CN113567811B - 一种配电线路单相故障检测方法及相关装置 - Google Patents

一种配电线路单相故障检测方法及相关装置 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种配电线路单相故障检测方法及相关装置，方法包括：分别获取配电线路检测点第一工频周期和第二工频周期内的相位角；根据第二相位角分别计算出AB相角差和AC相角差之后，求取AB相角差与AC相角差的差值，得到相序差值；若相序差值大于相序角阈值，则判定存在相序突变，同时分别计算第一工频周期的第一相位角与第二工频周期的第二相位角之间的三相周期相角差；若三相周期相角差中仅存在一个值在预置范围内，则判定相周期差值对应的相发生单相断线故障，且故障点位于检测点的上游。本申请能够解决现有单相故障检测方法选取指标不合适，或者对附加仪器设备要求较高，导致实际检测操作困难，检测结果缺乏可靠性的技术问题。

Description

一种配电线路单相故障检测方法及相关装置
技术领域
本申请涉及配电线路故障检测技术领域，尤其涉及一种配电线路单相故 障检测方法及相关装置。
背景技术
随着绝缘导线的应用，配网的断线故障呈现多发趋势。但是现有的断线 故障检测手段有限，难以实现故障的及时诊断，故障线路难以及时切除，造 成一定的火灾风险。
单相断线故障发生后，当断口处两侧导线均坠地，其电压稳态特征与其 发生单相接地故障时类似，因此传统的小电流接地故障诊断方法在此也可适 用，而断口处仅有一侧接地或者不接地时，由于坠地点处受当地土壤电阻率 等特征的影响，过渡电阻的数值跨度从零到数十千欧均有可能，因此故障电 流往往相当微弱，以电流保护为主的继电保护装置拒动的情况时有发生。另 外现有的故障诊断方案对附加仪器设备的精准对时具有较高的要求，实际操 作难度大，导致诊断结果缺乏可靠性。
发明内容
本申请提供了一种配电线路单相故障检测方法及相关装置，用于解决现 有单相故障检测方法选取指标不合适，或者对附加仪器设备要求较高，导致 实际检测操作困难，检测结果缺乏可靠性的技术问题。
有鉴于此，本申请第一方面提供了一种配电线路单相故障检测方法，包 括：
分别获取配电线路检测点第一工频周期和第二工频周期内的相位角，所 述相位角包括第一相位角和第二相位角；
根据所述第二相位角分别计算出AB相角差和AC相角差之后，求取所述 AB相角差与所述AC相角差的差值，得到相序差值；
若所述相序差值大于相序角阈值，则判定存在相序突变，同时分别计算 所述第一工频周期的所述第一相位角与所述第二工频周期的所述第二相位角 之间的三相周期相角差，所述三相周期相角差包括A相周期差值、B相周期 差值和C相周期差值；
若所述A相周期差值、所述B相周期差值和所述C相周期差值中仅存在 一个相周期差值在预置范围内，则判定所述相周期差值对应的相发生单相断 线故障，且故障点位于所述检测点的上游。
可选的，所述根据所述第二相位角分别计算出AB相角差和AC相角差之 后，求取所述AB相角差与所述AC相角差的差值，得到相序差值，还包括：
将所述AB相角差和所述AC相角差换算至-360°-0°范围内。
可选的，所述若所述相序差值大于相序角阈值，则判定三相相序改变， 同时分别计算所述第一工频周期的所述第一相位角与所述第二工频周期的所 述第二相位角之间的三相周期相角差，之后还包括：
将绝对值大于180°的所述三相周期相角差按照预置角度公式进行角度换 算处理，所述预置角度公式为：
θtX＝360-θ′tX
其中，θ′tX为角度换算处理前的三相周期相角差，所述θtX为角度换算处理 后的三相周期相角差。
可选的，所述预置范围为：
Figure BDA0003210668130000021
其中，θtX为所述角度换算处理后的三相周期相角差，所述t为工频周期， 所述X为取值A、B、C的三相。
本申请第二方面提供了一种配电线路单相故障检测装置，包括：
相角获取模块，用于分别获取配电线路检测点第一工频周期和第二工频 周期内的相位角，所述相位角包括第一相位角和第二相位角；
差值计算模块，用于根据所述第二相位角分别计算出AB相角差和AC相 角差之后，求取所述AB相角差与所述AC相角差的差值，得到相序差值；
第一判断模块，用于若所述相序差值大于相序角阈值，则判定存在相序 突变，同时分别计算所述第一工频周期的所述第一相位角与所述第二工频周 期的所述第二相位角之间的三相周期相角差，所述三相周期相角差包括A相 周期差值、B相周期差值和C相周期差值；
第二判断模块，用于若所述A相周期差值、所述B相周期差值和所述C 相周期差值中仅存在一个相周期差值在预置范围内，则判定所述相周期差值 对应的相发生单相断线故障，且故障点位于所述检测点的上游。
可选的，还包括：
第一角度换算模块，用于将所述AB相角差和所述AC相角差换算至 -360°-0°范围内。
可选的，还包括：
第二角度换算模块，用于将绝对值大于180°的所述三相周期相角差按照 预置角度公式进行角度换算处理，所述预置角度公式为：
θtX＝360-θ′tX
其中，θ′tX为角度换算处理前的三相周期相角差，所述θtX为角度换算处理 后的三相周期相角差。
可选的，所述预置范围为：
Figure BDA0003210668130000031
其中，θtX为所述角度换算处理后的三相周期相角差，所述t为工频周期， 所述X为取值A、B、C的三相。
本申请第三方面提供了一种配电线路单相故障检测设备，所述设备包括 处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行第一方面所述的配电线 路单相故障检测方法。
本申请第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储 介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行第一方面所述的配电线路单 相故障检测方法
从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：
本申请中，提供了一种配电线路单相故障检测方法，包括：分别获取配 电线路检测点第一工频周期和第二工频周期内的相位角，相位角包括第一相 位角和第二相位角；根据第二相位角分别计算出AB相角差和AC相角差之后， 求取AB相角差与AC相角差的差值，得到相序差值；若相序差值大于相序角 阈值，则判定存在相序突变，同时分别计算第一工频周期的第一相位角与第 二工频周期的第二相位角之间的三相周期相角差，三相周期相角差包括A相 周期差值、B相周期差值和C相周期差值；若A相周期差值、B相周期差值 和C相周期差值中仅存在一个相周期差值在预置范围内，则判定相周期差值 对应的相发生单相断线故障，且故障点位于检测点的上游。
本申请提供的配电线路单相故障检测方法，以检测点出的相电压相角变 化为指标进行单相故障分析，不需要太多附加设备的操作，除了相角差计算 和判断操作，也没有其他的复杂条件，既能够准确反映单相故障，又便于执 行操作。因此，本申请能够解决现有单相故障检测方法选取指标不合适，或 者对附加仪器设备要求较高，导致实际检测操作困难，检测结果缺乏可靠性 的技术问题。
附图说明
图1为本申请实施例提供的一种配电线路单相故障检测方法的流程示意 图；
图2为本申请实施例提供的一种配电线路单相故障检测装置的结构示意 图；
图3为本申请实施例提供的三相断线故障对应的电压相序相对关系示意 图；
图4为本申请应用例提供的10kv配网系统线路结构示意图；
图5为本申请应用例提供的Q检测点处在t1、t2时刻下故障点F1的相电 压仿真波形图；
图6为本申请应用例提供的Q检测点处在t1、t2时刻下故障点F2的相电 压仿真波形图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实 施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然， 所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申 请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的 所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
为了便于理解，请参阅图1，本申请提供的一种配电线路单相故障检测方 法的实施例，包括：
步骤101、分别获取配电线路检测点第一工频周期和第二工频周期内的相 位角，相位角包括第一相位角和第二相位角。
在两个工频周期中分别获取一个相位角信息，即第一工频周期获取第一 相位角，第二个工频周期中获取第二相位角，第一相位角和第二相位角均包 括A相位角、B相位角和C相位角。将第一工频周期设置为t1，第二工频周 期设置为t2，第一相位角设置为θ1A，θ1B，θ1C；将第二相位角设置为θ2A，θ2B， θ2C。为了便于后续的计算分析，将所有的相位角均调整至0-360°的范围内。
步骤102、根据第二相位角分别计算出AB相角差和AC相角差之后，求 取AB相角差与AC相角差的差值，得到相序差值。
首先根据第二相位角的信息计算第二相位角的AB相角差和AC相角差：
θ2AB＝θ2A-θ2B，θ2AC＝θ2A-θ2C
然后根据计算的两个内部相角差作差值计算，即可得到相序差值：
Δθ＝θ2AB-θ2AC
进一步地，步骤102，还包括：
将AB相角差和AC相角差换算至-360°-0°范围内。
在计算相序差值之前，为了便于取值计算，且差值较为直观，按照360° 为周期，将θ2AB和θ2AC都调整到-360°-0°。
另外，三相各自出现断线故障时的电压相序相对关系请参阅度图3所示。
步骤103、若相序差值大于相序角阈值，则判定存在相序突变，同时分别 计算第一工频周期的第一相位角与第二工频周期的第二相位角之间的三相周 期相角差，三相周期相角差包括A相周期差值、B相周期差值和C相周期差 值。
一般的，相序角阈值设置为0°，也就是说如果上述求得相序差值大于0°， 即AC两相的角度大于AB两相之间的角度，则说明出现了相序突变，也就是 相序发生了改变，则需要继续进行相角差值计算进一步判定具体是哪一相出 现了故障。此处的三相周期相角差是两个工频周期之间的相位角变化的描述， 就是相位角的时序性变化情况。三个相分别的相位角分别对应作差值计算， 可以表示为：
θtX＝|θ2X-θ1X|
其中，θtX即为三相周期相角差，t为工频周期，X为取值A、B、C的三 相。
进一步地，步骤103，之后还包括：
将绝对值大于180°的三相周期相角差按照预置角度公式进行角度换算处 理，预置角度公式为：
θtX＝360-θ′tX
其中，θ′tX为角度换算处理前的三相周期相角差，θtX为角度换算处理后的 三相周期相角差。
在θtX＞180°时，采用上述公式将三相周期相角差进行角度换算调整，便于 后后续的计算判断，也更加直观。
步骤104、若A相周期差值、B相周期差值和C相周期差值中仅存在一 个相周期差值在预置范围内，则判定相周期差值对应的相发生单相断线故障， 且故障点位于检测点的上游。
进一步地，预置范围为：
Figure BDA0003210668130000061
其中，θtX为角度换算处理后的三相周期相角差，t为工频周期，X为取值 A、B、C的三相。
如果三个结果中不是仅存在一个值在预置范围内，或者所有的值均不在 预置范围内，则都视为不符合条件，都无法确定具体的故障相，只有仅存在 一个值处于给出的预置范围内时，才能判定单相断线故障，且依据相序突变 的结果可以判定故障点位于检测点的上游。
为了便于理解，本申请提供一种与本实施例匹配的10kV配电系统应用 例，请参阅图4，开关K1、K2控制系统中性点接地方式。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，监测 终端Q位于故障线路距母线12km处。相应的配网自动化系统，系统包括三 个部分：位于检测点的配变终端检测设备、主站、通信系统，检测设备与主 站靠通信系统联系，配变终端判定故障方向及进行故障的选相，进一步把故 障信息送到主站处理，主站实现故障的精确定位。
假设A相断线，两个故障点F1、F2位于L6线路上，分别位于监测终端Q 的上游和下游，位置为距母线10km、13km处。设系统架空线路的相关参数： Z1＝(0.17+j0.38)Ω/km，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 |ZAB|＝400Ω，|ZAC|＝440Ω，|ZBC|＝400Ω，利用此系统验证本实施例方法的有效性。
假设系统中K2接通、K1断开，K3接地、K4均断开，系统工作方式为小 电阻接地，断口处为电源侧接地，接地电阻200Ω，以此为例。
设置两故障点F1、F2，检测点Q位于两者之间，当F2点故障时，检测点 Q在故障后时刻(采样时刻取为0.16s)三相电压数据为：θA＝5448V∠-2.4°， θB＝6012V∠236.5°，θC＝5715V∠121.9°，断线故障前后系统仿真三相电压波形图如图 5所示，经计算，θAB＝-238.9，θAC＝-124.3，不满足θAB＞θAC这一条件，因此认 为F2故障，此时Q点上游无单相断线故障发生；同理，F1故障时，检测点Q 在故障后时刻三相电压数据为：θA＝3202V∠185.6°，θB＝6024V∠236.4°， θC＝5693V∠121.9°，经计算，θAB＝-50.8，θAC＝-296.3，Δθ＝245.5，断线故障前后系 统仿真三相电压波形图如图6所示，符合相序差值大于相序角阈值的条件。
故障点位于F1，令检测点Q在故障后采样时间第0.16s(令其为t2时刻)， 采样值θ2A＝3202V∠185.6°，θ2B＝6024V∠236.4°，θ2C＝5693V∠121.9°，则令其前一时刻t1时 刻0.04s，其三相采样值θ1A＝5709V∠-1.8°，θ1B＝5698V∠238.2°，θ1C＝5698V∠118.4°，经 计算，θtA＝172.6，
Figure RE-GDA0003277825230000071
三相周期相角差中存在一个值在预置范围内，因 此，可以判断出现单相故障，且对应的A相出现断线故障，故障点位于检测 点Q的上游。
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 能满足本实施例提出的判定规则。而且，主站收集到故障判定信息后，可以 对继保装置发出动作命令，隔离故障区段以进行维修。当系统装有多台ttu设 备时，故障位置确定，位于故障下游的ttu设备均能发出告警，而故障上游的 设备无故障报告信号，因此相邻的信号不一致的检测设备之间即为故障发生 区段。单相断线故障发生后，利用不同时刻的相电压的相序信息可以完成单 相断线故障发生的判定并诊断出故障方向。
本申请提供的配电线路单相故障检测方法，以检测点出的相电压相角变 化为指标进行单相故障分析，不需要太多附加设备的操作，除了相角差计算 和判断操作，也没有其他的复杂条件，既能够准确反映单相故障，又便于执 行操作。因此，本申请能够解决现有单相故障检测方法选取指标不合适，或 者对附加仪器设备要求较高，导致实际检测操作困难，检测结果缺乏可靠性 的技术问题。
为了便于理解，请参阅图2，本申请提供了一种配电线路单相故障检测装 置的实施例，包括：
相角获取模块201，用于分别获取配电线路检测点第一工频周期和第二工 频周期内的相位角，相位角包括第一相位角和第二相位角；
差值计算模块202，用于根据第二相位角分别计算出AB相角差和AC相 角差之后，求取AB相角差与AC相角差的差值，得到相序差值；
第一判断模块203，用于若相序差值大于相序角阈值，则判定存在相序突 变，同时分别计算第一工频周期的第一相位角与第二工频周期的第二相位角 之间的三相周期相角差，三相周期相角差包括A相周期差值、B相周期差值 和C相周期差值；
第二判断模块204，用于若A相周期差值、B相周期差值和C相周期差 值中仅存在一个相周期差值在预置范围内，则判定相周期差值对应的相发生 单相断线故障，且故障点位于检测点的上游。
进一步地，还包括：
第一角度换算模块205，用于将AB相角差和AC相角差换算至-360°-0° 范围内。
进一步地，还包括：
第二角度换算模块206，用于将绝对值大于180°的三相周期相角差按照 预置角度公式进行角度换算处理，预置角度公式为：
θtX＝360-θ′tX
其中，θ′tX为角度换算处理前的三相周期相角差，θtX为角度换算处理后的 三相周期相角差。
进一步地，预置范围为：
Figure BDA0003210668130000091
其中，θtX为角度换算处理后的三相周期相角差，t为工频周期，X为取值 A、B、C的三相。
本申请还提供了一种配电线路单相故障检测设备，设备包括处理器以及 存储器；
存储器用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器用于根据程序代码中的指令执行上述方法实施例中的配电线路单 相故障检测方法。
本申请还提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，计算机可读存 储介质用于存储程序代码，程序代码用于执行上述方法实施例中的配电线路 单相故障检测方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法， 可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的， 例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外 的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或 一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或 直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连 接，可以是电性，机械或其它的形式。
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 者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中， 也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单 元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单 元的形式实现。
所述集成的单元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。基于这样的理解，本 申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的 全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个 存储介质中，包括若干指令用以通过一台计算机设备(可以是个人计算机， 服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步 骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(英文全称：Read-Only Memory，英文缩写：ROM)、随机存取存储器(英文全称：Random Access Memory，英文缩写：RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应 当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其 中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案 的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种配电线路单相故障检测方法，其特征在于，包括：
分别获取配电线路检测点第一工频周期和第二工频周期内的相位角，所述相位角包括第一相位角和第二相位角；
根据所述第二相位角分别计算出AB相角差和AC相角差之后，求取所述AB相角差与所述AC相角差的差值，得到相序差值；
若所述相序差值大于相序角阈值，则判定存在相序突变，同时分别计算所述第一工频周期的所述第一相位角与所述第二工频周期的所述第二相位角之间的三相周期相角差，所述三相周期相角差包括A相周期差值、B相周期差值和C相周期差值；其中，所述相序角阈值为0；
若所述A相周期差值、所述B相周期差值和所述C相周期差值中仅存在一个相周期差值在预置范围内，则判定所述相周期差值对应的相发生单相断线故障，且故障点位于所述检测点的上游；其中，所述预置范围具体为：
Figure FDA0003929916190000011
其中，θtX为角度换算处理后的三相周期相角差，所述t为工频周期，所述X为取值A、B、C的三相。
2.根据权利要求1所述的配电线路单相故障检测方法，其特征在于，所述根据所述第二相位角分别计算出AB相角差和AC相角差之后，求取所述AB相角差与所述AC相角差的差值，得到相序差值，还包括：
将所述AB相角差和所述AC相角差换算至-360°-0°范围内。
3.根据权利要求1所述的配电线路单相故障检测方法，其特征在于，所述若所述相序差值大于相序角阈值，则判定三相相序改变，同时分别计算所述第一工频周期的所述第一相位角与所述第二工频周期的所述第二相位角之间的三相周期相角差，之后还包括：
将绝对值大于180°的所述三相周期相角差按照预置角度公式进行角度换算处理，所述预置角度公式为：
θtX＝360-θ′tX
其中，θ′tX为角度换算处理前的三相周期相角差，所述θtX为角度换算处理后的三相周期相角差。
4.一种配电线路单相故障检测装置，其特征在于，包括：
相角获取模块，用于分别获取配电线路检测点第一工频周期和第二工频周期内的相位角，所述相位角包括第一相位角和第二相位角；
差值计算模块，用于根据所述第二相位角分别计算出AB相角差和AC相角差之后，求取所述AB相角差与所述AC相角差的差值，得到相序差值；
第一判断模块，用于若所述相序差值大于相序角阈值，则判定存在相序突变，同时分别计算所述第一工频周期的所述第一相位角与所述第二工频周期的所述第二相位角之间的三相周期相角差，所述三相周期相角差包括A相周期差值、B相周期差值和C相周期差值；其中，所述相序角阈值为0；
第二判断模块，用于若所述A相周期差值、所述B相周期差值和所述C相周期差值中仅存在一个相周期差值在预置范围内，则判定所述相周期差值对应的相发生单相断线故障，且故障点位于所述检测点的上游；其中，所述预置范围具体为：
Figure FDA0003929916190000021
其中，θtX为角度换算处理后的三相周期相角差，所述t为工频周期，所述X为取值A、B、C的三相。
5.根据权利要求4所述的配电线路单相故障检测装置，其特征在于，还包括：
第一角度换算模块，用于将所述AB相角差和所述AC相角差换算至-360°-0°范围内。
6.根据权利要求4所述的配电线路单相故障检测装置，其特征在于，还包括：
第二角度换算模块，用于将绝对值大于180°的所述三相周期相角差按照预置角度公式进行角度换算处理，所述预置角度公式为：
θtX＝360-θ′tX
其中，θ′tX为角度换算处理前的三相周期相角差，所述θtX为角度换算处理后的三相周期相角差。
7.一种配电线路单相故障检测设备，其特征在于，所述设备包括处理器以及存储器；
所述存储器用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器用于根据所述程序代码中的指令执行权利要求1-3任一项所述的配电线路单相故障检测方法。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于存储程序代码，所述程序代码用于执行权利要求1-3任一项所述的配电线路单相故障检测方法。
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