CN113937736A - 一种电力系统故障防护系统及防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电力系统故障防护系统及防护方法。其中，电力系统故障防护系统包括过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备以及处理平台，所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备分别与所述处理平台信号连接，所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备分别设置于每一设备上。该防护系统通过过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备对每一设备进行实时监测，一方面能够在电力故障发生时及时确定故障位置，发现故障类型，以在最短时间内排除故障，恢复供电；另一方面，能够根据历史电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，提前预防电力事故发生。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种电力系统故障防护系统及防护方法。
背景技术
电网工作运行过程中，总有事故发生，比如输电线路短路，输电线路断路，输电线路遭受雷击，设备超过负荷而导致跳闸，外力破坏导致电力设备损坏，非法操作导致设备停电等等。电网有故障发生时，无论在变电站内，还是在线路上，还是在设备端，首先会造成大面积停电，影响其他行业生产，影响人们的生活。因此，尽快确定故障位置，尽快指挥相应的人员带上合适的抢修工具抵达现场进行故障抢修，恢复供电，成了一个非常必要的紧急工作，也是考核电网公司运维管理部门的最重要的指标之一。因此，保电工作经常是电力部门头等大事，是重中之重。
电力故障发生时，尽快确定故障位置，发现故障类型，弄清故障原因，是电力部门最迫切的紧要任务，必须在最短时间内排除故障，恢复供电，现有的故障定位和故障判断方法，仍然不够全面以及准确。
发明内容
本发明的目的是提供一种电力系统故障防护系统及防护方法，旨在解决现有的电力故障定位和故障判断不够全面和准确的问题。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的：提供一种电力系统故障防护系统，其包括：
用于对变电站系统进行电力故障防护，所述变电站系统设置有多个设备，包括过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备以及处理平台，所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备分别与所述处理平台信号连接，所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备分别设置于每一设备上；其中，
所述过电压监测设备，用于实时采集线路电压电流信息，并将所述电压电流信息发送至所述处理平台；
所述接地电流监测设备，用于实时采集线路接地电流信息，并将所述接地电流信息发送至所述处理平台；
所述线路保护设备，用于对超出正常工作电压的瞬间过电压进行导通分流，并实时发送工作状态信息至所述处理平台；
所述处理平台，用于接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置。
另外，本发明要解决的技术问题是还在于提供一种电力系统故障防护系统的防护方法，其包括：
所述过电压监测设备实时采集线路电压电流信息，并将所述电压电流信息发送至所述处理平台；
所述接地电流监测设备实时采集线路接地电流信息，并将所述接地电流信息发送至所述处理平台；
所述线路保护设备对超出正常工作电压的瞬间过电压进行导通分流，并实时发送工作状态信息至所述处理平台；
所述处理平台接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置。
本发明实施例公开了一种电力系统故障防护系统及防护方法，其中，电力系统故障防护系统，用于对变电站系统进行电力故障防护，所述变电站系统设置有多个设备，包括过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备以及处理平台，所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备分别与所述处理平台信号连接，所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备分别设置于每一设备上；其中，所述过电压监测设备，用于实时采集线路电压电流信息，并将所述电压电流信息发送至所述处理平台；所述接地电流监测设备，用于实时采集线路接地电流信息，并将所述接地电流信息发送至所述处理平台；所述线路保护设备，用于对超出正常工作电压的瞬间过电压进行导通分流，并实时发送工作状态信息至所述处理平台；所述处理平台，用于接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置。该防护系统通过过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备对每一设备进行实时监测，一方面能够在电力故障发生时及时确定故障位置，发现故障类型，以在最短时间内排除故障并恢复供电；另一方面，能够根据历史电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，提前预防电力事故发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的电力系统故障防护系统的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的电力系统故障防护系统的防护方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的电力系统故障防护系统的防护方法的第一子流程示意图；
图4为本发明实施例提供的电力系统故障防护系统的防护方法的第二子流程示意图；
图5为本发明实施例提供的电力系统故障防护系统的防护方法的第三子流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
请参阅图1，图1为本发明实施例提供的电力系统故障防护系统的结构示意图；
如图1所示，该故障防护系统，用于对变电站系统进行电力故障防护，所述变电站系统设置有多个设备，包括过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备以及处理平台，所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备分别与所述处理平台信号连接，所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备分别设置于每一设备上；其中，
所述过电压监测设备，用于实时采集线路电压电流信息，并将所述电压电流信息发送至所述处理平台；
所述接地电流监测设备，用于实时采集线路接地电流信息，并将所述接地电流信息发送至所述处理平台；
所述线路保护设备，用于对超出正常工作电压的瞬间过电压进行导通分流，并实时发送工作状态信息至所述处理平台；
所述处理平台，用于接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置。
每一变电站系统中具有多个开关、多个屏柜、多个道闸、多个变压器、进线母线、多个出线支线、多个通过配网线路与出线支线连接的用电设备，一个变电站系统结构复杂，在设备具有多数量、多种类以及多位置的情况下不方便在电力故障发生时及时判断故障位置以及故障类型，进而导致不能及时恢复电力供应。在本实施例，该电力系统故障防护系统在电力系统输送配电过程中，通过过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备实时检测，一方面能够在电力故障发生时及时确定故障位置，判断出相应的故障类型供维修人员参考，从而在最短时间内排除故障并恢复供电；另一方面，能够根据历史电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，预判监测设备、保护设备的老化，进而提前预防电力事故发生。其中，本申请实施例中的电压电流信息包括电流信息以及电压信息。
在电力系统输送配电过程中，各个设备均可能因为过电压冲击发生故障、也可能发生接地短路或断路、开关误动作、地电位反击造成的对设备的冲击等等原因引起的故障，在本实施例中，所述过电压监测设备为电压监测仪，所述接地电流监测设备为接地监测仪，所述线路保护设备为浪涌保护器，通过在每一设备附近都安装过电压监测仪、接地监测仪，使得对设备遭受过的过电压，过电流情况进行在线监测，实时记录各设备受到过电压过电流冲击的时间、次数、幅值、能量，记录过电压冲击入侵路径，同时实时监测记录每个设备的接地电流的数据。当有故障发生时，根据记录的数据，再结合一些故障的特征例如过电压冲击发生故障、接地短路或断路，从而可以快速定位故障发生位置，确定故障发生类型以及故障造成的影响范围。
本发明实施例还提供一种电力系统故障防护系统的防护方法，该电力系统故障防护系统的防护方法用于执行前述电力系统故障防护系统的任一实施例。
具体地，请参阅图2，图2是本发明实施例提供的电力系统故障防护系统的防护方法的流程示意图。
如图2所示，电力系统故障防护系统的防护方法，用于对变电站系统进行电力故障防护，包括步骤S101～S104。
S101、所述过电压监测设备实时采集线路电压电流信息，并将所述电压电流信息发送至所述处理平台；
S102、所述接地电流监测设备实时采集线路接地电流信息，并将所述接地电流信息发送至所述处理平台；
S103、所述线路保护设备对超出正常工作电压的瞬间过电压进行导通分流，并实时发送工作状态信息至所述处理平台；
S104、所述处理平台接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置。
在本实施例中，工作人员可以通过处理平台实时查看电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，同时处理平台可以自动根据接收到的当前电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，第一时间判断线路故障类型和故障位置以供电力系统维修人员参考，维修人员根据处理平台反馈的结果可以及时去相应的故障地点进行相应的维修操作，以及时恢复供电，有效的提高了维修效率。
具体一实施例中，所述步骤S101之前，还包括：
S201、根据变电站系统和输电线路的一次接线图建立各设备的拓扑结构图，并基于所述拓扑结构图生成所述过电压监测设备、所述接地电流监测设备以及所述线路保护设备的位置信息。
在本实施例中，电站系统和输电线路上的电气一次设备例如直接用于生产、变换、输送、疏导、分配和使用电能的电气设备，根据工作要求以及自身的功能，按照一定顺序连接起来而构成的电路称为电气主接线或一次接线，一次接线表示出电能的生产、汇集、转换、分配关系和运行方式，是运行操作、切换电路的依据，基于电气一次设备生成的一次接线图不方便查看，进而基于一次接线图建立相应的拓扑结构图，以表明两个设备之间的连接关系，其中将线路保护设备的型号信息以及其位置信息与设备的安装位置信息进行关联，即通过查找该设备的安装位置信息就能找到相应的线路保护设备的位置信息。在电力故障发生时，维修人员第一时间查看相应的拓扑结构图，由于各设备位置之间的拓扑关系、层次关系都非常明确，所以能够快速的对故障进行定位。
请参阅图3，具体一实施例中，所述步骤S104包括：
S301、基于所述电流电压信息，判断相应的设备是否发生电压故障，若发生电压故障则继续判断该设备是否安装所述线路保护设备，若安装有所述线路保护设备则执行步骤S302，若未安装所述线路保护设备则执行步骤S303；
S302、判定故障类型为线路保护设备损坏；
S303、继续判断当前电压电流信息中的过电压值是否超过预设的过电压值阈值，若当前电压电流信息中的过电压值超过预设的过电压值阈值则执行步骤S304，若当前电压电流信息中的过电压值未超过预设的过电压值阈值，则执行步骤S305
S304、判定故障类型为电压故障；
S305、将预设时间范围内的电压电流信息中的过电压值次数与设定的过电压值次数阈值进行对比，若预设时间范围内电压电流信息中的过电压值次数超过设定的过电压值次数阈值，则判定故障类型为电压故障，若预设时间范围内电压电流信息中的过电压值次数未超过设定的过电压值次数阈值，则判定无电压故障。
在本实施例中，处理平台基于接收的电流电压信息，首先可以识别出该电流电压信息的位置来源，然后基于该电流电压信息的携带数据例如当前过电压值，判断出该处设备是否发生电压故障，若是发生电压故障，则根据相应的拓扑结构图判断该处故障位置是否安装有线路保护设备，如果没有的话，维修人员可以第一时间去该故障位置安装线路保护设备，如果该处位置安装有线路保护设备，则说明线路保护设备可能受到损坏，需要更换新的线路保护设备，维修人员可以第一时间去故障位置进行查看，并根据实际情况做出相应的维修作业例如更换新的线路保护设备。
在实际场景下，一般基于被保护设备的特性例如冲击耐受电压等来配制相应规格参数的线路保护设备，由于之前在该故障位置并没有安装线路保护设备，所以并不能第一时间得知该处位置应该配制什么规格参数的线路保护设备，导致维修人员要到故障地点后，实际检测才得知，严重降低了维修效率，故在本实施例中，根据接收的当前电压电流信息中的过电压值与预设的过电压值阈值的比较，快速选出过电压值必须要大于在故障过程中的过电压值的线路保护设备。更优的，设备若是在维修之前出现多次电压故障，则处理平台会将预设时间范围内的电压电流信息中的过电压值次数与设定的过电压值次数阈值进行对比，进而最终选定最适配的该故障位置的线路保护设备，降低了再次发生故障的概率，提高了该防护方法的适用性和实用性。
请参阅图4，具体一实施例中，所述步骤S104还包括：
S401、基于所述电流电压信息，判定相应的设备是否发生电流故障，若设备发生电流故障，则根据所述电压电流信息计算冲击能量的数值，并将计算得到的冲击能量数值与设定的冲击能量阈值进行对比，若计算得到的冲击能量数值大于设定的冲击能量阈值则执行步骤S402，若计算得到的冲击能量数值小于设定的冲击能量阈值则执行步骤S403；
S402、判定故障类型为线路保护设备性能下降；
S403、继续判断线路保护设备的工作状态信息中是否有失效告警信息，若线路保护设备的工作状态信息中有失效告警信息，则判定故障类型为线路保护设备失效。
在本实施例中，处理平台还基于所述电流电压信息中的电流信息，判断设备是否发生电流故障，具体的，根据所述电压电流信息计算冲击能量的数值，其中，在本实施例中，所述冲击能量用下式进行计算：
E＝I×t
其中，所述I为冲击电流，t为冲击持续时间。
当计算得到的冲击能量的数值小于定的冲击能量阈值，说明线路保护设备能够正常稳定工作，反之则说明线路保护设备出现性能失效的情况，此时，需要更换新的线路保护设备，其中，线路保护设备出现性能失效的情况是由于线路保护设备有固定的能量耐受度，该耐受度随着电流冲击能量的冲击而逐渐降低，当降低到一定程度后，需要及时更换新的线路保护设备。在具体一实施例中，当线路保护设备的剩余耐受度低于其初始耐受度的20％时，就将认为该线路保护设备有潜在的性能失效危险，也就是说，本申请实施例中的处理平台还可以根据冲击能量对线路保护设备的损害程度进行预测，从而及时更换新的线路保护设备，避免线路保护设备出现性能失效而导致相对的位置出现电力故障。
请参阅图5，具体一实施例中，所述步骤S104还包括：
S501、基于接地电流信息，判断接地电流是否为0，若接地电流等于0则执行步骤S502，若接地电流不等于0则执行步骤S503；
S502、判定故障类型为接地线损坏；
S503、将接地电流与设定的接地电流阈值进行对比，若接地电流超过预设的接地电流阈值，则判定故障类型为接地线性能下降。
在本实施例中，处理平台接收当前接地电流信息，并基于当前接地电流信息判断是否出现接地电流为0的现象，例如接地监测仪监测到某位置的接地电流为0，并且持续了一定的设定时间，那么可以判断此位置的接地线出现损坏例如断开。在接地电流不等于0的情况下，继续基于接地电流与设定的接地电流阈值的对比结果进行判断该接地线性能是否下降，若该接地线出现性能下降的情况，说明该接地线已经不可靠，需要换新的接地线以避免出现电力故障的情况。
具体一实施例中，所述步骤S104之后包括：
S601、所述处理平台基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息生成并显示防护风险分析数据。
为了使得各设备的具体情况能够比较清晰的查看，处理平台将电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息进行整合处理并生成防护风险分析数据，维修人员既可以先查看防护风险分析数据，对防护风险分析数据做出的预警例如线路保护设备性能失效需要更换，进行相应的作业；又可以在变电站系统出现故障时，第一时间查看当前防护风险分析数据，找到故障位置以及处理平台分析出的故障类型，然后就可以第一时间携带相应的维修设备及工具去故障地点进行维修，有效的提高了电力维修的效率。
具体一实施例中，所述步骤S601之后包括：
S701、记录所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备的安装时间，并将所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备的安装时间与预设的使用寿命阈值进行比较，若所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备的安装时间大于所述预设的使用寿命阈值，则显示预警信号于所述防护风险分析数据。
在实际使用过程中，过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备均具有相应的使用寿命，由于变电站系统中的设备数量较多，通过人为的记录以及排查是不现实的，所以通过处理平台记录过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备自安装之日，并在运行时间达到预设的使用寿命阈值后，在防护风险分析数据发出预警，有效的解决过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备老化的现象，进而减少了电力故障的情况发生。例如，当此线路保护设备自安装之日起运行时间大于5年时，将认为此线路保护设备有潜在的防护风险，需要更换。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种电力系统故障防护系统，用于对变电站系统进行电力故障防护，所述变电站系统设置有多个设备，其特征在于，包括过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备以及处理平台，所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备分别与所述处理平台信号连接，所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备分别设置于每一设备上；其中，
所述过电压监测设备，用于实时采集线路电压电流信息，并将所述电压电流信息发送至所述处理平台；
所述接地电流监测设备，用于实时采集线路接地电流信息，并将所述接地电流信息发送至所述处理平台；
所述线路保护设备，用于对超出正常工作电压的瞬间过电压进行导通分流，并实时发送工作状态信息至所述处理平台；
所述处理平台，用于接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置。
2.根据权利要求1所述的电力系统故障防护系统，其特征在于，所述过电压监测设备为电压监测仪，所述接地电流监测设备为接地监测仪，所述线路保护设备为浪涌保护器。
3.一种如权利要求1-2任一项所述的电力系统故障防护系统的防护方法，用于对变电站系统进行电力故障防护，其特征在于，包括：
所述过电压监测设备实时采集线路电压电流信息，并将所述电压电流信息发送至所述处理平台
所述接地电流监测设备实时采集线路接地电流信息，并将所述接地电流信息发送至所述处理平台；
所述线路保护设备对超出正常工作电压的瞬间过电压进行导通分流，并实时发送工作状态信息至所述处理平台；
所述处理平台接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置。
4.根据权利要求3所述的电力系统故障防护系统的防护方法，其特征在于，所述过电压监测设备实时采集线路电压电流信息之前，包括：
根据变电站系统和输电线路的一次接线图建立各设备的拓扑结构图，并基于所述拓扑结构图生成所述过电压监测设备、所述接地电流监测设备以及所述线路保护设备的位置信息。
5.根据权利要求3所述的电力系统故障防护系统的防护方法，其特征在于，所述处理平台接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置，包括：
基于所述电流电压信息，判断相应的设备是否发生电压故障，若发生电压故障则继续判断该设备是否安装所述线路保护设备；
若安装有所述线路保护设备，则判定故障类型为线路保护设备损坏；
若未安装所述线路保护设备，则继续判断当前电压电流信息中的过电压值是否超过预设的过电压值阈值；
若当前电压电流信息中的过电压值超过预设的过电压值阈值，则判定故障类型为电压故障；
若当前电压电流信息中的过电压值未超过预设的过电压值阈值，则将预设时间范围内的电压电流信息中的过电压值次数与设定的过电压值次数阈值进行对比，若预设时间范围内电压电流信息中的过电压值次数超过设定的过电压值次数阈值，则判定故障类型为电压故障，若预设时间范围内电压电流信息中的过电压值次数未超过设定的过电压值次数阈值，则判定无电压故障。
6.根据权利要求3所述的电力系统故障防护系统的防护方法，其特征在于，所述处理平台接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置，包括：
基于所述电流电压信息，判定相应的设备是否发生电流故障，若设备发生电流故障，则根据所述电压电流信息计算冲击能量的数值，并将计算得到的冲击能量数值与设定的冲击能量阈值进行对比，若计算得到的冲击能量数值大于设定的冲击能量阈值，则判定故障类型为线路保护设备性能下降；
若计算得到的冲击能量数值小于设定的冲击能量阈值，则继续判断线路保护设备的工作状态信息中是否有失效告警信息，若线路保护设备的工作状态信息中有失效告警信息，则判定故障类型为线路保护设备失效。
7.根据权利要求3所述的电力系统故障防护系统的防护方法，其特征在于，所述处理平台接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置，包括：
基于接地电流信息，判断接地电流是否为0；
若接地电流等于0，则判定故障类型为接地线损坏；
若接地电流不等于0，则将接地电流与设定的接地电流阈值进行对比，若接地电流超过预设的接地电流阈值，则判定故障类型为接地线性能下降。
8.根据权利要求3所述的电力系统故障防护系统的防护方法，其特征在于，所述处理平台接收记录所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息，并基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息判断线路故障类型和故障位置之后，包括：
所述处理平台基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息生成并显示防护风险分析数据。
9.根据权利要求8所述的电力系统故障防护系统的防护方法，其特征在于，所述处理平台基于所述电压电流信息、接地电流信息以及工作状态信息生成并显示防护风险分析数据之后，包括：
记录所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备的安装时间，并将所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备的安装时间与预设的使用寿命阈值进行比较，若所述过电压监测设备、接地电流监测设备、线路保护设备的安装时间大于所述预设的使用寿命阈值，则显示预警信号于所述防护风险分析数据。
10.根据权利要求6所述的电力系统故障防护系统的防护方法，其特征在于，所述冲击能量用下式进行计算：
E＝I×t
其中，所述I为冲击电流，t为冲击持续时间。
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