CN113900040A - 一种供电线缆的短路故障定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种供电线缆的短路故障定位方法及系统，该短路故障定位方法包括：确定流经故障检测单元所在节点的电流处于过流的故障信息；确定流经所述故障检测单元所在节点的电流为零的停电信息；根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置，实现故障的检测与定位，提高电力系统的运维效率。

Description

一种供电线缆的短路故障定位方法及系统

技术领域

本发明涉及供电线缆的技术领域，尤其涉及一种供电线缆的短路故障定位方法及系统。

背景技术

当供电线缆出现相间短路或者对地接地的情况时，会造成整个线路的故障保护，如断开电闸停止供电等，造成生产损失。但对于发生故障的位置并不能及时进行定位，从而需要投入大量的人力物力对线路进行巡查、定位故障、和排除故障。

发明内容

本发明的目的在于提出一种供电线缆的短路故障定位方法及系统，实现供电线缆故障的检测与定位，提高电力系统的运维效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

第一方面，本发明提出一种供电线缆的短路故障定位方法，包括：

确定流经故障检测单元所在节点的电流处于过流的故障信息；

确定流经所述故障检测单元所在节点的电流为零的停电信息；

根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置。

进一步的，所述根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置，包括：

根据所述故障信息确定出第一节点，所述第一节点为最后一个检测到所述故障信息并上报的节点；

根据所述停电信息确定出第二节点，所述第二节点为第一个检测到所述停电信息并上报的节点；

确定在所述第一节点和所述第二节点之间存在短路故障。

第二方面，本发明还提出一种供电线缆的短路故障定位系统，包括：供电线缆、后台终端和故障检测单元；

所述供电线缆上设置有节点；

所述故障检测单元安装于所述节点之上，用于当检测到流经所述节点的电流处于过流的故障状态时，将故障信息发送至后台终端；当检测到流经所述节点的电流为零的停电状态时，将停电信息发送至后台终端；

所述后台终端，用于根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置。

进一步的，所述后台终端，用于根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置，包括：

根据所述故障信息确定出第一节点，所述第一节点为最后一个检测到所述故障信息并上报的节点；

根据所述停电信息确定出第二节点，所述第二节点为第一个检测到所述停电信息并上报的节点；

确定在所述第一节点和所述第二节点之间存在短路故障。

进一步的，所述故障检测单元包括：

波形获取模块，用于获取供电线缆中的电流的波形，其中，所述波形的幅值为电流值；

跃迁确定模块，用于确定所述波形是否存在跃迁；

故障确定模块，用于当所述波形中存在跃迁，且在所述跃迁之后的所述波形的电流值为零时，确定所述供电线缆中存在短路故障。

进一步的，所述故障检测单元中设置有定位模块；

所述定位模块用于获取所述节点的地理位置信息；所述故障信息和所述停电信息均包括相应节点的地理位置信息。

进一步的，所述故障检测单元中设置有通信模块；

所述通信模块，用于将所述故障信息、停电信息发送至所述后台终端。

与现有技术相比，本发明提供的供电线缆的短路故障定位方法及系统具有以下优点：可对发生短路故障供电线缆进行快速定位，从而减少因人为进行排查、故障排除所花费的人力无力。

附图说明

图1为本发明实施例1提供的一种供电线缆的短路故障定位系统的结构示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种供电线缆的短路故障定位方法的流程图；

图3为本发明实施例1提供的速断保护动作跳闸的示意图；

图4为本发明实施例1提供的节点经历过流电流的示意图；

图5为本发明实施例2提供的一种供电线缆的短路故障定位系统中故障检测单元的结构示意图；

图6为本发明实施例2提供的一种供电线缆的短路故障定位系统中故障检测单元的工作流程图；

图7为本发明实施例2提供的一种供电线缆中正常电流的波形图；

图8为本发明实施例2提供的一种供电线缆中出现过流故障时对应的电流的波形图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

图1为本发明实施例1提供的一种供电线缆的短路故障定位系统的结构示意图；图2为本发明实施例1提供的一种供电线缆的短路故障定位方法的流程图；图3为本发明实施例1提供的速断保护动作跳闸的示意图；图4为本发明实施例1提供的节点经历过流电流的示意图。

本实施例提供一种供电线缆的短路故障定位方法，可以用于对供电线缆的短路故障进行定位。进一步的，该方法可以应用于短路故障定位系统中，特别的，应用于短路故障系统中的后台终端中。

具体的，可以参照图1，供电线缆的短路故障定位系统，可以包括：包括：开关、供电线缆、后台终端和故障检测单元。示例性的，参照图1，S1为开关、F1-F9为故障检测单元，或又表示故障检测单元所在的节点的编号，故障检测单元之间的黑线为供电线缆。

故障检测单元可以是集成有微型计算单元的终端，可以进行在缆式的安装，即安装在供电线缆上，直接对供电线缆的短路故障引起的过流进行检测。

具体的，供电线缆上设置有节点。

故障检测单元安装于节点之上，用于当检测到流经节点的电流处于过流的故障状态时，将该故障信息发送至后台终端。

故障检测单元，还用于当检测到流经节点的电流为零的停电状态时，将该停电信息发送至后台终端。

所述后台终端，用于根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置。

其中，后台终端可以是服务器或者上位机，用于与故障检测单元进行数据的通信和分析。

进一步的，该故障检测单元中还可以设置有定位模块；该定位模块，用于获取该节点的地理位置。定位模块可以使用兼容全球卫星定位系统或者北斗卫星定位系统的芯片。后台终端可以接收该地理位置，以确定节点的位置，方便供电线缆的维修人员快速到达该节点所在的位置。

进一步的，所述故障信息和所述停电信息均可以包括相应节点的地理位置信息。

进一步的，该故障检测单元中设置有通信模块；该通信模块，用于将该故障信息或停电信息发送至该后台终端。其中，通信模块可以使用4G、5G等移动通信的芯片，如CAT4或者CAT1芯片。

在上述技术方案的基础上，参照图2，供电线缆的短路故障定位方法，可以应用于后台终端，可以包括如下步骤：

S110、确定流经故障检测单元所在节点的电流处于过流的故障信息。

其中，故障信息为所述故障检测单元在检测到短路故障引起的、流经故障检测单元所在节点的电流处于过流时发送的信息。也就是说，故障检测单元可以检测到流经所在节点的电流处于过流的故障信息，即检测到因短路故障引起的过流的故障。

进一步的，当故障检测单元检测到流经所在节点的电流处于过流的故障状态，可以将指示过流的故障信息发送到后台终端。后台终端，则用于接收故障检测单元发送的故障信息。

S120、确定流经所述故障检测单元所在节点的电流为零的停电信息。

本实施例中，短路故障伴随着因中继保护装置的保护措施而停电的情况，供电线缆上流经故障检测单元的电流的幅值应该变为零。同样的，故障检测单元在检测到流经所在节点的电流为零的停电信息时，可以将该停电信息发送到后台终端。后台终端，则用于接收故障单元发送的停电信息。

S130、根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置。

进一步的，本实施例中，后台终端根据接收到的故障信息和停电信息，来确定供电线缆发生短路故障的位置。该位置可以是节点或者故障检测单元的编号，如图1中的F1-F9，也可以是定位模块所获取的地理位置。

一般的，短路故障发生在最后一个经过过流电流的节点与第一个未经过过流电流的节点之间。

在一实施例中，可以根据该故障信息确定出第一节点，该第一节点为最后一个检测到该故障信息并上报至该后台终端的节点，对应于最后一个经过过流电流的节点；根据该停电信息确定出第二节点，该第二节点为第一个检测到该停电信息并上报至该后台终端的节点，对应于第一个未经过过流电流的节点；进一步的，可以确定在该第一节点和该第二节点之间存在短路故障。

在具体的实施例中，参照图1所示的短路故障定位系统，S1为变电站出线开关，F1-F9为故障检测单元，又表示故障检测单元所在的节点的编号。若F5-F6之间发生故障时，如图3所示，首先开关S1将速断保护动作跳闸。之后，如图4所示，F1～F5将经历短路故障引起的过流电流，其他故障检测单元，如F6-F9，则未经历故障电流，也就是说最后一个经过过流电流的节点为节点F5，第一个未经过过流电流的节点为节点F6。

因此，故障发生在最后一个经历过流电流的节点F5与第一个未经历过流电流的节点F6之间。即节点F5为第一节点，节点F6为第二节点。

对本实施例，可对发生短路故障供电线缆进行快速定位，从而减少因人为进行排查、故障排除所花费的人力无力。

实施例2

本实施例中，将针对上述实施例中的故障检测单元如何进行故障检测进一步细化。

图5为本发明实施例2提供的一种供电线缆的短路故障定位系统中故障检测单元的结构示意图；图6为本发明实施例2提供的一种供电线缆的短路故障定位系统中故障检测单元的工作流程图；图7为本发明实施例2提供的一种供电线缆中正常电流的波形图；图8为本发明实施例2提供的一种供电线缆中出现过流故障时对应的电流的波形图。

本实施例提供的供电线缆的短路故障定位系统的故障检测单元，用于对供电线缆的短路故障进行检测，并在检测到流经故障检测单元所在节点的电流处于过流时，将故障信息发送至后台终端，具体的，参照图5，故障检测单元除了可以包括定位模块、通信模块之外，还可以包括：波形获取模块510、跃迁确定模块520和故障确定模块530。

其中，波形获取模块510，用于获取供电线缆中的电流的波形，其中，所述波形的幅值为电流值；

跃迁确定模块520，用于确定所述波形是否存在跃迁；

故障确定模块530，用于当所述波形中存在跃迁，且在所述跃迁之后的所述波形的电流值为零时，确定所述供电线缆中存在短路故障。

具体的，参照图6，本实施例将以方法步骤的方式对故障检测单元的工作原理进行详细描述，具体的，故障检测单元可以执行如下的步骤：

步骤一：获取供电线缆中的电流的波形，其中，所述波形的幅值为电流值。

一般的，当供电线缆出现短路故障时，容易导致供电线缆上的电流出现过流的情况，即电流值大幅提高。传统的针对过流情况的故障检测方法，可以根据电流值变化设定固定阈值，并在电流值超过该固定阈值时进行故障报警。

参照图7，供电线缆上电流波形呈正弦变化，波形的幅值可近似表征当前电流负荷。进一步的，供电线缆上会因各项负载的动态投入和切除，导致供电线缆上的波形出现幅值变化。因此，传统的短路故障检测方法对于大负载的投入，复合闸，涌流等情况也无法做出有效判断，存在很大的误报率。

本实施例中，采用的是基于波形分析的短路故障检测方法，可以用于进行短路故障等引起的过流情况的检测。

具体的，故障检测单元进行在缆式安装，可以实时检测到供电线缆上电流的波形。

步骤二：确定所述波形是否存在跃迁。

参照图8，当供电线缆发生短路故障时，故障检测单元所获取的波形上电流幅值会大幅上升，与发生故障前的电流负荷比较，成倍数进行跃迁。示例性的，图8中的A区域对应的波形为呈正弦变化的正常波形，B区域对应的波形出现跃迁，可以确定在B区域对应的时间点有出现短路故障的可能性。

需要注意的是，波形存在跃迁也有可能是大负荷投切、涌流或复合闸等情况引起的，因此，不能确定波形存在跃迁，就是对应短路故障的情况。

本实施例中，可以对波形进行高速采样，并对波形进行分析，判断波形特征是否满足跃迁的情况。具体的，可以基于当前供电线缆的运行负载下电流幅值变化幅度来判定是否存在跃迁的情况。当波形存在跃迁的情况时，可以定性为该波形为存在短路故障的疑似波形。

在一实施例中，可以确定波形的幅值在预设周期内(如一或多个正弦波的周期)的变化范围；当确定波形的幅值超过该变化范围时，确定波形存在跃迁。

具体的，还可以确定该变化范围对应的、幅值的最大值和最小值；当该波形的幅值超过该最大值或小于该最小值的预置倍数(如3倍)时，确定该波形的幅值超过该变化范围，即可以确定该波形存在跃迁的情况，可以认定为该波形为存在短路故障的疑似波形。

本实施例中，在执行完步骤二之后，可以判断在所述跃迁之后的、所述波形的电流值是否为零；若在跃迁之后的、波形的电流值为零，则执行步骤三，否则，执行步骤五。

一般的，针对短路故障的情况，供电线缆中都设置有短路中继保护装置，用于在线路出现短路故障时，及时停止供电，防止因持续的过流电流引起在供电线缆上工作的负载因超负荷工作而毁坏。

因此，可以判断在跃迁之后的、波形的电流值是否为零，即是否出现停电的状态，来判断是否真的出现了短路故障的情况。

本实施例中，在判断跃迁之后的、波形的电流值是否为零之时，可以截取跃迁之后的，一个或多个正弦波周期的波形作为判断依据了。具体的，当截取的波形存在幅值，则认为波形的电流值不为零，否则，波形的电流值为零。

步骤三：当所述波形中存在跃迁，且在所述跃迁之后的所述波形的电流值为零时，确定所述供电线缆中存在短路故障。

本实施例中，短路故障伴随着因中继保护装置的保护措施而停电的情况，供电线缆上流经故障检测单元的电流的幅值应该变为零。

示例性的，图8中的A区域对应的波形为呈正弦变化的正常波形，B区域对应的波形出现跃迁，C区域对应的波形的电流值为零，则可以确定故障检测单元检测到因短路引起的过流的故障。

步骤四：发送用于确定所述短路故障引起的、流经所述故障检测单元所在的节点的电流处于过流的故障信息。

具体的，故障检测单元，用于当检测到流经节点的电流处于过流的故障信息时，将该故障信息发送至后台终端。

后台终端，则用于接收故障检测单元发送的故障信息。

当然，一般的，短路故障还帮随着因中继保护装置的保护措施而停电的情况，故障检测单元，还可以用于当检测到流经节点的电流为零的停电信息时，将该停电信息发送至后台终端。

后台终端，则用于接收故障检测单元发送的停电信息。

步骤五：当所述波形中存在跃迁，且在所述跃迁之后的所述波形的电流值不为零时，确定所述波形的跃迁为正常情况。

本实施例中，波形的跃迁为正常情况，可以包括大负荷投切、涌流或复合闸中的一种。

一般的，对于大负荷投切、涌流或复合闸等情况，故障检测单元所获取的波形，不可能在一个或多个正弦波周期(如一个周波20ms)内出现停电动作，从而进行排除干扰。可以将跃迁的情况归因于大负荷投切、涌流或复合闸中的一种。

因此，该短路故障检测方法具有防误报功能，可以包含排除如下情况的误报：

负荷波动防误报警

变压器空载合闸涌流防误报警

线路突合负载涌流防误报警

投切大负荷防误报警

非故障相重合闸时合闸涌流防误报警

另外，本实施例中，进行短路故障检测方法是确定是否发生跃迁，是基于波形的分析方法，具有根据电流负荷自适应的优点。

虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式及试验，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种供电线缆的短路故障定位方法，其特征在于，包括：

确定流经故障检测单元所在节点的电流处于过流的故障信息；

确定流经所述故障检测单元所在节点的电流为零的停电信息；

根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置。

2.根据权利要求1所述的短路故障定位方法，其特征在于，所述根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置，包括：

根据所述故障信息确定出第一节点，所述第一节点为最后一个检测到所述故障信息并上报的节点；

根据所述停电信息确定出第二节点，所述第二节点为第一个检测到所述停电信息并上报的节点；

确定在所述第一节点和所述第二节点之间存在短路故障。

3.一种供电线缆的短路故障定位系统，其特征在于，包括：供电线缆、后台终端和故障检测单元；

所述供电线缆上设置有节点；

所述故障检测单元安装于所述节点之上，用于当检测到流经所述节点的电流处于过流的故障状态时，将故障信息发送至后台终端；当检测到流经所述节点的电流为零的停电状态时，将停电信息发送至后台终端；

所述后台终端，用于根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置。

4.根据权利要求3所述的短路故障定位系统，其特征在于，所述后台终端，用于根据所述故障信息和停电信息确定所述供电线缆发生短路故障的位置，包括：

根据所述故障信息确定出第一节点，所述第一节点为最后一个检测到所述故障信息并上报的节点；

根据所述停电信息确定出第二节点，所述第二节点为第一个检测到所述停电信息并上报的节点；

确定在所述第一节点和所述第二节点之间存在短路故障。

5.根据权利要求3-4任一所述的短路故障定位系统，其特征在于，所述故障检测单元包括：

波形获取模块，用于获取供电线缆中的电流的波形，其中，所述波形的幅值为电流值；

跃迁确定模块，用于确定所述波形是否存在跃迁；

故障确定模块，用于当所述波形中存在跃迁，且在所述跃迁之后的所述波形的电流值为零时，确定所述供电线缆中存在短路故障。

6.根据权利要求5所述的短路故障定位系统，其特征在于，所述故障检测单元中设置有定位模块；

所述定位模块用于获取所述节点的地理位置信息；所述故障信息和所述停电信息均包括相应节点的地理位置信息。

7.根据权利要求6所述的短路故障定位系统，其特征在于，所述故障检测单元中设置有通信模块；

所述通信模块，用于将所述故障信息、停电信息发送至所述后台终端。

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