CN117406032A - 一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法,其涉及电力线路故障检测与区段定位技术领域。本发明通过电缆屏蔽层接地电流特征对早期故障进行监测和识别,有效监测到小电阻接地系统发生早期故障时的电流变化,减少噪声等因素的干扰,实现了对压配电网早期故障的故障区段定位且提升了识别的准确率,且定位效果受故障电阻、故障距离影响较小,操作简便且适用于多个使用环境。
Description
技术领域
本发明涉及电力线路故障检测与区段定位技术领域,具体涉及一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法。
背景技术
电缆可以有效地避免架空线路在强风、雷击等恶劣天气下发生的安全隐患,因此在城市区域的电网建设中,中压电缆的应用越来越多。基于供电可靠性和安全性的目的,中压电缆潜伏性故障的监测和识别变得愈加重要。配电网发生早期故障后,对于电缆早期接地故障的检测与定位有利于对可能发生故障的电缆区段进行监测,避免电缆故障对配电网的安全高效运行产生重大影响。
中压电缆的早期接地故障通常具有故障时间短、电流幅值小等特征,因此很难被线路保护系统及时地识别和处理。当早期故障发生时,电缆内三相电流中零序电流发生变化,从而使电缆电流一系列特征发生变化。通过监测与测量相关特征可以实现对中压电缆早期接地故障的检测与定位。目前对于中压电缆早期故障的监测与定位主要是基于中压电缆中三相电流的特征对早期接地故障进行检测和定位,存在噪声大,信号弱,不易监测和识别等问题;该方法容易忽略故障时的电流变化,并对折射信号的特征要求高,增加了使用成本且不易于实际操作。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供的一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法解决了现有技术在监测和定位早期故障时存在噪声大、信号弱导致不易监测到早期故障以及对早期故障的识别准确率较低的问题。
为了达到上述发明目的,本发明采用的技术方案为:
提供了一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法,其包括以下步骤:
S1、对中压配电网进行分段并对分段后的各电缆进行监测和计算,得到对应的屏蔽层接地电流;
S2、对屏蔽层接地电流进行采样并通过差商法对采样后的屏蔽层接地电流进行计算,得到对应的屏蔽层接地电流差商之差;
S3、根据触发标准和屏蔽层接地电流差商之差对对应的电缆进行筛选,得到筛选后的屏蔽层接地电流差商之差、早期故障开始发生和结束的两个采样点,并将早期故障开始发生和结束的两个采样点所在的区段作为初始故障区段;
S4、判断该初始故障区段是否符合电缆早期故障的识别判定标准;若是则得到最终故障区段并进入步骤S5;反之则判定为无早期故障并返回步骤S1;
S5、利用瞬时差商法对最终故障区段的开始发生和结束的两个采样点进行计算,得到最终故障区段的故障持续时间;
S6、对最终故障区段的故障持续时间进行计算,得到最终故障区段的屏蔽层接地电流的峰值;
S7、根据最终故障区段的屏蔽层接地电流的峰值以及筛选条件,确定最终故障区段所在的电缆,完成检测和定位。
进一步地,步骤S1的计算公式如下:
其中,表示采样序列,/>表示该电缆的屏蔽层接地电流,/>表示该电缆的屏蔽层首端接地电流,/>表示该电缆的屏蔽层末端接地电流。
进一步地,步骤S2的差商法的公式如下:
其中,表示在采样序列/>处的屏蔽层接地电流差商之差,/>表示在采样序列/>处的电流瞬时值,/>表示电流瞬时值/>的左导数,/>表示电流瞬时值/>的右导数,表示在采样序列/>处的电流瞬时值,/>表示在采样序列/>处的电流瞬时值,/>表示采样间隔。
进一步地,步骤S3的筛选标准为:当屏蔽层接地电流差商之差存在两个峰值且峰值大于时,则选取对应的电缆作为初始故障区段。
进一步地,步骤S4的电缆早期故障的识别判定标准为:若该初始故障区段的屏蔽层接地电流有效值增大,且初始故障区段的屏蔽层接地电流有效值高于二倍的非故障区段的屏蔽层接地电流有效值,则判定为最终故障区段。
进一步地,步骤S5的公式如下:
其中,表示最终故障区段的故障持续时间,/>表示最终故障区段的结束发生的采样点,/>表示最终故障区段的开始发生的采样点,/>表示采样间隔。
进一步地,步骤S6的公式如下:
其中,表示最终故障区段的屏蔽层接地电流的峰值,/>表示采样序列,/>表示采样序列/>对应的屏蔽层接地电流的瞬时值,/>表示最大值函数。
进一步地,步骤S7中的筛选条件为:
其中,表示最终故障区段的屏蔽层接地电流的瞬时值的最大值,/>表示采样序列/>对应的屏蔽层接地电流的瞬时值,/>表示最终故障区段,/>表示配电网区域。
本发明的有益效果为:该方法通过电缆屏蔽层接地电流特征对早期故障进行监测和识别,有效监测到小电阻接地系统发生早期故障时的电流变化,减少噪声等因素的干扰,实现了对压配电网的故障区段定位且提升了识别的准确率,且定位效果受故障电阻、故障距离影响较小,操作简便且适用于多个使用环境。
附图说明
图1为本发明的具体流程图;
图2为实际中压电缆系统结构单线示意图;
图3为电缆结构以及屏蔽层接地的故障电流路径示意图;
图4为半周波的发生早期故障后屏蔽层接地电流的差商之差示意图;
图5为多周波的发生早期故障后屏蔽层接地电流的差商之差示意图;
图6为半周波屏蔽层接地电流半周期有效值示意图;
图7为多周波屏蔽层接地电流半周期有效值示意图;
图8为早期故障时将屏蔽层两端电流相加后各区段电缆屏蔽层接地电流示意图。
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。
如图1所示,一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法包括以下步骤:
S1、对中压配电网进行分段并对分段后的各电缆进行监测和计算,得到对应的屏蔽层接地电流;
S2、对屏蔽层接地电流进行采样并通过差商法对采样后的屏蔽层接地电流进行计算,得到对应的屏蔽层接地电流差商之差;
S3、根据触发标准和屏蔽层接地电流差商之差对对应的电缆进行筛选,得到筛选后的屏蔽层接地电流差商之差、早期故障开始发生和结束的两个采样点,并将早期故障开始发生和结束的两个采样点所在的区段作为初始故障区段;
S4、判断该初始故障区段是否符合电缆早期故障的识别判定标准;若是则得到最终故障区段并进入步骤S5;反之则判定为无早期故障并返回步骤S1;
S5、利用瞬时差商法对最终故障区段的开始发生和结束的两个采样点进行计算,得到最终故障区段的故障持续时间;
S6、对最终故障区段的故障持续时间进行计算,得到最终故障区段的屏蔽层接地电流的峰值;
S7、根据最终故障区段的屏蔽层接地电流的峰值以及筛选条件,确定最终故障区段所在的电缆,完成检测和定位。
步骤S1的计算公式如下:
其中,表示采样序列,/>表示该电缆的屏蔽层接地电流,/>表示该电缆的屏蔽层首端接地电流,/>表示该电缆的屏蔽层末端接地电流。
步骤S2的差商法的公式如下:
其中,表示在采样序列/>处的屏蔽层接地电流差商之差,/>表示在采样序列/>处的电流瞬时值,/>表示电流瞬时值/>的左导数,/>表示电流瞬时值/>的右导数,表示在采样序列/>处的电流瞬时值,/>表示在采样序列/>处的电流瞬时值,/>表示采样间隔。
步骤S3的筛选标准为:当屏蔽层接地电流差商之差存在两个峰值且峰值大于时,则选取对应的电缆作为初始故障区段。
如图6、图7所示,步骤S4的电缆早期故障的识别判定标准为:若该初始故障区段的屏蔽层接地电流有效值增大,且初始故障区段的屏蔽层接地电流有效值高于二倍的非故障区段的屏蔽层接地电流有效值,则判定为最终故障区段。
步骤S5的公式如下:
其中,表示最终故障区段的故障持续时间,/>表示最终故障区段的结束发生的采样点,/>表示最终故障区段的开始发生的采样点,/>表示采样间隔。
步骤S6的公式如下:
其中,表示最终故障区段的屏蔽层接地电流的峰值,/>表示采样序列,/>表示采样序列/>对应的屏蔽层接地电流的瞬时值,/>表示最大值函数。
进一步地,步骤S7中的筛选条件为:
其中,表示最终故障区段的屏蔽层接地电流的瞬时值的最大值,/>表示采样序列/>对应的屏蔽层接地电流的瞬时值,/>表示最终故障区段,/>表示配电网区域。
本方法是在中性点经小电阻接地的情况下对中压配电网的早期故障进行检测和区段定位。
在本发明的一个实施例中,将各段电缆屏蔽层接地电流从电缆到接地为正方向。如图2、图3所示,当发生早起故障时,电缆屏蔽层靠电源侧与靠负载侧中的感应电流大小相等,大小相反。当将屏蔽层两端电流相加后,感应电流相互抵消。当早期接地故障发生时,故障段有故障电流通过屏蔽层接地处流向地面,非故障段仅有等效电容电流。记录电缆屏蔽层波形,为下一步早期故障的触发做准备。当线路处于正常运行或者处于故障持续状态时,电流连续可导,且其导数可导。当发生故障或者故障结束时,电流发生突变,使屏蔽层接地电流值发生突变,其导数产生间断点,因此采用差商法对早期故障进行识别。如图4、图5所示,当电缆正常运行或发生故障持续时,对应的屏蔽层接地电流差商之差为零;当电缆发生故障或故障结束时,对应的屏蔽层接地电流发生突变,其屏蔽层接地电流差商之差分别在发生故障或故障结束时达到峰值。
当早期故障发生时,故障电缆屏蔽层有故障电流流过,其余区段屏蔽层有电容电流,故电流有效值增大。设每半个周期的电流有效值为:
其中,表示在半周期内采样点的个数,/>表示在采样点/>的电流瞬时值。
在电缆正常运行时,屏蔽层接地电流很小,每个周期的有效值很小。当电缆发生早期故障时,故障电流在故障处经过屏蔽层流向接地点,区段内其余电缆因电流突变产生电容电流,此时周期电流有效值增大,可作为电缆早期故障的识别判定标准的依据。
由图8所示,在不同区段屏蔽层流向地面的电流中,故障区段的屏蔽层接地电流峰值大于其他非故障区段的屏蔽层接地电流。故障段的屏蔽层接地电流峰值显著大于其他非故障段的屏蔽层接地电流。检测区段内发生早期接地故障时各区段电缆屏蔽层接地电流的峰值与有效值,则可以对于故障区段进行定位。非故障区段包括上游段屏蔽层、下游段屏蔽层、非主干段屏蔽层。
综上所述,本发明通过电缆屏蔽层接地电流特征对早期故障进行监测和识别,有效监测到小电阻接地系统发生早期故障时的电流变化,减少噪声等因素的干扰,实现了对压配电网的故障区段定位且提升了识别的准确率,且定位效果受故障电阻、故障距离影响较小,操作简便且适用于多个使用环境。
Claims (8)
1.一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法,其特征在于:包括以下步骤:
S1、对中压配电网进行分段并对分段后的各电缆进行监测和计算,得到对应的屏蔽层接地电流;
S2、对屏蔽层接地电流进行采样并通过差商法对采样后的屏蔽层接地电流进行计算,得到对应的屏蔽层接地电流差商之差;
S3、根据触发标准和屏蔽层接地电流差商之差对对应的电缆进行筛选,得到筛选后的屏蔽层接地电流差商之差、早期故障开始发生和结束的两个采样点,并将早期故障开始发生和结束的两个采样点所在的区段作为初始故障区段;
S4、判断该初始故障区段是否符合电缆早期故障的识别判定标准;若是则得到最终故障区段并进入步骤S5;反之则判定为无早期故障并返回步骤S1;
S5、利用瞬时差商法对最终故障区段的开始发生和结束的两个采样点进行计算,得到最终故障区段的故障持续时间;
S6、对最终故障区段的故障持续时间进行计算,得到最终故障区段的屏蔽层接地电流的峰值;
S7、根据最终故障区段的屏蔽层接地电流的峰值以及筛选条件,确定最终故障区段所在的电缆,完成检测和定位。
2.根据权利要求1所述的一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法,其特征在于:所述步骤S1的计算公式如下:
其中,表示采样序列,/>表示该电缆的屏蔽层接地电流,/>表示该电缆的屏蔽层首端接地电流,/>表示该电缆的屏蔽层末端接地电流。
3.根据权利要求2述的一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法,其特征在于:所述步骤S2的差商法的公式如下:
其中,表示在采样序列/>处的屏蔽层接地电流差商之差,/>表示在采样序列/>处的电流瞬时值,/>表示电流瞬时值/>的左导数,/>表示电流瞬时值/>的右导数,表示在采样序列/>处的电流瞬时值,/>表示在采样序列/>处的电流瞬时值,/>表示采样间隔。
4.根据权利要求1述的一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法,其特征在于:所述步骤S3的筛选标准为:当屏蔽层接地电流差商之差存在两个峰值且峰值大于时,则选取对应的电缆作为初始故障区段。
5.根据权利要求1述的一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法,其特征在于:所述步骤S4的电缆早期故障的识别判定标准为:若该初始故障区段的屏蔽层接地电流有效值增大,且初始故障区段的屏蔽层接地电流有效值高于二倍的非故障区段的屏蔽层接地电流有效值,则判定为最终故障区段。
6.根据权利要求1述的一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法,其特征在于:所述步骤S5的公式如下:
其中,表示最终故障区段的故障持续时间,/>表示最终故障区段的结束发生的采样点,/>表示最终故障区段的开始发生的采样点,/>表示采样间隔。
7.根据权利要求6述的一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法,其特征在于:所述步骤S6的公式如下:
其中,表示最终故障区段的屏蔽层接地电流的峰值,/>表示采样序列,/>表示采样序列/>对应的屏蔽层接地电流的瞬时值,/>表示最大值函数。
8.根据权利要求6述的一种用于中压配网电缆的早期故障检测与区段定位方法,其特征在于:所述步骤S7中的筛选条件为:
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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