CN116754996A - 煤矿高压供电故障定位精准选线系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了煤矿高压供电故障定位精准选线系统，涉及高压供电故障技术领域，现提出如下方案，包括线路故障排查单元、故障点确定单元、故障测距单元、智能分析单元和智能选线单元；所述线路故障排查单元用于对煤矿高压供电的线路进行是否存在短路、断路和漏电情况及线路工作时间段电流和电压稳定状况的排查处理。本发明不仅提高了煤矿供电系统自动化水平，有计划地提前采取措施，保证矿井设备运行安全，保障了电网的可靠供电，避免了由于突发停电造成的经济损失，从智能选线、故障预警方面做到自动化，节省了大量的时间和人力，提高了工作效率，采用行波故障定位测量法，实现对电缆本体产生的绝缘薄弱点定位，缩短供电故障查时间。
Description
技术领域
本发明涉及高压供电故障技术领域，尤其涉及煤矿高压供电故障定位精准选线系统。
背景技术
国内外配电网单相接地故障占80％以上，严重影响电网及设备的安全运行，安全处理接地故障对社会及经济发展有重要作用，当系统的电容电流大于10A以上时，采用消弧线圈接地方式，消弧线圈能够在一定程度上减少故障电流，系统可带故障运行2小时，但消弧线圈不能实现全补偿，故障点依然存在小于10A的残流，残流的存在可引起人身触电、火灾事故，以及严重威胁电网和设备的安全稳定运行，当系统的电容电流较大时，多采用小电阻接地方式，当发生单相接地故障时，放大故障线路零序电流，继电保护装置快速切除故障线路，但此种接地方式供电可靠性难以保障，且存在高阻接地时，继电保护拒动的风险，目前通过外接电源对线路过电流进行补偿抑制，在新的全补偿系统下，当补偿系统完全补偿接地电流后，各线路零序电流的幅值和相位只与线路自身参数相关，无法根据稳态幅值或相位选线，现有的如比幅比相等选线方法在自产供电电源型接地故障补偿系统补偿作用下均不能准确选线，当下当线路出现故障时，通过电力检修人员进行线路检修处理，原来人工查找故障点费时费力，导致电路故障持续，引发电力事故的发生，为此，我们提出了煤矿高压供电故障定位精准选线系统。
发明内容
本发明提出的煤矿高压供电故障定位精准选线系统，以解决现有技术中的上述不足之处。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
煤矿高压供电故障定位精准选线系统，包括线路故障排查单元、故障点确定单元、故障测距单元、智能分析单元和智能选线单元；
所述线路故障排查单元用于对煤矿高压供电的线路进行是否存在短路、断路和漏电情况及线路工作时间段电流和电压稳定状况的排查处理，并将排查有短路、断路和漏电情况以及电流和电压不稳定的线路数据信息分别发送给故障点确定单元和智能分析单元，根据线路零序电流、零序电压关系，任意一条正常线路（以正常线路为例）可建立方程式：
，其中Ｒ0、L0、C01、C02分别为正常线路的零序电阻、零序电感、母线侧零序电容、负荷侧零序电容，u0、i0分别表示小电流接地安装位置的母线零序电压和线路的零序电流实测值；
在单相接地故障时，根据模型参数识别法判定不符合模型的线路为故障线，符合模型的出线为正常线路，若所有出线均选为正常线，则判定母线接地；
在中性点非接地系统中，发生单相接地故障时，零序电流通过其对地电容构成回路，故障线路对地电容特征最明显和稳定，而线路接地时的电阻和电感变化不大，判断故障线路的判断依据如下：
设线路计算电容参数平均值为：，其中，C02(k)为第K条线路负荷侧对地电容，依据模型参数识别原理，在发生单相接地时，若出线负荷侧对地电容值为负，则判定该线路为接地故障线路，若所有均为正常线路时，则母线接地；
所述故障点确定单元根据线路故障排查单元排查的故障数据信息对有故障的线路进行具体的断路、短路和漏电具体位置的判定处理，并将判定后的数据信息分别发送给智能分析单元和故障测距单元；
所述故障测距单元用于对通过故障点确定单元发送的故障点数据信息后，利用测距原理，实现故障点测距，为迅速处理故障提供依据，防止次生灾害和扩大事故的发生处理，借助新的信号频率，计算出线路连接到故障点之间的距离，当线路F点处发生单相接地故障时，故障点将同时产生两个对端行波信号，分别向母线R和母线S传播，母线R和母线S处分别装设有行波检测装置，设行波分别到达两端母线的时间差为∆t，线路长度为s，F点与R点相距d1，F点与S点相距d2，行波在线路中的传播速度为v，则故障点F距离两母线端的距离d1、d2可由如下公式计算得出：
；
；
在使用故障分析测距方式过程中，需要细致分析故障条件下电压及电流的沿线分布特征，以求出故障点位置，借助沿线电压分布的直流输电线路双端测距算法，从根本上提升故障分析结果的精准度、故障分析测距方式需要利用输电线路波动方程，得出电气量的沿线分布数值；
所述智能分析单元用于对线路故障排查单元、故障点确定单元和故障测距单元发送的故障线路相关数据进行故障产生的原因进行分析评估处理，并将分析后的数据信息发送给智能选线单元；
所述智能选线单元用于对通过智能分析单元分析后的故障形成原因进行线路更换型号和需要更换的线路段进行选择处理，同时根据行波原理，实现接地精准选线，实现选择性单相接地保护处理。
进一步地，还包括线路参数获取单元、参数评估单元和数据库，所述线路参数获取单元包括GPC电流行波探头和GPD电流行波探头，通过GPC电流行波探头和GPD电流行波探头对需要进行检测评估的线路工作时不同时间段的电流和电压稳定性的相关数据信息进行分段式采集获取处理，并将不同时间段获取的电压和电流数据信息发送给参数评估单元，由电压、电流变送器采集供电线路的模拟信号，并将零序电压及各线路的零序电流变换为交流电压信号，零序电压信号取自母线电压互感器的开口三角侧，零序电流信号取自零序电流互感器采集各出线侧；
所述参数评估单元用于对线路参数获取单元发送的不同时间段的电压和电流相关数据信息，通过获取数据库中存储的被检测的线路正常情况下电压和电流的相关数据信息进行对比处理；
所述数据库用于对煤矿矿区中所有的线路工作时产生的电压和电流以及工作时产生的温度相关数据信息进行集中存储处理，并与故障检测时的调取与对比处理。
进一步地，还包括故障预警单元和断电保护单元，所述故障预警单元用于对通过线路故障排查单元和故障点确定单元排查确定的故障线路进行预警警示处理，所述故障预警单元实现对煤矿矿区中供电系统的高压电缆、接线盒、供配电设备绝缘故障分黄色、橙色、红色等级预警显示处理，实现故障线路的闪烁、弹窗报警和声音报警；
所述断电保护单元用于对通过故障测距单元和智能选线单元确定后的故障线路进行智能断电保护处理。
进一步地，所述GPD电流行波探头安装在被监测橡套电缆本体上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号，探头与矿用本安型电流行波采集器间通过多芯屏蔽线连接；
所述GPC电流行波探头安装在被监测交联聚乙烯电缆金属屏蔽层接地线上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号，探头按照箭头指示方向固定在电缆屏蔽线上，注意屏蔽线处安装探头之前需要进行绝缘处理，探头与矿用本安型电流行波采集器之间通过多芯同轴电缆连接。
进一步地，所述智能选线单元通过建立接地故障情况下供电系统被保护元件的网络模型，以用于确定故障线路，依据测量数据求解网络方程，获得网络模型中被保护元件的各参数，并将供电系统正常运行时的参数和故障时的参数进行差异计算，并依据差异判断故障线路，根据模型参数识别法判定不符合模型的线路为故障线路，符合模型的出线为正常线路，若所有出线均选为正常线，则判定母线接地。
进一步地，所述故障测距单元通过建立线路模型，已确定故障距离的实际范围，同时分析电气量及故障距离之间的关系，由于高压直流输电线路距离长，需要采用分布参数模型的方式，推导测距公式，依照波动方程中的达朗贝尔解说原理，发现电压与电流需要由行波叠加形成，行波是与时间及距离密切相关的物理量，距离与传播时间就会受到波速的影响，因此需要固定观测点，借助行波到达的时间信息推算出实际传播距离，由于行波会在线路边界及故障点处来回反射，呈现出周期性变化规律。
进一步地，所述线路参数获取单元的输出端与参数评估单元的输入端相连接，所述参数评估单元的输出端与线路故障排查单元的输入端相连接，所述线路排查单元的输出端分别与故障点确定单元、故障预警单元和智能分析单元的输入端相连接，所述故障点确定单元的输出端分别与故障预警单元、故障测距单元和智能分析单元的输入端相连接，所述智能分析单元的输出端与智能选线单元的输入端相连接，所述故障测距单元的输出端分别与智能分析单元和断电保护单元的输入端相连接，所述智能选线单元的输出端与断电保护单元的输入端相连接，所述数据库分别与参数评估单元和智能分析单元之间实现双向连接。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
本发明通过设置线路参数获取单元、参数评估单元、数据库、线路故障排查单元、故障点确定单元、故障测距单元、智能分析单元、智能选线单元、故障预警单元和断电保护单元，通过线路故障排查单元对煤矿高压供电的线路进行是否存在短路、断路和漏电情况及线路工作时间段电流和电压稳定状况的排查处理，通过故障测距单元利用测距原理，实现故障点测距，为迅速处理故障提供依据，防止次生灾害和扩大事故的发生处理，借助新的信号频率，计算出线路连接到故障点之间的距离，使得本发明不仅提高了煤矿供电系统自动化水平，有计划地提前采取措施，保证矿井设备运行安全，保障了电网的可靠供电，避免了由于突发停电造成的经济损失，从智能选线、故障预警方面做到自动化，节省了大量的时间和人力，提高了工作效率，采用行波故障定位测量法，实现对电缆本体产生的绝缘薄弱点定位，缩短供电故障查时间。
附图说明
图1为本发明提出的煤矿高压供电故障定位精准选线系统的整体系统框图。
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，所描述的实施例仅仅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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。
实施例1
参照图1：煤矿高压供电故障定位精准选线系统，包括线路故障排查单元、故障点确定单元、故障测距单元、智能分析单元和智能选线单元；
线路故障排查单元用于对煤矿高压供电的线路进行是否存在短路、断路和漏电情况及线路工作时间段电流和电压稳定状况的排查处理，并将排查有短路、断路和漏电情况以及电流和电压不稳定的线路数据信息分别发送给故障点确定单元和智能分析单元，根据线路零序电流、零序电压关系，任意一条正常线路（以正常线路为例）可建立方程式：
，其中Ｒ0、L0、C01、C02分别为正常线路的零序电阻、零序电感、母线侧零序电容、负荷侧零序电容，u0、i0分别表示小电流接地安装位置的母线零序电压和线路的零序电流实测值；
在单相接地故障时，根据模型参数识别法判定不符合模型的线路为故障线，符合模型的出线为正常线路，若所有出线均选为正常线，则判定母线接地；
在中性点非接地系统中，发生单相接地故障时，零序电流通过其对地电容构成回路，故障线路对地电容特征最明显和稳定，而线路接地时的电阻和电感变化不大，判断故障线路的判断依据如下：
设线路计算电容参数平均值为：，其中，C02(k)为第K条线路负荷侧对地电容，依据模型参数识别原理，在发生单相接地时，若出线负荷侧对地电容值为负，则判定该线路为接地故障线路，若所有均为正常线路时，则母线接地；
故障点确定单元根据线路故障排查单元排查的故障数据信息对有故障的线路进行具体的断路、短路和漏电具体位置的判定处理，并将判定后的数据信息分别发送给智能分析单元和故障测距单元；
故障测距单元用于对通过故障点确定单元发送的故障点数据信息后，利用测距原理，实现故障点测距，为迅速处理故障提供依据，防止次生灾害和扩大事故的发生处理，借助新的信号频率，计算出线路连接到故障点之间的距离，当线路F点处发生单相接地故障时，故障点将同时产生两个对端行波信号，分别向母线R和母线S传播，母线R和母线S处分别装设有行波检测装置，设行波分别到达两端母线的时间差为∆t，线路长度为s，F点与R点相距d1，F点与S点相距d2，行波在线路中的传播速度为v，则故障点F距离两母线端的距离d1、d2可由如下公式计算得出：
；
；
在使用故障分析测距方式过程中，需要细致分析故障条件下电压及电流的沿线分布特征，以求出故障点位置，借助沿线电压分布的直流输电线路双端测距算法，从根本上提升故障分析结果的精准度、故障分析测距方式需要利用输电线路波动方程，得出电气量的沿线分布数值；
智能分析单元用于对线路故障排查单元、故障点确定单元和故障测距单元发送的故障线路相关数据进行故障产生的原因进行分析评估处理，并将分析后的数据信息发送给智能选线单元；
智能选线单元用于对通过智能分析单元分析后的故障形成原因进行线路更换型号和需要更换的线路段进行选择处理，同时根据行波原理，实现接地精准选线，实现选择性单相接地保护处理。
本发明中，还包括线路参数获取单元、参数评估单元和数据库，线路参数获取单元包括GPC电流行波探头和GPD电流行波探头，通过GPC电流行波探头和GPD电流行波探头对需要进行检测评估的线路工作时不同时间段的电流和电压稳定性的相关数据信息进行分段式采集获取处理，并将不同时间段获取的电压和电流数据信息发送给参数评估单元，由电压、电流变送器采集供电线路的模拟信号，并将零序电压及各线路的零序电流变换为交流电压信号，零序电压信号取自母线电压互感器的开口三角侧，零序电流信号取自零序电流互感器采集各出线侧；
参数评估单元用于对线路参数获取单元发送的不同时间段的电压和电流相关数据信息，通过获取数据库中存储的被检测的线路正常情况下电压和电流的相关数据信息进行对比处理；
数据库用于对煤矿矿区中所有的线路工作时产生的电压和电流以及工作时产生的温度相关数据信息进行集中存储处理，并与故障检测时的调取与对比处理。
本发明中，还包括故障预警单元和断电保护单元，故障预警单元用于对通过线路故障排查单元和故障点确定单元排查确定的故障线路进行预警警示处理，故障预警单元实现对煤矿矿区中供电系统的高压电缆、接线盒、供配电设备绝缘故障分黄色、橙色、红色等级预警显示处理，实现故障线路的闪烁、弹窗报警和声音报警；
断电保护单元用于对通过故障测距单元和智能选线单元确定后的故障线路进行智能断电保护处理。
本发明中，GPD电流行波探头安装在被监测橡套电缆本体上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号，探头与矿用本安型电流行波采集器间通过多芯屏蔽线连接；
GPC电流行波探头安装在被监测交联聚乙烯电缆金属屏蔽层接地线上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号，探头按照箭头指示方向固定在电缆屏蔽线上，注意屏蔽线处安装探头之前需要进行绝缘处理，探头与矿用本安型电流行波采集器之间通过多芯同轴电缆连接。
本发明中，智能选线单元通过建立接地故障情况下供电系统被保护元件的网络模型，以用于确定故障线路，依据测量数据求解网络方程，获得网络模型中被保护元件的各参数，并将供电系统正常运行时的参数和故障时的参数进行差异计算，并依据差异判断故障线路，根据模型参数识别法判定不符合模型的线路为故障线路，符合模型的出线为正常线路，若所有出线均选为正常线，则判定母线接地。
本发明中，故障测距单元通过建立线路模型，已确定故障距离的实际范围，同时分析电气量及故障距离之间的关系，由于高压直流输电线路距离长，需要采用分布参数模型的方式，推导测距公式，依照波动方程中的达朗贝尔解说原理，发现电压与电流需要由行波叠加形成，行波是与时间及距离密切相关的物理量，距离与传播时间就会受到波速的影响，因此需要固定观测点，借助行波到达的时间信息推算出实际传播距离，由于行波会在线路边界及故障点处来回反射，呈现出周期性变化规律。
本发明中，线路参数获取单元的输出端与参数评估单元的输入端相连接，参数评估单元的输出端与线路故障排查单元的输入端相连接，线路排查单元的输出端分别与故障点确定单元、故障预警单元和智能分析单元的输入端相连接，故障点确定单元的输出端分别与故障预警单元、故障测距单元和智能分析单元的输入端相连接，智能分析单元的输出端与智能选线单元的输入端相连接，故障测距单元的输出端分别与智能分析单元和断电保护单元的输入端相连接，智能选线单元的输出端与断电保护单元的输入端相连接，数据库分别与参数评估单元和智能分析单元之间实现双向连接。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.煤矿高压供电故障定位精准选线系统，其特征在于，包括线路故障排查单元、故障点确定单元、故障测距单元、智能分析单元和智能选线单元；
所述线路故障排查单元用于对煤矿高压供电的线路进行是否存在短路、断路和漏电情况及线路工作时间段电流和电压稳定状况的排查处理，并将排查有短路、断路和漏电情况以及电流和电压不稳定的线路数据信息分别发送给故障点确定单元和智能分析单元；
所述故障点确定单元根据线路故障排查单元排查的故障数据信息对有故障的线路进行具体的断路、短路和漏电具体位置的判定处理，并将判定后的数据信息分别发送给智能分析单元和故障测距单元；
所述故障测距单元用于对通过故障点确定单元发送的故障点数据信息后，利用测距原理，实现故障点测距，为迅速处理故障提供依据，防止次生灾害和扩大事故的发生处理，借助新的信号频率，计算出线路连接到故障点之间的距离；
所述智能分析单元用于对线路故障排查单元、故障点确定单元和故障测距单元发送的故障线路相关数据进行故障产生的原因进行分析评估处理，并将分析后的数据信息发送给智能选线单元；
所述智能选线单元用于对通过智能分析单元分析后的故障形成原因进行线路更换型号和需要更换的线路段进行选择处理，同时根据行波原理，实现接地精准选线，实现选择性单相接地保护处理。
2.根据权利要求1所述的煤矿高压供电故障定位精准选线系统，其特征在于，还包括线路参数获取单元、参数评估单元和数据库，所述线路参数获取单元包括GPC电流行波探头和GPD电流行波探头，通过GPC电流行波探头和GPD电流行波探头对需要进行检测评估的线路工作时不同时间段的电流和电压稳定性的相关数据信息进行分段式采集获取处理，并将不同时间段获取的电压和电流数据信息发送给参数评估单元；
所述参数评估单元用于对线路参数获取单元发送的不同时间段的电压和电流相关数据信息，通过获取数据库中存储的被检测的线路正常情况下电压和电流的相关数据信息进行对比处理；
所述数据库用于对煤矿矿区中所有的线路工作时产生的电压和电流以及工作时产生的温度相关数据信息进行集中存储处理，并与故障检测时的调取与对比处理。
3.根据权利要求2所述的煤矿高压供电故障定位精准选线系统，其特征在于，还包括故障预警单元和断电保护单元，所述故障预警单元用于对通过线路故障排查单元和故障点确定单元排查确定的故障线路进行预警警示处理，所述故障预警单元实现对煤矿矿区中供电系统的高压电缆、接线盒、供配电设备绝缘故障分黄色、橙色、红色等级预警显示处理；
所述断电保护单元用于对通过故障测距单元和智能选线单元确定后的故障线路进行智能断电保护处理。
4.根据权利要求2所述的煤矿高压供电故障定位精准选线系统，其特征在于，所述GPD电流行波探头安装在被监测橡套电缆本体上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号，探头与矿用本安型电流行波采集器间通过多芯屏蔽线连接；
所述GPC电流行波探头安装在被监测交联聚乙烯电缆金属屏蔽层接地线上，负责监测被测电缆的暂态电流行波信号，探头按照箭头指示方向固定在电缆屏蔽线上，探头与矿用本安型电流行波采集器之间通过多芯同轴电缆连接。
5.根据权利要求1所述的煤矿高压供电故障定位精准选线系统，其特征在于，所述智能选线单元通过建立接地故障情况下供电系统被保护元件的网络模型，以用于确定故障线路。
6.根据权利要求1所述的煤矿高压供电故障定位精准选线系统，其特征在于，所述故障测距单元通过建立线路模型，已确定故障距离的实际范围，同时分析电气量及故障距离之间的关系。
7.根据权利要求3所述的煤矿高压供电故障定位精准选线系统，其特征在于，所述线路参数获取单元的输出端与参数评估单元的输入端相连接，所述参数评估单元的输出端与线路故障排查单元的输入端相连接，所述线路排查单元的输出端分别与故障点确定单元、故障预警单元和智能分析单元的输入端相连接，所述故障点确定单元的输出端分别与故障预警单元、故障测距单元和智能分析单元的输入端相连接，所述智能分析单元的输出端与智能选线单元的输入端相连接，所述故障测距单元的输出端分别与智能分析单元和断电保护单元的输入端相连接，所述智能选线单元的输出端与断电保护单元的输入端相连接，所述数据库分别与参数评估单元和智能分析单元之间实现双向连接。
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