CN110736899B - 小电流接地故障定位方法及系统、监测装置、设备、介质 - Google Patents

小电流接地故障定位方法及系统、监测装置、设备、介质 Download PDF

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CN110736899B CN201911163318.0A CN201911163318A CN110736899B CN 110736899 B CN110736899 B CN 110736899B CN 201911163318 A CN201911163318 A CN 201911163318A CN 110736899 B CN110736899 B CN 110736899B
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Abstract

本发明涉及小电流接地故障定位方法及系统、监测装置、设备、介质，其由沿线各监测点检测零序电流突变能量快速启动，记录故障波形，然后根据故障点上下游暂态零序电流突变方向相反特征，计算含工频的低频段内零序电流第一个极值点的前一个采样点斜率正负，采用3次样条插值对应拟合原信号中的极大值点或极小值点曲线，最后计算突变量特征值，并根据突变量特征值进行故障定位。所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有用于实现所述复位控制方法的计算机程序。所述设备包括处理器和存储有所述计算机程序的存储器，能够实现所述复位控制方法。实施本发明，能够在小电流接地系统发生单相接地故障时进行快速故障定位。

Description

小电流接地故障定位方法及系统、监测装置、设备、介质
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，具体涉及一种小电流接地故障定位方法及系统、监测装置、计算机设备、计算机可读存储介质。
背景技术
我国10kV及以下中低压配电网中性点广泛采用不接地或经消弧线圈接地方式运行，一方面，发生单相(小电流)接地故障时，故障信号微弱，不易检测，而单相接地故障发生频率高，加之配电网分支众多、负荷分布随机等原因，使的小电流接地故障定位成为配电网故障处理的一大技术难题；另一方面，不论采用集中式还是分布式定位模式，大量录波数据的远传、存储对主站和分布式终端要求均较高。
发明内容
本发明旨在提出一种小电流接地故障定位方法及系统、监测装置、计算机设备、计算机可读存储介质，以在小电流接地系统发生单相接地故障时进行快速故障定位。
第一方面，本发明实施例提出一种小电流接地故障定位方法，包括：
步骤S1、实时监测线路监测点的零序电流突变量，并在监测点零序电流突变量满足预设条件时，进行录波获取对应的故障零序电流数据；
步骤S2、提取所述故障零序电流数据的暂态量，确定所述暂态量中的第一个极值点，并检测该极值点前一个采样点Q0的斜率；
步骤S3、根据所述采样点Q0的斜率、暂态量中的极值点拟合零序电流曲线；
步骤S4、根据以下公式计算所述零序电流曲线的突变量特征值；
Si(n)＝i0(n)-4i0(n-1)+6i0(n-2)-4i0(n-3)+i0(n-4) (1)
其中，i0(n)为零序电流第n个采样点的瞬时值；
步骤S5、根据所述突变量特征值Si(n)、监测点地址信息、监测时间信息生成故障信号发送至上位机，所述上位机用于根据所述故障信号确定故障位置。
其中，所述步骤S1中的预设条件为：
若在n个连续的采样点中有n-1个及以上采样点的幅值满足以下公式(2)，则获取对应的故障零序电流数据并进入步骤S2，否则继续采样；
|i0(n)-i0(n-mT)|≥krel|i0(n-mT)| (2)
式中，i0(n)为零序电流第n个采样点的瞬时值，i0(n-mT)为零序电流第n个采样点在m个工频周波T前所对应的瞬时值，krel为可靠系数，n>3。
其中，所述步骤S3包括：
若采样点Q0的斜率大于0，则根据所述暂态量中的所有极大值点拟合极大值曲线；
若采样点Q0的斜率小于等于0，则根据所述暂态量中的所有极小值点拟合极小值曲线。
其中，所述步骤S3包括：
根据监测点采样频率构造时间数据t，其如下公式所示：
Figure BDA0002286734420000021
式中，f为采样频率，s为录得的零序电流波形所对应的数据窗的数据长度；
根据极大值点或极小值点的数据集和时间序列为3次样条插值的边界拟合零序电流极大值曲线或极小值曲线。
其中，所述根据所述故障信号确定故障位置包括：
当发生正角度故障时，若Si(n)>0，判断i监测点位于故障点上游，反之则位于下游区段；当发生发负角度故障时，若Si(n)<0，判断i监测点位于故障点上游，反之则位于下游区段。
第二方面，本发明实施例提出一种小电流接地故障监测装置，用于实现本发明实施例所述小电流接地故障监测方法的步骤，包括：
监测录波单元，用于实时监测线路监测节点的零序电流突变量，并在监测点零序电流突变量满足预设条件时，进行录波获取对应的故障零序电流数据；
节点监测单元，用于提取所述故障零序电流数据的暂态量，确定所述暂态量中的第一个极值点，并检测该极值点前一个采样点Q0的斜率；
曲线拟合单元，用于根据所述采样点Q0的斜率、暂态量中的极值点拟合零序电流曲线；
特征值计算单元，用于根据以下公式计算所述零序电流曲线的突变量特征值；
Si(n)＝i0(n)-4i0(n-1)+6i0(n-2)-4i0(n-3)+i0(n-4) (1)
其中，i0(n)为零序电流第n个采样点的瞬时值；
信号生成单元，用于根据所述突变量特征值Si(n)、监测点地址信息、监测时间信息生成故障信号发送至上位机；其中，所述上位机用于根据所述故障信号确定故障位置。
第三方面，本发明实施例提出一种小电流接地故障定位系统，包括多个所述小电流接地故障监测装置、以及上位机；所述多个监测装置分别设置于线路的多个监测节点；所述上位机用于根据所述故障信号确定故障位置。
其中，所述上位机具体用于：当发生正角度故障时，若Si(n)>0，判断i监测点位于故障点上游，反之则判断i监测点位于下游区段；当发生发负角度故障时，若Si(n)<0，判断i监测点位于故障点上游，反之则判断i监测点位于下游区段。
第四方面，本发明实施例提出一种计算机设备，包括：根据本发明实施例所述小电流接地故障监测装置；或者，存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行根据本发明实施例所述小电流接地故障定位方法的步骤。
第五方面，本发明实施例提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例所述小电流接地故障定位方法的步骤。
本发明实施例提出一种小电流接地故障定位方法及系统、监测装置、计算机设备、计算机可读存储介质，其由沿线各监测点检测零序电流突变能量快速启动，记录故障波形，然后根据故障点上下游暂态零序电流突变方向相反特征，计算含工频的低频段内零序电流第一个极值点的前一个采样点斜率正负，采用3次样条插值对应拟合原信号中的极大值点或极小值点曲线，最后计算突变量特征值，并根据突变量特征值进行故障定位。本发明实施例利用低频作为特征频带，不受中性点接地方式影响；通过引入信号处理的3次样条插值方法，扩大零序电流突变方向特征区间和突变方向相反差异系数，提高利用突变量特征值实现故障定位的准确度；此外，还将零序电流大量的录波数据转化为描述其突变特征的某一数值，有利于提高现代窄带通信等无线通信组网技术在故障定位中的应用可靠性。
本发明的其它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得以体现。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。当然，实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
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他的附图。
图1为实施例一中一种小电流接地故障定位方法流程图。
图2为实施例一中消弧线圈接地系统故障低频波形示例图。
图3为实施例一种原零序电流波形曲线和对应拟合曲线示意图。
图4为实施例二提出一种小电流接地故障监测装置框架图。
图5为实施例三提出一种小电流接地故障定位系统框架图。
图6为实施例三的小电流接地故障定位系统的工作流程图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施例中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的手段未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
实施例一
本发明实施例一提出一种小电流接地故障定位方法，图1为实施例一所述方法的流程图，参阅图1，实施例一所述方法包括如下步骤：
步骤S1、实时监测线路监测点的零序电流突变量，并在监测点零序电流突变量满足预设条件时，进行录波获取对应的故障零序电流数据；
其中，预设条件为：
根据预设采样频率对监测点线路零序电流进行采样，若在n个连续的采样点中有n-1个及以上采样点的幅值满足以下公式(2)，则启动录波，获取对应的故障零序电流数据并进入步骤S2，否则不启动录波，继续按照预设采样频率进行监测点零序电流采样；
|i0(n)-i0(n-mT)|≥krel|i0(n-mT)| (2)
式中，i0(n)为零序电流第n个采样点的瞬时值，i0(n-mT)为零序电流第n个采样点在m个工频周波T前所对应的瞬时值，m取值为1，krel为可靠系数，n>3。
步骤S2、提取所述故障零序电流数据的暂态量，确定所述暂态量中的第一个极值点，并检测该极值点前一个采样点Q0的斜率；
其中，图2为消弧线圈接地系统故障低频波形示例图。如图2所示，对步骤S1所得的零序电流数据进行滤波处理，提取0～200Hz特征频带内的暂态量，通过求导以及导数符号变化，寻找暂态量数据中第一个极大值或极小值点，并检测该点前一个采样点斜率正负，该点定义为Q0。
步骤S3、根据所述采样点Q0的斜率、暂态量中的极值点拟合零序电流曲线；
其中，若采样点Q0的斜率大于0，则根据所述暂态量中的所有极大值点拟合极大值曲线；
其中，若采样点Q0的斜率小于等于0，则根据所述暂态量中的所有极小值点拟合极小值曲线；
具体而言，首先根据监测点采样频率构造时间数据t，以采样频率为6.4kHz为例，其如下公式所示：
Figure BDA0002286734420000061
式中，s为录得的零序电流波形所对应的数据窗的数据长度；
然后根据极大值点或极小值点的数据集和时间序列为3次样条插值的边界拟合零序电流极大值曲线或极小值曲线，原信号波形曲线和拟合曲线如图3所示。
其中所述极大值点或极小值点的数据集分别为暂态量的所有极大值或所有极小值构成的数据集。
步骤S4、根据以下公式计算所述零序电流曲线的突变量特征值；
Si(n)＝i0(n)-4i0(n-1)+6i0(n-2)-4i0(n-3)+i0(n-4) (1)
其中，i0(n)为零序电流第n个采样点的瞬时值，i0(n-1)为零序电流第n-1个采样点的瞬时值；
步骤S5、根据所述突变量特征值Si(n)、监测点地址信息、监测时间信息生成故障信号发送至上位机，所述上位机用于根据所述故障信号确定故障位置。所述上位机为主站或分布式代理终端，一个上位机对应接收多个监测点的故障信号。
其中，根据所述故障信号确定故障位置具体包括：
当发生正角度故障时，若Si(n)>0，判断i监测点位于故障点上游，反之则位于下游区段；当发生发负角度故障时，若Si(n)<0，判断i监测点位于故障点上游，反之则位于下游区段。
具体而言，任何角度下故障点上下游Si(n)符号相反，均能准确反映暂态零序电流突变方向，将Si定义为突变量特征值。正常情况下，选取拟合曲线半个工频周波作为Si的计算数据窗；考虑到某些故障条件下，零序电流中非周期分量较多，导致拟合波形存在过零点，为降低Si的计算点数和固定数据窗下反方向采样点对特征值的抵消作用，截取拟合曲线0s至第一个过零点数据集计算Si。
其中，所述故障信号包括了监测点地址信息、监测时间信息，因此，上位机根据监测点地址信息、监测时间信息可以确定线故障的具体位置以及故障时间。
实施例二
本发明实施例二提出一种小电流接地故障监测装置，用于实现本发明实施例一所述小电流接地故障监测方法的步骤，图4为本实施例二所述装置的框架示意图，参阅图4，所述装置包括：
监测录波单元1，用于实时监测线路监测节点的零序电流突变量，并在监测点零序电流突变量满足预设条件时，进行录波获取对应的故障零序电流数据；
节点监测单元2，用于提取所述故障零序电流数据的暂态量，确定所述暂态量中的第一个极值点，并检测该极值点前一个采样点Q0的斜率；
曲线拟合单元3，用于根据所述采样点Q0的斜率、暂态量中的极值点拟合零序电流曲线；
特征值计算单元4，用于根据以下公式计算所述零序电流曲线的突变量特征值；
Si(n)＝i0(n)-4i0(n-1)+6i0(n-2)-4i0(n-3)+i0(n-4) (1)
其中，i0(n)为零序电流第n个采样点的瞬时值；
信号生成单元5，用于根据所述突变量特征值Si(n)、监测点地址信息、监测时间信息生成故障信号发送至上位机6；其中，所述上位机6用于根据所述故障信号确定故障位置。
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的系统实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
需说明的是，实施例二所述系统与实施例一所述方法对应，因此，实施例二所述系统未详述部分可以参阅实施例一所述方法的内容得到，此处不再赘述。
并且，实施例二所述系统如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
实施例三
本发明实施例三提出一种小电流接地故障定位系统，图5为实施例三所述系统的框架图，参阅图5，所述系统包括：多个所述小电流接地故障监测装置100、以及上位机6；所述多个监测装置分别设置于线路的多个监测节点；所述上位机6用于根据所述故障信号确定故障位置。具体而言，所述上位机6为主站或分布式代理终端，一个上位机6对应接收多个监测装置100的故障信号。
其中，图6为本实施例所述小电流接地故障定位系统的工作流程图。
其中，所述上位机具体用于：当发生正角度故障时，若Si(n)>0，判断i监测点位于故障点上游，反之则判断i监测点位于下游区段；当发生发负角度故障时，若Si(n)<0，判断i监测点位于故障点上游，反之则判断i监测点位于下游区段。
具体而言，任何角度下故障点上下游Si(n)符号相反，均能准确反映暂态零序电流突变方向，将Si定义为突变量特征值。正常情况下，选取拟合曲线半个工频周波作为Si的计算数据窗；考虑到某些故障条件下，零序电流中非周期分量较多，导致拟合波形存在过零点，为降低Si的计算点数和固定数据窗下反方向采样点对特征值的抵消作用，截取拟合曲线0s至第一个过零点数据集计算Si。
其中，所述故障信号包括了监测点地址信息、监测时间信息，因此，上位机根据监测点地址信息、监测时间信息可以确定线故障的具体位置以及故障时间。
实施例四
本发明实施例四提出一种计算机设备，包括：根据本发明实施例二所述系统；或者，存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行根据本发明实施例一所述方法的步骤。
当然，所述计算机设备还可以具有有线或无线网络接口、键盘以及输入输出接口等部件，以便进行输入输出，该计算机设备还可以包括其他用于实现设备功能的部件，在此不做赘述。
示例性的，所述计算机程序可以被分割成一个或多个单元，所述一个或者多个单元被存储在所述存储器中，并由所述处理器执行，以完成本发明。所述一个或多个单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述计算机设备中的执行过程。
所述处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。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，所述处理器是所述计算机设备的控制中心，利用各种接口和线路连接整个所述计算机设备的各个部分。
所述存储器可用于存储所述计算机程序和/或单元，所述处理器通过运行或执行存储在所述存储器内的计算机程序和/或单元，以及调用存储在存储器内的数据，实现所述计算机设备的各种功能。此外，存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如硬盘、内存、插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)、至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他易失性固态存储器件。
实施例五
本发明实施例五提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例一所述方法的步骤。
具体而言，所述计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (8)

1.一种小电流接地故障定位方法，其特征在于，包括：
步骤S1、实时监测线路监测点的零序电流突变量，并在监测点零序电流突变量满足预设条件时，进行录波获取对应的故障零序电流数据；
步骤S2、提取所述故障零序电流数据的暂态量，确定所述暂态量中的第一个极值点，并检测该极值点前一个采样点Q0的斜率；
步骤S3、根据所述采样点Q0的斜率、暂态量中的极值点拟合零序电流曲线；其中，若采样点Q0的斜率大于0，则根据所述暂态量中的所有极大值点拟合极大值曲线；若采样点Q0的斜率小于等于0，则根据所述暂态量中的所有极小值点拟合极小值曲线；
根据监测点采样频率构造时间数据t，其如下公式所示：
Figure FDA0003469683430000011
式中，f为采样频率，s为录得的零序电流波形所对应的数据窗的数据长度；
根据极大值点或极小值点的数据集和时间序列为3次样条插值的边界拟合零序电流极大值曲线或极小值曲线；
步骤S4、根据以下公式计算所述零序电流曲线的突变量特征值；
Si(n)＝i0(n)-4i0(n-1)+6i0(n-2)-4i0(n-3)+i0(n-4)
其中，i0(n)为零序电流第n个采样点的瞬时值；
步骤S5、根据所述突变量特征值Si(n)、监测点地址信息、监测时间信息生成故障信号发送至上位机，所述上位机用于根据所述故障信号确定故障位置。
2.根据权利要求1所述的小电流接地故障定位方法，其特征在于，所述步骤S1中的预设条件为：
若在n个连续的采样点中有n-1个及以上采样点的幅值满足以下公式(2)，则获取对应的故障零序电流数据并进入步骤S2，否则继续采样；
|i0(n)-i0(n-mT)|≥krel|i0(n-mT)| (2)
式中，i0(n)为零序电流第n个采样点的瞬时值，i0(n-mT)为零序电流第n个采样点在m个工频周波T前所对应的瞬时值，krel为可靠系数，n>3。
3.根据权利要求1所述的小电流接地故障定位方法，其特征在于，所述根据所述故障信号确定故障位置包括：
当发生正角度故障时，若Si(n)>0，判断i监测点位于故障点上游，反之则位于下游区段；当发生发负角度故障时，若Si(n)<0，判断i监测点位于故障点上游，反之则位于下游区段。
4.一种小电流接地故障监测装置，用于实现权利要求1或2中任一项所述小电流接地故障监测方法的步骤，其特征在于，包括：
监测录波单元，用于实时监测线路监测节点的零序电流突变量，并在监测点零序电流突变量满足预设条件时，进行录波获取对应的故障零序电流数据；
节点监测单元，用于提取所述故障零序电流数据的暂态量，确定所述暂态量中的第一个极值点，并检测该极值点前一个采样点Q0的斜率；
曲线拟合单元，用于根据所述采样点Q0的斜率、暂态量中的极值点拟合零序电流曲线；
特征值计算单元，用于根据以下公式计算所述零序电流曲线的突变量特征值；
Si(n)＝i0(n)-4i0(n-1)+6i0(n-2)-4i0(n-3)+i0(n-4) (1)
其中，i0(n)为零序电流第n个采样点的瞬时值；
信号生成单元，用于根据所述突变量特征值Si(n)、监测点地址信息、监测时间信息生成故障信号发送至上位机；其中，所述上位机用于根据所述故障信号确定故障位置。
5.一种小电流接地故障定位系统，其特征在于，包括多个如权利要求4所述的小电流接地故障监测装置、以及上位机；多个小电流接地故障监测装置分别设置于线路的多个监测节点；所述上位机用于根据所述故障信号确定故障位置。
6.如权利要求5所述的一种小电流接地故障定位系统，其特征在于，所述上位机具体用于：当发生正角度故障时，若Si(n)>0，判断i监测点位于故障点上游，反之则判断i监测点位于下游区段；当发生发负角度故障时，若Si(n)<0，判断i监测点位于故障点上游，反之则判断i监测点位于下游区段。
7.一种计算机设备，包括：根据权利要求4所述小电流接地故障定位系统；或者，存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机可读指令，所述计算机可读指令被所述处理器执行时，使得所述处理器执行根据权利要求1-3中任一项所述小电流接地故障定位 方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-3中任一项所述小电流接地故障定位 方法的步骤。
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