CN113484661B - 一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测方法及系统，主要解决配电线路在遭遇到雷击、施工等自然灾害或人为损伤时造成的单相断线故障诊断、检测难问题，是对现有继电保护技术的补充，主要思路为利用现有的配网自动系统，对线路检测点处各线电压的幅值和相位信息进行实时测量，由主站对相邻两个时刻下检测点的幅值和相位量进行运算，判断是否满足本专利所提出判据，从而确定单相断线的故障点与检测点的相对位置并确定故障相。本发明可以利用现有的配网自动化平台，无需额外增加检测仪器，适用范围更广，实用性更强。

Description

一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向 检测方法及系统

技术领域

本发明属于配电网继电保护技术领域，特别涉及一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测方法及系统，基于线电压的变化信息，适用于不同接地方式且能实时测量出线电压幅值与相位的10kV配电网。

背景技术

近年来，配网结构日益复杂，断线故障的发生概率呈现出逐年增长的趋势，相比裸导线，绝缘导线更易发生断线事故，尤其是绝缘导线的绝缘层不能及时散热的特征，导致导线遇雷击等自然灾害后产生的电弧不易自行熄灭，在某一点会持续燃弧直至熔断导线。导线悬空或者坠落至地面上，会产生高阻接地故障，由于诊断技术手段缺失，很难保证能快速可靠的及时切除故障，人或牲畜靠近坠地点，极易造成由跨步电压引起的触电意外，以上种种，都说明了研究断线故障诊断方法的必要性和急迫性。

通常，导线的单相坠地故障可分为断口处悬空、电源侧单侧接地和负荷侧单侧接地三种类型。现场上，多利用故障电流信息实现故障诊断，而断线故障致使导线坠地后，接地电阻阻值往往极大，导致故障电流微弱，因此传统的继电保护方法能否应用于断线故障的诊断存疑，现有的针对单线断线故障的诊断方法：基于负荷监测仪的单相断线故障区域判定方法，依赖于负荷监测仪的广泛安装，经济性不强；利用母线处故障后的电流、电压综合量来实现树形配电线路单相断线兼接地故障的双频法等定位新算法，也需要另外附加新设备。总之，尚且没有一种方法能涵盖所有的单相断线类型，能及时可靠的诊断出单相断线故障。

发明内容

有鉴于此，本发明的第一方面的目的是提供一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测方法，用于克服现有技术的单相断线故障诊断难且适用性不强的缺陷。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测方法，方法首先定义相邻两个时刻t₁、t₂，获取在此相邻两个时刻下配电线路在检测点处的线电压幅值和相位信息，然后根据获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量，判断检测点在t₁、t₂时刻下的线电幅值和此时间段内的线电压相角差是否满足检测判据，若满足，则认为发生单相断线故障，故障点位置位于检测点上游，若均不满足检测判据，则认为检测点上游在t₁、t₂时间段内无单相断线故障发生。

进一步，所述方法具体包括以下步骤：

步骤S1：定义相邻两个时刻t₁、t₂，获取在此相邻两个时刻下配电线路在检测点处的线电压幅值和相位信息，t₁时刻下检测点处线电压为

其中[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],则

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₁时刻的线电压幅值和相位，同理，t₂时刻下检测点处线电压为

即

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₂时刻的线电压幅值和相位，t₁、t₂时刻间隔m个周波，m为正整数；

步骤S2：根据步骤S1所获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量：

代表检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角差，

代表检测点在t₁时刻下的线电压相角，

代表检测点在t₂时刻下的线电压相角；

[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],分别代表AB相、BC相、CA相；

步骤S3：判断检测点在t₁、t₂，时刻下的线电幅值

和此时间段内的线电压相角差

是否满足检测判据，若满足，则认为[XY]中的超前相X相发生单相断线故障，故障点位置位于检测点上游，若均不满足检测判据，则认为检测点上游在t₁、t₂，时间断无单相断线故障发生，回到步骤S1重复以上步骤循环检测。

进一步，所述步骤S3中，检测判据为：

本发明的第二方面的目的是提供一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测系统，所述系统包括

获取单元，设定相邻两个时刻t₁、t₂，用于获取在此相邻两个时刻下配电线路在检测点处的线电压幅值和相位信息；

计算单元，根据获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量；

判断单元，用于判断检测点在t₁、t₂时刻下的线电幅值和此时间段内的线电压相角差是否满足检测判据，若满足，则认为发生单相断线故障，故障点位置位于检测点上游，若均不满足检测判据，则认为检测点上游在t₁、t₂时间段内无单相断线故障发生。

进一步，所述获取单元线电压幅值和相位信息表达如下：

t₁时刻下检测点处线电压为

其中[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],则

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₁时刻的线电压幅值和相位，同理，t₂时刻下检测点处线电压为

即

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₂时刻的线电压幅值和相位，t₁、t₂时刻间隔m个周波，m为正整数。

进一步，所述计算单元所获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量表达如下：

代表检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角差，

代表检测点在t₁时刻下的线电压相角，

代表检测点在t₂时刻下的线电压相角；

[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],分别代表AB相、BC相、CA相。

进一步，检测判据作为判断单元内嵌的软件模块，其公式表达为：

本发明第三方面的目的是提供一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前任一项方法所述的：根据获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量，判断检测点在t₁、t₂时刻下的线电幅值和此时间段内的线电压相角差是否满足检测判据，若满足，则认为发生单相断线故障，故障点位置位于检测点上游，若均不满足检测判据，则认为检测点上游在t₁、t₂时间段内无单相断线故障发生。

本发明的有益效果是：

本发明通过比较检测点在不同时刻下的线电压幅值与相位信息，根据预设的判据判断单相断线故障的发生，判定故障方向并确定故障相，利用现有的配网自动化系统，无须额外增加检测仪器，适用范围更广，实用性更强。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和前述的权利要求书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1单相断线故障诊断方向检测方法流程框图；

图2为本发明实施例提供的一种基于配网自动化系统的配网线路单相断线故障检测点示意图；

图3为本发明实施例检测系统中Q检测点处在、时刻下故障点F1的线电压仿真波形图；

图4为本发明实施例检测系统中Q检测点处在、时刻下故障点F2的线电压仿真波形图。

具体实施方式

以下将参照附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解，优选实施例仅为了说明本发明，而不是为了限制本发明的保护范围。

本发明的一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测方法，首先定义相邻两个时刻t₁、t₂，获取在此相邻两个时刻下配电线路在检测点处的线电压幅值和相位信息，然后根据获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量，判断检测点在t₁、t₂时刻下的线电幅值和此时间段内的线电压相角差是否满足检测判据，若满足，则认为发生单相断线故障，故障点位置位于检测点上游，若均不满足检测判据，则认为检测点上游在t₁、t₂时间段内无单相断线故障发生。

本发明的方法具体包括以下步骤：

步骤S1：定义相邻两个时刻t₁、t₂，获取在此相邻两个时刻下配电线路在检测点处的线电压幅值和相位信息，t₁时刻下检测点处线电压为

其中[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],则

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₁时刻的线电压幅值和相位，同理，t₂时刻下检测点处线电压为

即

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₂时刻的线电压幅值和相位，t₁、t₂时刻间隔m个周波，m为正整数；

步骤S2：根据步骤S1所获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量：

代表检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角差，

代表检测点在t₁时刻下的线电压相角，

代表检测点在t₂时刻下的线电压相角；

[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],分别代表AB相、BC相、CA相；

步骤S3：判断检测点在t₁、t₂，时刻下的线电幅值

和此时间段内的线电压相角差

是否满足检测判据，若满足，则认为[XY]中的超前相X相发生单相断线故障，故障点位置位于检测点上游，若均不满足检测判据，则认为检测点上游在t₁、t₂，时间断无单相断线故障发生，回到步骤S1重复以上步骤循环检测。

其中，在步骤S3中，检测判据为：

基于上述方法的设计思想，本发明还提供了一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测系统，所述系统包括

(1)获取单元：设定相邻两个时刻t₁、t₂，用于获取在此相邻两个时刻下配电线路在检测点处的线电压幅值和相位信息；其中，获取单元线电压幅值和相位信息表达如下：

t₁时刻下检测点处线电压为

其中[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],则

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₁时刻的线电压幅值和相位，同理，t₂时刻下检测点处线电压为

即

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₂时刻的线电压幅值和相位，t₁、t₂时刻间隔m个周波，m为正整数。

(2)计算单元：根据获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量；具体而言，计算单元所获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量表达如下：

代表检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角差，

代表检测点在t₁时刻下的线电压相角，

代表检测点在t₂时刻下的线电压相角；

[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],分别代表AB相、BC相、CA相。

(3)判断单元：用于判断检测点在t₁、t₂时刻下的线电幅值和此时间段内的线电压相角差是否满足检测判据，若满足，则认为发生单相断线故障，故障点位置位于检测点上游，若均不满足检测判据，则认为检测点上游在t₁、t₂时间段内无单相断线故障发生。

检测判据作为判断单元内嵌的软件模块，其公式表达为：

具体实施例

如图1～4是本发明的实例附图，下面结合附图1～4对本发明做进一步说明：

图2所示为与本发明相匹配10kv配电及相应的断线故障检测系统，所述检测系统包括三个部分：位于检测点的检测设备(假定检测装置为FTU)、主站、通信系统，检测设备与主站靠通信系统联系，FTU把信息送到主站处理，主站判定开关K1、K2控制系统工作方式，K1、K2均断开为不接地系统，K2接通、K1断开为小电阻接地系统，K2接通、K1断开为谐振接地系统，开关K3、K4控制故障类型，K3、K4均断开为断线不接地故障，K4断开，K4闭合为仅电源侧接地故障，K3断开，K4闭合为仅负荷侧接地故障，系统共有6条出线，分别为L1-L6，出线长度分别为3km，6km，9km，12km，15km，18km，A相断线，设置两个故障点F1、F2位于L6线路上，位置为距母线10km、13km处。设系统架空线路的相关参数为：

b₁＝(j3.045)us/km，Z₀＝(0.23+j1.72)Ω/km，b₀＝(j1.884)us/km。故障线路负荷采用三角形连接方式，负荷阻抗不平衡度约为10％，设为|Z_AB|＝400Ω，|Z_AC|＝440Ω，|Z_BC|＝400Ω，利用此系统验证本发明方法的有效性。

本发明实施例过程结合附图1-图2说明，假设附图1系统中K2接通、K1断开，K3断开、K4接地，系统工作方式为小电阻接地且故障类型为断线并负荷侧接地故障，接地电阻1000Ω，以此为例，具体实施步骤如下：

步骤一，流程开始时，检测系统的主站收集检测点在相邻两个时刻的线电压幅值和相位信息，记在t₁(定义在仿真实例的0.04s处)时刻的线电压为：

t₂(定义在仿真实例的0.16s处)时刻的线电压为：

实例中，检测点Q位于故障点F1、F2之间；

步骤二，检测系统的主站根据收集到的信息，进行故障类型的判定，若t₁、t₂时刻下的线电压幅值

和此时间段内的线电压相角变化量

满足检测判据：

则认为[XY]中的超前相X相发生单相断线故障，若均不满足检测判据，则认为线路在此时间段无单相断线故障发生，回到S1重复以上步骤循环检测，实例中，经系统仿真采样，当故障点为F1时，检测点Q在t₁时刻下的线电压为

在t₂时刻下的线电压为

系统仿真波形图如图3所示，结合以上数据，经计算在检测点Q有

符合检测判据，则认为发生A相单相断线故障且故障点位于Q上游；

同理，当故障点为F2时，检测点Q在t₁时刻下的线电压为

在t₂时刻下的线电压为

系统仿真波形图如图4所示，经计算在检测点Q有

不符合检测判据，认为Q点上游处未发生单相断线故障；

若系统数据有所变化，均不满足检测判据，认为此线路在该时间段内于Q检测点上游无单相断线故障发生，检测系统的主站将循环收集Q处检测点的信息，重复进行检测判据判定；

当系统接地方式或者导线坠地侧的条件改变时，其线电压的故障特征均满足本发明提出的判定规则。

现场测量可能会出现仅测到一个线电压的情况，此时利用上述判据判断单相断线故障的检出率为2/3。

FTU把电压信息送到主站进行故障判定，对继保装置发出动作命令，隔离故障区段以进行维修。

当故障位于其他位置时，与故障点位于Q上游段之间类似，不再赘述。

以上是单相断线故障发生后，利用断口下游线电压在相邻两个时刻的幅值与相位的差异来进行单相断线故障发生的判定并进行故障位置诊断的方法。主要解决发生配电线路发生单相断线故障时的保护问题，尤其是断口处仅一侧高阻接地的情况。以利用现场已有的配网自动化设备测量出检测点在不同时刻下的线电压幅值与相位信息为前提，适应于不同接地方式下的配电线路，不需要附加新仪器，仅利用电压信息就可实现，适用性很强，是对现有检测方法很好的补充。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本文描述的过程的操作，除非本文另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本文描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本文所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (3)

1.一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测方法，其特征在于：所述方法首先定义相邻两个时刻t₁、t₂，获取在此相邻两个时刻下配电线路在检测点处的线电压幅值和相位信息，然后根据获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量，判断检测点在t₁、t₂时刻下的线电压幅值和此时间段内的线电压相角差是否满足检测判据，若满足，则认为发生单相断线故障，故障点位置位于检测点上游，若均不满足检测判据，则认为检测点上游在t₁、t₂时间段内无单相断线故障发生；

所述方法具体包括以下步骤：

步骤S1：定义相邻两个时刻t₁、t₂，获取在此相邻两个时刻下配电线路在检测点处的线电压幅值和相位信息，t₁时刻下检测点处线电压为

其中[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],则

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₁时刻的线电压幅值和相位，同理，t₂时刻下检测点处线电压为

即

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₂时刻的线电压幅值和相位，t₁、t₂时刻间隔m个周波，m为正整数；

步骤S2：根据步骤S1所获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量：

代表检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角差，

代表检测点在t₁时刻下的线电压相角，

代表检测点在t₂时刻下的线电压相角；

[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],分别代表AB相、BC相、CA相；

步骤S3：判断检测点在t₁、t₂，时刻下的线电压幅值

和此时间段内的线电压相角差

是否满足检测判据，检测判据为：

若满足，则认为[XY]中的超前相X相发生单相断线故障，故障点位置位于检测点上游，若均不满足检测判据，则认为检测点上游在t₁、t₂，时间段无单相断线故障发生，回到步骤S1重复以上步骤循环检测。

2.一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测系统，其特征在于：所述系统包括

获取单元，设定相邻两个时刻t₁、t₂，用于获取在此相邻两个时刻下配电线路在检测点处的线电压幅值和相位信息；所述获取单元线电压幅值和相位信息表达如下：

t₁时刻下检测点处线电压为

其中[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],则

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₁时刻的线电压幅值和相位，同理，t₂时刻下检测点处线电压为

即

分别表示AB两相、BC两相和CA两相间在t₂时刻的线电压幅值和相位，t₁、t₂时刻间隔m个周波，m为正整数；

计算单元，根据获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量；计算单元所获得的检测点处线电压幅值和相位信息，计算得到检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角变化量表达如下：

代表检测点在t₁、t₂时间段内的线电压相角差，

代表检测点在t₁时刻下的线电压相角，

代表检测点在t₂时刻下的线电压相角；

[XY]可取[AB]、[BC]、[CA],分别代表AB相、BC相、CA相；

判断单元，用于判断检测点在t₁、t₂时刻下的线电压幅值和此时间段内的线电压相角差是否满足检测判据，若满足，则认为发生单相断线故障，故障点位置位于检测点上游，若均不满足检测判据，则认为检测点上游在t₁、t₂时间段内无单相断线故障发生；检测判据作为判断单元内嵌的软件模块，其公式表达为：

3.一种计算机可读存储介质，其上储存有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1所述的一种基于线电压变化信息的10kV配电线路单相断线故障方向检测方法。

Images