CN109387733A - 一种配电线路单相接地故障定位方法及*** - Google Patents

一种配电线路单相接地故障定位方法及*** Download PDF

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徐雨
王科
杨庆
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Abstract

本申请提供一种配电线路单相接地故障定位方法及***，其中，所述方法包括：检测终端采集配电线路上三相电的电压信号，并对电压信号进行相模变换，得到零模电压；在零模电压不等于第一预设阈值的情况下，将零模电压传输至上位机；若零模电压大于第二预设阈值，且零模电压对应的行波波头的斜率大于第三预设阈值，上位机采用行波衰减法计算故障点到检测终端的距离；根据故障点到检测终端的距离，确定单相接地故障的位置。本申请提供的方法中，利用零模电压行波衰减特性定位单相接地故障的位置，零模电压行波波头容易识别且精度较高，可以快速找到故障位置，消除隐患，解决了传统定位方法中由于待检测量较弱而导致的定位精度不高的问题。

Description

一种配电线路单相接地故障定位方法及***
技术领域
本申请涉及配电线路单相接地故障定位技术领域，具体涉及一种配电线路单相接地故障定位方法及***。
背景技术
我国中压配电网在电力网中起到重要的分配电能的作用，中压配电网由配电线路、杆塔、配电变压器、隔离开关、无功补偿器及一些附属设施等组成，其中，配电线路主要为架空线路。由于架空线路容易发生接地故障，使得配电网配电的可靠性降低。
在多种类型的接地故障中，单相接地故障较为常见。为了增加配电网配电的可靠性，需要及时对配电线路中发生单相接地故障的位置进行定位，其中，单相接地故障的位置被称为故障点，在获得故障点之后，相关部门迅速对单相接地故障进行处理，以消除单相接地故障对于配电的影响。
现有单相接地故障定位方法主要有两种，一种是利用故障电流进行定位，另一种是利用初始暂态行波进行定位。然而，在利用故障电流进行定位时，由于发生单相接地故障之后会产生过渡电阻，在过渡电阻的影响下，故障电流可能很小，难以被检测出来；在利用初始暂态行波进行定位时，由于单相接地故障的初相角较小，使得初始暂态行波较弱，也难以被检测出来。由此可见，利用以上两种方法进行单相接地故障的定位时，在发生单相接地故障的情况下，由于待检测量较弱而难以被检测到，从而导致定位精度较低的问题。
发明内容
本申请提供一种配电线路单相接地故障定位方法及***，以解决现有单相接地故障定位方法中，由于待检测量较弱而导致的定位精度较低的问题。
本申请的第一方面，提供一种配电线路单相接地故障定位方法，所述方法应用于配电线路单相接地故障定位***，所述***包括：检测终端和上位机，所述检测终端通过GSM网络与所述上位机进行通讯，所述检测终端用于检测配电线路是否发生单相接地故障，若发生单相接地故障，所述检测终端将单相接地故障的故障数据传输至所述上位机，所述上位机用于分析所述故障数据，以确定单相接地故障的位置；
所述方法包括：
所述检测终端采集配电线路上三相电的电压信号；
所述检测终端对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换，得到零模电压；
所述检测终端判断所述零模电压是否等于第一预设阈值；
在所述零模电压不等于所述第一预设阈值的情况下，所述检测终端将所述零模电压传输至所述上位机；
所述上位机判断所述零模电压是否大于第二预设阈值，若所述零模电压大于第二预设阈值，所述上位机继续判断所述零模电压对应的行波波头的斜率是否大于第三预设阈值；
若所述零模电压对应的行波波头的斜率大于第三预设阈值，所述上位机采用行波衰减法计算故障点到检测终端的距离；
所述上位机根据所述故障点到检测终端的距离，确定单相接地故障的位置。
可选的，所述检测终端对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换，得到零模电压，包括：
所述检测终端根据以下公式进行对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换：
其中，ua(t)、ub(t)及uc(t)为三相电的电压信号；u0(t)为零模电压。
可选的，所述上位机采用行波衰减法计算故障点到检测终端的距离，包括：
所述上位机根据以下公式计算α1、α2：
其中，R0、L0、G0、C0为频率wi下的线路单位长度参数，i＝1,2；αi为γi的实部，βi为γi的虚部，j为复数，w1、w2为所述零模电压对应的行波波头可傅里叶分解出的任意两个频率，α1、α2分别为频率w1、w2的情况下行波波头幅值衰减系数；
所述上位机根据以下公式计算故障点到检测终端的距离：
其中，x为故障点到检测终端的距离，H为所述任意两个频率w1、w2的频率分量幅值的比值。
可选的，所述上位机根据所述故障点到检测终端的距离，确定单相接地故障的位置，包括：
所述上位机根据所述故障点到相邻两个所述检测终端的距离x1和x2，将利用所述距离x1和x2确定的故障点的交集作为单相接地故障的位置。
本申请的第二方面，提供一种配电线路单相接地故障定位***，所述***包括：检测终端和上位机，所述检测终端通过GSM网络与所述上位机进行通讯，所述检测终端用于检测配电线路是否发生单相接地故障，若发生单相接地故障，所述检测终端将单相接地故障的故障数据传输至所述上位机，所述上位机用于分析所述故障数据，以确定单相接地故障的位置；
所述检测终端包括：
数据采集模块，用于采集配电线路上三相电的电压信号；
相模变换模块，用于对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换，得到零模电压；
第一判断模块，用于判断所述零模电压是否等于第一预设阈值；
数据传输模块，用于在所述判断模块确定所述零模电压不等于所述第一预设阈值的情况下，将所述零模电压传输至所述上位机；
所述上位机包括：
第二判断模块，用于判断所述零模电压是否大于第二预设阈值，若所述零模电压大于第二预设阈值，所述上位机继续判断所述零模电压对应的行波波头的斜率是否大于第三预设阈值；
计算模块，用于在所述判断模块确定所述零模电压对应的行波波头的斜率大于第三预设阈值的情况下，采用行波衰减法计算故障点到检测终端的距离；
确定模块，用于根据所述故障点到检测终端的距离，确定单相接地故障的位置。
可选的，所述相模变换模块包括：
相模变换单元，用于根据以下公式进行对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换：
其中，ua(t)、ub(t)及uc(t)为三相电的电压信号；u0(t)为零模电压。
可选的，所述计算模块包括：
第一计算单元，用于根据以下公式计算α1、α2：
其中，R0、L0、G0、C0为频率wi下的线路单位长度参数，i＝1,2；αi为γi的实部，βi为γi的虚部，j为复数，w1、w2为所述零模电压对应的行波波头可傅里叶分解出的任意两个频率，α1、α2分别为频率w1、w2的情况下行波波头幅值衰减系数；
第二计算单元，用于根据以下公式计算故障点到检测终端的距离：
其中，x为故障点到检测终端的距离，H为所述任意两个频率w1、w2的频率分量幅值的比值。
可选的，所述确定模块包括：
确定单元，用于根据所述故障点到相邻两个所述检测终端的距离x1和x2，将利用所述距离x1和x2确定的故障点的交集作为单相接地故障的位置。
由以上技术方案可知，本申请提供的方法中，利用零模电压行波衰减特性定位单相接地故障的位置，零模电压行波波头容易识别且精度较高，可以快速找到故障位置，消除隐患，解决了传统定位方法中由于待检测量较弱而导致的定位精度不高的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种配电线路单相接地故障定位方法的工作流程示意图；
图2为本申请实施例提供的一种配电线路单相接地故障定位***的场景示意图；
图3为本申请实施例提供的一种配电线路单相接地故障定位***的结构示意图。
具体实施方式
为解决现有单相接地故障定位方法中，由于待检测量较弱而导致的定位精度较低的问题，本申请提供一种配电线路单相接地故障定位方法及***。
参照图1所示的工作流程图，本申请实施例提供一种配电线路单相接地故障定位方法，所述方法应用于配电线路单相接地故障定位***，所述***包括：检测终端和上位机，所述检测终端通过GSM网络与所述上位机进行通讯，所述检测终端用于检测配电线路是否发生单相接地故障，若发生单相接地故障，所述检测终端将单相接地故障的故障数据传输至所述上位机，所述上位机用于分析所述故障数据，以确定单相接地故障的位置；
所述方法包括以下步骤：
步骤101，所述检测终端采集配电线路上三相电的电压信号。
步骤102，所述检测终端对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换，得到零模电压。
该步骤中，所述检测终端根据以下公式进行对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换：
其中，ua(t)、ub(t)及uc(t)为三相电的电压信号；u0(t)为零模电压。
步骤103，所述检测终端判断所述零模电压是否等于第一预设阈值。
该步骤中，第一预设阈值的取值通常为零，若零模电压为零，确定电力***正常，即不存在接地故障，则检测终端返回执行步骤101的操作；若零模电压不为零，确定电力***存在接地故障，继续执行步骤104的操作。
步骤104，在所述零模电压不等于所述第一预设阈值的情况下，所述检测终端将所述零模电压传输至所述上位机。
步骤101至步骤103的操作由数据采集卡以及DSP为核心的集成电路板执行，DSP处理后的数据通过GSM网络上传至上位机，由上位机继续进行数据分析。
步骤105，所述上位机判断所述零模电压是否大于第二预设阈值，若所述零模电压大于第二预设阈值，所述上位机继续判断所述零模电压对应的行波波头的斜率是否大于第三预设阈值。
该步骤中，第二预设阈值和第三预设阈值的大小由线路本身决定，零模电压越大，说明偏离正常水平越多，线路存在接地故障的可能性越大。识别行波波头实际上是在识别行波，行波波头的斜率越大，线路存在接地故障点的可能性越大，若行波波头的斜率大于第三预设阈值，则执行步骤106的操作，否则，认为不存在接地故障，返回执行步骤101的操作。
步骤106，若所述零模电压对应的行波波头的斜率大于第三预设阈值，所述上位机采用行波衰减法计算故障点到检测终端的距离。
该步骤中，所述上位机采用行波衰减法计算故障点到检测终端的距离，包括：
所述上位机根据以下公式计算α1、α2：
其中，R0、L0、G0、C0为频率wi下的线路单位长度参数，i＝1,2；αi为γi的实部，βi为γi的虚部，j为复数，w1、w2为所述零模电压对应的行波波头可傅里叶分解出的任意两个频率，α1、α2分别为频率w1、w2的情况下行波波头幅值衰减系数；
所述上位机根据以下公式计算故障点到检测终端的距离：
其中，x为故障点到检测终端的距离，H为所述任意两个频率w1、w2的频率分量幅值的比值。
步骤107，所述上位机根据所述故障点到检测终端的距离，确定单相接地故障的位置。
该步骤中，所述上位机根据所述故障点到相邻两个所述检测终端的距离x1和x2，将利用所述距离x1和x2确定的故障点的交集作为单相接地故障的位置。
例如，若检测终端A和检测终端B同时检测到故障点，其中，检测终端A到故障点的距离为x1，假设检测终端左右两侧距离x1处的点分别为可能故障点A1和A2；另一检测终端B到故障点的距离为x2，则检测终端左右两侧距离x2处的点分别为可能故障点B1和B2；此时，若可能故障点A2与可能故障点B1存在交集，则将A2或B1作为单相接地故障的位置。
由以上技术方案可知，本申请提供的方法中，利用零模电压行波衰减特性定位单相接地故障的位置，零模电压行波波头容易识别且精度较高，可以快速找到故障位置，消除隐患，解决了传统定位方法中由于待检测量较弱而导致的定位精度不高的问题。
参照图2所示的场景示意图，以下对具体场景进行描述：本申请提供的单相接地故障定位***包括检测终端1和上位机2，所述检测终端1包括电容分压器11、数据采集模块12、数据分析模块13和数据传输模块14。所述电容分压器11为高压陶瓷电容芯的绝缘子，用于检测配电线路上的电压信号，电容芯密封在绝缘子内部，可以防止电容由于雨水污秽等短路。所述数据采集模块用于采集电压信号，所述数据分析模块13用于对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换，得到零模电压，并判断所述零模电压是否等于第一预设阈值。数据传输模块14用于在所述零模电压等于第一预设阈值的情况下，将所述零模电压传输至所述上位机2。
参照图3所示的结构示意图，本申请实施例提供一种配电线路单相接地故障定位***，所述***包括：检测终端和上位机，所述检测终端通过GSM网络与所述上位机进行通讯，所述检测终端用于检测配电线路是否发生单相接地故障，若发生单相接地故障，所述检测终端将单相接地故障的故障数据传输至所述上位机，所述上位机用于分析所述故障数据，以确定单相接地故障的位置；
所述检测终端包括：
数据采集模块100，用于采集配电线路上三相电的电压信号；
相模变换模块200，用于对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换，得到零模电压；
第一判断模块300，用于判断所述零模电压是否等于第一预设阈值；
数据传输模块400，用于在所述判断模块确定所述零模电压不等于所述第一预设阈值的情况下，将所述零模电压传输至所述上位机；
所述上位机包括：
第二判断模块500，用于判断所述零模电压是否大于第二预设阈值，若所述零模电压大于第二预设阈值，所述上位机继续判断所述零模电压对应的行波波头的斜率是否大于第三预设阈值；
计算模块600，用于在所述判断模块确定所述零模电压对应的行波波头的斜率大于第三预设阈值的情况下，采用行波衰减法计算故障点到检测终端的距离；
确定模块700，用于根据所述故障点到检测终端的距离，确定单相接地故障的位置。
可选的，所述相模变换模块包括：
相模变换单元，用于根据以下公式进行对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换：
其中，ua(t)、ub(t)及uc(t)为三相电的电压信号；u0(t)为零模电压。
可选的，所述计算模块包括：
第一计算单元，用于根据以下公式计算α1、α2：
其中，R0、L0、G0、C0为频率wi下的线路单位长度参数，i＝1,2；αi为γi的实部，βi为γi的虚部，j为复数，w1、w2为所述零模电压对应的行波波头可傅里叶分解出的任意两个频率，α1、α2分别为频率w1、w2的情况下行波波头幅值衰减系数；
第二计算单元，用于根据以下公式计算故障点到检测终端的距离：
其中，x为故障点到检测终端的距离，H为所述任意两个频率w1、w2的频率分量幅值的比值。
可选的，所述确定模块包括：
确定单元，用于根据所述故障点到相邻两个所述检测终端的距离x1和x2，将利用所述距离x1和x2确定的故障点的交集作为单相接地故障的位置。
本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种配电线路单相接地故障定位方法，其特征在于，所述方法应用于配电线路单相接地故障定位***，所述***包括：检测终端和上位机，所述检测终端通过GSM网络与所述上位机进行通讯，所述检测终端用于检测配电线路是否发生单相接地故障，若发生单相接地故障，所述检测终端将单相接地故障的故障数据传输至所述上位机，所述上位机用于分析所述故障数据，以确定单相接地故障的位置；
所述方法包括：
所述检测终端采集配电线路上三相电的电压信号；
所述检测终端对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换，得到零模电压；
所述检测终端判断所述零模电压是否等于第一预设阈值；
在所述零模电压不等于所述第一预设阈值的情况下，所述检测终端将所述零模电压传输至所述上位机；
所述上位机判断所述零模电压是否大于第二预设阈值，若所述零模电压大于第二预设阈值，所述上位机继续判断所述零模电压对应的行波波头的斜率是否大于第三预设阈值；
若所述零模电压对应的行波波头的斜率大于第三预设阈值，所述上位机采用行波衰减法计算故障点到检测终端的距离；
所述上位机根据所述故障点到检测终端的距离，确定单相接地故障的位置。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测终端对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换，得到零模电压，包括：
所述检测终端根据以下公式进行对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换：
其中，ua(t)、ub(t)及uc(t)为三相电的电压信号；u0(t)为零模电压。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上位机采用行波衰减法计算故障点到检测终端的距离，包括：
所述上位机根据以下公式计算α1、α2：
其中，R0、L0、G0、C0为频率wi下的线路单位长度参数，i＝1,2；αi为γi的实部，βi为γi的虚部，j为复数，w1、w2为所述零模电压对应的行波波头可傅里叶分解出的任意两个频率，α1、α2分别为频率w1、w2的情况下行波波头幅值衰减系数；
所述上位机根据以下公式计算故障点到检测终端的距离：
其中，x为故障点到检测终端的距离，H为所述任意两个频率w1、w2的频率分量幅值的比值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述上位机根据所述故障点到检测终端的距离，确定单相接地故障的位置，包括：
所述上位机根据所述故障点到相邻两个所述检测终端的距离x1和x2，将利用所述距离x1和x2确定的故障点的交集作为单相接地故障的位置。
5.一种配电线路单相接地故障定位***，其特征在于，所述***包括：检测终端和上位机，所述检测终端通过GSM网络与所述上位机进行通讯，所述检测终端用于检测配电线路是否发生单相接地故障，若发生单相接地故障，所述检测终端将单相接地故障的故障数据传输至所述上位机，所述上位机用于分析所述故障数据，以确定单相接地故障的位置；
所述检测终端包括：
数据采集模块，用于采集配电线路上三相电的电压信号；
相模变换模块，用于对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换，得到零模电压；
第一判断模块，用于判断所述零模电压是否等于第一预设阈值；
数据传输模块，用于在所述判断模块确定所述零模电压不等于所述第一预设阈值的情况下，将所述零模电压传输至所述上位机；
所述上位机包括：
第二判断模块，用于判断所述零模电压是否大于第二预设阈值，若所述零模电压大于第二预设阈值，所述上位机继续判断所述零模电压对应的行波波头的斜率是否大于第三预设阈值；
计算模块，用于在所述判断模块确定所述零模电压对应的行波波头的斜率大于第三预设阈值的情况下，采用行波衰减法计算故障点到检测终端的距离；
确定模块，用于根据所述故障点到检测终端的距离，确定单相接地故障的位置。
6.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述相模变换模块包括：
相模变换单元，用于根据以下公式进行对所述电压信号进行Karenbuaer相模变换：
其中，ua(t)、ub(t)及uc(t)为三相电的电压信号；u0(t)为零模电压。
7.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述计算模块包括：
第一计算单元，用于根据以下公式计算α1、α2：
其中，R0、L0、G0、C0为频率wi下的线路单位长度参数，i＝1,2；αi为γi的实部，βi为γi的虚部，j为复数，w1、w2为所述零模电压对应的行波波头可傅里叶分解出的任意两个频率，α1、α2分别为频率w1、w2的情况下行波波头幅值衰减系数；
第二计算单元，用于根据以下公式计算故障点到检测终端的距离：
其中，x为故障点到检测终端的距离，H为所述任意两个频率w1、w2的频率分量幅值的比值。
8.根据权利要求5所述的***，其特征在于，所述确定模块包括：
确定单元，用于根据所述故障点到相邻两个所述检测终端的距离x1和x2，将利用所述距离x1和x2确定的故障点的交集作为单相接地故障的位置。
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