CN112540259A - 一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法和系统 - Google Patents
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Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
Abstract
本发明涉及电子设备，尤其涉及一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法和系统。一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，包括步骤：获取配电网中各个关键节点的零序电压值；根据相邻关键节点之间的零序电压差值识别线路故障并确定相应位置。本发明提供的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，检测配电网中多个关键节点的零序电压，通过相邻的关键节点之间的零序电压之间的关系，即可快速判定配电线路中是否存在断线故障，方便快捷。
Description
技术领域
本发明涉及电子设备，尤其涉及一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法和系统。
背景技术
随着配电网建设的推进，绝缘架空线应用越来越大。随着线路绝缘化率的提高，配电网的断线故障的发生越来越多，造成断线故障的原因包括雷击或施工，很多时候故障比较隐蔽，配电网发生单相断线后不影响配电网的正常运行，所以往往很难发现这类故障。但是如果断线故障不能及时被处理，则会造成周围人畜触电等事故，所以有必要研究配电网断线识别技术。
申请号为CN201710331464.4的专利文献公开了一种基于负序电压电流特征的配电网单相断线故障识别方法，包括：步骤1：在变电站采集母线的三相电压和各线路的三相电流；步骤2：提取母线负序电压以及各条线路负序电流；步骤3：求取各出线负序电流的导数；步骤4：求母线负序电压与各出线负序电流的相关系数；步骤5：比较各条线路的相关系数，如果相关系数大于0，则为健全线路；如果相关系数小于0，则为故障线路。但是并不能有效解决上述问题。
因而现有的配电网断线故障识别技术还存在不足，还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法和系统，用以解决背景技术提到的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，包括步骤：
获取配电网中各个关键节点的零序电压值；
根据相邻关键节点之间的零序电压差值识别线路故障并确定相应位置。
优选的，所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，所述识别线路故障并确定相应位置的具体操作包括：
当相邻关键节点之间的零序电压差值大于整定值时，则判定相邻关键节点之间线路存在线路故障。
优选的，所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，所述识别路线故障并确定相应位置操作模式包括智能分布式模式，具体包括：
通过各个关键节点上的识别装置执行所述识别线路故障并确定相应位置操作，确定线路故障。
优选的，所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，所述识别路线故障并确定相应位置操作模式包括集中式模式，具体包括：
将各个关键节点处零序电压值共同传输到上位机中，所述上位机执行所述识别线路故障并确定相应位置操作，确定线路故障。
优选的，所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，所述整定值通过配电网中出现线路故障时出现的最大零序电压确定，具体为：
U0p>kU0max；
其中，U0p为整定值；k为整定系数；U0max为配电网中出现线路时出现的所述最大零序电压。
优选的，所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，还包括隔离步骤，具体包括：
当判定当前关键节点的下游线路存在线路故障时，断开当前关键节点的线路。
一种适用所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法的适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统，包括主站、若干终端馈线装置；若干所述终端馈线装置按照预定拓扑结构布设在配电网中的关键节点上，均与所述主站通信连接；
所述终端馈线装置，用于检测当前关键节点的零序电压值，配合所述主站实现所述适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法。
优选的，所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统，相邻关键位置之间所述终端馈线装置的相互通信连接。
优选的，所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统，所述终端馈线装置还具有断路模块，根据所述主站的指令执行分合闸操作。
一种计算机可读介质，其内存储有计算机软件，所述软件在被处理器执行的情况下，实现所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法。
相较于现有技术，本发明提供的一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法和系统，具有以下有益效果：
1)本发明提供的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，检测配电网中多个关键节点的零序电压，通过相邻的关键节点之间的零序电压之间的关系，即可快速判定配电线路中是否存在断线故障，方便快捷；
2)本发明提供的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，通过智能分布式模式和集中式模式两种工作模式，能够快速的识别到断线故障；
3)本发明提供的适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统，通过主站与终端馈线装置的配合工作，实现配电网中断线故障的快速识别以及及时断电，保证配电网的安全运行。
附图说明
图1是本发明提供的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法流程图；
图2是本发明提供的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法一种实施例流程图；
图3是本发明提供的适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统结构框图；
图4是本发明提供的断线故障识别系统结构简图；
图5是本发明提供的系统仿真示意图；
图6是本发明提供的区段11发生断线不接地故障时两侧零序电压波形；
图7是本发明提供的区段3和11相邻开关的零序电压幅值差；
图8是本发明提供的电阻接地系统在空载情况下区段11发生断线故障时两侧的零序电压波形；
图9是本发明提供的区段3和11相邻开关的零序电压幅值差；
图10是本发明提供的不接地系统在带负荷情况下区段11发生断线故障时两侧的零序电压波形；
图11是本发明提供的区段3和11相邻开关的零序电压幅值差。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本领域技术人员应当理解，前面的一般描述和下面的详细描述是本发明的示例性和说明性的具体实施例，不意图限制本发明。
本文中术语“包括”，“包含”或其任何其他变体旨在覆盖非排他性包括，使得包括步骤列表的过程或方法不仅包括那些步骤，而且可以包括未明确列出或此类过程或方法固有的其他步骤。同样，在没有更多限制的情况下，以“包含...一个”开头的一个或多个设备或子系统，元素或结构或组件也不会没有更多限制，排除存在其他设备或其他子系统或其他元素或其他结构或其他组件或其他设备或其他子系统或其他元素或其他结构或其他组件。在整个说明书中，短语“在一个实施例中”，“在另一个实施例中”的出现和类似的语言可以但不一定都指相同的实施例。
除非另有定义，否则本文中使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同含义。
请参阅图1，本发明提供一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，包括步骤：
S1、获取配电网中各个关键节点的零序电压值；
S2、根据相邻关键节点之间的零序电压差值识别线路故障并确定相应位置。
配电网发生断线故障后端口两侧相电压都会变化且零序电压幅值存在较大的差别，造成该特征的本质原因是纵向断线造成了系统的不平衡且电压的不连续分布，该特征不受中性点接地方式及接地过渡电阻的影响。
对于含有多条出线的配电网，在不考虑馈线上电压损耗的情况下健全线路以及故障线路故障点上游的相电压、零序电压相同，为上述各类故障后电源侧电压的特征，故障线路故障点下游各点的相电压、零序电压相等，为上述各类故障后负荷侧电压的特征。考虑到三相五柱式电压互感器通过开口三角取零序电压，所以工程所测零序电压都是上述分析的3倍。基于前述特征，只需要在配电网中找到多个关键节点，使用零序电压检测设备检测关键节点位置处的零序电压，进而将相邻关键节点位置处的零序电压数据之间相互处理对比即可判定此处关键节点的下游线路中是否存在线路故障，前述中的相互处理对比操作可以为：确定相邻关键节点位置处的零序电压是否相等，若是则线路没有故障，若是存在相应的差值，则判定二者之间具有出现故障；进一步的，所述关键节点优选为设置在配电线路的断路器位置处，当然若是存在远距离传输的情况，也可以按照适当的距离间隔布设。
请参阅图2，作为优选方案，本实施例中，所述识别线路故障并确定相应位置的具体操作包括：
当相邻关键节点之间的零序电压差值大于整定值时，则判定相邻关键节点之间线路存在线路故障。
具体的，在配电线路出现断线故障后端口两侧零序电压幅值差别较大，此时借鉴差动电流保护的启动值设置方法，可以构造如下启动判据：
U0d>U0p；其中，U0p为整定值，即零序电压启动值；U0d为相邻关键节点的零序电压差值。即，当相邻的关键节点位置上零序电压差值大于所述零序电压启动值时，则判定这两个相邻的关键节点位置之间初步判定具有断线故障，进而进入下一步判定。优选的，所述下一步判定包括智能分布式模式和集中式模式，均用于精准定位出线故障。
原则上装置动作的零序电压幅值差应该大于三相五柱式电压互感器在测量非断线故障时可能出现的最大零序电压产生的不平衡电压，作为优选方案，本实施例中，所述整定值通过配电网中出现线路故障时出现的最大零序电压确定，假设系统在各种故障时出现的最大零序电压为U0max，则零序电压启动值即整定值可以整定为：
U0p>kU0max；
其中，U0p为整定值；k为整定系数，优选取值范围为0.08-0.1，进一步优选为0.09；U0max为配电网中出现线路时出现的所述最大零序电压。具体的，为了方便整定，所述最大零序电压取值优选为(电压不平衡电压)，即可保证不会误判，也可以保证在各种断线形态下的灵敏度。
请参阅图2，作为优选方案，本实施例中，所述识别路线故障并确定相应位置操作模式包括智能分布式模式，具体包括：
通过各个关键节点上的识别装置执行所述识别线路故障并确定相应位置操作，确定线路故障。
具体的，通过FTU(Feeder Terminal Unit，配电开关监控终端)采集各区段上各个关键节点的零序电压幅值，然后与相邻FTU测得的零序电压幅值做差求U0d，将U0d与整定值进行比较。对于处于边界的FTU，如图4中的FTU1、FTU4、FTU5、FTU7，仅有1个相邻测量单元与之交换数据，所以仅得到1个U0d值，如果U0d大于整定值，则识别到断线故障直接发跳闸信号跳开开关，如果U0d小于整定值，则没有识别到断线故障不发跳闸信号。图4中的FTU6和FTU8都有2个相邻测量单元与之交换数据，可得到2个U0d值，如果有且仅有1个U0d值大于整定值时，则识别到断线故障直接发跳闸信号跳开开关，如果2个U0d值都小于整定值时，则没有识别到断线故障不发跳闸信号。对于有分支线存在的情况，图4中FTU2、FTU3有3个测量单元与之交换数据，此时可以得到3个U0d值，如果有1个或者2个U0d值大于整定值时判定识别到断线故障发跳闸信号，3个都小于整定值时判定没有识别到断线故障不发跳闸信号。对于多分支情况，以此类推。故障切除后联络开关在失压一定时间后合闸，完成非故障区段负荷的转供。
请参阅图2，作为优选方案，本实施例中，所述识别路线故障并确定相应位置操作模式包括集中式模式，具体包括：
将各个关键节点处零序电压值共同传输到上位机中，所述上位机执行所述识别线路故障并确定相应位置操作，确定线路故障。
具体的，FTU采集各区段零序电压幅值，通过通信网络上报主站，对于无分支线的情况，主站计算相邻2个FTU的零序电压幅值差并与整定值比较，如果2个FTU的零序电压幅值差都大于整定值，则判定识别到断线故障发跳闸信号，遥控对应断路开关动作，切除故障区段。对于含分支线情况，主站两两计算相邻3个FTU的零序电压幅值差并与整定值比较，如果该区段3个中有且仅有2个幅值差大于整定值，则遥控跳开该区段所含的3个开关。最后，主站发遥控信号闭合联络开关，实现非故障区段负荷的转供。
随着配电台区的建设，如果台区采集装置可以实时采集配变高压侧的零序电压，则相邻台区采集装置之间或台区采集装置与主干线FTU之间同样可以构造判据进行断线识别，从而实现更精细的断线故障区段定位。
需要说明的是不管是智能分布式还是集中式故障处理模式，都需要采集装置的数据同步。另外，如果仅要求断线故障告警，此时对实时性要求不高，则可以利用采集装置的历史数据时标实现同步，进而确定故障区段。
作为优选方案，本实施例中，所述适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法还包括隔离步骤，具体包括：
当判定当前关键节点的下游线路存在线路故障时，断开当前关键节点的线路。具体的，在检测到断线故障后，相关关键节点位置进行断线操作，优选的实施方案是在所述关键节点位置处还装设断路装置，保证在出现断线故障时，能够快速将线路断电，保证配电线路的安全运行。当然，无论是按照智能分布式模式工作，还是使用集中式模式工作，还同步获取所述关键节点的地理定位数据(获取定位数据的装置可以为GPS，也可以是北斗定位，或是其他能够定位的技术方案)，保证定位数据的精度展示，保证维护人员能够快速获取得到故障地点，进而快速排除故障。
相应的，请参阅图3-4，本发明还提供一种适用所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法的适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统，包括主站1、若干终端馈线装置2；若干所述终端馈线装置2按照预定拓扑结构布设在配电网中的关键节点上，均与所述主站1通信连接；具体的，终端馈线装置2与所述主站1之间的通信方式可以是有线通信，也可以是无线通信，不做具体限定，优选是使用GPRS通信。所述关键节点为配电线路中相应的开关的位置。
所述终端馈线装置2，用于检测当前关键节点的零序电压值，配合所述主站1实现所述适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法。
具体的实施过程为：
S1、所述终端馈线装置2获取配电网中各个关键节点的零序电压值；
S2、根据相邻关键节点之间的零序电压差值识别线路故障并确定相应位置。在实施中，识别线路故障并确定相应位置的过程包括两种方式：1、多个所述终端馈线装置2采用上述中智能分布式模式工作，通过FTU(在本实施例中，相当于所述终端馈线装置2)采集各区段上各个关键节点的零序电压幅值，然后与相邻FTU测得的零序电压幅值做差求U0d，将U0d与整定值进行比较；对于处于边界的FTU，如图4中的FTU1、FTU4、FTU5、FTU7，仅有1个相邻测量单元与之交换数据，所以仅得到1个U0d值，如果U0d大于整定值，则识别到断线故障直接发跳闸信号跳开开关，如果U0d小于整定值，则没有识别到断线故障不发跳闸信号；图4中的FTU6和FTU8都有2个相邻测量单元与之交换数据，可得到2个U0d值，如果有且仅有1个U0d值大于整定值时，则识别到断线故障直接发跳闸信号跳开开关，如果2个U0d值都小于整定值时，则没有识别到断线故障不发跳闸信号；对于有分支线存在的情况，图4中FTU2、FTU3有3个测量单元与之交换数据，此时可以得到3个U0d值，如果有1个或者2个U0d值大于整定值时判定识别到断线故障发跳闸信号，3个都小于整定值时判定没有识别到断线故障不发跳闸信号。对于多分支情况，以此类推；故障切除后联络开关在失压一定时间后合闸，完成非故障区段负荷的转供，最终将识别的故障信息发送到主站1即可；2、多个所述终端馈线装置2配合所述主站1进行集中式模式工作，FTU采集各区段零序电压幅值，通过通信网络上报主站1，对于无分支线的情况，主站1计算相邻2个FTU的零序电压幅值差并与整定值比较，如果2个FTU的零序电压幅值差都大于整定值，则判定识别到断线故障发跳闸信号，遥控对应断路开关动作，切除故障区段；对于含分支线情况，主站1两两计算相邻3个FTU的零序电压幅值差并与整定值比较，如果该区段3个中有且仅有2个幅值差大于整定值，则遥控跳开该区段所含的3个开关，最终通过主站1将出现故障识别得到。
作为优选方案，本实施例中，相邻关键位置之间所述终端馈线装置2的相互通信连接。能够保证所述适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统实现所述智能分布式模式。
作为优选方案，本实施例中，所述终端馈线装置2还具有断路模块，根据所述主站1的指令执行分合闸操作。保证实现所述隔离步骤，具体的，在检测到断线故障后，相关关键节点位置进行断线操作，优选的实施方案是在所述关键节点位置处还装设断路装置，保证在出现断线故障时，能够快速将线路断电，保证配电线路的安全运行。当然，无论是按照智能分布式模式工作，还是使用集中式模式工作，还同步获取所述关键节点的地理定位数据(获取定位数据的装置可以为GPS，也可以是北斗定位，或是其他能够定位的技术方案)，保证定位数据的精度展示，保证维护人员能够快速获取得到故障地点，进而快速排除故障。所述断路模块优选为断路器。
相应的，本发明还提供一种计算机可读介质，其内存储有计算机软件，所述软件在被处理器执行的情况下，实现所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法。具体的，所述可读介质可以独立存在，也可以附着于相应的电子设备存在，不做具体限定，只要能够实现最终的断线故障识别方法即可。
仿真验证
按照上述实施例，使用RTDS的配电网仿真模型构建所述适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统(具体参阅图5)，并运行所述适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，进行仿真实验，该模型中，35kV变电站有一回进线，通过主变压器配出的10kV系统为单母线形式；母线带有4条馈线，出线上各区域的编号如图中所示。其中，区域1、3、5、10为电缆，区域2、9、11、12、13为架空绝缘线，区域4、6、7、8为架空裸导线，消弧线圈装在所用变中性点上。前述中，所述终端馈线装置2装设在每个开关位置(即关键节点)处，应当说明的是，图5-11中，标识为开关n，n＝1-14，均表达开关结合附图5-11进行详细说明：
图6为消弧线圈接地系统在带负荷的情况下区段11(图5中标识为S11)发生断线不接地故障时两侧零序电压波形，图7为区段3(图5中标识为S3)和11相邻开关的零序电压幅值差。图8为电阻接地系统在空载情况下区段11发生断线电源侧经2000Ω过渡电阻接地时两侧的零序电压波形，图9为区段3和11相邻开关的零序电压幅值差。图10为不接地系统在带负荷情况下区段11发生断线负荷侧金属性接地时两侧的零序电压波形，图11为区段3和11相邻开关的零序电压幅值差。图6、图8、图10表明发生断线故障后区段11两侧都存在零序电压，从图7、图9、图11可以看出区段11的开关和下游开关和的零序电压幅值差远大于整定值，其它健全区段的零序电压差动值都非常小，基本为0，小于整定值，所以基于零序电压幅值差的断线故障识别方法可以在各种情况下有效识别故障区段。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，其特征在于，包括步骤：
获取配电网中各个关键节点的零序电压值；
根据相邻关键节点之间的零序电压差值识别线路故障并确定相应位置。
2.根据权利要求1所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，其特征在于，所述识别线路故障并确定相应位置的具体操作包括：
当相邻关键节点之间的零序电压差值大于整定值时，则判定相邻关键节点之间线路存在线路故障。
3.根据权利要求2所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，其特征在于，所述识别路线故障并确定相应位置操作模式包括智能分布式模式，具体包括：
通过各个关键节点上的识别装置执行所述识别线路故障并确定相应位置操作，确定线路故障。
4.根据权利要求2所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，其特征在于，所述识别路线故障并确定相应位置操作模式包括集中式模式，具体包括：
将各个关键节点处零序电压值共同传输到上位机中，所述上位机执行所述识别线路故障并确定相应位置操作，确定线路故障。
5.根据权利要求2所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，其特征在于，所述整定值通过配电网中出现线路故障时出现的最大零序电压确定，具体为：
U0p>kU0max；
其中，U0p为整定值；k为整定系数；U0max为配电网中出现线路时出现的所述最大零序电压。
6.根据权利要求1-5任一所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法，其特征在于，还包括隔离步骤，具体包括：
当判定当前关键节点的下游线路存在线路故障时，断开当前关键节点的线路。
7.一种适用权利要求1-6任一所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法的适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统，其特征在于，包括主站、若干终端馈线装置；若干所述终端馈线装置按照预定拓扑结构布设在配电网中的关键节点上，均与所述主站通信连接；
所述终端馈线装置，用于检测当前关键节点的零序电压值，配合所述主站实现所述适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法。
8.根据权利要求7所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统，其特征在于，相邻关键位置之间所述终端馈线装置的相互通信连接。
9.根据权利要求7所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别系统，其特征在于，所述终端馈线装置还具有断路模块，根据所述主站的指令执行分合闸操作。
10.一种计算机可读介质，其特征在于，其内存储有计算机软件，所述软件在被处理器执行的情况下，实现权利要求1-6任一所述的适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法。
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| CN202011223260.7A CN112540259A (zh) | 2020-11-05 | 2020-11-05 | 一种适用于智能配电终端的配网断线故障识别方法和系统 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113484686A (zh) * | 2021-07-20 | 2021-10-08 | 河北地质大学 | 一种电力线路故障位置确定方法、装置及终端 |
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2020
- 2020-11-05 CN CN202011223260.7A patent/CN112540259A/zh active Pending
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