CN115980626A - 电缆弧光接地故障动态变化的监测方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆弧光接地故障动态变化的监测方法及装置，方法包括以下步骤：采集故障线路的单相弧光接地故障录波数据，包括零序电压和零序电流，单周波采用点不少于256个；根据零序电压数据确定故障起始和结束时间；对已确定故障起始和结束时间之间的零序电流数据进行有限冲击响应数字低通滤波，截止频率为10kHz；根据滤波后的零序电流数据，确定燃弧熄弧过程；调取所有燃弧熄弧过程的数据，确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数；根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态。本发明对单相弧光接地故障的变化特征进行有效监控，为电缆故障的严重程度提供了评价依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种电缆弧光接地故障动态变化的监测方法及装置，属于配电电缆故障监测技术领域。
背景技术
电缆线路在长期的运行过程中，会因为电磁、机械应力、发热、环境腐蚀、潮气侵蚀等多方面因素而产生绝缘老化与故障的现象。10～35kV配网中所用的电力电缆均为交联聚乙烯(XLPE)电缆，对于XLPE电缆，水树枝老化是造成电缆在运行中被击穿的主要原因，造成运行电缆的瞬间燃弧，电缆绝缘下降，随着水树枝不断的生长积累，最终造成电缆绝缘损毁。瞬时性可恢复故障的持续时间一般在3～5ms(四分之一周波内)。对于持续时间很短的瞬时性可恢复故障来说，保护设备一般来不及动作、给出报警信息。单相弧光接地故障有时会反复放电燃弧，给电缆安全运行造成极大的隐患。
专利申请号201911126639.3《一种模拟电弧燃烧动态过程的建模方法》提出将电弧燃烧分为预燃弧阶段、电弧稳定燃烧阶段和熄弧阶段，设定不同的电弧电阻模拟不同阶段的动态变化，描述燃弧过程的动态特征，但该方法描述的是断路器熄弧室或者设备内部封闭空间的燃弧故障，并未说明开放空间下如户外电缆电线弧光接地故障条件下是否适用。专利申请号202011525234.X《一种电缆初期电弧故障建模方法》提出一种通过高压实验测量然后分析统计电弧故障的关键特征量进行初期电弧故障模型建立的方法，但没有说明如何利用实际数据进行建模的方法以及实际数据与实验数据在建模过程中的误差及区别。专利申请号202210808091.6《高压电缆金属护套对地间隙燃弧状态分析方法和系统》提出根据角频率与容抗、感抗固有关系，计算获取电缆容抗、感抗参数，利用电磁感应定律、欧姆定律，建立电缆在非燃弧、燃弧两种状态金属护套的数学模，判断电缆接地系统的燃弧状态和功率，但该方法仅适用于单芯高压电缆单端接地状况，而且也为说明故障类型与燃弧故障的关系。
因此，需要一种能够监测电缆弧光接地故障动态变化的方法，对配电电缆故障进行精准监控。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出了一种电缆弧光接地故障动态变化的监测方法及装置，能够对配电电缆故障进行精准监控。
本发明解决其技术问题采取的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供的一种电缆弧光接地故障动态变化的监测方法，包括以下步骤：
采集故障线路的单相弧光接地故障录波数据，所述单相弧光接地故障录波数据包括零序电压和零序电流，其中单周波采用点不少于256个；
根据零序电压数据确定故障起始和结束时间；
对已确定故障起始和结束时间之间的零序电流数据进行有限冲击响应(FIR)数字低通滤波，截止频率为10kHz；
根据滤波后的零序电流数据，确定燃弧熄弧过程，所述确定燃弧熄弧过程为：以起始时间点往后推5ms开始查找过零点，并将2个过零点之间的数据作为1次燃弧熄弧过程，记为Arc(n)，n≥1，其中n代表第n次燃弧熄弧过程；
调取所有燃弧熄弧过程Arc(n)的数据，确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数；
根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数，包括以下步骤：
从起始过零点t1到燃弧开始的起点t2，起始阶段的时间间隔记为T1(n)；
从燃弧开始的起点t2到熄弧开始的起点t3，燃弧阶段的时间间隔记为T2(n)；
从熄弧开始的起点t3的拐点到过零点t4，熄灭阶段的时间间隔记为T3(n)。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述燃弧开始的起点t2的确定方法为：求取燃弧过程中的第一个拐点，第一个拐点对应的时间点为燃弧开始的起点t2。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述熄弧开始的起点t3的确定方法为：求取燃弧过程中的第二个拐点，第二个拐点对应的时间点为熄弧开始的起点t3。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态，包括以下步骤：
根据T1(n)、T2(n)和T3(n)的数值对燃弧动态过程进行分析判断；
如果0.5ms≤T2(n)≤3ms，且T1(n)+T3(n)≤5ms，则认为单相接地故障处于稳定燃弧状态；
如果T2(n)≤0.5ms，且5ms≤T1(n)+T3(n)≤10ms，则认为单相接地故障处于熄灭状态。
第二方面，本发明实施例提供的一种电缆弧光接地故障动态变化的监测装置，包括：
数据采集模块，用于采集故障线路的单相弧光接地故障录波数据，所述单相弧光接地故障录波数据包括零序电压和零序电流，其中单周波采用点不少于256个；
故障起止时间确定模块，用于根据零序电压数据确定故障起始和结束时间；
零序电流数据滤波模块，用于对已确定故障起始和结束时间之间的零序电流数据进行有限冲击响应(FIR)数字低通滤波，截止频率为10kHz；
燃弧熄弧过程确定模块，用于根据滤波后的零序电流数据，确定燃弧熄弧过程，所述确定燃弧熄弧过程为：以起始时间点往后推5ms开始查找过零点，并将2个过零点之间的数据作为1次燃弧熄弧过程，记为Arc(n)，n≥1，其中n代表第n次燃弧熄弧过程；
参数确定模块，用于调取所有燃弧熄弧过程Arc(n)的数据，确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数；
故障状态确定模块，用于根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述参数确定模块确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数的具体过程为：
从起始过零点t1到燃弧开始的起点t2，起始阶段的时间间隔记为T1(n)；
从燃弧开始的起点t2到熄弧开始的起点t3，燃弧阶段的时间间隔记为T2(n)；
从熄弧开始的起点t3的拐点到过零点t4，熄灭阶段的时间间隔记为T3(n)。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述燃弧开始的起点t2的确定方法为：求取燃弧过程中的第一个拐点，第一个拐点对应的时间点为燃弧开始的起点t2。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述熄弧开始的起点t3的确定方法为：求取燃弧过程中的第二个拐点，第二个拐点对应的时间点为熄弧开始的起点t3。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述故障状态确定模块根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态的具体过程为：
根据T1(n)、T2(n)和T3(n)的数值对燃弧动态过程进行分析判断；
如果0.5ms≤T2(n)≤3ms，且T1(n)+T3(n)≤5ms，则认为单相接地故障处于稳定燃弧状态；
如果T2(n)≤0.5ms，且5ms≤T1(n)+T3(n)≤10ms，则认为单相接地故障处于熄灭状态。
本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：
本发明实施例的技术方案的一种电缆弧光接地故障动态变化的监测方法，通过获取故障录波数据计算故障过程的起始时间点，确定燃弧熄弧的各个阶段，并根据各个阶段的参数对燃弧熄弧过程进行分析，实现了对配电电缆故障的精准监控。
本发明实施例的技术方案的一种电缆弧光接地故障动态变化的监测装置，通过获取故障录波数据计算故障过程的起始时间点，确定燃弧熄弧的各个阶段，并根据各个阶段的参数对燃弧熄弧过程进行分析比较判断，实现了对配电电缆故障的精准监控。
本发明的方法判据简单，适应性更强，针对单相弧光接地故障的变化特征进行有效监控，为电缆故障的严重程度提供了评价依据。
附图说明
图1是根据一示例性实施例示出的一种电缆弧光接地故障动态变化的监测方法的流程图；
图2是根据一示例性实施例示出的一种典型零序电流燃弧录波波形图；
图3是根据一示例性实施例示出的一种电缆弧光接地故障动态变化的监测装置的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。
如图1所示，本发明实施例提供的一种电缆弧光接地故障动态变化的监测方法，包括以下步骤：
采集故障线路的单相弧光接地故障录波数据，所述单相弧光接地故障录波数据包括零序电压和零序电流，其中单周波采用点不少于256个；
根据零序电压数据确定故障起始和结束时间；
对已确定故障起始和结束时间之间的零序电流数据进行有限冲击响应(FIR)数字低通滤波，截止频率为10kHz；
根据滤波后的零序电流数据，确定燃弧熄弧过程，所述确定燃弧熄弧过程为：以起始时间点往后推5ms开始查找过零点，并将2个过零点之间的数据作为1次燃弧熄弧过程，记为Arc(n)，n≥1，其中n代表第n次燃弧熄弧过程；
调取所有燃弧熄弧过程Arc(n)的数据，确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数；
根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态。
作为本实施例一种可能的实现方式，如图2所示，所述确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数，包括以下步骤：
从起始过零点t1到燃弧开始的起点t2，起始阶段的时间间隔记为T1(n)；
从燃弧开始的起点t2到熄弧开始的起点t3，燃弧阶段的时间间隔记为T2(n)；
从熄弧开始的起点t3的拐点到过零点t4，熄灭阶段的时间间隔记为T3(n)。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述燃弧开始的起点t2的确定方法为：求取燃弧过程中的第一个拐点，第一个拐点对应的时间点为燃弧开始的起点t2。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述熄弧开始的起点t3的确定方法为：求取燃弧过程中的第二个拐点，第二个拐点对应的时间点为熄弧开始的起点t3。
作为本实施例一种可能的实现方式，所述根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态，包括以下步骤：
根据T1(n)、T2(n)和T3(n)的数值对燃弧动态过程进行分析判断；
如果0.5ms≤T2(n)≤3ms，且T1(n)+T3(n)≤5ms，则认为单相接地故障处于稳定燃弧状态；
如果T2(n)≤0.5ms，且5ms≤T1(n)+T3(n)≤10ms，则认为单相接地故障处于熄灭状态。
本实施例通过获取故障录波数据计算故障过程的起始时间点，确定燃弧熄弧的各个阶段，并根据各个阶段的参数对燃弧熄弧过程进行分析，实现了对配电电缆故障的精准监控。
如图3所示，本发明实施例提供的一种电缆弧光接地故障动态变化的监测装置，包括：
数据采集模块，用于采集故障线路的单相弧光接地故障录波数据，所述单相弧光接地故障录波数据包括零序电压和零序电流，其中单周波采用点不少于256个；
故障起止时间确定模块，用于根据零序电压数据确定故障起始和结束时间；
零序电流数据滤波模块，用于对已确定故障起始和结束时间之间的零序电流数据进行有限冲击响应(FIR)数字低通滤波，截止频率为10kHz；
燃弧熄弧过程确定模块，用于根据滤波后的零序电流数据，确定燃弧熄弧过程，所述确定燃弧熄弧过程为：以起始时间点往后推5ms开始查找过零点，并将2个过零点之间的数据作为1次燃弧熄弧过程，记为Arc(n)，n≥1，其中n代表第n次燃弧熄弧过程；
参数确定模块，用于调取所有燃弧熄弧过程Arc(n)的数据，确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数；
故障状态确定模块，用于根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态。
本实施例通过获取故障录波数据计算故障过程的起始时间点，确定燃弧熄弧的各个阶段，并根据各个阶段的参数对燃弧熄弧过程进行分析比较判断，实现了对配电电缆故障的精准监控。
利用本发明所述装置进行分析电缆弧光接地故障动态变化的具体过程如下。
步骤1，获取故障线路的单相弧光接地故障录波数据，包括零序电压和零序电流，其中单周波采用点不少于256个。
步骤2，取零序电压数据，确定故障起始和结束时间。
步骤3，取以确定的故障起始和结束时间之间的零序电流数据，进行有限冲击响应(FIR)数字低通滤波，截止频率为10kHz。
步骤4，根据滤波后的零序电流数据，确定燃弧熄弧过程，具体算法为，以起始时间点往后推5ms开始查找过零点，并将2个过零点之间的数据作为1次燃弧熄弧过程，记为Arc(n)，n≥1，其中n代表第n次燃弧熄弧过程。
步骤5，调取所有燃弧熄弧过程Arc(n)的数据，确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段、熄灭阶段的参数。
燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段三个阶段如图2所示，确定三个阶段的参数如下：
1)起始阶段，从起始过零点t1到燃弧开始的起点t2，其时间间隔记为T1(n)；
2)燃弧阶段，从燃弧开始的起点t2到熄弧开始的起点t3，其时间间隔记为T2(n)；
3)熄灭阶段，从熄弧开始的起点t3的拐点到过零点t4，其时间间隔记为T3(n)；
其中，确定燃弧开始的起点t2和熄弧开始的起点t3，其方法是通过求取拐点1和拐点2确定t2和t3，其中拐点1对应t2，拐点2对应t3。
步骤6，根据T1(n)、T2(n)和T3(n)的数值对此次燃弧的动态过程进行分析判断：
如果0.5ms≤T2(n)≤3ms，且T1(n)+T3(n)≤5ms，则认为单相接地故障处于稳定燃弧状态；
如果T2(n)≤0.5ms，且5ms≤T1(n)+T3(n)≤10ms，则认为单相接地故障处于熄灭状态。
本发明的方法判据简单，适应性更强，针对单相弧光接地故障的变化特征进行有效监控，为电缆故障的严重程度提供了评价依据。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电缆弧光接地故障动态变化的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
采集故障线路的单相弧光接地故障录波数据，所述单相弧光接地故障录波数据包括零序电压和零序电流，其中单周波采用点不少于256个；
根据零序电压数据确定故障起始和结束时间；
对已确定故障起始和结束时间之间的零序电流数据进行有限冲击响应数字低通滤波，截止频率为10kHz；
根据滤波后的零序电流数据，确定燃弧熄弧过程，所述确定燃弧熄弧过程为：以起始时间点往后推5ms开始查找过零点，并将2个过零点之间的数据作为1次燃弧熄弧过程，记为Arc(n)，n≥1，其中n代表第n次燃弧熄弧过程；
调取所有燃弧熄弧过程Arc(n)的数据，确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数；
根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态。
2.根据权利要求1所述的电缆弧光接地故障动态变化的监测方法，其特征在于，所述确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数，包括以下步骤：
从起始过零点t1到燃弧开始的起点t2，起始阶段的时间间隔记为T1(n)；
从燃弧开始的起点t2到熄弧开始的起点t3，燃弧阶段的时间间隔记为T2(n)；
从熄弧开始的起点t3的拐点到过零点t4，熄灭阶段的时间间隔记为T3(n)。
3.根据权利要求2所述的电缆弧光接地故障动态变化的监测方法，其特征在于，所述燃弧开始的起点t2的确定方法为：求取燃弧过程中的第一个拐点，第一个拐点对应的时间点为燃弧开始的起点t2。
4.根据权利要求2所述的电缆弧光接地故障动态变化的监测方法，其特征在于，所述熄弧开始的起点t3的确定方法为：求取燃弧过程中的第二个拐点，第二个拐点对应的时间点为熄弧开始的起点t3。
5.根据权利要求2-4任意一项所述的电缆弧光接地故障动态变化的监测方法，其特征在于，所述根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态，包括以下步骤：
根据T1(n)、T2(n)和T3(n)的数值对燃弧动态过程进行分析判断；
如果0.5ms≤T2(n)≤3ms，且T1(n)+T3(n)≤5ms，则认为单相接地故障处于稳定燃弧状态；
如果T2(n)≤0.5ms，且5ms≤T1(n)+T3(n)≤10ms，则认为单相接地故障处于熄灭状态。
6.一种电缆弧光接地故障动态变化的监测装置，其特征在于，包括：
数据采集模块，用于采集故障线路的单相弧光接地故障录波数据，所述单相弧光接地故障录波数据包括零序电压和零序电流，其中单周波采用点不少于256个；
故障起止时间确定模块，用于根据零序电压数据确定故障起始和结束时间；
零序电流数据滤波模块，用于对已确定故障起始和结束时间之间的零序电流数据进行有限冲击响应数字低通滤波，截止频率为10kHz；
燃弧熄弧过程确定模块，用于根据滤波后的零序电流数据，确定燃弧熄弧过程，所述确定燃弧熄弧过程为：以起始时间点往后推5ms开始查找过零点，并将2个过零点之间的数据作为1次燃弧熄弧过程，记为Arc(n)，n≥1，其中n代表第n次燃弧熄弧过程；
参数确定模块，用于调取所有燃弧熄弧过程Arc(n)的数据，确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数；
故障状态确定模块，用于根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态。
7.根据权利要求6所述的电缆弧光接地故障动态变化的监测装置，其特征在于，所述参数确定模块确定每个燃弧过程的起始阶段、燃弧阶段和熄灭阶段的参数的具体过程为：
从起始过零点t1到燃弧开始的起点t2，起始阶段的时间间隔记为T1(n)；
从燃弧开始的起点t2到熄弧开始的起点t3，燃弧阶段的时间间隔记为T2(n)；
从熄弧开始的起点t3的拐点到过零点t4，熄灭阶段的时间间隔记为T3(n)。
8.根据权利要求7所述的电缆弧光接地故障动态变化的监测装置，其特征在于，所述燃弧开始的起点t2的确定方法为：求取燃弧过程中的第一个拐点，第一个拐点对应的时间点为燃弧开始的起点t2。
9.根据权利要求7所述的电缆弧光接地故障动态变化的监测装置，其特征在于，所述熄弧开始的起点t3的确定方法为：求取燃弧过程中的第二个拐点，第二个拐点对应的时间点为熄弧开始的起点t3。
10.根据权利要求7-9任意一项所述的电缆弧光接地故障动态变化的监测装置，其特征在于，所述故障状态确定模块根据确定的参数对燃弧动态过程进行分析判断，确定单相接地故障的状态的具体过程为：
根据T1(n)、T2(n)和T3(n)的数值对燃弧动态过程进行分析判断；
如果0.5ms≤T2(n)≤3ms，且T1(n)+T3(n)≤5ms，则认为单相接地故障处于稳定燃弧状态；
如果T2(n)≤0.5ms，且5ms≤T1(n)+T3(n)≤10ms，则认为单相接地故障处于熄灭状态。
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| CN202310076982.1A CN115980626A (zh) | 2023-01-31 | 2023-01-31 | 电缆弧光接地故障动态变化的监测方法及装置 |
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| CN202310076982.1A Pending CN115980626A (zh) | 2023-01-31 | 2023-01-31 | 电缆弧光接地故障动态变化的监测方法及装置 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117996702A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 山东交通学院 | 一种配电网弧光接地故障保护方法、系统及存储介质 |
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2023
- 2023-01-31 CN CN202310076982.1A patent/CN115980626A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117996702A (zh) * | 2024-04-03 | 2024-05-07 | 山东交通学院 | 一种配电网弧光接地故障保护方法、系统及存储介质 |
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