CN117826024A - 一种配电网线路断线故障识别系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网线路断线故障识别系统，包括：数据采集模块、无线通信模块和故障识别模块；数据采集模块，用于采集配电网线路的电压信号；无线通信模块，用于将电压信号传送至故障识别模块；故障识别模块，用于根据配电网线路的单相线路的节点电流，判断配电网中是否存在线路断路故障，并在配电网中存在线路断路故障时，若配电网发生零序电压突变，将电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障类型；本发明根据单相线路的节点电流，判断是否存在线路断路故障，并在存在线路断路故障时，若配零序电压突变，将电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障的类型，从而能够准确识别线路断路故障。

Description

一种配电网线路断线故障识别系统

技术领域

本发明涉及电力系统技术领域，尤其是涉及一种配电网线路断线故障识别系统。

背景技术

在国民经济快速发展与科学技术不断进步的背景下，也使得配电网行业取得了迅猛的发展；并且为人们的生活与工作带来巨大便利；与此同时，人们对配电网的功能也提出越来越高的要求；配电网智能化技术不但影响到关键的质量，而且也会影响到电力系统的运行状态。

由于配电网使用的基础即为电力系统，电力系统的发展也会为配电网功能的完善提供有利的条件，而配电网自动化的不断发展也能够有效推动配电网的智能化发展，在配电网自动化中合理地运用配电网智能化技术也能够有效地确保配电网自动化系统运行的安全性与可靠性，进而有效推动配电网领域的发展。

在电力系统中担负着分配电能任务的电力网称为配电网，电力系统中二次降压变压器低压侧直接或降压后向用户供电的网络，从地区变电所到用户变电所或城乡电力变压器之间的线路，是用于分配电能的，称为配电线路。

线路断线故障包括相线断线和中性线断线。相线断线：若低压配电线路在带电运行的状态下发生断线事故,带电导线触及人员或其他导体很有可能会造成人员伤亡事故。当动力用户的三相异步电动机在运行中因断线而造成电源缺相,破坏了旋转磁场的稳定性,使正常相电流突然增大，如果得不到及时处理，则会造成三相动力设备缺相运行,电动机因长时间发热而烧毁,并可能引发火灾等其他事故，用电客户因失压无法用电。中性线断线：三相四线制低压线路由于中性线断线，会导致在三相负荷不平衡时中性点发生位移，负荷轻的相电压升高,负荷重的相电压降低，从而导致电压升高相处于工作状态中的用电设备很快烧毁。中性线断线还会使断线点后的电气设备丧失保护接零的保护作用，当中性线断线,而断线点后面某一电气设备发生外壳漏电时,电气设备外壳会带相当于相电压的对地电压，一且人体接触这些电气设备外壳,就可能会造成触电伤亡。

现有的配电网线路断线故障识别系统主要通过监测线路的电流和电压来识别断线故障，难以准确判断断线故障的具体位置和类型。

发明内容

本发明提供一种配电网线路断线故障识别系统，以解决现有的配电网线路断线故障识别系统主要通过监测线路的电流和电压来识别断线故障，难以准确判断断线故障的具体位置和类型的技术问题。

本发明提供了一种配电网线路断线故障识别系统，包括：

数据采集模块、无线通信模块和故障识别模块；

所述数据采集模块，用于采集配电网线路的电压信号；

所述无线通信模块，用于将所述电压信号传送至所述故障识别模块；

所述故障识别模块，用于根据配电网线路的单相线路的节点电流，判断配电网中是否存在线路断路故障，并在配电网中存在线路断路故障时，若配电网发生零序电压突变，将所述电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障的类型。

进一步的，根据配电网线路的单相线路的节点电流，判断配电网中是否存在线路断路故障，包括：

获取配电网的断线相电流，在所述断线相电流的减小幅值超过预设阈值且断线相满足电压条件时，根据预先构建的单相线路网络模型，对当前单相线路进行计算得到任意节点的节点电流，在所述节点电流值小于预设电流阈值时，判定配电网中存在线路断路故障。

进一步的，所述电压信号包括零序电压信号和三相电压信号，将所述电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障类型，包括：

若所述电压信号与母线信号一致，则判断为配电网的线路断路故障为单相接地故障；

若所述三相电压信号和所述零序电压信号均与所述母线电压信号不一致，且所述零序电压大于20V，且其中的一相电压信号或两项电压信号或三相电压信号差别超出预设电压值，则判断为配电网发生断路故障；

若所述零序电压大于20V，且一相电压信号远小于额定电压，母线上相同相电压大于额定电压，则判断配电网发生单相断线故障；

若零序电压大于20V，且两相电压信号小于预设额定电压，且母线上相同相电压大于额定电压，则判断配电发生两相断线故障；

若三相电压信号均小于10V，且母线上的三线电压不变，则判断配电网发生上游开关断开或三相断线故障。

进一步的，在根据比对结果确定线路断路故障类型之后，还包括：

基于所述线路断路故障类型确定发生线路断路故障的具体位置，将所述具体位置和所述线路断路故障类型发送至相关运维人员。

进一步的，本系统还包括负荷变化预测模块，用于获取配电网的历史电力数据，基于所述历史电力数据根据梯形模糊数法对配电变负荷进行估计，得到负荷变化预测数据。

进一步的，所述单相线路网络模型的构建方法，包括：

采集配电负荷数据，所述配电负荷数据包括配电负荷电流数据、配电负荷电压数据和功能率因素参数；

将所述配电负荷数据进行模糊化处理得到对应的模糊集合；

基于所述模糊集合建立单相线路网络的模糊模型，所述模糊模型为单相线路网络模型。

进一步的，所述故障识别模块还用于：

采用基尔霍夫电流定律和欧姆定律计算得到所述单相线路的节点电流。

本发明根据配电网线路的单相线路的节点电流，判断配电网中是否存在线路断路故障，并在配电网中存在线路断路故障时，若配电网发生零序电压突变，将所述电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障的类型，从而能够及时、准确识别线路断路故障，并确定线路断路故障的具体位置和类型，从而能够为维修人员提供准确的故障信息，能够有效缩短故障排查时间，从而能够有效提高电力系统的稳定性和可靠性。

进一步的，本发明实施例通过将所述配电负荷数据进行模糊化处理得到对应的模糊集合，并将所述配电负荷数据进行模糊化处理得到对应的模糊集合，考虑了负荷数据中的不确定性对线路断路故障的影响，从而能够进一步提高线路断线故障识别的准确性。

附图说明

图1是本发明实施例提供的配电网线路断线故障识别系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，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该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，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申请中的具体含义。

请参阅图1，本发明提供了一种配电网线路断线故障识别系统，包括：

数据采集模块10、无线通信模块20和故障识别模块30；

在本发明实施例中，无线通信模块20分别与数据采集模块10和故障识别模块30连接。

数据采集模块10，用于采集配电网线路的电压信号；

在本发明实施例中，数据采集模块10为电压传感器，电压传感器安装在配电网架空线的负荷开关和分支线路上。

无线通信模块20，用于将电压信号传送至故障识别模块30；

在本发明实施例中，无线通信模块20中可以包括GPRS单元、4G单元或LoRa单元。无线通信模块20与数据采集模块10进行通信，将数据采集模块10采集得到的配电网线路的电压信号传送至故障识别模块30，在电压信号传输过程中，可以使用加密算法对电压信号进行加加密处理，以确保数据在传输过程中不被非法获取或修改，加密算法可以为AES和RSA。

在本发明实施例中，还可以针对无线信号传输特点，优化传输协议，以减少延迟的冗余，从容能够有效提高数据传输的效率。

故障识别模块30，用于根据配电网线路的单相线路的节点电流，判断配电网中是否存在线路断路故障，并在配电网中存在线路断路故障时，若配电网发生零序电压突变，将电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障的类型。

本发明实施例在确定了线路故障的类型和对应位置后，系统立即发起警报信息，并将确定的线路故障的位置和类型发送至相关维修人员的设备上，以安排对应的维修人员对故障进行修复。

本发明实施例根据配电网线路的单相线路的节点电流，判断配电网中是否存在线路断路故障，并在配电网中存在线路断路故障时，若配电网发生零序电压突变，将电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障的类型，从而能够及时、准确识别线路断路故障，并确定线路断路故障的具体位置和类型，从而能够为维修人员提供准确的故障信息，能够有效缩短故障排查时间，从而能够有效提高电力系统的稳定性和可靠性。

在一个实施例中，根据配电网线路的单相线路的节点电流，判断配电网中是否存在线路断路故障，包括：

获取配电网的断线相电流，在断线相电流的减小幅值超过预设阈值且断线相满足电压条件时，根据预先构建的单相线路网络模型，对当前单相线路进行计算得到任意节点的节点电流，在节点电流值小于预设电流阈值时，判定配电网中存在线路断路故障。

在一个实施例中，电压信号包括零序电压信号和三相电压信号，将电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障类型，包括：

若电压信号与母线信号一致，则判断为配电网的线路断路故障为单相接地故障；

若三相电压信号和零序电压信号均与母线电压信号不一致，且零序电压大于20V，且其中的一相电压信号或两项电压信号或三相电压信号差别超出预设电压值，则判断为配电网发生断路故障；

若零序电压大于20V，且一相电压信号远小于额定电压，母线上相同相电压大于额定电压，则判断配电网发生单相断线故障；

若零序电压大于20V，且两相电压信号小于预设额定电压，且母线上相同相电压大于额定电压，则判断配电发生两相断线故障；

若三相电压信号均小于10V，且母线上的三线电压不变，则判断配电网发生上游开关断开或三相断线故障。

在一个实施例中，在根据比对结果确定线路断路故障类型之后，还包括：

基于线路断路故障类型确定发生线路断路故障的具体位置，将具体位置和线路断路故障类型发送至相关运维人员。

在本发明实施例中，可以根据单相断路故障的类型确定线路断路故障发发生在某一单相，然后根据单相电压信号的波形，可以确定发生故障的单相电压信号，从而能够进一步确定发生故障的单相位置。同理，两相断路故障和三相断路故障也可以基于故障类型和电压信号波形来确定具体发生故障的位置。

在本发明实施例中，维修人员可以通过以下方式处理线路断路故障，包括：定位故障点、分段查找和巡线员巡视。

例如，在确定故障线路后，可以使用绝缘摇表进行测量，检查线路的绝缘电阻值，若绝缘电阻值为零或接近零，则说明存在接地故障；

分段查找，将有开关的分支线路的开关拉开后分别进行摇测，原则上将一段线路分成几个大的独立分支线路进行测量，找到故障线路后，再对故障线路进行分段摇测，缩小故障点范围；

巡线员巡视，巡线员经过巡视可能会发现明显的故障点，如导线断落、变压器损坏。

在一个实施例中，本系统还包括负荷变化预测模块，用于获取配电网的历史电力数据，基于历史电力数据根据梯形模糊数法对配电变负荷进行估计，得到负荷变化预测数据。

在一个实施例中，单相线路网络模型的构建方法，包括：

采集配电负荷数据，配电负荷数据包括配电负荷电流数据、配电负荷电压数据和功能率因素参数；

在本发明实施例中，可以通过配电网的监控设备或数据采集系统，采集得到配电负荷数据。

将配电负荷数据进行模糊化处理得到对应的模糊集合；

在本发明实施例中，将配电负荷数据进行梯度模糊化处理，梯度模糊化处理可以对配电负荷数据中的不确定性和模糊性进行处理。

基于模糊集合建立单相线路网络的模糊模型，模糊模型为单相线路网络模型。

在本发明实施例中，构建得到的单相线路网络模型包括时间、季节、天气因素对配电网负荷的影响。

在本发明实施例中，在构建得到单相线路网络模型后，还可以对单相线路网络模型进行模型验证和优化，以得到更准确的单相线路网络模型，从而能够有效提高配电网线路断线故障识别的准确性和可靠性。

模型验证和优化具体可以为：通过对比实际负荷数据与模糊模型的预测结果，对模型进行验证和优化；如果模型的预测结果与实际数据存在较大误差，需要对模型进行调整和改进，以得到最终的单相线路网络模型。

在一个实施例中，故障识别模块30还用于：

采用基尔霍夫电流定律和欧姆定律计算得到单相线路的节点电流。

在本放实施例中，单相电流的基本公式为I＝(U/R)×A，其中I表示单相电流，U表示电源电压，R表示电阻，A表示电流有效值。

在本发明实施例中，可以使用电流表或万用表进行测量得到单相线路的节点电流。例如，将单相电路的两端分别连接电流表或万用表的两端，然后将电路接入电源，读取电流表的读数即可。

实施本发明实施例，具有以下有益效果：

本发明实施例根据配电网线路的单相线路的节点电流，判断配电网中是否存在线路断路故障，并在配电网中存在线路断路故障时，若配电网发生零序电压突变，将电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障的类型，从而能够及时、准确识别线路断路故障，并确定线路断路故障的具体位置和类型，从而能够为维修人员提供准确的故障信息，能够有效缩短故障排查时间，从而能够有效提高电力系统的稳定性和可靠性。

进一步的，本发明实施例通过将配电负荷数据进行模糊化处理得到对应的模糊集合，并将配电负荷数据进行模糊化处理得到对应的模糊集合，考虑了负荷数据中的不确定性对线路断路故障的影响，从而能够进一步提高线路断线故障识别的准确性。

以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种配电网线路断线故障识别系统，其特征在于，包括：

数据采集模块、无线通信模块和故障识别模块；

所述数据采集模块，用于采集配电网线路的电压信号；

所述无线通信模块，用于将所述电压信号传送至所述故障识别模块；

所述故障识别模块，用于根据配电网线路的单相线路的节点电流，判断配电网中是否存在线路断路故障，并在配电网中存在线路断路故障时，若配电网发生零序电压突变，将所述电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障类型。

2.如权利要求1所述的配电网线路断线故障识别系统，其特征在于，根据配电网线路的单相线路的节点电流，判断配电网中是否存在线路断路故障，包括：

获取配电网的断线相电流，在所述断线相电流的减小幅值超过预设阈值且断线相满足电压条件时，根据预先构建的单相线路网络模型，对当前单相线路进行计算得到任意节点的节点电流，在所述节点电流值小于预设电流阈值时，判定配电网中存在线路断路故障。

3.如权利要求1所述的配电网线路断线故障识别系统，其特征在于，所述电压信号包括零序电压信号和三相电压信号，将所述电压信号与母线电压信号进行比对，根据比对结果确定线路断路故障类型，包括：

若所述电压信号与母线信号一致，则判断为配电网的线路断路故障为单相接地故障；

若所述三相电压信号和所述零序电压信号均与所述母线电压信号不一致，且所述零序电压大于20V，且其中的一相电压信号或两项电压信号或三相电压信号差别超出预设电压值，则判断为配电网发生断路故障；

若所述零序电压大于20V，且一相电压信号远小于额定电压，母线上相同相电压大于额定电压，则判断配电网发生单相断线故障；

若零序电压大于20V，且两相电压信号小于预设额定电压，且母线上相同相电压大于额定电压，则判断配电发生两相断线故障；

若三相电压信号均小于10V，且母线上的三线电压不变，则判断配电网发生上游开关断开或三相断线故障。

4.如权利要求1所述的配电网线路断线故障识别系统，其特征在于，在根据比对结果确定线路断路故障类型之后，还包括：

基于所述线路断路故障类型确定发生线路断路故障的具体位置，将所述具体位置和所述线路断路故障类型发送至相关运维人员。

5.如权利要求1所述的配电网线路断线故障识别系统，其特征在于，还包括负荷变化预测模块，用于获取配电网的历史电力数据，基于所述历史电力数据根据梯形模糊数法对配电变负荷进行估计，得到负荷变化预测数据。

6.如权利要求2所述的配电网线路断线故障识别系统，其特征在于，所述单相线路网络模型的构建方法，包括：

采集配电负荷数据，所述配电负荷数据包括配电负荷电流数据、配电负荷电压数据和功能率因素参数；

将所述配电负荷数据进行模糊化处理得到对应的模糊集合；

基于所述模糊集合建立单相线路网络的模糊模型，所述模糊模型为单相线路网络模型。

7.如权利要求1所述的配电网线路断线故障识别系统，其特征在于，所述故障识别模块还用于：

采用基尔霍夫电流定律和欧姆定律计算得到所述单相线路的节点电流。