CN115840109A - 一种基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，属于供电线路故障诊断技术领域，该方法包括将用电线路多功能检测仪的主机探头和末端采集单元探头分别连接在低压供电线路两端；由用电线路多功能检测仪的主机和末端采集单元相互发送信号，得到主机和末端采集单元的信号时间差；根据信号时间差，将主机和末端采集单元的时间对齐；改变低压供电线路的通断状态，得到低压供电线路的电流数据和电压数据；回收所述主机探头和末端采集单元探头，并根据所述电压数据和电流数据，得到低压供电线路故障检测结果，完成低压供电线路故障识别。本发明解决了传统的配电网检测仪器在检测效率和检测精度上逐渐无法跟上工作需求的问题。

Description

一种基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法

技术领域

本发明属于供电线路故障诊断技术领域，尤其涉及一种基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法。

背景技术

近年来，我国在配电网建设方面的投入力度不断加大，并且取得了一定成绩。然而，当前配电网的职能和结构依然较为单一，配电自动化的总体覆盖率仅为20％左右，配网故障管理和自治自愈能力较弱，新能源接纳能力偏低。在基础设施建设方面，相比于输电网，配电设备老化、故障停电等问题突出，供电可靠性水平与国际先进水平差距较大。

为提升配电网供电可靠性，不仅要转变配电网发展方向，提高配电网的设计建设内容，升级相关重要部件，同时也需要改进配电网建成后的长期巡检工作。而在巡检工作这一方面，线路检测是整个工作内容的基础，在建设智能化主动式配电网的过程中，我国配电网线路也需要精细化调控检测，高精度的检测仪器与检测方式更是目前的一大重点，传统的配电网检测仪器在检测效率和检测精度上逐渐无法跟上工作需求，需要一种新的检测方式来解决当前这两大难题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法解决了传统的配电网检测仪器在检测效率和检测精度上逐渐无法跟上工作需求的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，包括以下步骤：

S1、将用电线路多功能检测仪的主机探头和末端采集单元探头分别连接在低压供电线路两端；

S2、由所述用电线路多功能检测仪的主机和末端采集单元相互发送信号，得到主机和末端采集单元的信号时间差；

S3、根据所述信号时间差，将所述主机和末端采集单元的时间对齐；

S4、改变所述低压供电线路的通断状态，得到低压供电线路的电流数据和电压数据；

S5、回收所述主机探头和末端采集单元探头，并根据所述电压数据和电流数据，得到低压供电线路故障检测结果，完成低压供电线路故障识别。

本发明的有益效果为：能够通过用电线路多功能检测仪中的多个探头对单个线路或多个线路同时进行检测，提高效率，并有效提升电流测量的精度。

进一步地，所述步骤S1中主机探头和末端采集单元探头与低压供电线路的连接方式有以下三种：

方式一是所述主机探头和末端采集单元探头分别与低压供电线路的首端和末端连接；所述主机探头和末端采集单元探头均连接于火线和零线之间；

方式二是所述主机探头和末端采集单元探头分别与低压供电线路的首端和末端连接；所述主机探头和末端采集单元探头均与火线或零线连接；

方式三是所述主机探头和末端采集单元探头分别与低压供电线路的首端和末端连接；所述主机探头和末端采集单元探头均分别与火线和零线连接。

上述进一步方案的有益效果为：通过主机探头和末端采集单元探头的不同连接方式能够获取低压供电线路的不同电流数据和电压数据。

进一步地，所述方式一用于采集低压供电线路的剩余电流波形数据；所述方式二用于采集低压供电线路火线或零线上的电流波形数据；所述方式三用于采集低压供电线路火线和零线之间的电压波形数据。

上述进一步方案的有益效果为：通过获取低压供电线路的电流数据，电压数据，剩余电流数据，为后续低压供电线路的故障识别做准备。

进一步地，所述步骤S2中主机和末端采集单元通过Lora通信连接；所述主机和末端采集单元均包含若干个探头。

上述进一步方案的有益效果为：利用所述主机和末端采集单元中的若干个探头，能够实现对单个线路或多个线路同时进行检测，提高线路检测效率。

进一步地，所述步骤S2具体如下：

S201、利用所述主机向末端采集单元发送信号，并记录发送时间，得到第一发送时间；

S202、根据所述末端采集单元接收到信号的时间，得到第一接收时间；

S203、间隔一段时间后，由所述末端采集单元向主机发送信号，并记录发送时间，得到第二发送时间；

S204、根据所述主机接收到信号的时间，得到第二接收时间；

S205、根据所述第一发送时间、第一接收时间、第二发送时间和第二接收时间，得到主机和末端采集单元的信号时间差。

上述进一步方案的有益效果为：通过调整对齐主机向末端采集单元的时间，为后续获得基准时间点的做准备。

进一步地，所述步骤S205中信号时间差的表达式为：

其中，ΔT为信号时间差，表示主机和末端采集单元之间的时间偏差；T₁₁为第一发送信号；T₂₁为第一接收信号；T₂₂为第二发送信号；T₁₂为第二接收信号。

上述进一步方案的有益效果为：根据信号时间差的具体计算公式，得到主机和末端采集单元的信号时间差，为调整对齐主机和末端采集单元的时间提供数据支撑。

进一步地，所述步骤S4中，改变所述低压供电线路通断状态时，所述主机探头和末端采集单元探头均处于开启状态。

上述进一步方案的有益效果为：利用开启的探头对电流数据进行收集，在，改变所述低压供电线路通断状态时，探头能够对电流变化进行精准记录。

进一步地，所述步骤S5具体如下：

S501、利用所述主机和末端采集单元得到基准时间点，并以基准时间点前后半个周期为限，根据所述电流数据和电压数据，得到主机探头的主机完整波形；

S502、根据所述基准时间点，得到末端采集单元探头的零值点；

S503、根据所述零值点，得到末端采集单元探头的采集单元完整波形；

S504、根据所述主机完整波形和采集单元完整波形，得到低压供电线路故障检测结果。

上述进一步方案的有益效果为：通过不断调整对齐末端采集单元探头和主机探头的电流数据及电压数据，获取低压供电线路故障检测结果，为故障类别的判定做准备。

进一步地，所述步骤S504中低压供电线路故障检测结果的表达式为：

其中，E为低压供电线路故障检测结果；I_loss为一个周期内i_1,P和i_2,P电流差有效值；I为一个周期内线路电流有效值；I_set为识别线路故障的线路电流有效值门槛值；i_1,P为主机收集得到满足条件P的电流数据；i_2,P为末端采集探头收集得到满足条件P的电流数据；P为m+K条线路主机收集电压数据和末端采集探头收集电压数据中欧式距离最小值，用于查找主机和末端采集探头最接近的电压数据并二次配对时钟；T为基准时间点；u_1,m+K为主机探头的主机完整波形的第m+K条电压数据；u_2,m为末端采集单元探头的采集单元完整波形的第m条电压数据；n为基准时间点T前后一个波形周期内的电压数据采集量；m为电压数据序号；K为末端采集单元探头电压数据和主机探头电压数据的调整尺度；k为K的取值上限。

上述进一步方案的有益效果为：低压供电线路故障监测结果的计算，为对低压供电线路的故障类别判断做准备。

进一步地，所述步骤S504中低压供电线路故障检测结果有三种结果：

第一种结果是线路出现一极漏电：

20<E≤30％

第二种结果是线路出现二极漏电：

10<E≤20％

第三种结果是线路出现三极漏电：

5≤E≤10％

上述进一步方案的有益效果为：通过对低压供电线路故障检测结果的数值区间进行限定，便于对低压供电线路故障进行判定。

附图说明

图1为本发明的方法流程图。

图2为本发明中用电线路多功能检测仪的测试连接示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，包括以下步骤：

S1、将用电线路多功能检测仪的主机探头和末端采集单元探头分别连接在低压供电线路两端；

S2、由所述用电线路多功能检测仪的主机和末端采集单元相互发送信号，得到主机和末端采集单元的信号时间差；

S3、根据所述信号时间差，将所述主机和末端采集单元的时间对齐；

S4、改变所述低压供电线路的通断状态，得到低压供电线路的电流数据和电压数据；

S5、回收所述主机探头和末端采集单元探头，并根据所述电压数据和电流数据，得到低压供电线路故障检测结果，完成低压供电线路故障识别。

所述步骤S1中主机探头和末端采集单元探头与低压供电线路的连接方式有以下三种：

方式一是所述主机探头和末端采集单元探头分别与低压供电线路的首端和末端连接；所述主机探头和末端采集单元探头均连接于火线和零线之间；

方式二是所述主机探头和末端采集单元探头分别与低压供电线路的首端和末端连接；所述主机探头和末端采集单元探头均与火线或零线连接；

方式三是所述主机探头和末端采集单元探头分别与低压供电线路的首端和末端连接；所述主机探头和末端采集单元探头均分别与火线和零线连接。

所述方式一用于采集低压供电线路的剩余电流波形数据；所述方式二用于采集低压供电线路火线或零线上的电流波形数据；所述方式三用于采集低压供电线路火线和零线之间的电压波形数据。

所述步骤S2中主机和末端采集单元通过Lora通信连接；所述主机和末端采集单元均包含若干个探头。

所述步骤S2具体如下：

S201、利用所述主机向末端采集单元发送信号，并记录发送时间，得到第一发送时间；

S202、根据所述末端采集单元接收到信号的时间，得到第一接收时间；

S203、间隔一段时间后，由所述末端采集单元向主机发送信号，并记录发送时间，得到第二发送时间；

S204、根据所述主机接收到信号的时间，得到第二接收时间；

S205、根据所述第一发送时间、第一接收时间、第二发送时间和第二接收时间，得到主机和末端采集单元的信号时间差。

所述步骤S205中信号时间差的表达式为：

其中，ΔT为信号时间差，表示主机和末端采集单元之间的时间偏差；T₁₁为第一发送信号；T₂₁为第一接收信号；T₂₂为第二发送信号；T₁₂为第二接收信号。

所述步骤S4中，改变所述低压供电线路通断状态时，所述主机探头和末端采集单元探头均处于开启状态。

所述步骤S5具体如下：

S501、利用所述主机和末端采集单元得到基准时间点，并以基准时间点前后半个周期为限，根据所述电流数据和电压数据，得到主机探头的主机完整波形；

S502、根据所述基准时间点，得到末端采集单元探头的零值点；

S503、根据所述零值点，得到末端采集单元探头的采集单元完整波形；

S504、根据所述主机完整波形和采集单元完整波形，得到低压供电线路故障检测结果。

所述步骤S504中低压供电线路故障检测结果的表达式为：

其中，E为低压供电线路故障检测结果；I_loss为一个周期内i_1,P和i_2,P电流差有效值；I为一个周期内线路电流有效值；I_set为识别线路故障的线路电流有效值门槛值；i_1,P为主机收集得到满足条件P的电流数据；i_2,P为末端采集探头收集得到满足条件P的电流数据；P为m+K条线路主机收集电压数据和末端采集探头收集电压数据中欧式距离最小值，用于查找主机和末端采集探头最接近的电压数据并二次配对时钟；T为基准时间点；u_1,m+K为主机探头的主机完整波形的第m+K条电压数据；u_2,m为末端采集单元探头的采集单元完整波形的第m条电压数据；n为基准时间点T前后一个波形周期内的电压数据采集量；m为电压数据序号；K为末端采集单元探头电压数据和主机探头电压数据的调整尺度；k为K的取值上限。

所述步骤S504中低压供电线路故障检测结果有三种结果：

第一种结果是线路出现一极漏电：

20<E≤30％

第二种结果是线路出现二极漏电：

10<E≤20％

第三种结果是线路出现三极漏电：

5≤E≤10％

实施例2

本实施例中，所述方法基于用电线路多功能检测仪，该仪器包含主机和末端采集单元两部分，两部分各包含多个探头；用电线路多功能检测仪分别位于主机和末端采集单元上的探头连接到低压供电线路上，主机和末端采集单元探头互相发送一次信息并以此初步调整主机和末端采集单元的时间；保持探头开启状态下，改变低压供电线路的通断状态并收集低压供电线路上电流的变化情况；将探头回收后再根据电压数据匹配校准，最后得出低压供电线路故障检测结果。

本实施例中，所述用电线路多功能检测仪的测试连接图如图2所示，其中，Lora表示主机和末端采集单元通过Lora通信连接，U表示探头采集电压，I表示探头采集电流，I0表示探头采集剩余电流，L表示火线，N表示零线，CT1表示主机接于火线探头，CT0_1表示主机同时接于火线和零线的探头，CT2表示末端采集单元接于火线探头，CT0_2表示末端采集单元同时接于火线和零线的探头。

本实施例中，一种基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，包括以下步骤：

S101、将用电线路多功能检测仪的主机探头和末端采集单元探头分别连接于低压供电线路的首端和末端。

S102、在保持主机探头和末端采集单元探头与低压供电线路连接的情况下，主机向末端采集单元发送一次信号，末端采集单元在接收到信号后经过一段时间再次向主机发送一次信号。

具体实施时，步骤S102中，在主机探头和末端采集单元探头都连接到低压供电线路后，主机在其装置时间T₁₁时刻向末端采集单元发出信号，末端采集单元在其装置时间T₂₁接受到信号；一段时间后，末端采集单元在其装置时间T₂₂时刻向主机发出信号，主机在其装置时间T₁₂接受到信号。

S103、根据主机和末端采集单元之间信号时间差自动调整末端采集单元时间。

具体实施时，步骤S103中，根据T₁₁、T₂₁、T₂₂、T₁₂来调整主机和末端采集单元之间的时间偏差ΔT：

将主机和末端采集单元的时间初步对齐。

S104、改变低压供电线路的通断状态，收集低压供电线路上电流或电压的变化情况。

具体实施时，步骤S104中，在通断低压供电线路总线和负载支线的过程中，探头保持开启状态，收集电流或电压从低压供电线路首端流向末端的完整波形。

S105、回收所有探头，将电流数据或电压数据再匹配校准，并进行分析，最后得出低压线路故障检测结果。

具体实施时，步骤S105中，以主机和末端采集单元初步对齐后的时间点T为基础，截取末端采集单元探头从U₀开始的第一个完整波形，其中U₀为对齐时间点后一个0值，并且同主机时间点T前后半个周期的电压数据逐步匹配，计算

并且以P对应的K为尺度再次调整末端采集单元探头电压数据同主机探头电压数据对齐。其中n为时间点T前后一个波形周期内电压数据采集量，u_1,m+K为主机探头的第m+K条电压数据，u_2,m为末端采集单元探头的第m条电压数据。

具体实施时，步骤S105中，根据主机和末端采集单元收集的电流数据来判断是否发生故障，计算

和/>

i_1,P为主机收集得到满足P式的电流数据；i_2,P为末端采集探头收集得到满足P式的电流数据；I_loss为一个周期内i_1,P和i_2,P电流差有效值；I为一个周期内线路电流有效值。

具体实施时，步骤S105中，当

代表线路出现三级漏电，当

代表线路出现二级漏电，当/>

代表线路出现一级漏电；其中，I_set为识别线路故障的线路电流有效值门槛值。

本实施例中，主机探头和末端采集单元探头有如下三种连接方式：

主机探头和末端采集单元探头分别位于低压供电线路的首端和末端，且对应两个探头均连接于火线和零线之间，用于采集对应低压供电线路的剩余电流数据；

主机探头和末端采集单元探头分别位于低压供电线路的首端和末端，且对应两个探头均连接于火线或零线上，用于采集对应低压供电线路的火线或零线上的电流波形数据；

主机探头和末端采集单元探头分别位于低压供电线路的首端和末端，且对应两个探头分别连接于火线和零线上，用于采集对应低压供电线路的火线和零线之间的电压波形数据。

Claims (10)

1.一种基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将用电线路多功能检测仪的主机探头和末端采集单元探头分别连接在低压供电线路两端；

S2、由所述用电线路多功能检测仪的主机和末端采集单元相互发送信号，得到主机和末端采集单元的信号时间差；

S3、根据所述信号时间差，将所述主机和末端采集单元的时间对齐；

S4、改变所述低压供电线路的通断状态，得到低压供电线路的电流数据和电压数据；

S5、回收所述主机探头和末端采集单元探头，并根据所述电压数据和电流数据，得到低压供电线路故障检测结果，完成低压供电线路故障识别。

2.根据权利要求1所述的基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，其特征在于，所述步骤S1中主机探头和末端采集单元探头与低压供电线路的连接方式有以下三种：

方式一是所述主机探头和末端采集单元探头分别与低压供电线路的首端和末端连接；所述主机探头和末端采集单元探头均连接于火线和零线之间；

方式二是所述主机探头和末端采集单元探头分别与低压供电线路的首端和末端连接；所述主机探头和末端采集单元探头均与火线或零线连接；

方式三是所述主机探头和末端采集单元探头分别与低压供电线路的首端和末端连接；所述主机探头和末端采集单元探头均分别与火线和零线连接。

3.根据权利要求2所述的基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，其特征在于，所述方式一用于采集低压供电线路的剩余电流波形数据；所述方式二用于采集低压供电线路火线或零线上的电流波形数据；所述方式三用于采集低压供电线路火线和零线之间的电压波形数据。

4.根据权利要求1所述的基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，其特征在于，所述步骤S2中主机和末端采集单元通过Lora通信连接；所述主机和末端采集单元均包含若干个探头。

5.根据权利要求1所述的基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，其特征在于，所述步骤S2具体如下：

S201、利用所述主机向末端采集单元发送信号，并记录发送时间，得到第一发送时间；

S202、根据所述末端采集单元接收到信号的时间，得到第一接收时间；

S203、间隔一段时间后，由所述末端采集单元向主机发送信号，并记录发送时间，得到第二发送时间；

S204、根据所述主机接收到信号的时间，得到第二接收时间；

S205、根据所述第一发送时间、第一接收时间、第二发送时间和第二接收时间，得到主机和末端采集单元的信号时间差。

6.根据权利要求5所述的基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，其特征在于，所述步骤S205中信号时间差的表达式为：

其中，ΔT为信号时间差，表示主机和末端采集单元之间的时间偏差；T₁₁为第一发送信号；T₂₁为第一接收信号；T₂₂为第二发送信号；T₁₂为第二接收信号。

7.根据权利要求1所述的基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，其特征在于，所述步骤S4中，改变所述低压供电线路通断状态时，所述主机探头和末端采集单元探头均处于开启状态。

8.根据权利要求1所述的基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，其特征在于，所述步骤S5具体如下：

S501、利用所述主机和末端采集单元得到基准时间点，并以基准时间点前后半个周期为限，根据所述电流数据和电压数据，得到主机探头的主机完整波形；

S502、根据所述基准时间点，得到末端采集单元探头的零值点；

S503、根据所述零值点，得到末端采集单元探头的采集单元完整波形；

S504、根据所述主机完整波形和采集单元完整波形，得到低压供电线路故障检测结果。

9.根据权利要求8所述的基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，其特征在于，所述步骤S504中低压供电线路故障检测结果的表达式为：

其中，E为低压供电线路故障检测结果；I_loss为一个周期内i_1,P和i_2,P电流差有效值；I为一个周期内线路电流有效值；I_set为识别线路故障的线路电流有效值门槛值；i_1,P为主机收集得到满足条件P的电流数据；i_2,P为末端采集探头收集得到满足条件P的电流数据；P为m+K条线路主机收集电压数据和末端采集探头收集电压数据中欧式距离最小值，用于查找主机和末端采集探头最接近的电压数据并二次配对时钟；T为基准时间点；u_1,m+K为主机探头的主机完整波形的第m+K条电压数据；u_2,m为末端采集单元探头的采集单元完整波形的第m条电压数据；n为基准时间点T前后一个波形周期内的电压数据采集量；m为电压数据序号；K为末端采集单元探头电压数据和主机探头电压数据的调整尺度；k为K的取值上限。

10.根据权利要求9所述的基于电流扰动的低压供电线路故障识别方法，其特征在于，所述步骤S504中低压供电线路故障检测结果有三种结果：

第一种结果是线路出现一极漏电：

20<E≤30％

第二种结果是线路出现二极漏电：

10<E≤20％

第三种结果是线路出现三极漏电：

5≤E≤10％。

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