CN112904150A - 基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电力系统中配电网络自动化技术领域，提供一种基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统，包括单相断线监测模块，故障相位判断模块、故障点位置确认模块、故障点定位模块，本系统安装在配电网络低电压线路上监测高压线路故障，系统自身可以判别线路断线故障及断线相位；系统通过广域物联网络连接后台管理服务器，后台收到所有监测装置的故障信息，综合分析实现故障定位，后台服务器通过物联网即时把故障类型、故障时间、故障相别、故障线路、故障区段位置和故障点位置等信息发送到配电网络运行管理维护责任人的移动终端。

Description

基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统

技术领域

本发明属于电力系统中配电网络自动化技术领域，具体属于配电线路在线监测及对断线故障识别并定位的技术，用以促进线路检修维护工作能及时处理故障、及时恢复电网安全供电。

背景技术

我国国土辽阔且已基本实现电气化，但覆盖所有城乡的电力系统线路条数多、累计长度大，尤其是配电网络必然覆盖所有建筑物，导致线路分支与交叉复杂，出故障的概率增大；特别是断线故障时断一根线就使两相不能运行，影响很大，带来损失很大；对于广大农村和城市郊区来说其配电线路又常以架空裸线为主，截至目前只有部分城市开始或正在以电缆入地替换架空线路；面对架空线路进行监测常规是将监测装置架空安装在高压线路上，高压线ABC三相又只能是分开安装分开运行，所以每个监测点又必须一套3--4只装置才能实现对ABC三相的完整监测。

我国电力系统迄今为止广泛采取基于线路电流监测的技术来进行配电线路故障监测，其中主要通过三相电流录波后同步合成零序电流，再通过零序电流的多种表征来判断故障、分类故障，但不会计算故障位置，仍不免局限性。

这种技术应用的前提是要求线路正常工作时三相负荷电流对称，才能使得出现异常时能以显著的零序电流表现出来；这里实际问题就在于配电干线上三相线负荷电流多数时间不同、每相线中各段线的电流也不同、每段线的三相电流在不同瞬时更难平衡，从而使得故障瞬时合成的零序电流主要是由这些不平衡引起的，不见得是真的故障引起；或者说零序电流是不太能准确反映故障的，因为常规零序电流中含有本来电流不平衡的成分，所以用它对故障识别和定位的准确性具有不确定性。

而电力系统不同等级的电压稳定都是有标准规范的，是受电压合格率考核而予以保证的，是电力系统众多工作者积极维护的结果；所以电压监测对于线路上故障和外部扰动产生对电压的干扰是很敏感的、是容易区分和发现的，只要正确地对电压监测、智慧地对异常识别，就可以很好地判断故障、定位故障。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统，旨在解决上述技术问题。

本发明采用如下技术方案：

基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统，其特征在于，所述系统包括：

单相断线监测模块，用于监测三相电压，当三相中一相电压正常、二相电压降低，且降低的二相电压之和与正常相电压之差小于0.1U，即判别线路发生单相断线故障；

故障相位判断模块，用于判断电压正常相的逆序邻相即为断线故障相；

故障点位置确认模块，用于对线路单相断线故障影响三相电压分布的监测分析，确定断线故障的区段位置及监测点自身处在故障点的上游还是下游位置；

故障点定位模块，用于根据线路沿线电压分布的瞬变状况，从中分析获取故障点位置信息。

进一步的，所述故障相位判断模块具体判断过程如下：

设三相中UB电压正常，UA、UC电压降低至0.3U-0.7U范围，则判线路发生A相断线故障；

设三相中UC电压正常，UB、UA电压降低至0.3U-0.7U范围，则判线路发生B相断线故障；

设三相中UA电压正常，UC、UB电压降低至0.3U-0.7U范围，则判线路发生C相断线故障。

进一步的，所述故障点位置确认模块具体确认过程如下：

根据线路多个监测点监测的电压，符合一相电压正常另二相电压都在0.3U-0.7U范围，则该监测点在断线故障点下游；线路监测后台汇聚所有这些下游监测点，确定它们中处在最上游的那一点为故障主点，紧邻主点上游方向的点定为次点，主点及往下游各监测点的电压都有二相降低，则主点与次点之间即为本次断线故障的区段位置；

最后根据“单相断线故障时断点上游电压基本不变，下游电压只有一相正常”的规则比较当前所监测电压的情况即可可确定自己在线路中是处于上游、还是下游位置。

进一步的，所述故障点定位模块具体定位过程如下：

基于上述故障区段位置主点及次点其邻近的次1点、次2点，其监测的电压分别为V0、V1、V2，依据已知的距离L1、L2，L1为主点到次1点距离，L2为次1点距离，建立故障点G到V0点间距离L计算式为：

由于(V2-V1)/L2＝(V1-V0)/L1,且(V0-V)/L＝(V1-V0)/L1；

则距离L＝L1(V0-V)/(V1-V0)，式中V为事先确定的一个数字。

本发明的有益效果是：电力系统供配电潮流是从高电压逐次送到低电压的，高压线上发生任何故障对电压波形的影响必然送到低压线路和低压各种设备，所以高压线上的任何故障在低压线都可以监测获得，本发明在低电压线路上采取多种新型的技术来监测、判别并定位“线路单相断线故障”，这种基于低压线路监测高压线路断线故障的技术和做法在电力行业是首次，是革新，属于行业技术进步。

附图说明

图1是配电线路发生断线故障前后线路沿线电压分布的瞬变状况示意图；

图2是配电线路示意图；

图3是本系统应用场景示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本实施例提供的基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统包括：

单相断线监测模块，用于监测三相电压，当三相中一相电压正常、二相电压降低，且降低的二相电压之和与正常相电压之差小于0.1U，即判别线路发生单相断线故障。

本实施例中，配电线路源变压器高压侧星型接法的中性点下接消弧线圈到地，线路上负荷变压器次级也采取星型接法且中性点接地，这两个地都是室外大地，所以本系统可以实现共地的电压监测。又由于本系统在负荷变压器次级低压线路上监测，这样就可以共一台装置同时连接三相电压进行采集，相比传统做法要3或4台装置分相监测大大提高工作效率且降低成本。

在线路一相或多相出现故障时，监测装置自动提取故障过程若干个周期的数据，按同步周期分析三相各自的电压状态。

设线路某相某点断线，由电压监测可知故障点G上游各点监测的三相电压仍然是正常的U(正常运行电压)，故障点G下游各点监测的电压都有二相(包含故障相)是在0.3U-0.7U范围，只有另外一相电压正常。线路上某点三相电压监测符合以上情况，即可断点线路在该点发生了单相断线故障。

如图1所示，图1说明配电线路发生断线故障前后，线路沿线电压分布的瞬变状况，以从中分析获取故障位置信息。图中示出配电线路在G处发生断线故障，断点下游电压从基本失压到逐步升起至0.3U-0.7U范围；在线路A、B、C三相电压中一相断线会引起二相电压降低、只有一相电压正常。

故障相位判断模块，用于判断电压正常相的逆序邻相即为断线故障相。

基于对线路单相断线故障影响三相电压的监测分析，判别线路断线故障相位具体过程如下：

设三相中UB电压正常，UA、UC电压降低至0.3U--0.7U范围，则判线路发生A相断线故障；

设三相中UC电压正常，UB、UA电压降低至0.3U--0.7U范围，则判线路发生B相断线故障；

设三相中UA电压正常，UC、UB电压降低至0.3U--0.7U范围，则判线路发生C相断线故障。

如图2所示，附图2示意一条配电线路三相组成，图中右部示出配电线路中一台用户变压器内部接线方式，变压器左侧高压三相ABC为三角形连接；图的左部示意配电三相线路，线路右端黑色三矢量A、B、C简化表示变压器高压端的三角形连接形式，可见任何一相都可看作与另外二相串联后整体并联；例如黑色A相可看作与B串C后整体并联。图2中示意C相在G点断线，使B相和C相电压都不能送到故障下游用户，只有A相电压全线正常工作。由于B、C二相电压串联后与A相并联，所以断线后B、C二相可以串联获得A相对其并联供电，使B、C二相可以分别获得约0.3U-0.7U的电压；只是三相用户负荷都由A相供出，必然负荷超重使A相电压比正常略低；在断点上游B、C二相电压与A相同样正常。

故障点位置确认模块，用于对线路单相断线故障影响三相电压分布的监测分析，确定断线故障的区段位置及监测点自身处在故障点的上游还是下游位置。

首先由线路多个监测点监测的电压可知，符合一相电压正常另二相电压都在0.3U-0.7U范围(但不一定相等)，则该监测点在断线故障点下游；线路监测后台汇聚所有这些下游监测点，确定它们中处在最上游的那一点为故障主点，紧邻主点上游方向的点(无故障，三相电压都正常)定为次点，主点及往下游各监测点的电压都有二相降低，则主点与次点之间即为本次断线故障的区段位置。

其次各监测装置根据“单相断线故障时断点上游电压基本不变，下游电压只有一相正常”的规则比较自己当前所监测电压的情况就可确定自己在线路中是处于上游、还是下游位置。这个前端位置估计对于后台系统确定故障位置有很大作用。

故障点定位模块，用于根据线路沿线电压分布的瞬变状况，从中分析获取故障点位置信息。

当先确定故障在哪个区段后，还需在该区段范围内计算故障的具体点位，对此的说明基于附图2进行。图2说明配电线路发生断线故障前后，线路沿线电压分布的瞬变状况，以从中分析获取故障位置信息。

图2中示出配电线路故障点为G，在G处发生断线，断点上游线路电压正常为U，断点下游电压降低。

由图1可见在线路A、B、C三相电压中一相断线(图中C相断线)会引起B、C二相故障而降低电压，只有一相A不受影响而电压正常；图中看到对应变压器初级是三角形接法，使正常一相A与故障二相BC实际是并行连接，所以正常一相A可以并联给故障二相B、C供电，但B和C各自只能分得一部分(约0.3U-0.7U)；这就出现如图2中所示故障相电压降低现象。

图中主点、次1点、次2点都是事先设置的“线路故障监测点”，在线路发生故障时它们监测的电压突然从正常的U发生跌落，分别降到V0、V1、V2(实测值)；而事先安装主、次1、次2这几个监测点时，已测出它们之间的距离L1、L2(如图中示出)，这就可以建立G点到V0点间距离L计算式。

由于(V1-V2)/L2＝(V0-V1)/L1,且(V-V0)/L＝(V0-V1)/L1；由此可导出：

距离L＝L1(V-V0)/(V0-V1)，式中V按线路实际情况和运行经验事先确定一个数字，V可基本看作正常电压U。

另外，本实施例还提供了一种实际的应用系统，如图3示出了向配电网络的配电线路故障监测与定位全系统组成，断线监测装置(即基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统)安装在被监测的配电线路上；各监测装置独立自主地监测并判断分析有否断线故障。图3的最上部表示配电网络或看作一回三相配电线路；五个方块代表了在该配电线路安装本系统，即“断线监测装置”；所有这些装置都通过“广域物联网络”与“配电网络运行安全管理后台”(以下简称“配网后台服务器”)连接，广域物联网络是中国电信经营的通用物联网平台，面向全国物联网用户服务；只要在各台故障监测装置中配套安装1片物联网卡，与物联网平台建立确定的服务关系：配网后台服务器中开发有对物联网平台的数据传递接口，全天候维持服务器对平台衔接的监测数据收取和转发下达命令。各故障监测装置独立自主监测并判断分析有否故障、属于什么故障类型、确定故障发生的相位；装置一经确定出故障事项即向后台发出报警，同时发送本次故障的关键数据到后台服务器；服务器在收齐配电线路故障监测装置对本次故障的多点报警及数据后，面向配电线路识别全线故障类型、故障相位，分析计算故障具体位置；然后把故障情况及故障位置信息发到责任人手机。全系统力求尽快处理好故障，恢复送电，尽量减少业主的售电损失，降低用户因停电带来的生产经营损失。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统，其特征在于，所述系统包括：

单相断线监测模块，用于监测三相电压，当三相中一相电压正常、二相电压降低，且降低的二相电压之和与正常相电压之差小于0.1U，即判别线路发生单相断线故障；

故障相位判断模块，用于判断电压正常相的逆序邻相即为断线故障相；

故障点位置确认模块，用于对线路单相断线故障影响三相电压分布的监测分析，确定断线故障的区段位置及监测点自身处在故障点的上游还是下游位置；

故障点定位模块，用于根据线路沿线电压分布的瞬变状况，从中分析获取故障点位置信息。

2.如权利要求1所述基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统，其特征在于，所述故障相位判断模块具体判断过程如下：

设三相中UB电压正常，UA、UC电压降低至0.3U-0.7U范围，则判线路发生A相断线故障；

设三相中UC电压正常，UB、UA电压降低至0.3U-0.7U范围，则判线路发生B相断线故障；

设三相中UA电压正常，UC、UB电压降低至0.3U-0.7U范围，则判线路发生C相断线故障。

3.如权利要求1所述基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统，其特征在于，所述故障点位置确认模块具体确认过程如下：

根据线路多个监测点监测的电压，符合一相电压正常另二相电压都在0.3U-0.7U范围，则该监测点在断线故障点下游；线路监测后台汇聚所有这些下游监测点，确定它们中处在最上游的那一点为故障主点，紧邻主点上游方向的点定为次点，主点及往下游各监测点的电压都有二相降低，则主点与次点之间即为本次断线故障的区段位置；

最后根据“单相断线故障时断点上游电压基本不变，下游电压只有一相正常”的规则比较当前所监测电压的情况即可可确定自己在线路中是处于上游、还是下游位置。

4.如权利要求1所述基于低压配电识别高压线路断线故障并定位的系统，其特征在于，所述故障点定位模块具体定位过程如下：

基于上述故障区段位置主点及次点其邻近的次1点、次2点，其监测的电压分别为V0、V1、V2，依据已知的距离L1、L2，L1为主点到次1点距离，L2为次1点距离，建立故障点G到V0点间距离L计算式为：

由于(V2-V1)/L2＝(V1-V0)/L1,且(V0-V)/L＝(V1-V0)/L1；

则距离L＝L1(V0-V)/(V1-V0)，式中V为事先确定的一个数字。

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