CN111579917A - 一种低压配电网故障定位***与方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出的是一种低压配电网故障定位***与方法，该***包括云平台、低压配电网管理软件和低压故障指示器；其中低压故障指示器安装在台区线路各分支节点处，并通过GPRS/4G网络连接云平台；低压配电网管理软件安装于用户和电网运维人员的智能手机中，并通过GPRS/4G网络连接云平台。本发明通过低压故障指示器实现故障区段、停电客户的快速定位，经由低压配网管理软件向电网运维人员推送及展示配网故障信息，减少运维成本，大幅降低低压台区故障停电时间，提升用户满意度；能够及时定位故障并将信息推送给运维人员，实现故障快速排除。

Description

一种低压配电网故障定位***与方法

技术领域

本发明涉及的是一种低压配电网故障定位***与方法，属于电力***自动化控制技术领域。

背景技术

随着我国社会经济的高速发展，人民的生活质量和消费水平日渐提升，各行各业和居民对电力的需求量不断增大，对电能的质量、安全性和稳定性也提出了新的要求。配电网作为输电网和用户的桥梁，对配电网的故障定位、故障处理能力也需要达到新的高度，以保证配电网的供电质量和供电可靠性。配电网的安全稳定运行，不但关系着广大用户的切身利益，且具有极大的社会意义和经济意义。近年来，我国配电网的自动化建设迅速发展，传统的配电网不断向着自动化程度较高的智能电网发展。

配电网是指从输电网或地区发电厂接受电能，通过配电设施就地分配或按电压逐级分配给各类用户的电力网，是由架空线路、电缆、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的，在电力网中起重要分配电能作用的网络。按照我国配电网电压等级的分类，主要分为特高压（1000kV交流及以上和±800kV直流）、超高压（330kV及以上至1000kV以下）、高压配电网（35~220kV）、中压配电网（6~20kV）和低压配电网（0.4kV），其中高压配电网的自动化程度较高，处于国际领先水平，但中、低压配电网的自动化程度较低，远远落后于西方发达国家。

故障定位技术主要用于配电***各种故障的检测和定位，主要检测故障类型包括相间短路和单相接地故障等。在单相接地短路故障发生后，故障相的电压降低，非故障相的对地电压就会升高，如果不能在极短的时间内采取措施消除故障，非故障相的过电压极易进一步发展为相间短路故障，引发线路跳闸。实际运行过程中，单相接地故障发生的几率最高，此时供电仍能保证线电压的对称性，且故障电流较小，不影响对负荷连续供电，故不必立即跳闸，按照现行规程规定可以继续运行1～2h；但随着馈线的增多，电容电流也在逐渐增大，长时间运行后易使故障扩大成两点或多点接地短路，若发生弧光接地还会引起全***过电压，进而损坏设备，影响***安全运行，所以必须及时确定故障位置并予以切除。

目前的配电网中，尤其是低压配电网应用较为广泛的故障定位方法为：通过配电终端与云端服务器以及手持终端之间搭建的4G通信网络，形成自动化***；配电终端采集故障数据并上传到云端服务器，当需要的时候，运检人员再通过手持设备从云端服务器下载故障数据。在上述过程中，故障状态信息层层传递，且需要经过多级流转，在流转的过程中容易出现丢失，多级通信的故障的风险也随之增加，且这样的方式也增加了故障的处理时间，不利于故障快速排除。目前的故障定位技术还未能够针对单相接地故障进行即时定位和有效排查，不利于低压配电网稳定性和自动化程度的进一步提升。

发明内容

本发明的目的在于针对现有电网故障定位方法存在的上述缺陷，提出一种低压配电网故障定位***与方法，通过云平台、低压配电网管理软件和低压故障指示器三个部分来实现低压配电网的故障定位。

本发明的技术解决方案：一种低压配电网故障定位***与方法，包括云平台、低压配电网管理软件和低压故障指示器；其中低压故障指示器安装在台区线路各分支节点处，并通过GPRS/4G网络连接云平台；低压配电网管理软件安装于用户和电网运维人员的智能手机中，并通过GPRS/4G网络连接云平台。

进一步的，所述低压故障指示器具有故障信息和地理位置信息采集功能；故障发生后，所述的低压故障指示器捕捉到故障电流波形，通过滤波优化算法判断故障线路和故障类型，将采集的故障信息和地理位置信息实时上传到云平台。

进一步的，所述低压配电网管理软件具有互动和展示功能，运维人员可通过所述低压配电网管理软件查看***总体运行情况和台区拓扑关系图，确认故障报警及定位，进行电能质量数据统计，实现手机值班、移动运维、远程运维功能；供电公司通过所述低压配电网管理软件向用电客户提供用电查询、定向信息推送、发布停电通告、缴费提醒、故障报修、用电指导功能。

进一步的，所述云平台为计算服务平台，具有大数据处理和分析功能，故障定位逻辑如下：1）基于用电设备负荷特性，采用最优求解算法，计算低压配电网用电负荷的投切情况以及负荷比例，由大数据聚类分析法得到低压配电网的拓扑结构图；2）云平台***实时收集低压故障指示器故障信息，综合确定低压配电网中有短路故障发生；3）云平台***根据获取到的电压信息、电流波形以及低压配网拓扑信息，启动故障定位进程，判定故障类型和故障区域。云平台通过基于大数据聚类分析方法自动识别建立准确的“配变台区-主干线-分支线-相别”的台区拓扑关系，实现台区与低压故障指示器之间的从属关系，以及安装在不同线路层级的低压故障指示器之间的上下级关系的确立；通过云平台服务，实现低压配网管理软件的互动和展示功能。

该***的低压配电网故障定位方法具体包括：

1）配网拓扑结构分析：通过遍历搜索算法确定拓扑网络节点上下级关系和并行关系，实现台区“配变台区-主干线-分支线-相别”的电气物理拓扑自动识别；

2）回路阻抗分析：根据用户侧的配电网络结构，通过测量两个时刻的各用户电压电流变化速率确定回路阻抗；根据智能终端处理每天配变侧和用户侧低压总开关、分出线开关和在线监测装置的测量数据，通过统计方法得到每天的阻抗估计值，并利用概率统计的方法估计结果的置信区间；利用故障时测到的电压和电流求取故障回路的阻抗，又因故障回路阻抗与故障距离成正比，从而据此定位故障；

3）断路分析：当断线相电流减小幅度超过设定值以及满足电压条件时，开始对此相线路进行电流计算，计算出某节点流出电流为零的可能性最大后，即可确定此节点与其后节点之间发生了断线故障；

4）变压器故障分析：通过配变低压侧电压、电流、功率来判断变压器本体是否故障，包括电压和电流越限问题；对配网低电压和高电压等问题进行综合分析，给出问题原因分析和改造调整建议。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1）通过低压故障指示器实现故障区段、停电客户的快速定位，经由低压配网管理软件向电网运维人员推送及展示配网故障信息，减少运维成本，大幅降低低压台区故障停电时间，提升用户满意度；

2）能够及时定位故障并将信息推送给运维人员，实现故障快速排除。

附图说明

图1为本发明低压配电网故障定位***的结构示意图。

图2为云平台确立的拓扑架构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示的一种低压配电网故障定位***与方法，其中包含三个部分：

1）云平台

安装有低压配网故障定位与分析软件，通过该软件实现算法计算低压配电网用电负荷的投切情况以及负荷比例，通过大数据聚类分析法得到低压配电网的拓扑结构图，可以实现如下功能：（1）低压拓扑自动识别成图；（2）故障研判分析；（3）低压故障定位。

2）低压配电网管理软件

安装在用户和运维人员的手机上，其功能分为两个方面：

面向运维人员的功能，包括：（1）***总体运行情况；（2）台区拓扑关系图；（3）故障报警及定位；（4）电能质量数据统计。

面向用户的功能，包括：（1）故障报修；（2）用电查询；（3）停电警告；（4）缴费提醒；（5）用电指导。

3）低压故障指示器

安装在低压台区支线各节点处，实现故障信息和地理位置信息实时采集并上传至云平台。如图2所示的云平台确立的拓扑架构示意图，其中低压故障指示器配置在低压线路各分支节点上，多个安装于支线中的低压故障指示器共同将信号汇总至同一个台变低压故障指示器，再将信号传递至云平台进行处理。故障发生后，低压故障指示器捕捉到故障电流波形，通过滤波优化算法判断故障线路和故障类型并上报云平台***，故障定位逻辑如下：

1）基于用电设备负荷特性，采用最优求解算法，计算低压配电网用电负荷的投切情况以及负荷比例，由大数据聚类分析法得到低压配电网的拓扑结构图。

2）云平台***实时收集低压故障指示器故障信息，综合确定低压配电网中有短路故障发生。

3）云平台***根据获取到的电压信息、电流波形以及低压配网拓扑信息，启动故障定位进程，判定故障类型和故障区域。

云平台***的故障研判分析功能步骤如下：

1）配网拓扑结构分析

在低压线路分支点处安装低压故障指示器，基于GPRS/4G通讯技术，实现云平台***与低压故障指示器之间实时数据的传送。同时，通过大数据聚类分析方法，对台变首端和低压故障指示器进行前后逻辑关系的判断，由遍历搜索算法确定拓扑网络节点上下级关系和并行关系，实现台区“配变台区-主干线-分支线-相别”的电气物理拓扑自动识别。

2）回路阻抗分析

回路阻抗分析利用故障时测到的电压和电流求取故障回路的阻抗，又因故障回路阻抗与故障距离成正比，从而据此定位故障。根据用户侧的配电网络结构，通过测量两个时刻的各用户电压电流变化速率确定回路阻抗。根据智能终端处理每天配变侧和用户侧低压总开关、分出线开关和在线监测装置的测量数据，通过统计方法得到每天的阻抗估计值，并利用概率统计的方法估计结果的置信区间。

3）断路分析

当断线相电流减小幅度超过设定值以及满足电压条件时，开始对此相线路进行电流计算，计算出某节点流出电流为零的可能性最大后，即可确定此节点与其后节点之间发生了断线故障。

4）变压器故障分析

台变首端实时上传云平台的数据有：配变低压侧电压、电流、功率等电气量，通过这些数据来判断变压器本体故障，主要包括电压和电流越限的问题。对配网低电压和高电压等问题进行综合分析，给出问题原因分析和改造调整建议，极大的提高整体效果。

本发明通过将低压故障指示器安装在每条分支线的节点处，根据故障指示器的位置信息通过云平台大数据聚类分析方法，通过建立拓扑关系图，并呈现在配电网管理软件界面上；当故障发生时，可以通过配电网管理软件直接检测到故障位置，并通知运检人员及时排除故障，从而实现故障的及时发现，快速排除，提高了电网的稳定性，保证用户用电的安全性与可靠性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低压配电网故障定位***，其特征在于：该***包括云平台、低压配电网管理软件和低压故障指示器；其中低压故障指示器安装在台区线路各分支节点处，并通过GPRS/4G网络连接云平台；低压配电网管理软件安装于用户和电网运维人员的智能手机中，并通过GPRS/4G网络连接云平台。

2.根据权利要求1所述的一种低压配电网故障定位***，其特征在于：所述低压故障指示器具有故障信息和地理位置信息采集功能。

3.根据权利要求2中任意一项所述的一种低压配电网故障定位***，其特征在于：故障发生后，所述的低压故障指示器捕捉到故障电流波形，通过滤波优化算法判断故障线路和故障类型，将采集的故障信息和地理位置信息实时上传到云平台。

4.根据权利要求1所述的一种低压配电网故障定位***，其特征在于：所述低压配电网管理软件具有互动和展示功能。

5.根据权利要求4中任意一项所述的一种低压配电网故障定位***，其特征在于：运维人员可通过所述低压配电网管理软件查看***总体运行情况和台区拓扑关系图，确认故障报警及定位，进行电能质量数据统计，实现手机值班、移动运维、远程运维功能；供电公司通过所述低压配电网管理软件向用电客户提供用电查询、定向信息推送、发布停电通告、缴费提醒、故障报修、用电指导功能。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种低压配电网故障定位***，其特征在于：所述云平台为计算服务平台，具有大数据处理和分析功能，故障定位逻辑如下：

1）基于用电设备负荷特性，采用最优求解算法，计算低压配电网用电负荷的投切情况以及负荷比例，由大数据聚类分析法得到低压配电网的拓扑结构图；

2）云平台***实时收集低压故障指示器故障信息，综合确定低压配电网中有短路故障发生；

3）云平台***根据获取到的电压信息、电流波形以及低压配网拓扑信息，启动故障定位进程，判定故障类型和故障区域。

7.根据权利要求6中任意一项所述的一种低压配电网故障定位***，其特征在于：所述云平台通过基于大数据聚类分析方法自动识别建立准确的“配变台区-主干线-分支线-相别”的台区拓扑关系，实现台区与低压故障指示器之间的从属关系，以及安装在不同线路层级的低压故障指示器之间的上下级关系的确立；通过云平台服务，实现低压配网管理软件的互动和展示功能。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的一种低压配电网故障定位***，其特征在于，该***的低压配电网故障定位方法具体包括：

1）配网拓扑结构分析：通过遍历搜索算法确定拓扑网络节点上下级关系和并行关系，实现台区“配变台区-主干线-分支线-相别”的电气物理拓扑自动识别；

2）回路阻抗分析：根据用户侧的配电网络结构，通过测量两个时刻的各用户电压电流变化速率确定回路阻抗；根据智能终端处理每天配变侧和用户侧低压总开关、分出线开关和在线监测装置的测量数据，通过统计方法得到每天的阻抗估计值，并利用概率统计的方法估计结果的置信区间；利用故障时测到的电压和电流求取故障回路的阻抗，又因故障回路阻抗与故障距离成正比，从而据此定位故障；

3）断路分析：当断线相电流减小幅度超过设定值以及满足电压条件时，开始对此相线路进行电流计算，计算出某节点流出电流为零的可能性最大后，即可确定此节点与其后节点之间发生了断线故障；

4）变压器故障分析：通过配变低压侧电压、电流、功率来判断变压器本体是否故障，包括电压和电流越限问题；对配网低电压和高电压等问题进行综合分析，给出问题原因分析和改造调整建议。

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