CN115825655B - 配网单相接地故障快速监测定位系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种配网单相接地故障快速监测定位系统及方法，属于配电网故障监测技术领域，包括多条配网线路和变电站，所述配网线路设置在两个相邻的变电站之间，所述每一条配网线路中设有多个分段区域，所述每个分段区域内设有分段开关，每一条配网线路中与所述变电站连接的位置处设有出线开关，分段开关处连接有信息采集节点，信息采集节点包括开关位置检测点和温度检测点，所述信息传输节点连接有控制终端，控制终端与所述配网接地故障监测定位平台进行人机界面交互。实现区域内的全面监测管理，各级主线分段保护，将接地保护配合进一步扩大，实现配网接地故障线路的快速监测和定位。

Description

配网单相接地故障快速监测定位系统及方法

技术领域

本发明涉及一种配网单相接地故障快速监测定位系统及方法，属于配电网故障监测技术领域。

背景技术

我国配电网通常指10kV电压等级的电网，在电力系统中量大面广，直接与广大电力客户相联系，占有非常重要的地位。配电网单相接地故障选线和故障区间定位问题是困扰电力现场工作多年的难题，常规处理方式是当发生单相接地故障后，采用在变电站人工试拉路方法进行故障选线和人工巡线相配合进行故障定位，配电自动化系统建设以来，通过对配电线路分段开关进行逐级拉路查找接地故障，一定程度上减少了主线全停次数，但仍费时费力，降低了供电可靠性和经济性。电网接地故障占比达到了60%以上，已成为影响电网安全的主要故障因素，接地故障容易造成人身伤害、设备损坏和电网故障跳闸等风险。公司每年电网发生各类故障133次，其中接地故障47次，提升配电网单相接地故障快速处置势在必行。

公司供电区域内山多、树多，配电线路供电半径长，极易发生接地故障，传统接地故障处置时间为2小时，甚至更长，而配电网是服务客户的“最后一公里”，为保证电网安全运行，提升优质服务水平，对配电网接地故障的处置已经向主动快速防御转变。单相接地故障危害非常大，发生接地故障后，会出现谐振过电压的情况，严重的话会对变电设备的绝缘保护装置产生危害，造成变电设备绝缘部分击穿，导致重大事故发生。单相接地故障可能导致间断的弧光接地现象，造成配电变压器烧坏、线路上的避雷器、熔断器绝缘击穿、烧毁，可能造成电气火灾。如发生导线落地的接地故障还会造成人和牲畜的电击事故，长时间的接地故障还会造成电量的巨大损失。为保证电网安全可靠运行，必须快速准确的判断出接地故障区间。因此，怎样实现配网单相接地故障的快速监测定位成为目前亟需解决的技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种配网单相接地故障快速监测定位系统及方法，通过设置分段开关，实现配网线路的分段管理，对主线各级分段开关设置保护定值并投跳闸,对分段开关设置位置监测、温度监测以及零序电流监测，实现区域内的全面监测管理，各级主线分段保护，发生故障时迅速查找故障点，解决了现有技术中出现的问题。

本发明所述的配网单相接地故障快速监测定位系统，包括多条配网线路和变电站，所述配网线路设置在两个相邻的变电站之间，所述每一条配网线路中设有多个分段区域，所述每个分段区域内设有分段开关，每一条配网线路中与所述变电站连接的位置处设有出线开关，所述分段开关处连接有信息采集节点，所述信息采集节点包括开关位置检测点和温度检测点，所述位置检测点用于检测分段开关的刀闸位置，所述温度检测点用于检测分段开关的温度，位置检测点和温度检测点连接有信息传输节点，所述信息传输节点连接有控制终端，所述控制终端位于出线开关处，所述控制终端接收所述位置检测点的位置信息根据所述位置信息判断所述分段开关是否跳闸，所述出线开关连接有出线开关信息采集终端，出线开关信息采集终端连接有控制终端，所述出线开关信息采集终端用于采集出线开关的电场数据并通过通信网络将数据传输至控制终端，所述控制终端处连接有报警装置，所述控制终端连接有配网接地故障监测定位平台，控制终端与所述配网接地故障监测定位平台进行人机界面交互。

进一步的，出线开关信息采集终端包括零序互感器，所述零序互感器包括零序电压互感器和零序电流互感器，所述零序电压互感器和零序电流互感器分别采集存储零序电压和零序电流，并将采集到的数据通过通信网络上传到控制终端，所述控制终端与配网接地故障监测定位平台进行人机交互显示，零序电压互感器和零序电流互感器判断所采集到的数据是否越限，越限则判定为系统出现接地故障并向故障选线平台发送报警信息，所述配网接地故障监测定位平台接收到信息后向所有的零序电流互感器和零序电压互感器广播故障信息并确定故障时的数据。

进一步的，位置检测点为位置检测传感器，所述温度检测点为温度检测传感器。

进一步的，控制终端与零序电压互感器和零序电流互感器之间采用控制器局域网络CAN总线通信。

进一步的，信息采集节点和信息传输节点与控制终端之间采用GSM网络进行通信。

进一步的，每个分段开关处连接有融合开关保护装置。

进一步的，配网接地故障监测定位平台包括数据采集层、数据管理层和综合应用层，所述数据采集层内设有控制设备，数据管理层内设有配网故障监测定位数据库，综合应用层内设有选线显示界面、电流录波和电压录波以及拍照终端，所述拍照终端在故障发生时将故障区段及故障性质进行拍照，配网接地故障监测定位平台利用微信群或以短信形式将报警结果推送给配电运检班组和设备巡视人员。

本发明所述的配网单相接地故障快速监测定位方法，包括有开关跳闸的接地故障定位方法和无开关跳闸的接地故障定位方法，其中有开关跳闸的接地故障定位方法包括以下步骤：

S1：位置检测点和温度检测点实时检测分段开关的刀闸位置数据和温度数据，信息采集节点接收上述数据，信息采集节点将采集的数据通过信息传输节点传输至控制终端；

S2：控制终端根据接收到信息判断分段开关是否发生跳闸，若发生跳闸，控制终端收到跳闸+保护信号后启动分析，根据收到的保护信号中是否包含零序或接地信号，来判断是否接地故障；

S3：控制终端定位到发生跳闸的相应的分段开关，并调取相应分段开关的数据进行进一步判断是否为接地故障。

所述的无开关跳闸的接地故障定位方法包括以下步骤：

S11：零序电压互感器和零序电流互感器采集出线开关的零序电压和零序电流，判断所采集到的数据是否越限，越限则判定为系统出现接地故障并向故障选线平台发送报警信息；

S12：配网接地故障监测定位平台接收到信息后向所有的零序电流互感器和零序电压互感器广播故障信息并确定故障时的数据；

S13：配网接地故障监测定位平台依据单相接地与正常运行时状态信息的不同来判断故障线路，记录发生接地故障时的电流录波和零序电流录波；

S14：故障录波通过选择时间段，并点击想要查看的录波时间，来查询故障录波的曲线，利用零序电流的波形来判断接地线路实现快速隔离故障线路的目的，判断出故障线路后，再进行判断相应故障线路中各个分段开关的动作信号，结合同一时刻拓扑分段开关的接地故障信号动作情况，来判断接地故障的故障区段；

S15：调控员将故障区段及故障性质进行拍照，利用微信群或以短信形式将报警结果推送给配电运检班组和设备巡视人员，根据故障定位结果，查找故障点。

所述的步骤S13中发生单相接地故障判断具体包括以下：

（1）故障电压为零，非故障相对地电压升高为线电压；

（2）非故障线路保护安装处零序电流为本线路电容电流，故障线路保护安装处零序电流为所有非故障线路电容电流总和；

（3）故障线路与非故障线路零序电流大小不同、方向相反。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

本发明所述的配网单相接地故障快速监测定位系统及方法，通过设置分段开关，实现配网线路的分段管理，分段开关是安装在主线上的开关，其将主线划分为三段或四段。为充分发挥主线分段开关减少变电站出线开关跳闸次数、缩小故障区间作用，积极探索并应用“全分段、全保护”模式，对主线各级分段开关设置保护定值并投跳闸。对分段开关设置位置监测、温度监测以及零序电流监测，实现区域内的全面监测管理，各级主线分段保护，将接地保护配合进一步扩大，针对接地故障形成“变电站出线开关+1#分段+2#分段+分支+分界”五级保护模式。

设计了配网单相接地故障快速监测平台，实现各类数据的接收与管理，平台内根据小电流系统单相接地与正常运行时状态信息的不同来判断故障线路。当线路发生接地故障时，平台内变电站接线图信息条会提示“10kVⅠ段母线接地信号动作”，母线下端的电压指示会提示电压越限，显示A、B、C三相电压实际值，监控信息条显示XX线路接地。利用零序电流的波形来判断接地线路实现快速隔离故障线路的目的。并以微信、短信形式报警，实现快速与巡线人员的对接。当配电线路发生单相接地故障时，配网主站快速判断故障性质及故障区间，调控员立即将故障区段及故障性质进行拍照，利用微信群或以短信形式将报警结果推送给配电运检班组和设备巡视人员，根据故障定位结果，迅速查找故障点，并排除故障，避免故障进一步恶化，恢复送电，减少停电时间。

附图说明

图1为本发明配网单相接地故障快速监测定位系统的线路连接图；

图2为本发明配网单相接地故障快速监测定位系统中分段开关的连接电路图；

图3为本发明配网单相接地故障快速监测定位系统中出线开关的连接电路图；

图4为本发明配网单相接地故障快速监测定位系统中分段开关信息传输电路图；

图5为本发明配网单相接地故障快速监测定位系统中配网接地故障监测定位平台组成框图；

图6为本发明配网单相接地故障快速监测定位系统中线路的延时设置图；

图7为本发明配网单相接地故障快速监测定位方法中有开关跳闸的接地故障定位方法的流程图；

图8为本发明配网单相接地故障快速监测定位方法中无开关跳闸的接地故障定位方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

实施例1：

如图1-图2所示，本发明所述的配网单相接地故障快速监测定位系统，包括多条配网线路和变电站，配网线路设置在两个相邻的变电站之间，每一条配网线路中设有多个分段区域，每个分段区域内设有分段开关，每一条配网线路中与所述变电站连接的位置处设有出线开关，分段开关处连接有信息采集节点，信息采集节点包括开关位置检测点和温度检测点，位置检测点用于检测分段开关的刀闸位置，温度检测点用于检测分段开关的温度，位置检测点和温度检测点连接有信息传输节点，信息传输节点连接有控制终端，控制终端位于出线开关处，控制终端接收所述位置检测点的位置信息根据所述位置信息判断所述分段开关是否跳闸，出线开关连接有出线开关信息采集终端，出线开关信息采集终端连接有控制终端，出线开关信息采集终端用于采集出线开关的电场数据并通过通信网络将数据传输至控制终端，控制终端处连接有报警装置，控制终端连接有配网接地故障监测定位平台，控制终端与所述配网接地故障监测定位平台进行人机界面交互。

如图3所示，出线开关信息采集终端包括零序互感器，所述零序互感器包括零序电压互感器和零序电流互感器，所述零序电压互感器和零序电流互感器分别采集存储零序电压和零序电流，并将采集到的数据通过通信网络上传到控制终端，所述控制终端与配网接地故障监测定位平台进行人机交互显示，零序电压互感器和零序电流互感器判断所采集到的数据是否越限，越限则判定为系统出现接地故障并向故障选线平台发送报警信息，所述配网接地故障监测定位平台接收到信息后向所有的零序电流互感器和零序电压互感器广播故障信息并确定故障时的数据。

位置检测点为位置检测传感器，所述温度检测点为温度检测传感器。

如图3所示，控制终端与零序电压互感器和零序电流互感器之间采用控制器局域网络CAN总线通信。

如图4所示，信息采集节点和信息传输节点与控制终端之间采用GSM网络进行通信。

如图5所示，配网接地故障监测定位平台包括数据采集层、数据管理层和综合应用层，所述数据采集层内设有控制设备，数据管理层内设有配网故障监测定位数据库，综合应用层内设有选线显示界面、电流录波和电压录波以及拍照终端，所述拍照终端在故障发生时将故障区段及故障性质进行拍照，配网接地故障监测定位平台利用微信群或以短信形式将报警结果推送给配电运检班组和设备巡视人员。

每个分段开关处连接有融合开关保护装置，融合开关保护装置具有良好的单相接地故障保护功能。保护方面具备传统开关稳态过流、零序保护，感知接地暂态过程产生的接地电流、电压，满足接地改造技术要求。

如图6所示，配网线路中设置延时配置：出线开关零序过流保护延时0.5秒，按照0.12秒级差配合，靠近电源侧的1#分段开关0.38秒，2#分段开关0.26秒，分支首端开关0.14秒，分界开关0秒。出线开关暂态接地保护延时4.8秒，按照1秒级差配合，靠近电源侧的1#分段开关3.8秒，2#分段开关2.8秒，分支首端开关1.8秒，分界开关0.8秒。使得接地故障分段优势更加凸显，接地故障查找更加便利，减少了供电所现场查找故障工作量。

工作时，位置检测点和温度检测点实时检测分段开关的刀闸位置数据和温度数据，信息采集节点接收上述数据，信息采集节点将采集的数据通过信息传输节点传输至控制终端；

控制终端根据接收到信息判断分段开关是否发生跳闸，若发生跳闸，控制终端收到跳闸+保护信号后启动分析，根据收到的保护信号中是否包含零序或接地信号，来判断是否接地故障；控制终端定位到发生跳闸的相应的分段开关，并调取相应分段开关的数据进行进一步判断是否为接地故障。

若没有开关跳闸时，零序电压互感器和零序电流互感器采集出线开关的零序电压和零序电流，判断所采集到的数据是否越限，越限则判定为系统出现接地故障并向故障选线平台发送报警信息；配网接地故障监测定位平台接收到信息后向所有的零序电流互感器和零序电压互感器广播故障信息并确定故障时的数据；配网接地故障监测定位平台依据单相接地与正常运行时状态信息的不同来判断故障线路，记录发生接地故障时的电流录波和零序电流录波；故障录波通过选择时间段，并点击想要查看的录波时间，来查询故障录波的曲线，利用零序电流的波形来判断接地线路实现快速隔离故障线路的目的，判断出故障线路后，再进行判断相应故障线路中各个分段开关的动作信号以及融合保护装置的保护动作情况，来判断接地故障的故障区段；调控员将故障区段及故障性质进行拍照，利用微信群或以短信形式将报警结果推送给配电运检班组和设备巡视人员，根据故障定位结果，查找故障点。

实施例2：

如图7所示，本发明所述的配网单相接地故障快速监测定位方法，包括有开关跳闸的接地故障定位方法和无开关跳闸的接地故障定位方法，其中有开关跳闸的接地故障定位方法包括以下步骤：

S1：位置检测点和温度检测点实时检测分段开关的刀闸位置数据和温度数据，信息采集节点接收上述数据，信息采集节点将采集的数据通过信息传输节点传输至控制终端；

S2：控制终端根据接收到信息判断分段开关是否发生跳闸，若发生跳闸，控制终端收到跳闸+保护信号后启动分析，根据收到的保护信号中是否包含零序或接地信号，来判断是否接地故障；

S3：控制终端定位到发生跳闸的相应的分段开关，并调取相应分段开关的数据进行进一步判断是否为接地故障。

如图8所示，无开关跳闸的接地故障定位方法包括以下步骤：

S11：零序电压互感器和零序电流互感器采集出线开关的零序电压和零序电流，判断所采集到的数据是否越限，越限则判定为系统出现接地故障并向故障选线平台发送报警信息；

S12：配网接地故障监测定位平台接收到信息后向所有的零序电流互感器和零序电压互感器广播故障信息并确定故障时的数据；

S13：配网接地故障监测定位平台依据单相接地与正常运行时状态信息的不同来判断故障线路，记录发生接地故障时的电流录波和零序电流录波；

S14：故障录波通过选择时间段，并点击想要查看的录波时间，来查询故障录波的曲线，利用零序电流的波形来判断接地线路实现快速隔离故障线路的目的，判断出故障线路后，再进行判断相应故障线路中各个分段开关的动作信号，结合同一时刻融合保护装置的保护动作情况，来判断接地故障的故障区段；

S15：调控员将故障区段及故障性质进行拍照，利用微信群或以短信形式将报警结果推送给配电运检班组和设备巡视人员，根据故障定位结果，查找故障点。

本实施例的具体应用为：平台内控制软件根据接收到的信息进行进一步判断，判断的原则为：（1）故障电压为零，非故障相对地电压升高为线电压；（2）非故障线路保护安装处零序电流为本线路电容电流，故障线路保护安装处零序电流为所有非故障线路电容电流总和；（3）故障线路与非故障线路零序电流大小不同、方向相反。

2022年3月1日，智能调度控制系统发出35kV南黄站10kVⅡ母线接地告警，A相全接地。

通过平台控制软件可以查看故障录波的界面，记录发生接地故障时，故障录波可以通过选择时间段，并点击想要查看的录波时间，来查询故障录波的曲线。

确定故障线路后，再进行判断相应故障线路中各个分段开关的动作信号，结合同一时刻融合保护装置的保护动作情况，来判断接地故障的故障区段；调控员通过对配电自动化系统融合开关保护装置保护动作情况进行分析研判，准确的判断出接地配电线路为10kV岭上线，故障区间为中国建筑支以下，从故障报警发出到确定接地配电线路最后到故障区间判断所需时间仅为5-10分钟。当变电站母线发生接地故障时，调度自动化系统变电站接线图信息条会提示“10kVⅠ段母线接地信号动作”，母线下端的电压指示会提示电压越限，显示A、B、C三相电压实际值，监控信息条显示XX线路接地。

当配电线路发生单相接地故障时，配网主站快速判断故障性质及故障区间，调控员立即将故障区段及故障性质进行拍照，利用微信群或以短信形式将报警结果推送给配电运检班组和设备巡视人员，根据故障定位结果，迅速查找故障点，并排除故障，避免故障进一步恶化，恢复送电，减少停电时间。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

采用以上结合附图描述的本发明的实施例的配网单相接地故障快速监测定位系统及方法，通过设置分段开关，实现配网线路的分段管理，分段开关是安装在主线上的开关，其将主线划分为三段或四段。为充分发挥主线分段开关减少变电站出线开关跳闸次数、缩小故障区间作用，积极探索并应用“全分段、全保护”模式，对主线各级分段开关设置保护定值并投跳闸。对分段开关设置位置监测、温度监测以及零序电流监测，实现区域内的全面监测管理，各级主线分段保护，将接地保护配合进一步扩大，针对接地故障形成“变电站出线开关+1#分段+2#分段+分支+分界”五级保护模式。但本发明不局限于所描述的实施方式，在不脱离本发明的原理和精神的情况下这些对实施方式进行的变化、修改、替换和变形仍落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种配网单相接地故障快速监测定位方法，应用于配网单相接地故障快速监测定位系统，其特征在于：所述的系统包括多条配网线路和变电站，所述配网线路设置在两个相邻的变电站之间，每一条配网线路中设有多个分段区域，每个分段区域内设有分段开关，每一条配网线路中与所述变电站连接的位置处设有出线开关，所述分段开关处连接有信息采集节点，所述信息采集节点包括位置检测点和温度检测点，所述位置检测点用于检测分段开关的刀闸位置，所述温度检测点用于检测分段开关的温度，位置检测点和温度检测点连接有信息传输节点，所述信息传输节点连接有控制终端，所述控制终端位于出线开关处，所述控制终端接收所述位置检测点的位置信息根据所述位置信息判断所述分段开关是否跳闸，所述出线开关连接有出线开关信息采集终端，出线开关信息采集终端连接有控制终端，所述出线开关信息采集终端用于采集出线开关的电场数据并通过通信网络将数据传输至控制终端，所述控制终端处连接有报警装置，所述控制终端连接有配网接地故障监测定位平台，控制终端与所述配网接地故障监测定位平台进行人机界面交互；所述的出线开关信息采集终端包括零序互感器，所述零序互感器包括零序电压互感器和零序电流互感器，所述零序电压互感器和零序电流互感器分别采集存储零序电压和零序电流，并将采集到的数据通过通信网络上传到控制终端，所述控制终端与配网接地故障监测定位平台进行人机交互显示，零序电压互感器和零序电流互感器判断所采集到的数据是否越限，越限则判定为系统出现接地故障并向故障选线平台发送报警信息，所述配网接地故障监测定位平台接收到信息后向所有的零序电流互感器和零序电压互感器广播故障信息并确定故障时的数据；所述的方法包括有开关跳闸的接地故障定位方法和无开关跳闸的接地故障定位方法，其中有开关跳闸的接地故障定位方法包括以下步骤：

S1：位置检测点和温度检测点实时检测分段开关的刀闸位置数据和温度数据，信息采集节点接收上述数据，信息采集节点将采集的数据通过信息传输节点传输至控制终端；

S2：控制终端根据接收到信息判断分段开关是否发生跳闸，若发生跳闸，控制终端收到跳闸+保护信号后启动分析，根据收到的保护信号中是否包含零序或接地信号，来判断是否接地故障；

S3：控制终端定位到发生跳闸的相应的分段开关，并调取相应分段开关的数据进行进一步判断是否为接地故障；

所述的无开关跳闸的接地故障定位方法包括以下步骤：

S11：零序电压互感器和零序电流互感器采集出线开关的零序电压和零序电流，判断所采集到的数据是否越限，越限则判定为系统出现接地故障并向故障选线平台发送报警信息；

S12：配网接地故障监测定位平台接收到信息后向所有的零序电流互感器和零序电压互感器广播故障信息并确定故障时的数据；

S13：配网接地故障监测定位平台依据单相接地与正常运行时状态信息的不同来判断故障线路，记录发生接地故障时的电流录波和零序电流录波；

S14：故障录波通过选择时间段，并点击想要查看的录波时间，来查询故障录波的曲线，利用零序电流的波形来判断接地线路实现快速隔离故障线路的目的，判断出故障线路后，再进行判断相应故障线路中各个分段开关的动作信号，结合同一时刻拓扑分段开关的接地故障信号动作情况，来判断接地故障的故障区段；

S15：调控员将故障区段及故障性质进行拍照，利用微信群或以短信形式将报警结果推送给配电运检班组和设备巡视人员，根据故障定位结果，查找故障点。

2.根据权利要求1所述的配网单相接地故障快速监测定位方法，其特征在于：所述的位置检测点为位置检测传感器，所述温度检测点为温度检测传感器。

3.根据权利要求1所述的配网单相接地故障快速监测定位方法，其特征在于：所述的控制终端与零序电压互感器和零序电流互感器之间采用控制器局域网络CAN总线通信。

4.根据权利要求1所述的配网单相接地故障快速监测定位方法，其特征在于：所述的信息采集节点和信息传输节点与控制终端之间采用GSM网络进行通信。

5.根据权利要求1所述的配网单相接地故障快速监测定位方法，其特征在于：所述的分段开关处连接有融合开关保护装置。

6.根据权利要求1所述的配网单相接地故障快速监测定位方法，其特征在于：所述的配网接地故障监测定位平台包括数据采集层、数据管理层和综合应用层，所述数据采集层内设有控制设备，数据管理层内设有配网故障监测定位数据库，综合应用层内设有选线显示界面、电流录波和电压录波以及拍照终端，所述拍照终端在故障发生时将故障区段及故障性质进行拍照，配网接地故障监测定位平台利用微信群或以短信形式将报警结果推送给配电运检班组和设备巡视人员。

7.根据权利要求1所述的配网单相接地故障快速监测定位方法，其特征在于：所述的步骤S13中发生单相接地故障判断具体包括以下：

（1）故障电压为零，非故障相对地电压升高为线电压；

（2）非故障线路保护安装处零序电流为本线路电容电流，故障线路保护安装处零序电流为所有非故障线路电容电流总和；

（3）故障线路与非故障线路零序电流大小不同、方向相反。

Images