配電網故障定位方法

配電網故障定位方法

《配電網故障定位方法》是江蘇省電力公司常州供電公司、思源電氣股份有限公司於2009年5月7日申請的發明專利，該專利申請號為2009100507320，公布號為CN101551432A，公布日為2009年10月7日，發明人是吳鴻飛、李剛、羅曉、魏立新、謝楠。

一種發電電網技術領域的配電網故障定位方法，包括：安裝並聯中電阻、真空接觸器、監測終端、電壓互感器和零序電流互感器；當配電網系統發生永久性接地故障時，在設定時間內投切並聯中電阻，變電站、開閉所、配電站處的監測終端將並聯中電阻投入前後的節點電壓值和各出線上的零序電流值上傳到故障定位監控平台；利用故障判定方法實現定位，並將故障定位點顯示在配電網系統動態拓撲圖中。該發明避免了2009年5月前的故障定位產品在小電流接地系統中套用上的不足，故障判定更加智慧型化，故障判定準確率高，是小電流接地系統中比較理想的故障定位方法。

2021年6月24日，《配電網故障定位方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《配電網故障定位方法》摘要附圖）

基本介紹

  • 中文名：配電網故障定位方法
  • 申請人：江蘇省電力公司常州供電公司、思源電氣股份有限公司
  • 發明人：吳鴻飛、李剛、羅曉、魏立新、謝楠
  • 申請號：2009100507320
  • 申請日：2009年5月7日
  • 公布號：CN101551432A
  • 公布日：2009年10月7日
  • 地址：江蘇省常州市局前街27號
  • 代理機構：上海交達專利事務所
  • 代理人：王錫麟、王桂忠
  • Int. Cl.：G01R31/08
  • 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,專利榮譽,

專利背景

在6~66千伏的配電網系統中，中性點多採用經消弧線圈接地方式，該接地方式可以有效地抑制弧光接地故障，降低系統的過電壓水平，但由於接地故障電流較小，給故障選線和定位帶來了困難。2009年5月前相關技術的故障定位產品較多，該類產品通過採樣線路開關處零序電流、五次諧波等信號，根據一定的判定方法，找出故障線路或故障區段，從而實現故障定位。由於配電網小電流接地系統故障電流較小、電網結構複雜的特點，故障信號量較小，判定方法過於簡單，導致故障判定準確率較低。
經對相關技術領域的檢索發現，中國專利申請號20071003505.7，公開號CN101063698A，記載了一種“基於拓撲圖的配電系統故障測試方法”，分為測前故障診斷和測後故障診斷兩個階段，測前故障診斷採用故障字典法，首先建立一個動態更新的故障庫，將常出現的故障輸入到故障庫，並根據測試結果更新診斷故障的優先權別；接著由故障注入系統從故障庫中選擇故障注入到目標電路中，並利用電路仿真系統進行故障仿真，生成故障測試碼，組成故障字典，在測試完成後將返回的測試結果信息與故障字典比較，從中快速找出發生的故障；測後故障診斷則是根據測試後的測試結果，將沒有發生的故障隔離、排除，並根據圖形電路結構進行故障搜尋、查找，將故障定位。《配電網故障定位方法》提高了診斷的自動化程度，減小了工作人員的勞動強度，提高了工作效率。
又經檢索發現，中國專利申請號0113866.0，公開號CN1430318A，記載了一種“配電線路故障檢測定位及隔離的方法及裝置”，與分段配電柱上真空開關（PVC）、電源裝置（SPS）、及配電網故障段指示器（FSI）組合使用，共同組成配電網自動化系統的核心部件。
上述相關技術採用傳統的電氣信號監測方法，判定方法過於簡單，在小電流接地系統中使用存在著一定的局限性，雖然能夠判定故障電氣信號量較大的短路故障，但對80％的單相接地故障，故障定位準確率較低。

發明內容

專利目的

《配電網故障定位方法》提供一種配電網故障定位方法，避免了相關故障定位產品在小電流接地系統中套用上的不足，故障判定更加智慧型化，故障判定準確率高，是小電流接地系統中比較理想的故障定位方法。

技術方案

《配電網故障定位方法》涉及配電網故障定位方法，包括以下步驟：
第一步、將並聯中電阻、真空接觸器、監測終端、電壓互感器和零序電流互感器安裝在配電網系統的變電站、開閉所和配電站中，具體安裝方式如下：先在變電站的變壓器中性點與地線之間安裝並聯中電阻，然後將真空接觸器串接在並聯中電阻支路上，將監測終端安裝在變電站、開閉所和配電站的監測節點，最後在變電站、開閉所和配電站的監測節點上並聯電壓互感器，在監測節點對應的各條出線段上串聯零序電流互感器，分別用於測量各變電站、開閉所、配電站的監測節點的節點電壓值和該監測節點對應的各條出線段的零序電流值；
所述的監測終端是以PC104模組、DSP模組為核心元件並帶有GPRS通訊模組的監測器；所述的並聯電阻為功率電阻；所述的真空接觸器為永磁結構的高壓交流真空接觸器；所述的單相電壓互感器為電磁式單相電壓互感器；所述的零序電流互感器為開口式零序電流互感器；所述的三相電壓互感器為電磁式三相電壓互感器，通過三相電壓互感器的開口三角測量系統的零序電壓。
第二步、當配電網系統發生永久性接地故障時，在設定時間內投切並聯中電阻，變電站、開閉所、配電站處的監測終端將並聯中電阻投入前後的節點電壓值和各出線上的零序電流值上傳到故障定位監控平台；
所述的永久性接地故障的判定方法包括以下步驟：當配電網系統的中性點電壓高於30％配電網系統的相電壓或當配電網系統的開口三角電壓高於35％配電網系統的相電壓，並且這種過電壓狀態在5秒內不能自行消除，則判定配電網系統發生了永久性接地故障；
所述的設定時間為0.5秒。
第三步、故障定位監控平台根據獲得的監測節點的節點電壓值和該監測節點對應的各條出線段的零序電流值利用故障判定方法實現定位，並將故障定位點顯示在配電網系統動態拓撲圖中。
所述的故障判定方法是指：
1）在發生接地故障時，首先計算出故障判定區域內所有監測節點所屬各出線段上的零序電流值之比的特徵值tf[m]，tf[m]表達式為：
其中：N為故障判定區域內所有監測節點所屬的出線段的總數值，m為小於等於N的正整數，fI[m]為第m條出線段的零序電流幅值比，fI[m]的表達式為：
，其中：I2[m]為投切並聯中電阻後第m條出線段上的零序電流值，I1[m]為投切並聯中電阻前第m條出線段上的零序電流值。
2）然後選出N條出線段中的最大的特徵值tf[x]以及次最大的特徵值tf[y]，並標記該出線段分別為第x條出線段和第y條出線段，其中x和y為小於等於N的正整數；
3）計算出故障判定區域內所有監測節點對應的電壓幅值比fU[n]，fU[n]的表達式為：
，其中：U2[n]為投切並聯中電阻後第n個監測節點上的節點電壓值，U1[n]為投切並聯中電阻前第n個監測節點上的節點電壓值，n為故障判定區域內所有監測節點的個數。
4）然後選出n個監測節點中的最小電壓幅值比fU[z]並標記該監測節點為z，z為小於等於n的正整數。
5）當tf[x]和tf[y]滿足
時，如果第y條出線段屬於第z個監測節點上的出線段，且第x條出線段不屬於第z個監測節點上的出線段，則判定第y條出線段即為故障區段，否則則判定第x條出線段為故障區段。

改善效果

《配電網故障定位方法》藉助並聯中電阻實現配電網故障區段定位，克服了配電網小電流接地系統故障電流較小、不易判定故障點的缺點，提高了故障定位準確性；該配電網故障區段定位方法通過並聯中電阻獲取各出線段的特徵值，根據出線段特徵值進行故障判定，與電網系統參數和接地故障類型無關，不受系統干擾，故障定位可靠性高；故障定位監控平台能夠自動處理故障信息、判定故障、顯示故障定位結果，提高了配電網故障定位的智慧型化。

附圖說明

圖1為《配電網故障定位方法》原理圖。
配電網故障定位方法
圖1

技術領域

《配電網故障定位方法》涉及的是一種發電電網技術領域的方法，具體是一種配電網故障定位方法。

權利要求

1.一種配電網故障定位方法，其特徵在於，包括以下步驟：
第一步、將並聯中電阻、真空接觸器、監測終端、電壓互感器和零序電流互感器安裝在配電網系統的變電站、開閉所和配電站中；
所述的並聯中電阻、真空接觸器、監測終端、電壓互感器和零序電流互感器具體安裝方式如下：先在變電站的變壓器中性點與地線之間安裝並聯中電阻，然後將真空接觸器串接在並聯中電阻支路上，將監測終端安裝在變電站、開閉所和配電站的監測節點，最後在變電站、開閉所和配電站的監測節點上並聯電壓互感器，在監測節點對應的各條出線段上串聯零序電流互感器；
第二步、當配電網系統發生永久性接地故障時，在設定時間內投切並聯中電阻，變電站、開閉所、配電站處的監測終端將並聯中電阻投入前後的節點電壓值和各出線上的零序電流值上傳到故障定位監控平台；
第三步、故障定位監控平台根據獲得的監測節點的節點電壓值和該監測節點對應的各條出線段的零序電流值利用故障判定方法實現定位，並將故障定位點顯示在配電網系統動態拓撲圖中；
所述的故障判定方法是指：
1）在發生接地故障時，首先計算出故障判定區域內所有監測節點所屬各出線段上的零序電流值之比的特徵值tf[m]，tf[m]表達式為：
。
其中：N為故障判定區域內所有監測節點所屬的出線段的總數值，m為小於等於N的正整數，fI[m]為第m條出線段的零序電流幅值比，fI[m]的表達式為：
，其中：I2[m]為投切並聯中電阻後第m條出線段上的零序電流值，I1[m]為投切並聯中電阻前第m條出線段上的零序電流值；
2）然後選出N條出線段中的最大的特徵值tf[x]以及次最大的特徵值tf[y]，並標記該出線段分別為第x條出線段和第y條出線段，其中x和y為小於等於N的正整數；
3）計算出故障判定區域內所有監測節點對應的電壓幅值比fU[n]，fU[n]的表達式為：
，其中：U2[n]為投切並聯中電阻後第n個監測節點上的節點電壓值，U1[n]為投切並聯中電阻前第n個監測節點上的節點電壓值，n為故障判定區域內所有監測節點的個數；
4）然後選出n個監測節點中的最小電壓幅值比fU[z]並標記該監測節點為z，z為小於等於n的正整數；
5）當tf[x]和tf[y]滿足
時，如果第y條出線段屬於第z個監測節點上的出線段，且第x條出線段不屬於第z個監測節點上的出線段，則判定第y條出線段即為故障區段，否則則判定第x條出線段為故障區段。
2.根據權利要求1所述的配電網故障定位方法，其特徵是，第一步中所述的監測終端是指以PC104模組、DSP模組為核心元件並帶有GPRS通訊模組的監測器。
3.根據權利要求1所述的配電網故障定位方法，其特徵是，第一步中所述的並聯中電阻為功率電阻。
4.根據權利要求1所述的配電網故障定位方法，其特徵是，第一步中所述的電壓互感器為電磁式單相電壓互感器。
5.根據權利要求1所述的配電網故障定位方法，其特徵是，第一步中所述的零序電流互感器為開口式零序電流互感器。
6.根據權利要求1所述的配電網故障定位方法，其特徵是，第一步中所述的電壓互感器為電磁式三相電壓互感器，通過三相電壓互感器的開口三角測量系統的零序電壓。
7.根據權利要求1所述的配電網故障定位方法，其特徵是，第二步中所述的永久性接地故障的判定方法為：當配電網系統的中性點電壓高於30％配電網系統的相電壓或當配電網系統的開口三角電壓高於35％配電網系統的相電壓，並且這種過電壓狀態在5秒內不能自行消除，則判定配電網系統發生了永久性接地故障。
8.根據權利要求1所述的配電網故障定位方法，其特徵是，第二步中所述的設定時間為0.5秒。

實施方式

第一步、如圖1所示，將並聯中電阻3安裝在變電站內，並聯中電阻3和真空接觸器4串聯後連線於變電站的變壓器9的中性點與地線10之間，電壓互感器連線於變電站的變壓器9的中性點且與並聯中電阻3和真空接觸器4相併聯，消弧線圈8接在變壓器9的中性點與地線10之間。
在每一條變電站的輸出端、開閉所的輸出端和配電站的輸出端均分別設有相同結構的監測終端、三相電壓互感器7和零序電流互感器6，其中：監測終端設定於變電站、開閉所和配電站的監測節點M，三相電壓互感器7並聯於變電站、開閉所和配電站的監測節點M，零序電流互感器6串聯於變電站的輸出端、開閉所的輸出端和配電站的輸出端，檢測終端2的輸出端與故障定位監控平台1通過網際網路連線，檢測終端2的輸入端分別連線至零序電流互感器6的信號端和三相電壓互感器7的信號端。
所述的監測終端2內設有PC104模組、DSP模組和GPRS通訊模組為核心，該監測終端2通過三相電壓互感器7和零序電流互感器6的信號端分別輸出的採樣電壓信號和零序電流信號，對變電站、開閉所、配電站電氣量進行實時監測。當發生單相接地故障時，監測節點M處的監測終端報接地故障，並將故障信息通過GPRS通訊模組經過網際網路傳給故障定位監控平台1。變電站的監測終端2，負責控制並聯中電阻3的投切。
所述的並聯中電阻3的阻值隨著系統電壓的不同而不同，並聯中電阻3的阻值為系統相電壓與10A電流的比值，例如：10千伏系統，系統相電壓為6062伏特，其並聯中電阻的阻值為606.2歐姆，該並聯中電阻3的電阻類型為功率電阻；
所述的真空接觸器4為永磁結構的高壓交流真空接觸器，當電網系統發生單相接地故障時，及時的投切並聯中電阻3；
所述的單相電壓互感器5為用於測量的電磁式單相電壓互感器，測量系統的中性點電壓；
所述的零序電流互感器6為用於測量的開口式零序電流互感器，當電網系統發生單相接地故障時，測量各出線的零序電流；
所述的三相電壓互感器7為用於測量的電磁式三相電壓互感器，通過三相電壓互感器的開口三角測量系統的零序電壓；
所述的消弧線圈8為調匝式、調容式或高短路阻抗式消弧線圈。
然後設定系統電壓為10千伏；變電站、開閉所、配電站等監測節點M的數量為7；系統中出線段總數為68；並聯中電阻3的阻值為606.2歐姆。
第二步、當系統的中性點電壓高於30％系統相電壓或開口三角電壓高於35％系統相電壓，5秒後系統的過電壓狀態並未消除，則判定系統發生了永久性接地故障；然後變電站的監測終端2投切並聯中電阻3，並聯中電阻3的投切時間為0.5秒；
各監測節點M處的監測終端2將並聯中電阻投切前後的各監測節點M處的電壓、各出線段零序電流值上傳到故障定位監控平台1；
故障定位監控平台1啟動故障判定功能；
第三步、計算68個出線段並聯中電阻3投切前後的零序電流值之比fI[1]、fI[2]、...fI[68]，而後計算出68各出線段並聯中電阻3投切前後的零序電流之比的特徵值tf[1]、tf[2]、...tf[68]，其中tf[15]為最大值、tf[35]為次最大值；
計算7個監測節點M處投切並聯中電阻3前後電壓值之比fU[1]、fU[2]、...fU[7]，其中fU[5]的值最小，說明5號監測節點M處投切並聯中電阻3前後監測節點M電壓值之比最小；
計算tf[15]與tf[35]的比值，如果比值在（0.9，1.1）區間內，並且35號出線段屬於5號監測節點M，15號出線段不屬於5號監測節點M，則判定35號出線段為故障區段，否則判定15號出線段為故障區段。
該實施例與相關的故障區段定位方法和裝置相比，該實施例通過藉助並聯中電阻，取得較大的故障信號特徵值，故障判定原理直觀，並且判定方法不受系統參數的限制和信號的干擾，故障判定準確率較高。

專利榮譽

2021年6月24日，《配電網故障定位方法》獲得第二十二屆中國專利優秀獎。

相關詞條

熱門詞條

聯絡我們