CN116381418B - 一种电网线路故障定位方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电网线路故障定位方法及系统，所述方法包括获取电网变电站的录波文件，所述录波文件包括电压值；根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压；根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量；根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置。本专利采用了故障条件下零序电压的计算结果，在多个可能的故障位置中定位出正确的故障点，减少了运维人员的工作量，提高了工作效率。

Description

一种电网线路故障定位方法及系统

技术领域

本发明属于电网技术领域，尤其涉及一种电网线路故障定位方法及系统。

背景技术

近年来新能源接入规模大幅增加，城市电网接入风电场、光伏发电站的需求日益迫切。由于城市电网变电站出线间隔有限，新能源接入多以T接入线路形式并网，一条线路上可能T接入多个新能源发电站。故障测距技术是线路发生故障后测量故障点到电源侧开关距离的技术，通常是通过故障电压和故障电流的比值计算测距阻抗，然后与线路阻抗做比较，计算出故障点到电源侧开关的距离，便于运维人员查找故障点，减少工作量。当线路T接入多个新能源发电站后，相同测距阻抗的可能故障点不唯一，运维人员必须逐个巡视可能的故障位置来查找故障点，甚至需要巡视整条线路，大幅增加了巡视的工作量，增加了线路停电时间。基于以上问题，本专利采用了故障条件下零序电压的计算结果，在多个可能的故障位置中定位出正确的故障点，减少了运维人员的工作量，提高了工作效率。

发明内容

为解决上述问题，本发明首先提出了一种电网线路故障定位方法，所述方法包括：

获取电网变电站的录波文件，所述录波文件包括电压值；

根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压；

根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量；

根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置。

根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压包括：

根据变电站的录波文件计算其中变电站中性点击穿前的零序电压U=U_a+U_b+U_c，其中U_a、U_b、U_c分别是变电站中性点击穿前三相的相电压；

将计算结果U记为集合A={U₁，U₂，……，U_k}，其中K为电网变电站和新能源发电站的总数量。

根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量包括：

将集合A中最大且相等的电压记为集合B={U_1t，U_2t，……U_mt}，其中mt为识别出来的电网变电站和新能源发电站的数量。

根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置包括根据mt的数值结合故障距离以确定故障点的具体位置。

根据mt的数值确定故障点的具体位置包括：

当mt=1的时候，故障点在变电站的并网线路上，结合故障距离确定故障点的具体位置；

当mt>1的时候，根据录波文件计算变电站中性点击穿后的零序电压；根据变电站中性点击穿前后的零序电压变化和故障距离定位故障点。

根据录波文件计算变电站中性点击穿后的零序电压包括：

当变电站中性点击穿后，计算其中变电站中性点击穿后的零序电压U_p=U_as+U_bs+U_cs，其中U_as、U_bs、U_cs分别是变电站中性点击穿后三相的相电压；

计算零序电压有效值集合记为C={U_p1，U_p2，……，U_pm}，其中pm为大于等于1的整数；

将集合C中最大且相等的电压记为集合D={U_1s，……，U_ns}，其中ns为大于等于1的整数。

根据变电站中性点击穿前后的零序电压变化和故障距离定位故障点包括：

根据集合B以及集合D以确定故障点位于两个集合的连接线上，结合故障距离以确定故障点的精确位置。

所述故障距离是故障点到电源侧开关的距离。

本发明还提出了一种电网线路故障定位系统，所述系统包括依次连接的故障录波模块、信息分析模块、定位模块；

所述故障录波模块用于获取电网变电站的录波文件，所述录波文件包括电压值；

所述信息分析模块用于根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压；

所述定位模块用于根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量；并根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置。

所述定位模块还包括故障距离计算模块；

所述故障距离计算模块用于计算故障点到电源侧开关的距离。

与现有技术相比本专利采用了故障条件下零序电压计算结果，在多个可能的故障位置中定位出正确的故障点，减少了运维人员的工作量，提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，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为现有的电网线路故障定位问题示意图。

图2为本发明实施例的第一种电网线路故障定位方法流程图。

图3为本发明实施例的第二种电网线路故障定位方法流程图。

图4为本发明实施例的第三种电网线路故障定位方法流程图。

图5为本发明实施例的图1中的中性点接地点在电源侧开关的零序电压示意图。

图6为本发明实施例的图1中的中性点接地点在新能源2处的零序电压示意图。

图7为本发明实施例的一种电网线路故障定位系统连接图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，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。

故障测距是通过故障测距装置进行故障定位的技术，故障测距装置又称为故障定位装置，是一种测定故障点位置的自动装置。它能根据不同的故障特征迅速准确地测定故障点，这不仅大大减轻了人工巡线的艰辛劳动，而且还能查出人们难以发现的故障。因此它给电力生产部门带来的社会和经济效益是难以估计的。其原理是线路发生故障后测量故障点到电源侧开关的距离，通常是通过故障电压和故障电流的比值计算测距阻抗，然后与线路阻抗做比较，计算出故障点到电源开关的距离。概括起来，输电线路故障测距的作用主要包括以下几个方面：1)帮助快速查找故障，节省故障巡线所耗费的大量人力、物力及财力；2)帮助及时修复故障，提高供电可靠性和连续性，减少停电损失；3)帮助分析故障发生的原因，并采取适当的预防措施；4)对于瞬时性故障，可以提醒线路维护人员注意绝缘薄弱点，并适时清理或更换存在隐患的绝缘子，从而避免形成永久故障，而且可以大大节省检修时间和费用。

但是，随着新能源接入电网规模的加大，一条线路上会出现多个新能源发电站，如图1所示，新能源接入以T接入线路形式并网，当线路T接入多个新能源发电站后，相同测距阻抗的可能故障点不唯一，故障位置、故障位置/>、故障位置/>都是潜在的故障点，运维人员必须逐个巡视可能的故障位置来查找故障点，甚至需要巡视整条线路，大幅增加了巡视的工作量，增加了线路停电时间。

而电力系统属于三相系统，理想条件下三相参数均对称。但是由于三相负载差异，三相线路以及电源差异，一般电网都处于不对称运行中。对不对称三相电网进行分析时，可以用对称分量法分解为正序、负序、零序分量。零序分量属于三相同大小同相位的分量。在零序网络中，零序电源位于故障点，零序网络的接地点位于变电站的中性点接地处。本发明采用了故障条件下零序电压的计算结果，在多个可能的故障位置中能够精确定位出正确的故障点。

本发明采用多站故障录波文件数据，通过录波文件中零序电压的大小，结合新能源发电站T接的位置信息和故障距离，定位故障发生的位置。当故障发生时，零序网络的零序电源位于故障点，零序电压的零电位点位于电源侧变电站中性点处，T接在故障点与电源侧开关间的新能源发电站零序电压逐渐减低。当继电保护动作跳开电源侧开关后，T接在线路上变电站中性点间隙会击穿，零序电压的零电位点发生变化。各新能源发电站及变电站的零序电压分布发生变化。本发明根据零序电压的分布情况，结合故障测距结果可以判断出故障点的位置。

所述的中性点是变电站三相连接在一起的点，比如110kV千伏系统，系统侧中性点直接接地。T接的110kV变电站中性点不接地。

零序电压分布发生变化是指，零序电压的最高点在故障点。零序电压的最低点在变电站中性点接地的地方。当系统侧中性点拉开后，某一个接地点击穿接地，零序电压的分布就发生了变化。

变电站中性点击穿是指继电保护动作跳开电源测开关之后，就是去了接地点，中性点的电压就会太高。线路上某一个变电站的中性点间隙就会击穿。

这里的故障录波是一种基于故障录波信息的调度端电网故障诊断系统。故障录波器用于电力系统，可在系统发生故障时，自动地、准确地记录故障前、后过程的各种电气量等的变化情况，通过对这些电气量等的分析、比较，对分析处理事故、判断保护是否正确、提高电力系统安全运行水平有着重要作用。

如图2所示，本发明实施例提出了一种电网线路故障定位方法，所述方法包括：

获取电网变电站的录波文件，所述录波文件包括电压值；

根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压；

根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量；

根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置。

所述根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量包括：根据变电站的录波文件计算出的零序电压中最大且相等的电压数量即为变电站的数量。

所述根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置包括当变电站的数量为1的时候，故障点在变电站的并网线路上，结合故障距离确定故障点的具体位置。当变电站的数量大于1的时候，根据录波文件计算变电站中性点击穿后的零序电压；根据变电站中性点击穿前后的零序电压变化和故障距离定位故障点。

所述根据变电站中性点击穿前后的零序电压变化和故障距离定位故障点包括根据变电站中性点击穿前后的最大且相等的电压的两个集合以确定故障点位于两个集合的连接线上，结合故障距离以确定故障点的精确位置。

所述的故障距离是是故障点到电源侧开关的距离；这里单由故障距离所确定的点不唯一。

如图3所示，本发明实施例还提出了第二种电网线路故障定位方法，所述方法包括：

获取电网变电站的录波文件；根据录波文件计算变电站中性点击穿前后的零序电压变化；根据变电站中性点击穿前后的零序电压变化和故障距离定位故障点。

所述获取电网变电站的录波文件中，所述录波文件包括电压值。

所述根据录波文件计算变电站中性点击穿前后的零序电压变化，包括根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压；根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量；根据识别出变电站的数量确定是否需要根据录波文件计算变电站中性点击穿后的零序电压；以计算变电站中性点击穿前后的零序电压变化。

所述的获取电网变电站的录波文件包括获取电网集合中各个变电站的录波文件。

所述根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压包括：

根据变电站的录波文件计算其中变电站中性点击穿前的零序电压U=U_a+U_b+U_c，其中U_a、U_b、U_c分别是变电站中性点击穿前三相的相电压；

将计算结果U记为集合A={U₁，U₂，……，U_k}，其中K为电网变电站和新能源发电站的总数量；

根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量包括将集合A中最大且相等的电压记为集合B={U_1t，U_2t，……U_mt}，其中mt为识别出来的电网变电站和新能源发电站的数量。

根据变电站中性点击穿前后的零序电压变化和故障距离定位故障点包括根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置，即根据mt的数值结合故障距离以确定故障点的具体位置。

进一步的，根据mt的数值结合故障距离以确定故障点的具体位置。当mt=1的时候，故障点在变电站的并网线路上，结合故障距离确定故障点的具体位置。当mt>1的时候，根据录波文件计算变电站中性点击穿后的零序电压；根据变电站中性点击穿前后的零序电压变化和故障距离定位故障点。

其中，根据录波文件计算变电站中性点击穿后的零序电压包括：

当变电站中性点击穿后，计算其中变电站中性点击穿后的零序电压U_p=U_as+U_bs+U_cs，其中U_as、U_bs、U_cs分别是变电站中性点击穿后三相的相电压；

计算零序电压有效值集合记为C={U_p1，U_p2，……，U_pm}，其中pm为大于等于1的整数；

将集合C中最大且相等的电压记为集合D={U_1s，……，U_ns}，其中ns为大于等于1的整数。

根据集合B以及集合D以确定故障点位于两个集合的连接线上，结合故障距离以确定故障点的精确位置。

所述故障距离是故障点到电源侧开关的距离；这里单由故障距离所确定的点不唯一。

如图4所示，本发明实施例还提出了第三种电网线路故障定位方法，所述方法包括：

读取变电站中性点击穿前各录波文件零序电压，计算零序电压有效值；

确定零序电压最大且相等的T接集合；

读取变电站中性点击穿后各录波文件零序电压，计算零序电压有效值；

确定零序电压最大且相等的T接集合；

根据变电站中性点击穿前后所确定的零序电压最大且相等的集合的拓扑关系确定故障位置。

基于以上对本发明实施例的说明，进一步以本发明所保护的技术方案对图1中的现有电网结构中的故障精确定位进行说明。所述方法包括：

获取图1中的变电站的录波文件；

计算其中变电站中性点击穿前的零序电压U=U_a+U_b+U_c，其中U_a、U_b、U_c分别是变电站中性点击穿前三相的相电压；将计算结果记为集合A={U₁，U₂，U₃，U_s}，其中U₁变电站1的零序电压、U₂是变电站2的零序电压、U₃是变电站3的零序电压、U_s是系统侧中性点击穿前，新能源发电站的零序电压。

进一步的，如图5所示，中性点接地点在电源侧开关的时候，将集合A中最大且相等的电压记为集合B={U₂，U_s}。

获取图1中变电站中性点击穿后的零序电压包括：

计算其中变电站中性点击穿后的零序电压U_p=U_as+U_bs+U_cs,计算零序电压有效值集合记为C={U_p1，U_p2，U_p3，U_pt}，其中U_as、U_bs、U_cs分别是变电站中性点击穿后三相的相电压，U_pt是系统侧中性点击穿后，新能源发电站的零序电压。

进一步的，如图6所示，中性点接地点在图1中的新能源2处的时候，将集合C中最大且相等的电压记为集合D={U_p1，U_p3}；

根据拓扑结构，故障点位于集合B和D的网络连接电力线上。结合故障距离以得到更精确得测距结果。

所述故障距离是故障点到电源侧开关的距离。

本发明实施例还提出了一种电网线路故障定位系统，如图7所示，所述系统包括依次连接的故障录波模块、信息分析模块、定位模块；

所述故障录波模块用于获取电网变电站的录波文件，所述录波文件包括电压值；

所述信息分析模块用于根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压；

所述定位模块用于根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量；并根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置。

所述定位模块还包括故障距离计算模块；所述故障距离计算模块用于计算故障点到电源侧开关的距离；所述定位模块用于根据识别出来的变电站数量结合故障点到电源侧开关的距离以定位故障点。

本发明中实施例所述的故障距离是故障点到电源侧开关的距离，所述的故障距离是通过故障电压和故障电流的比值计算测距阻抗，然后与线路阻抗做比较，计算出故障点到电源开关的距离。单独由故障距离所定位的点不唯一。

本发明实施例采用了故障条件下零序电压分布，并与故障测距结果相结合的方法，在多个可能的故障位置中定位出正确的故障位置，减少了运维人员的工作量，提高了工作效率。

虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例所记载的技术方案进行的修改或者对其中部分技术特征进行的等同替换，均在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种电网线路故障定位方法，其特征在于，所述方法包括：

获取电网变电站的录波文件，所述录波文件包括电压值；

根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压；

根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量；

根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置；

所述根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压包括：根据变电站的录波文件计算其中变电站中性点击穿前的零序电压U=U_a+U_b+U_c，其中U_a、U_b、U_c分别是变电站中性点击穿前三相的相电压；将计算结果U记为集合A={U₁，U₂，……，U_k}，其中K为电网变电站和新能源发电站的总数量；

所述根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量包括：将集合A中最大且相等的电压记为集合B={U_1t，U_2t，……U_mt}，其中mt为识别出来的电网变电站和新能源发电站的数量；

所述根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置包括根据mt的数值结合故障距离以确定故障点的具体位置；

所述根据mt的数值结合故障距离以确定故障点的具体位置包括：当mt=1的时候，故障点在变电站的并网线路上，结合故障距离确定故障点的具体位置；当mt>1的时候，根据录波文件计算变电站中性点击穿后的零序电压，根据变电站中性点击穿前后的零序电压变化和故障距离定位故障点；

所述根据录波文件计算变电站中性点击穿后的零序电压包括：当变电站中性点击穿后，计算其中变电站中性点击穿后的零序电压U_p=U_as+U_bs+U_cs，其中U_as、U_bs、U_cs分别是变电站中性点击穿后三相的相电压；计算零序电压有效值集合记为C={U_p1，U_p2，……，U_pm}，其中pm为大于等于1的整数；将集合C中最大且相等的电压记为集合D={U_1s，……，U_ns}，其中ns为大于等于1的整数；

所述根据变电站中性点击穿前后的零序电压变化和故障距离定位故障点包括：根据集合B以及集合D以确定故障点位于两个集合的连接线上，结合故障距离以确定故障点的精确位置。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述故障距离是故障点到电源侧开关的距离。

3.一种电网线路故障定位系统，其特征在于，所述系统用于执行权利要求1所述的电网线路故障定位方法，包括依次连接的故障录波模块、信息分析模块、定位模块；

所述故障录波模块用于获取电网变电站的录波文件，所述录波文件包括电压值；

所述信息分析模块用于根据录波文件计算变电站中性点击穿前的零序电压；

所述定位模块用于根据变电站中性点击穿前的零序电压中最大且相等的电压以识别出变电站的数量；并根据识别出来的变电站数量结合故障距离以确定故障点的具体位置。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述定位模块还包括故障距离计算模块；

所述故障距离计算模块用于计算故障点到电源侧开关的距离。