CN117991046A - 一种高精度暂态录波故障在线监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高精度暂态录波故障在线监测系统及方法，该系统包括：采集模块，用于采集故障线路的电流和电场录波信号，所述故障线路由线路故障指示器显示异常；汇集模块，用于获取所述电流、电压和电场录波信号，将电流和电场录波信号合成零序电流波形；监测模块，用于对所述零序电流波形分析，判断出故障区段和故障类型；显示模块，用于接收所述监测主站发送的故障位置，并显示给运维人员，达到实时监测配电网运行状态的效果，使运维人员及时查找配电网故障区段。本发明通过设置线路故障指示器、采集单元、汇集单元、监测主站和显示单元，达到便于实时监测配电网运行状态的效果，使运维人员及时查找配电网故障区段。

Description

一种高精度暂态录波故障在线监测系统及方法

技术领域

本发明涉及电网故障检测技术领域，具体涉及一种高精度暂态录波故障在线监测系统及方法。

背景技术

线路故障定位及修复是配网自动化的核心，而为了建设坚强智能配网，提高配网自动化率，则需要对线路进行真实有效的监测，同时对监测到的数据进行分析。但是，目前技术不能够实时监测线路状态，因此，无法在电力线路发生故障时及时定位，显示故障位置，无法及时指导运维人员快速排除故障、恢复供电。

公开号为CN112098738A的发明专利公开名称为一种基于暂态录波型故障指示器的相序自适应方法，该方法通过技术手段完成采集单元电流方向自动识别和采集单元相序自动判断，对实现精确故障判断，解决现场线路拓扑复杂，施工人员无法分辨线路相序问题，减少安装判断时间，只需要采集单元B相安装在中间架空线B上即可，但其仍没有解决故障点的具体定位问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术的不足，本发明提供一种高精度暂态录波故障在线监测系统，解决了无法在电力线路发生故障时及时定位，显示故障位置，以及无法及时指导运维人员快速排除故障、恢复供电的问题，本发明还提供高精度暂态录波故障在线监测方法。

技术方案：根据本发明的第一方面，提供高精度暂态录波故障在线监测系统，该系统包括：

采集模块，用于采集故障线路的电流和电场录波信号，所述故障线路由线路故障指示器显示异常；

汇集模块，用于获取所述电流、电压和电场录波信号，将电流和电场录波信号合成零序电流波形；

监测模块，用于对所述零序电流波形分析，判断出故障区段和故障类型；

显示模块，用于接收所述监测主站发送的故障位置，并显示给运维人员，达到实时监测配电网运行状态的效果，使运维人员及时查找配电网故障区段。

进一步的，包括：

所述采集模块包括A相采集单元、B相采集单元和C相采集单元，分别用于采集A相、B相和C相的电流、电压和电场录波信号，且采用无线通信网络将A相、B相和C相的电流、电压和电场录波信号发送给汇集模块。

进一步的，包括：

所述线路故障指示器被分布在沿架空线上每隔2㎞安装一套，当线路上发生故障时，同一个变电站母线所有馈线上的线路故障指示器都会检测到线路电压或电流的变化并触发故障录波，同时采集单元采集线路的电流和电场录波信号，所述线路故障指示器采用电子式电流互感器，所述电子式电流互感器的线圈采用基于PCB的双线并绕。

进一步的，包括：

所述监测模块包括：

接收单元，用于接收故障录波文件；

分析单元，用于根据零序电流的暂态特征和线路拓扑进行综合研判出故障类型和故障区段；

反馈单元，用于接收所述分析单元的判断结果并向故障线路上的线路故障指示器发送命令进行故障显示；

发送单元，用于接收所述分析单元的判断结果并将定位结果通过显示单元通知运维人员。

进一步的，包括：

所述分析单元中，所述故障类型包括短路故障，所述短路故障具体判断方法为：

在当前线路上的线路故障指示器检测到当前零序电流I由于短路电流流过产生一个突然的上升ΔI，电流突变且突变启动值ΔI不低于150A，突变电流持续一段时间后，各相电场强度大幅下降，且残余电流不超过5A零漂值，此时，变电站出口断路器跳闸，当前线路停电，此时就确定故障区段位于当前线路上，采用翻牌或闪灯进行故障指示。

进一步的，包括：

所述故障区段的位置分析为：

步骤S1确定多级别线路拓扑图下当前线路的拓扑级别数N，N为大于1的正整数；

步骤S2对当前线路对应的N个级别分别进行拓扑分析，依次判断当前线路下从第一级到第N级支路和对应节点的零序电流的暂态特征是否发生短路故障对应的电流变化；

步骤S3对发生短路故障对应级别的支路和节点进行标记，从而得到对应的故障范围，进而确定是当前级别的支路和/或对应的节点出现短路故障，所述多级别线路拓扑图根据电网运行状态和网络数据来构建一个完整的电网拓扑模型，并对同一电网形成不同抽象层次的多级拓扑图，每一级的拓扑图代表不同参考刻度。

进一步的，包括：

所述故障类型还包括接地故障，其具体判断方法包括：

检测当前线路对应的电压是否发生跌落以及对应的电流是否出现大幅度的高频暂态电流信号；若同时出现上述特征，则确定存在故障线路，进而实现对故障线路的选线和定位，否则，若当前线路对应的电压发生跌落或者对应的电流出现大幅度的高频暂态电流信号，则确定为其他原因；

所述实现对故障线路的选线和定位，包括：

若所述高频暂态电流信号由小电流接地配电网单相接地过程中产生，则具有以下规律：非故障线路和故障线路的高频暂态零序电流信号不同且故障线路上故障点前和故障点后的高频暂态零序电流信号不同，从而确定故障点和对应的故障线路；

否则，若所述高频暂态电流信号有其他原因产生，则进行故障区段的位置分析。

进一步的，包括：

所述小电流接地配电网单相接地被定义为：在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压，且在非故障的元件上的合零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功率的实际方向为由母线流向线路；当出现小电流接地配电网单相接地故障，则还包括：在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线，进而通过计算故障线路的暂态零序功率进行故障选线和故障定位。

另一方面，本发明还提供高精度暂态录波故障在线监测方法，该方法包括：

采集故障线路的电流和电场录波信号，所述故障线路由线路故障指示器显示异常；

获取所述电流、电压和电场录波信号，将电流和电场录波信号合成零序电流波形；

对所述零序电流波形分析，判断出故障区段和故障类型；

接收所述监测主站发送的故障位置，并显示给运维人员，达到实时监测配电网运行状态的效果，使运维人员及时查找配电网故障区段。

进一步的，包括：

所述故障类型包括短路故障，所述短路故障具体判断方法为：

在当前线路上的线路故障指示器检测到当前零序电流I由于短路电流流过产生一个突然的上升ΔI，电流突变且突变启动值ΔI不低于150A，突变电流持续一段时间后，各相电场强度大幅下降，且残余电流不超过5A零漂值，此时，变电站出口断路器跳闸，当前线路停电，此时就确定故障区段位于当前线路上，采用翻牌或闪灯进行故障指示。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明通过设置线路故障指示器、采集单元、汇集单元、监测主站和显示单元，达到便于实时监测配电网运行状态的效果，使运维人员及时查找配电网故障区段；

(2)本发明通过设置接收单元、分析单元和处理单元，根据每种常见故障类型的特点，监测主站通过一定的方法判断出对应的故障区段；

(2)本发明在具体故障类型的基础上，分析故障类型的具体原理、成因，进而采用不同的故障区段确定方法，具体问题具体分析，提高在线监测的准确率。

附图说明

图1为本发明实施例所述的高精度暂态录波故障在线监测系统示意图；

图2为本发明实施例所述的线路故障指示器的双线并绕线圈的示意图；

图3为本发明实施例所述的配电网架空线路的示意图；

图4为本发明实施例所述的高精度暂态录波故障在线监测方法的流程图；

图5为本发明实施例所述的短路故障定位原理示意图；

图6为本发明实施例所述的短路故障电流变化模式示意图；

图7为本发明实施例所述的小电流接地配电网单向接地高频零序电流信号示意图；

图8为本发明实施例所述的中性点不接地电网中的单相接地电流信号方向示意图。

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，并不是全部的实施例。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。

首先，如图1所示，本发明提供高精度暂态录波故障在线监测系统，该系统专门针对配电网中压架空线路的故障定位和状态监测需求开发，支持线路负荷电流监测、线路工况识别、电能质量监测等状态监测功能，以及短路、接地等故障的选线和定位功能，同时还具备故障类型识别、故障预测、具有投资低、实施容易、适用性好等优点，较好地解决“小电流接地系统单相接地故障检测和定位”这一难题。

一般地，如图3所示，沿着架空线每隔2km左右安装一套高精度线路传感器，实时监测线路的运行状态，包括线路的电流、电场(反应线路对地电压)、温度等。

当线路上发生故障时，属于同一个变电站母线的所有馈线上安装的高精度线路传感器都会检测到线路电压或电流的变化并触发故障录波；

三个相序的采集单元将同步采集的电流、电场录波信号通过短距离无线传输到汇集单元，由汇集单元合成零序电流波形，转化成故障录波文件后通过3G/4G无线通信网络将录波文件上送到主站；

主站收集故障线路所属母线所有高精度线路传感器的波形文件，根据零序电流的暂态特征并结合线路拓扑进行综合研判，判断出故障区段，再向故障线路故障相上的高精度线路传感器发送命令，进行故障显示，并将定位结果通过推图、短信、手机APP等方式通知运维人员，指导班组人员巡线快速查找到故障位置，从而大大缩短故障处理时间。

该系统具体包括：

采集模块，用于采集故障线路的电流和电场录波信号，所述故障线路由线路故障指示器显示异常；

采集模块包括A相采集单元、B相采集单元和C相采集单元，A相采集单元用于采集A相电流和电场录波信号，B相采集单元用于采集B相电流和电场录波信号，C相采集单元用于采集C相电流和电场录波信号，且A相采集单元、B相采集单元和C相采集单元均与汇集单元采用无线通信网络。A相采集单元、B相采集单元和C相采集单元同步采集三个相序的电流和电场录波信号信号。A相采集单元、B相采集单元和C相采集单元将采集到的电流和电场录波信号通过无线通信网络传输给汇集单元。

线路故障指示器被分布在沿架空线上每隔2㎞安装一套，当线路上发生故障时，同一个变电站母线所有馈线上的线路故障指示器都会检测到线路电压或电流的变化并触发故障录波，同时采集单元采集线路的电流和电场录波信号，所述线路故障指示器采用电子式电流互感器，所述电子式电流互感器的线圈采用基于PCB的双线并绕，如图2所示，

该传感器电流测量拟采用电子式电流互感器，可有效克服电磁式电流互感器的不足，其中基于高性能PCB(Printed-Circuit Board)空心线圈电流传感器的有源式电子式互感器具有低成本、高精度、高线性度、高带宽、无磁饱和等突出优点。

通过对罗氏线圈电流互感器数字化三维建模、空间电磁场仿真和配套电路进行设计，探索并掌握先进的罗氏线圈电子式电流互感器设计技术。独特的基于PCB的双线并绕设计使得传感器特具有测量精度高、信号带宽大、抗干扰能力强、一致性好等突出优点。

开口式罗氏线圈电流互感器(测量线圈部分)避免了开口式电磁互感器结构复杂、容易生锈等问题，并与精心设计的信号调理电路配合，有效克服了开口式罗氏线圈互感器对环境温度、待测导体倾斜和偏心程度、临近线路干扰敏感等缺陷，具有以下优点：

测量动态范围大：电流测量范围可达0～630A，故障电流测量范围可达0～20kA，完全满足配电网线路负荷测量和故障电流测量的要求。

测量精度高、灵敏度高：全温度范围(-40℃至85℃)内电流测量精度可达到0.5％等级，0～100A内电流测量精度可达0.5A，用于故障指示器时暂态零序电流大于0.5A即可检出。

测量带宽大：测量带宽0～4KHz，完全满足故障检测和高级分析的要求，远远高于普通电磁式互感器250Hz的信号带宽。

抗干扰能力强：可有效对抗环境电磁干扰，邻线干扰。

该传感器采用先进的电场传感器设计技术，通过电场传感器数字化三维建模、空间电磁场仿真和配套电路，设计的电场传感器具有测量灵敏度高、抗干扰能力强、抗雨淋等突出优点，电压测量线性度可达1％，带宽0～4KHz，可靠性高，电磁兼容性好，制造成本很低。此外，该传感器还能比较精确的测量线路温度，是一种多功能的高精度线路传感器。

汇集模块，用于获取所述电流、电压和电场录波信号，将电流和电场录波信号合成零序电流波形；

监测模块，用于对所述零序电流波形分析，判断出故障区段和故障类型；

其中，在本实施例中，监测模块包括：

接收单元，用于接收故障录波文件；

分析单元，用于根据零序电流的暂态特征和线路拓扑进行综合研判出故障类型和故障区段；

反馈单元，用于接收所述分析单元的判断结果并向故障线路上的线路故障指示器发送命令进行故障显示；

发送单元，用于接收所述分析单元的判断结果并将定位结果通过显示单元通知运维人员。

接收单元与汇集单元采用无线通信网络，接收单元、分析单元和处理单元依次相连，线路故障指示器和显示单元均与处理单元无线连接。接收单元用于收集故障线路的波形文件，分析单元用于进行综合研判出故障区段，处理单元用于将向线路故障指示器和显示单元反馈判断结果。处理单元包括反馈单元和发送单元，反馈单元和发送单元均与分析单元连接，反馈单元与线路故障指示器无线连接，发送单元与显示单元无线连接。反馈单元用于向故障线路故障相上的线路故障指示器发送命令，发送单元用于将故障定位结果发送至显示模块。

汇集模块将故障录波文件后通过无线通信网络发送到接收单元，接收单元收集故障线路所属母线所有线路故障指示器的录波文件然后发送到分析单元。分析单元根据零序电流的暂态特征和线路拓扑进行综合研判判断出故障区段和故障类型，然后分析单元将故障区段发送到反馈单元和发送单元。反馈单元接收到分析单元的判断结果后，反馈单元向故障线路上的线路故障指示器发送命令进行故障显示；发送单元接收到分析单元的判断结果后，发送单元将定位结果通过显示单元通知运维人员，指导班组人员巡线快速查找到故障位置。

目前我国配电网中性点接地方式主要有经小电阻接地、经消弧线圈接地和不接地，后两种接地方式通常被称为小电流接地。

配电网线路的两种主要形式是：铺设在地下的电缆线路和采用杆塔架设的架空线路。对于大城市特别是主城区的配电网线路，基本上以地下电缆为主，通常采用经小电阻接地方式，这样在发生单相接地故障时，可以产生较大的持续工频(50Hz)故障相电流和工频零序电流，接地故障检测定位比较容易。对于大城市非主城区、中小城市、城乡结合部及广大农村、牧区的配电网线路，仍然以架空线配电网为主，通常采用不接地和经消弧线圈接地方式，当发生单相接地故障时，产生的持续工频故障相电流和工频零序电流幅度较小，这也是小电流接地方式名称的由来。

小电流接地配电网在发生单相接地故障时，系统中只产生很小的接地电流，三相线电压依然对称，并不影响系统的正常工作。按照我国电力操作规程，小电流接地配电网可以带故障运行1～2小时，在此期间瞬时和短时间单相接地故障会自行消失，配电网无需跳闸停电，提高了供电可靠性，这也是小电流接地在我国配电网得到广泛应用的原因。

单相接地故障是小电流接地配电网所有故障中发生最频繁的一种，约占所有故障的50％～80％。在发生长时间单相接地故障后，必须尽快找到单相接地故障点，排除故障。否则，接地故障产生的过电压，可以导致电缆爆炸、电压互感器PT烧毁、母线烧毁等电力系统事故。同时接地线路如果当作正常线路长期运行，会给当地居民、家畜安全带来极大的隐患。

因此，在分析单元中，所述故障类型包括短路故障，所述短路故障具体判断方法为：

当线路某处发生短路故障时，从变电站到故障点之间的故障路径上会流过短路电流，如图5所示，随后变电站出口断路器会跳闸，线路会停电。在故障路径上的短路故障指示器会检测到电流I呈现如图6所示的变化模式，首先是正常运行，随后由于短路电流流过产生一个突然的上升ΔI，最后由于短路跳闸电流降至0。当短路故障指示器检测到电流I出现短路故障电流变化模式，就可以确定自己位于故障路径上，采用翻牌或闪灯进行故障指示。

在实际应用中，线路短路故障判断一般采取遥测信息进行判断。具体的过程是采集单元检测到电流突变且突变启动值不低于150A，突变电流持续一段时间后，各相电场强度大幅下降，且残余电流不超过5A零漂值，就地采集故障信息，以闪光形式就地指示故障，且能将故障信息上传至主站。主站通过采集单元传递回来的遥信、遥测信息，并发出诊断结果。

进一步的，本发明的一个具体实施例包括：

故障区段的位置分析具体包括：

步骤S1确定多级别线路拓扑图下当前线路的拓扑级别数N，N为大于1的正整数；

步骤S2对当前线路对应的N个级别分别进行拓扑分析，依次判断当前线路下从第一级到第N级支路和对应节点的零序电流的暂态特征是否发生短路故障对应的电流变化；

步骤S3对发生短路故障对应级别的支路和节点进行标记，从而得到对应的故障范围，进而确定是当前级别的支路和/或对应的节点出现短路故障，所述多级别线路拓扑图根据电网运行状态和网络数据来构建一个完整的电网拓扑模型，并对同一电网形成不同抽象层次的多级拓扑图，每一级的拓扑图代表不同参考刻度。

多级拓扑技术是对同一电网不同抽象层次采取多级拓扑,根据每一级的抽象要求，考虑各个节点的连接支路特点，对部分节点和支路进行必要的合并，由此形成多个不同抽象层次的拓扑图,最后结合多层次的拓扑序列，对网络模型的不同精确程度表达，并依靠拓扑比较技术达到对拓扑变化量化的方法。对不同级别的拓扑图的变化转换成电力系统故障的量化指标进行量化分析,通过判断不同时刻拓扑的变化情况，进行快速故障区域判断和对故障强度大小判断，并日不同抽象层次的拓扑分析可以分析带电网络和不带电区域，因此能够实现电力系统的在线故障诊断和预警。

如图5所示，从变电站到故障点之间经过了1-5个线路，其线路1位于第一级别，线路2位于第二级别，线路3位于第三级别，线路4和5位于第四级别，除了第一级别以外，其他级别大概率存在多个，因此，具体是哪条线路需要采用上述方法依次排查，从而最终诊断出故障区段和具体位置。

进一步的，在本发明的一个具体实施例中，所述故障类型还包括接地故障，其具体判断方法包括：

检测当前线路对应的电压是否发生跌落以及对应的电流是否出现大幅度的高频暂态电流信号；若同时出现上述特征，则确定存在故障线路，进而实现对故障线路的选线和定位，否则，若当前线路对应的电压发生跌落或者对应的电流出现大幅度的高频暂态电流信号，则确定为其他原因；

所述实现对故障线路的选线和定位，包括：

若所述高频暂态电流信号由小电流接地配电网单相接地过程中产生，则具有以下规律：非故障线路和故障线路的高频暂态零序电流信号不同且故障线路上故障点前和故障点后的高频暂态零序电流信号不同，从而确定故障点和对应的故障线路；

否则，若所述高频暂态电流信号有其他原因产生，则进行故障区段的位置分析。

进一步的，包括：

所述小电流接地配电网单相接地被定义为：在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压，且在非故障的元件上的合零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功率的实际方向为由母线流向线路；当出现小电流接地配电网单相接地故障，则还包括：在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线，进而通过计算故障线路的暂态零序功率进行故障选线和故障定位。

在本发明的一个具体实施例中，接地故障的判断涉及的具体方法包括：

一、暂态零序电流幅值和极性比较法

这是一种利用故障点上游与下游暂态电流不相似，而健全区段两侧暂态电流相似原理的相似性定位方法。一般情况下，故障相暂态零序电流幅值较大，非故障相零序电流幅值较小。

当线路某处发生接地故障时，会产生两个比较明显的特征：

(1)故障相电压会发生跌落；

(2)从变电站到故障点之间的接地故障路径上，故障相电流会出现较大幅度的高频暂态电流。

利用故障相工频对地电压下降和暂态高频零序电流信号，就能同时实现对故障线路的选线和定位。

同时根据理论分析和现场录波结果发现，小电流接地配电网单相接地过程中产生的高频暂态零序电流信号，具有如图7所示的分布规律：

(1)非故障线路和故障线路的高频暂态零序电流信号不同；

(2)故障线路上故障点前和故障点后的高频暂态零序电流信号不同。

二、暂态零序功率

对中性点不接地电网中的单相接地故障：

(1)在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压。

(2)在非故障的元件上合零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功率的实际方向为由母线流向线路。

(3)在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线。通过计算线路的暂态零序功率可以进行故障选线和故障定位。

暂态录波法特点为：

1)小电流接地故障产生的暂态零序电流幅值远大于稳态零序电流值；

2)初始暂态零序电流不受消弧线圈的影响；

3)零序电压突变升高时单相接地故障的充要条件，通过监测电压来避免误告警和漏告警。

基于暂态录波法判定单相接地故障的原理如图8所示，故障线路暂态零序电流幅值最大，且与非故障线路的方向相反。暂态录波法判定故障的方法为幅值比较和波形相似性分析，通过幅值比较，确定暂态零序电流幅值最大的节点；通过分析故障时刻的电流波形，比对波形相似性，确定故障线路，从而实现故障定位。

显示模块，用于接收所述监测主站发送的故障位置，并显示给运维人员，达到实时监测配电网运行状态的效果，使运维人员及时查找配电网故障区段。

本发明系统公开的一种高精度暂态录波故障在线监测系统的实施原理为：沿架空线上每隔2㎞安装一套线路故障指示器，线路故障指示器实时监测线路的运行状态，线路的运行状态包括电流、电场以及温度等。当线路上发生故障时，同一个变电站母线所有馈线上的线路故障指示器都会检测到线路电压或电流的变化并触发故障录波，同时A相采集单元、B相采集单元和C相采集单元同步采集三个相序的电流和电场录波信号信号。A相采集单元、B相采集单元和C相采集单元将采集到的电流和电场录波信号通过无线通信网络传输给汇集单元。汇集单元电流和电场录波信号合成零序电流波形，并且汇集单元将零序电流波形转化成故障录波文件。汇集单元将故障录波文件后通过无线通信网络发送到接收单元，接收单元收集故障线路所属母线所有线路故障指示器的录波文件然后发送到分析单元。分析单元根据零序电流的暂态特征和线路拓扑进行综合研判判断出故障区段，然后分析单元将故障区段发送到反馈单元和发送单元。反馈单元接收到分析单元的判断结果后，反馈单元向故障线路故障相上的线路故障指示器发送命令进行故障显示；发送单元接收到分析单元的判断结果后，发送单元将定位结果通过显示单元通知运维人员，指导班组人员巡线快速查找到故障位置。

另一方面，本发明实施例公开一种高精度暂态录波故障在线监测方法。如图4所示，包括以下步骤：

S1、沿着架空线每隔2km左右安装一套线路故障指示器；

S2、线路故障指示器判断线路是否发生故障；

S3、若线路发生故障，同一个变电站母线所有馈线上的线路故障指示器触发故障录波；

S4、A相采集单元、B相采集单元和C相采集单元同步采集的电流和电场录波信号，并通过短距离无线传输到汇集单元；

S5、汇集单元合成零序电流波形并转化成故障录波文件后，通过3G/4G无线通信网络将录波文件上送到监测主站；

S6、监测主站内的接收单元收集故障线路所属母线所有线路故障指示器的波形文件，监测主站内的接收单元并将波形文件发送至分析单元；

S7、分析单元结合零序电流的暂态特征和线路拓扑进行综合研判，判断出故障区段；

S8、分析单元判断出故障区段后，反馈单元向故障线路故障相上的线路故障指示器发送命令进行故障显示，发送单元将定位结果通过显示单元通知运维人员，指导班组人员巡线查找到故障位置。

本发明对应的其他技术细节与系统相同，在此说明书中不再赘述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种高精度暂态录波故障在线监测系统，其特征在于，该系统包括：

采集模块，用于采集故障线路的电流和电场录波信号，所述故障线路由线路故障指示器显示异常；

汇集模块，用于获取所述电流、电压和电场录波信号，将电流和电场录波信号合成零序电流波形；

监测模块，用于对所述零序电流波形分析，判断出故障区段和故障类型；

显示模块，用于接收所述监测主站发送的故障位置，并显示给运维人员，达到实时监测配电网运行状态的效果，使运维人员及时查找配电网故障区段。

2.根据权利要求1所述的高精度暂态录波故障在线监测系统，其特征在于，所述采集模块包括A相采集单元、B相采集单元和C相采集单元，分别用于采集A相、B相和C相的电流、电压和电场录波信号，且采用无线通信网络将A相、B相和C相的电流、电压和电场录波信号发送给汇集模块。

3.根据权利要求1所述的高精度暂态录波故障在线监测系统，其特征在于，所述线路故障指示器被分布在沿架空线上每隔一定距离安装一套，当线路上发生故障时，同一个变电站母线所有馈线上的线路故障指示器都会检测到线路电压或电流的变化并触发故障录波，同时采集单元采集线路的电流和电场录波信号，所述线路故障指示器采用电子式电流互感器，所述电子式电流互感器的线圈采用基于PCB的双线并绕。

4.根据权利要求3所述的高精度暂态录波故障在线监测系统，其特征在于，所述监测模块包括：

接收单元，用于接收故障录波文件；

分析单元，用于根据零序电流的暂态特征和线路拓扑进行综合研判出故障类型和故障区段；

反馈单元，用于接收所述分析单元的判断结果并向故障线路上的线路故障指示器发送命令进行故障显示；

发送单元，用于接收所述分析单元的判断结果并将定位结果通过显示单元通知运维人员。

5.根据权利要求4所述的高精度暂态录波故障在线监测系统，其特征在于，所述分析单元中，所述故障类型包括短路故障，所述短路故障具体判断方法为：

在当前线路上的线路故障指示器检测到当前零序电流I由于短路电流流过产生一个突然的上升ΔI，电流突变且突变启动值ΔI不低于150A，突变电流持续一段时间后，各相电场强度大幅下降，且残余电流不超过5A零漂值，此时，变电站出口断路器跳闸，当前线路停电，此时就确定故障区段位于当前线路上，采用翻牌或闪灯进行故障指示。

6.根据权利要求5所述的高精度暂态录波故障在线监测系统，其特征在于，所述故障区段的位置分析为：

步骤S1确定多级别线路拓扑图下当前线路的拓扑级别数N，N为大于1的正整数；

步骤S2对当前线路对应的N个级别分别进行拓扑分析，依次判断当前线路下从第一级到第N级支路和对应节点的零序电流的暂态特征是否发生短路故障对应的电流变化；

步骤S3对发生短路故障对应级别的支路和节点进行标记，从而得到对应的故障范围，进而确定是当前级别的支路和/或对应的节点出现短路故障，所述多级别线路拓扑图根据电网运行状态和网络数据来构建一个完整的电网拓扑模型，并对同一电网形成不同抽象层次的多级拓扑图，每一级的拓扑图代表不同参考刻度。

7.根据权利要求4所述的高精度暂态录波故障在线监测系统，其特征在于，所述故障类型还包括接地故障，其具体判断方法包括：

检测当前线路对应的电压是否发生跌落以及对应的电流是否出现大幅度的高频暂态电流信号；若同时出现上述特征，则确定存在故障线路，进而实现对故障线路的选线和定位，否则，若当前线路对应的电压发生跌落或者对应的电流出现大幅度的高频暂态电流信号，则确定为其他原因；

所述实现对故障线路的选线和定位，包括：

若所述高频暂态电流信号由小电流接地配电网单相接地过程中产生，则具有以下规律：非故障线路和故障线路的高频暂态零序电流信号不同且故障线路上故障点前和故障点后的高频暂态零序电流信号不同，从而确定故障点和对应的故障线路；

否则，若所述高频暂态电流信号有其他原因产生，则进行故障区段的位置分析。

8.根据权利要求7所述的高精度暂态录波故障在线监测系统，其特征在于，所述小电流接地配电网单相接地被定义为：在发生单相接地时，全系统都将出现零序电压，且在非故障的元件上的合零序电流，其数值等于本身的对地电容电流，电容性无功率的实际方向为由母线流向线路；当出现小电流接地配电网单相接地故障，则还包括：在故障线路上，零序电流为全系统非故障元件对地电容电流之总和，数值一般较大，电容性无功功率的实际方向为由线路流向母线，进而通过计算故障线路的暂态零序功率进行故障选线和故障定位。

9.一种高精度暂态录波故障在线监测方法，其特征在于，该方法包括：

采集故障线路的电流和电场录波信号，所述故障线路由线路故障指示器显示异常；

获取所述电流、电压和电场录波信号，将电流和电场录波信号合成零序电流波形；

对所述零序电流波形分析，判断出故障区段和故障类型；

接收所述监测主站发送的故障位置，并显示给运维人员，达到实时监测配电网运行状态的效果，使运维人员及时查找配电网故障区段。

10.根据权利要求9所述的高精度暂态录波故障在线监测方法，其特征在于，所述故障类型包括短路故障，所述短路故障具体判断方法为：

在当前线路上的线路故障指示器检测到当前零序电流I由于短路电流流过产生一个突然的上升ΔI，电流突变且突变启动值ΔI不低于150A，突变电流持续一段时间后，各相电场强度大幅下降，且残余电流不超过5A零漂值，此时，变电站出口断路器跳闸，当前线路停电，此时就确定故障区段位于当前线路上，采用翻牌或闪灯进行故障指示。