算得出：
其中，S为单相接地故障点到电容分压器之间的距离；v为脉冲电压信号的传输速度；t1为电容分压器第一次检测到高频电压信号波头的时间；t2为电容分压器检测到脉冲电压信号折反射波头的时间。
所述显示模块35用于显示故障信息；故障信息包括脉冲电压信号第一次被检测到以及折反射后被检测到的时间差以及故障点与电容分压器之间的距离。
由上述技术方案可知，本申请提供的装置的工作过程为：
首先，由脉冲信号注入发生器1在变压器低压侧注入脉冲电压信号，电容分压器2安装在变压器高压侧，当脉冲电压信号从变压器低压侧传输过来，电容分压器的耦合作用将脉冲电压信号传输到脉冲信号检测仪3，脉冲信号检测仪3通过滤波、相似度计算后，脉冲电压信号波头检测模块33第一次检测到脉冲电压信号，记录时间t1，脉冲电压信号在传播过程中，遇到接地故障点的不均匀电压，发生折反射，脉冲电压信号波头检测模块33再次检测到脉冲电压信号，记录时间为t2，通过计算检测到脉冲电压信号的时间差，计算确定故障点的距离。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种接地故障定位方法，其特征在于，所述方法包括：
在变压器低压侧注入脉冲电压信号；
在变压器高压侧获取所述脉冲电压信号；
对脉冲电压信号进行滤波处理，滤去工频电压信号，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号；
对所有高频电压信号进行采样，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号集合；
对高频电压信号集合中的三相高频电压信号波形两两进行相似度对比，确定故障相；
确定故障点的位置。
2.根据权利要求1所述的一种接地故障定位方法，其特征在于，所述确定故障点的位置包括：
根据故障相高频电压信号波形的波头位置，确定脉冲电压信号第一次被检测到以及折反射后被检测到的时间并计算时间差；
计算故障点到电容分压器之间的距离；
显示故障信息；故障信息包括脉冲电压信号第一次被检测到以及折反射后被检测到的时间差以及故障点与电容分压器之间的距离。
3.根据权利要求1所述的一种接地故障定位方法，其特征在于，所述对所有高频电压信号进行采样，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号集合包括：
确定三相高频电压信号的基准窗口；
将检测到的脉冲电压信号波形进行采样，得到三相高频电压信号的离散信号集合。
4.根据权利要求3所述的一种接地故障定位方法，其特征在于，所述对高频电压信号集合中的三相高频电压信号波形两两进行相似度对比包括：
对三相高频电压信号的离散信号进行相似度计算，计算任意两相的相似度系数；
将算得的相似度系数进行比较。
5.根据权利要求4所述的一种接地故障定位方法，其特征在于，所述相似度系数采用采用下述公式计算得出：
其中，Corr(a,b)为任意两相的相似度系数，其绝对值∣Corr(a,b)∣<1；为其中一相高频电压信号的平均值；为另一相高频电压信号的平均值。
6.根据权利要求2所述的一种接地故障定位方法，其特征在于，所述计算故障点到电容分压器之间的距离采用下述公式计算得出：
其中，S为单相接地故障点到电容分压器之间的距离；v为脉冲电压信号的传输速度；t1为电容分压器第一次检测到高频电压信号波头的时间；t2为电容分压器检测到脉冲电压信号折反射波头的时间。
7.一种接地故障定位装置，其特征在于，所述装置包括脉冲注入发生器(1)，电容分压器(2)和脉冲电压信号检测仪(3)；其中，
所述脉冲注入发生器(1)安装在变压器低压侧，用于产生脉冲电压信号；
所述电容分压器(2)安装在变压器高压侧，用于获取脉冲电压信号；
所述电容分压器(2)一端接地；
所述脉冲电压信号检测仪(3)包括滤波器(31)，波形相似度检测模块(32)，脉冲信号波头检测模块(33)，计算模块(34)和显示模块(35)；
所述滤波器(31)与所述电容分压器(2)连接，用于对脉冲电压信号进行滤波处理，滤去工频电压信号，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号；
所述波形相似度检测模块(32)用于对所有高频电压信号进行采样，得到包含脉冲电压信号的高频电压信号集合；
所述脉冲信号波头检测模块(33)用于检测脉冲电压信号的波头，并记录波头时刻t；
所述计算模块(34)用于计算故障点到电容分压器之间的距离；
所述显示模块(35)用于显示故障信息；故障信息包括脉冲电压信号第一次被检测到以及折反射后被检测到的时间差以及故障点与电容分压器之间的距离。
8.根据权利要求7所述的一种接地故障定位装置，其特征在于，所述电容分压器(2)由第一陶瓷电容(21)和第二陶瓷电容(22)串联组成，所述第一陶瓷电容(21)的一端接在变压器高压侧，所述第二陶瓷电容(22)的一端接地。
9.根据权利要求7所述的一种接地故障定位装置，其特征在于，所述滤波器(31)的高通频率为100Hz。
10.根据权利要求7所述的一种接地故障定位装置，其特征在于，所述波形相似度检测模块(32)的采样频率为8000Hz-12000Hz。
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