CN111123032A - 一种配电线路潜在故障识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明的一种配电线路潜在故障识别系统，包括：数据采集终端，设置于配电线路各区段开关处的测量点，实时采集线路三相工频电气量、三相行波电气量以及各个开关的状态信息；主站后台系统，包括处理单元和显示装置，所述处理单元用于执行：根据三相电压行波数据与三相电流行波数据，检测行波是否启动；若行波启动，则判断扰动是否位于线路区段内；若扰动位于区段内，则进行扰动类型判断，识别是否为潜在故障；显示装置，用于显示处理结果。通过本发明的系统，可以有效识别配电线路的潜在故障，有助于减少潜在故障引起的单相接地短路故障的次数，减少线路的盲目检修，提高配网运维效率。

Description

一种配电线路潜在故障识别系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，具体而言，涉及一种利用工频、行波和开关状态信息的配电线路潜在故障识别系统。

背景技术

潜在故障本质上不是一种故障，但是在不断恶劣的运行环境中潜在故障极容易引起实际的故障，影响到网络的安全供电。在配电网络范围中，最常见的潜在故障是电缆线路绝缘缺陷引起的局部击穿，随着配电网的不断发展和升级改造，电缆线路已经是配电线路的主流，占据了绝大多数。

在我国电力电缆线路的铺设环境一般位于地下沟道中，空气相对潮湿，沟道埋深较贴近地面。在这样的运行外部环境中，电缆线路的外部绝缘极容易遭受破坏，如潮湿空气的逐渐侵蚀外绝缘层从而导致了电缆绝缘老化，埋深近地面易导致其他施工作业破坏电缆甚至直接导致其故障而退出运行。值得注意的是，一般较长的电缆线路是由多段电缆拼接而成，在电缆接头处，电缆的绝缘能力相对脆弱，也是电缆故障频发的部分。

电缆线路绝缘逐渐遭受破坏后，即使在正常的运行电压水平下，绝缘劣化处容易发生瞬时性击穿——对地短路现象，虽然只是短暂瞬时的对地短路，但在短路的瞬时过程中也会产生较大的短路电流，这对电缆的外部绝缘造成了进一步的伤害。这样反复不断的瞬时击穿，会逐渐破坏电缆线路的外部绝缘，直至外部绝缘破坏导致永久性的单相接地故障。值得注意的是，如果在相邻电缆线路外部绝缘水平也不佳的情况下，单相接地故障极容易演变成两相相间短路，这将对配电线路，供电负荷和配电网造成更大影响。

在我国35kV及其以下的配电网中性点采用非有效接地的方式，所以网络中若发生单相接地短路故障，故障电流没有通路，不会造成线路中电流急剧增大，传统的过电流保护对这种故障就不起作用，无法在故障后立刻识别该类故障是单相接地故障然后保护迅速动作跳闸保护线路。相反，故障相的电压趋于地电压，非故障相的电压上升为线电压，这对非故障相电缆线路的绝缘又是一种考验，甚至是伤害，尤其是当非故障相的电缆线路自身也存在绝缘缺陷时，极易由单相接地故障逐渐演变成相间故障，对配电网的安全供电进一步造成影响，对设备健康造成威胁。

由此可知，电缆线路绝缘缺陷这类潜在故障对配电网健康和其正常运行的影响举足轻重。然而相关现有技术中，缺乏快速有效的对配电线路潜在故障进行识别的方法。所以，对配电线路中潜在故障成功的识别意义非凡且刻不容缓。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种利用工频、行波和开关状态信息的配电线路潜在故障识别系统。

根据本发明提供了一种配电线路潜在故障识别系统，数据采集终端，设置于配电线路各区段开关处的测量点，实时采集线路三相工频电压数据、三相工频电流数据、三相电压行波数据、三相电流行波数据以及各个开关的状态信息；

主站后台系统，包括处理单元和显示装置，所述处理单元用于执行：根据三相电压行波数据与三相电流行波数据，检测行波是否启动；若行波启动，则根据零模电压初始行波与零模电流初始行波的极性，判断扰动是否位于线路区段内；若扰动位于区段内，则利用三相工频电压数据以及开关的状态信息，判断扰动类型，识别是否为潜在故障；

显示装置，与处理器连接，用于显示扰动线路区段、扰动分析结果、线路运行状态。

相比相关现有技术，通过本发明所提供的配电线路潜在故障识别系统，可较为准确、高效的识别判断配电线路的潜在故障，有助于有效地减少潜在故障引起的单相接地短路故障的次数，减少线路的盲目检修，降低成本，提高配网运维效率。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1为本发明的一个实施例的配电线路潜在故障识别系统的结构示意图；

图2为本发明的一个实施例的配电线路潜在故障识别系统应用原理示意图；

图3为本发明的一个实施例的配电线路潜在故障识别系统的执行流程示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

请参阅图1和图2，本发明的一个实施例，一种配电线路潜在故障识别系统，包括：

数据采集终端，设置于配电线路各区段开关处的测量点，实时采集线路三相工频电压数据、三相工频电流数据、三相电压行波数据、三相电流行波数据以及各个开关的状态信息；

主站后台系统，包括处理单元和显示装置，所述处理单元用于执行：根据三相电压行波数据与三相电流行波数据，检测行波是否启动；若行波启动，则根据零模电压初始行波与零模电流初始行波的极性，判断扰动是否位于线路区段内；若扰动位于区段内，则利用三相工频电压数据以及开关的状态信息，判断扰动类型，识别是否为潜在故障；

显示装置，与处理器连接，用于显示扰动线路区段、扰动分析结果、线路运行状态。

作为一种优选的实施例方案，所述处理单元被构造为包括行波启动判断模块，用于判断数据采集终端所采集的三相电压行波数据和三相电流行波数据是否超过阈值，若三相电压行波或三相电流行波中任一行波超过阈值，则判定为行波启动。作为一种具体的，对于35KV及以下的配电线路，电压阈值设为5V，电流阈值设为2.5A。

作为进一步优选的方案，所述处理单元被构造为还包括扰动位置判断模块，用于行波启动时，根据零模电压初始行波与零模电流初始行波的极性，判断扰动是否位于线路区段内，具体执行策略包括：

根据零模电压初始行波与零模电流初始行波的极性，判断扰动相对于各区段测量点的位置，具体为：利用三相电压行波合成零模电压行波，利用三相电流行波合成零模电流行波，再对零模电压行波与零模电流行波进行小波变换并求模极大值，具体采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，进行4层小波变换，利用第2层小波变换模极大值的正负表示零模电压与电流初始行波的极性，若零模电压初始行波与零模电流初始行波极性相反，则判定扰动位于测量点的负荷侧，若零模电压初始行波与零模电流初始行波极性相同，则判定扰动位于测量点的电源侧；

从电源侧出发，检测每个测量点的扰动位置判定结果，若第一个测量点判定扰动位于测量点的电源侧，则扰动不在本条馈线上；

若第一个测量点判定扰动位于测量点的负荷侧，则继续检测下一个测量点的判定结果；

若第二个测量点判定扰动位于测量点的电源侧，则判定扰动位于第一与第二个测量点之间的线路上，若第二个测量点判定扰动位于测量点的负荷侧，则继续检测下一个测量点的判定结果，依此类推，扰动点前的测量点判定扰动位于测量点的负荷侧，扰动点后的测量点判定扰动位于测量点的电源侧；若直到最后一个测量点，仍始终判定扰动位于测量点的负荷侧，则扰动位于最后一段线路上。

作为进一步优选的方案，所述处理单元被构造为还包括扰动类型分析模块，用于当扰动位于区段内时，利用三相工频电压以及开关的状态信息，判断扰动类型，识别是否为潜在故障，

作为进一步优选的方案，判断扰动类型的策略包括：基于出线处的工频电压，排除故障扰动，并判断故障相；若稳态三相工频电压中有一相为0，另外两相电压增大，且电压变化均超过阈值，阈值为50V，则判定线路发生单相接地故障，且电压为0的相即为故障相。

作为进一步优选的方案，判断扰动类型的策略包括：基于开关状态信息，排除开关扰动，若测量点检测到开关分闸信号，则判定为开关分闸操作；若测量点检测到开关合闸信号，则判定为开关合闸操作。

作为进一步优选的方案，判断扰动类型的策略包括：基于故障相电压波形，排除雷击为故障干扰，与标准雷电压波形的相关系数均小于0.5，即判定为雷击事件；

Y为检测到的扰动电压波形，U为标准雷电压波形，Cov(Y,U)为Y与U的协方差，Var[Y]为Y的方差，Var[U]为U的方差，r(Y,U)为Y与U的相关系数。

作为进一步优选的方案，基于同一区段扰动频率，判定潜在故障，持续对故障区段进行监测，若该区段在规定时间内连续3次判定可能存在潜在故障，则判定该区段存在潜在故障，需要进行进一步的维修与更换。作为一种具体的，所述规定时间取电力系统2个周波的时间，对于50Hz的工频系统来说，一个周期为20ms，故规定时间为40ms。

应该说明的是，在实施判断扰动类型，识别是否为潜在故障的过程中，基于三相工频电压以及开关的状态信息以排除不同类型的扰动，对于故障扰动、开关扰动以及雷击事件的排除判断顺序可根据需要制定。如图3所示为一种优选的执行流程示意图。

在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，除非另有明确的规定和限定；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电线路潜在故障识别系统，其特征在于，包括：

数据采集终端，设置于配电线路各区段开关处的测量点，实时采集线路三相工频电压数据、三相工频电流数据、三相电压行波数据、三相电流行波数据以及各个开关的状态信息；

主站后台系统，包括处理单元和显示装置，所述处理单元用于执行：根据三相电压行波数据与三相电流行波数据，检测行波是否启动；若行波启动，则根据零模电压初始行波与零模电流初始行波的极性，判断扰动是否位于线路区段内；若扰动位于区段内，则利用三相工频电压数据以及开关的状态信息，判断扰动类型，识别是否为潜在故障；

显示装置，与处理器连接，用于显示扰动线路区段、扰动分析结果、线路运行状态。

2.根据权利要求1所述的配电线路潜在故障识别系统，其特征在于：所述处理单元被构造为包括行波启动判断模块，用于判断数据采集终端所采集的三相电压行波数据和三相电流行波数据是否超过阈值，若三相电压行波或三相电流行波中任一行波超过阈值，则判定为行波启动。

3.根据权利要求1所述的配电线路潜在故障识别系统，其特征在于：对于35KV及以下的配电线路，电压阈值设为5V，电流阈值设为2.5A。

4.根据权利要求2所述的配电线路潜在故障识别系统，其特征在于：所述处理单元被构造为还包括扰动位置判断模块，用于行波启动时，根据零模电压初始行波与零模电流初始行波的极性，判断扰动是否位于线路区段内，具体执行策略包括：

根据零模电压初始行波与零模电流初始行波的极性，判断扰动相对于各区段测量点的位置，具体为：利用三相电压行波合成零模电压行波，利用三相电流行波合成零模电流行波，再对零模电压行波与零模电流行波进行小波变换并求模极大值，具体采用三次中心B样条函数的导函数作为小波函数，进行4层小波变换，利用第2层小波变换模极大值的正负表示零模电压与电流初始行波的极性，若零模电压初始行波与零模电流初始行波极性相反，则判定扰动位于测量点的负荷侧，若零模电压初始行波与零模电流初始行波极性相同，则判定扰动位于测量点的电源侧；

从电源侧出发，检测每个测量点的扰动位置判定结果，若第一个测量点判定扰动位于测量点的电源侧，则扰动不在本条馈线上；

若第一个测量点判定扰动位于测量点的负荷侧，则继续检测下一个测量点的判定结果；

若第二个测量点判定扰动位于测量点的电源侧，则判定扰动位于第一与第二个测量点之间的线路上，若第二个测量点判定扰动位于测量点的负荷侧，则继续检测下一个测量点的判定结果，依此类推，扰动点前的测量点判定扰动位于测量点的负荷侧，扰动点后的测量点判定扰动位于测量点的电源侧；若直到最后一个测量点，仍始终判定扰动位于测量点的负荷侧，则扰动位于最后一段线路上。

5.根据权利要求1所述的配电线路潜在故障识别系统，其特征在于，所述处理单元被构造为还包括扰动类型分析模块，用于当扰动位于区段内时，利用三相工频电压以及开关的状态信息，判断扰动类型，识别是否为潜在故障。

6.根据权利要求5所述的配电线路潜在故障识别系统，其特征在于，判断扰动类型的策略包括：基于出线处的工频电压，排除故障扰动，并判断故障相；若稳态三相工频电压中有一相为0，另外两相电压增大，且电压变化均超过阈值，阈值为50V，则判定线路发生单相接地故障，且电压为0的相即为故障相。

7.根据权利要求5所述的配电线路潜在故障识别系统，其特征在于，判断扰动类型的策略包括：基于开关状态信息，排除开关扰动，若测量点检测到开关分闸信号，则判定为开关分闸操作；若测量点检测到开关合闸信号，则判定为开关合闸操作。

8.根据权利要求5所述的配电线路潜在故障识别系统，其特征在于，判断扰动类型的策略包括：基于故障相电压波形，排除雷击为故障干扰，与标准雷电压波形的相关系数均小于0.5，即判定为雷击事件；

Y为检测到的扰动电压波形，U为标准雷电压波形，Cov(Y,U)为Y与U的协方差，Var[Y]为Y的方差，Var[U]为U的方差，r(Y,U)为Y与U的相关系数。

9.根据权利要求5所述的配电线路潜在故障识别系统，其特征在于，基于同一区段扰动频率，判定潜在故障，持续对故障区段进行监测，若该区段在规定时间内连续3次判定可能存在潜在故障，则判定该区段存在潜在故障，需要进行进一步的维修与更换。

10.根据权利要求9所述的配电线路潜在故障识别系统，其特征在于，所述规定时间取电力系统2个周波的时间。

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