一技術領域

本發(fā)明的技術屬于電力系統(tǒng)中配電網(wǎng)絡自動化領域，具體屬于配電線路在線監(jiān)測及對多種故障判斷、識別并分類，以便及時處理故障，及時恢復電網(wǎng)安全供電。

二

背景技術：

我國電力系統(tǒng)迄今為止廣泛采取基于線路電流監(jiān)測的技術來進行配電線路故障監(jiān)測，其中主要通過三相電流錄波合成零序電流，再通過零序電流的多種表征來判斷故障、分類故障、推測故障位置；這種技術應用的前提是要求線路正常工作時三相電流對稱；這里實際問題就在于配電干線上三相線負荷電流不同、每相線中各段線的電流更是不同、每段線的三相電流在不同瞬時更難平衡，從而使得故障瞬時合成的零序電流是不符合實際的、或曰是不太能準確反映故障的，因為其中含有本來的電流不平衡因素，所以對故障的識別和定位準確性是有局限性的。

而電力系統(tǒng)不同等級的電壓穩(wěn)定都是有標準規(guī)范的，是有電壓合格率考核的，是電力系統(tǒng)眾多工作者積極維護的結果；所以對于線路上故障和外部擾動產(chǎn)生對電壓的干擾是很敏感的、有利于區(qū)分和發(fā)現(xiàn)的，只要科學地對電壓監(jiān)測、智慧地對異常識別，就可以很好地判斷故障、定位故障。

三

技術實現(xiàn)要素：

1基于電壓監(jiān)測的配電線路故障識別裝置，其特征是：同時采集三相線路的電壓，在線路一相或多相出現(xiàn)故障時，裝置自動提取故障前后若干個周期的數(shù)據(jù)，按同步周期分析三相各自的電壓狀態(tài)，確定出三相電壓狀態(tài)的不同組合實際對應不同故障類型，使得本裝置可同時識別配電線路不少于以下7種故障：單相接地、單相斷線、兩相短路、兩相短路接地、三相短路、三相短路接地和瞬時干擾性故障。

2識別配電線路不同故障類型時特別確定數(shù)據(jù)的特點是：線上任一位置單相接地時--接地故障相電壓降低接近于0，非接地兩相電壓升高接近常規(guī)的1.73倍；線上任一位置單相斷線時--斷點之后各點電壓突變接近為0，斷點往母線端電壓不變，非斷線相電壓不變；線上任一位置二相短路時--短路線電壓突變減半，非短路相電壓不變；線上任一位置三相短路時--三相電壓降低趨近為0；當配電線路故障識別裝置監(jiān)測分析出這些數(shù)據(jù)特點時即可反推識別出配電線路的故障類型。

3基于電壓監(jiān)測的一個特征是從配電變壓器低壓側采集電壓，使故障識別時要區(qū)別配電高壓線故障和低壓線故障，區(qū)別的方法有二個：一是該故障監(jiān)測點對應接入配電高壓線處，根據(jù)線上相鄰監(jiān)測點數(shù)據(jù)受故障影響程度來判別，數(shù)據(jù)基本不變時一般是低壓線故障，而配電高壓線上發(fā)生的故障必定影響全線多個監(jiān)測點，這樣鄰近監(jiān)測點之間需要建立一定的通信關系；二是分析該故障監(jiān)測點從故障發(fā)生開始若干個周期電壓數(shù)據(jù)的頻譜，頻率成分相對高時判定此次故障由低壓側線路引起，頻率成分相對低時判定此次故障由高壓側引起。

4本裝置在做故障識別時數(shù)據(jù)處理特征按“故障類別字符串”方法，可使系統(tǒng)面向三相線路大量采集和處理的數(shù)據(jù)，能識別快速、高效且規(guī)范化；該方法在故障數(shù)據(jù)處理時按數(shù)據(jù)特點填寫字符串、通過識別字符串而確定出故障類型；這里規(guī)范化的字符串是：

a相接地字符串ea----a0b3c3、b相接地字符串eb---b0a3c3、c相接地字符串ec----c0a3b3；

a相斷線字符串fa----a0b1c1、b相斷線字符串fb----b0a1c1、c相斷線字符串fc-----c0a1b1；

ab相短路字符串gab----a2b2c1、bc短路字符串gbc----b2c2a1、ac短路字符串gac---a2c2b1；

ab相短地字符串hab----a0b0c1、bc短地字符串hbc----b0c0a1、ac短地字符串hac---a0c0b1；

abc三相短路故障字符串iabc----a4b4c4、三相短路接地故障字符串jabc0----a0b0c0。

本系統(tǒng)一反常規(guī)不采用基于電流監(jiān)測的方法，獨自采取基于電壓監(jiān)測技術來實現(xiàn)對配電線路不同類型故障的發(fā)現(xiàn)和識別。高壓配電線路常見故障按故障來源可以劃分到以下三個方面：

①10kv線路和相關設備受到實質(zhì)性沖擊或損壞后故障不可自動恢復、需要人工處理方面；

②受到雷擊、瞬時接地等外力影響使電壓瞬間升高或降低，之后可恢復到原電壓狀態(tài)方面；

③受到用戶低壓線路由觸電、瞬間接地、碰線等影響瞬時電壓降低，之后能恢復方面；

本系統(tǒng)針對第1類型，解決其故障不能恢復而進行監(jiān)測并實現(xiàn)故障識別、分類、定位，著重解決相線接地、斷線、二線短路、三線短路或綜合發(fā)生等故障識別問題；針對第二類型的可恢復瞬時故障情況，通過故障后同線多監(jiān)測點繼續(xù)連續(xù)監(jiān)測數(shù)據(jù)來分析區(qū)別；針對第三類型的低壓線路瞬時故障引起的干擾情況，通過故障時同線多點監(jiān)測的數(shù)據(jù)來分析區(qū)別；

基于電壓監(jiān)測錄波的識別技術在配電線路上進行時，要解決配線外圍受到與配線直接相連的兩個方面的影響，具體的兩個方面和針對性的解決辦法是：

①變電站配電母線往往同時送出通往不同方向的多條配線，其中一條配線發(fā)生故障會通過母線影響到其他配線，這就影響到故障定位；這時注意無故障配線與有故障配線電壓分布的不同特點，采取聯(lián)合所有這些配線的監(jiān)測點電壓錄波數(shù)據(jù)來識別故障并分析故障位置。

②在配電線路所驅動的低壓供電線路上同樣有可能發(fā)生接地、斷線、短路等故障，使得直接影響所監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表意義，這時監(jiān)測數(shù)據(jù)異常不見得說明所在變壓器原邊高壓配線故障；故障低壓線對應的高壓連接點只一個，一般地低壓線故障只使這個點電壓受到擾動，該相高壓線路上鄰接監(jiān)測點及更遠的點應不受到太大的影響；這時通過比較同條配線多個監(jiān)測點數(shù)據(jù)可以識別出本次故障是什么故障、是由哪里引起的故障。

四附圖說明

圖1----本發(fā)明裝置的功能模塊組成圖，其中a、b、c連接工頻市電的三相線路，在裝置中經(jīng)a/d采集數(shù)據(jù)，送到主處理器進行故障識別處理；gps時鐘則提供對數(shù)據(jù)處理在全配電網(wǎng)絡系統(tǒng)中同步，通信模塊則使本裝置對配電網(wǎng)絡后臺處理數(shù)據(jù)傳送連接。

圖2----示意配電線路不同故障類型時三相線路電壓狀態(tài)的不同變化不同組合；圖中列出6種故障情況時的電壓狀態(tài)變化：單相接地故障、單相斷線故障、兩相短路故障、兩相短路接地故障、三相短路故障、三相短路接地故障。

五具體實施方式

5.1預設賦值變量定義故障類別字符串

定義配網(wǎng)高壓線電壓監(jiān)測周期有效值狀態(tài)：以a相數(shù)值為例，b、c相例同。

a0----a相電壓周期有效值＜u20％，a1----a相電壓周期有效值為正常值u(1±5％)，a2----a相電壓周期有效值為u(1/2±10％)，a3----a相電壓周期有效值為u(1.73±10％)，a4----a相電壓周期有效值＜u30％?；谶@些定義，確定以下不同故障類型的字符串。

單相接地故障接地點以后的監(jiān)測點三相狀態(tài)變量e：a0、b0、c0(或者a相或者b相或者c相接地)；

a相接地(a0及b＝u(1.73±10％)、c＝u(1.73±10％)，定義字符串ea----a0b3c3；

b相接地(b0及a＝u(1.73±10％)、c＝u(1.73±10％)，定義字符串eb----b0a3c3；

c相接地(c0及b＝u(1.73±10％)、a＝u(1.73±10％)，定義字符串ec----c0a3b3；

單相接地故障接地點往首端監(jiān)測情況：故障相電壓趨地(＜u20％)、非故障相電壓趨u(1.73±10％)。

單相斷線故障斷點向后的相別狀態(tài)變量f：a0、b0、c0；

a相斷線(a0——b＝u(1±5％)、c＝u(1±5％)正常),定義字符串fa----a0b1c1；

b相斷線(b0——a＝u(1±5％)、c＝u(1±5％)正常)，定義字符串fb----b0a1c1；

c相斷線(c0——b＝u(1±5％)、a＝u(1±5％)正常)，定義字符串fc----c0a1b1；

單相斷線故障斷點向首端多點監(jiān)測情況：故障相電壓正常u(1±5％)(a1b1c1)、非故障相電壓也正常u(1±5％)(a1b1c1)。

雙相短路故障短路點向后的相別狀態(tài)變量g：ab、ac、bc；

ab短路(ab＝u(1/2±10％)——c＝u(1±5％)正常)，定義字符串gab----a2b2c1；

bc短路(bc＝u(1/2±10％)——a＝u(1±5％)正常)，定義字符串gbc----b2c2a1；

ac短路(ac＝u(1/2±10％)——b＝u(1±5％)正常)，定義字符串gac----a2c2b1；

雙相短路故障短路點向首端多點監(jiān)測情況：故障二相電壓降低u(1/2±10％)、非故障相電壓正常不變u(1±5％)。

雙相短路接地故障短路接地點向后的相別狀態(tài)變量h：ab0、ac0、bc0；

ab短地(ab＝0——c＝u(1±5％)正常)，定義字符串hab----a0b0c1；

bc短地(bc＝0——a＝u(1±5％)正常)，定義字符串hbc----b0c0a1；

ac短地(ac＝0——b＝u(1±5％)正常)，定義字符串hac----a0c0b1；

雙相短路接地故障短路接地點向首端多點監(jiān)測情況：故障二相電壓降低趨0(＜u20％)、非故障相電壓為正常u。

三相短路故障的相別狀態(tài)變量i：abc；定義字符串iabc----a4b4c4；

三相短路接地故障的相別變量j：abc0；定義字符串jabc0----a0b0c0；

設周期t正常的電壓有效值為u(1±5％)。

5.2根據(jù)監(jiān)測點故障周期(第3～8t)數(shù)據(jù)認證故障時三相電壓狀態(tài)

依據(jù)數(shù)據(jù)監(jiān)測點給出的該點所在線路、支線、桿塔編號及監(jiān)測點編號，記下本次故障所在線路；

基于故障錄波曲線數(shù)據(jù)特點分析故障監(jiān)測數(shù)據(jù)可確定如下：

對于單相接地故障，故障相第3t有效值比2t有效值降低、4t有效值比3t更降低，直至7t、8t時趨于0；且第一非故障相3t有效值比2t升高、直至8t有效值不低于7t，趨于1.73倍；并且第二非故障相3t有效值比2t升高、直至8t有效值不低于7t，趨于1.73倍；判定該線路發(fā)生單相接地故障。

對于單相斷線故障，故障相斷點之后電壓3t有效值比2t有效值降低、7t8t有效值更降低，且第一非故障相3t有效值比2t相等、直至8t有效值也等于7t有效值；并且第二非故障相3t有效值等于2t、直至8t有效值也等于該7t有效值；判定該線路發(fā)生單相斷相故障。

對于二相短路故障，第一故障相3t有效值比2t有效值降低、直至8t有效值不大于7t，且第二故障相3t有效值比2t降低、直至8t有效值也不大于7t，數(shù)值趨于原值的一半；并且非故障相3t有效值等于2t、直至8t有效值還等于該7t，等于原值的一半；判定該線路發(fā)生二相短路故障。

對于二相短路接地故障，第一故障相3t有效值比2t值降低、直至8t有效值不大于7t；且第二故障相3t有效值比2t降低、直至8t有效值也不大于7t，趨于0(＜u20％)；并且非故障相3t有效值等于2t、直至8t有效值也等于該7t，等于原值；判定該線路發(fā)生二相短路接地故障。

對于三相短路故障，第一故障相3t有效值比2t有效值降低、直至8t有效值不大于7t，且第二故障相3t有效值比2t降低、直至8t有效值也不大于7t，趨于0(＜u20％)；并且第三故障相3t有效值也低于2t、直至8t有效值還不大于該7t，趨于0(＜u20％)；判定該線路發(fā)生三相短路故障。

對于三相短路接地故障，第一故障相3t有效值比2t有效值降低、直至8t有效值不大于7t，且第二故障相3t有效值比2t降低、8t有效值也不大于7t，趨于0(＜u20％)；并且第三故障相3t有效值也低于2t、8t有效值也不大于該7t，趨于0(＜u20％)；判定該線路發(fā)生三相短路接地故障。

5.3用單監(jiān)測點故障前后多周期有效值識別故障---填寫故障字符串

識別時每次按順序abc相提取ti單周期有效值數(shù)據(jù)，對此t數(shù)據(jù)進行判斷；

三相每1遍判斷出周期有效值即填入“三相周期狀態(tài)向量字符串t1(aibici)”中，判斷過程如下：

(1)取a相有效值，后t值比前t值，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)基本不變，在±8％范圍都屬于正常；在字符串t1(aibici)中填t1(a1)，程序跳轉到——②；如果數(shù)據(jù)急劇減小接近于0(＜1kv)，判為a相接地故障，填t1(a0)；程序跳轉到②；如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)接近于5kv±5％,判為a相參與的二線短路故障，填t1(a2)，程序轉到②；如果數(shù)據(jù)急劇升高接近于17.3kv±5％，判為b或c接地，填t1(a3)；程序跳轉到②。

(2)取b相有效值，后t值比前t值，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)基本不變，在±5％范圍；在上述t1(ai)中加填b1，成為t1(aib1)，程序跳轉到③；如果數(shù)據(jù)急劇減小接近于0(＜1kv)，判為ab相短路接地故障，在上述t1(ai)中加填b0，成為t1(aib0)，程序跳轉到③；如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)減小接近于5kv±5％,判為ab或bc相短路故障；在上述t1(ai)中加填b2，成為t1(aib2)，程序跳轉到③；如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)急劇升高接近于17.3kv±5％，判為a或c接地；在上述t1(ai)中加填b3，成為t1(aib3)，程序跳轉到③。

(3)取c相有效值，后t值比前t值，發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)基本不變，屬于正常；在上述t1(aibi)中加填c1，成為t1(aibic1)，程序跳轉到①；如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)急劇減小接近于0(＜1kv)，判為c相接地故障；在上述t1(aibi)中加填c0，成為t1(aibic0)，程序跳轉到①；如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)減小到接近于5kv±5％上下,判為二相短路故障；在上述t1(aibi)中加填c2，成為t1(aibic2)，程序跳轉到①；如果發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)急劇升高接近于17.3kv±5％，判為a相或b相接地；在上述t1(aibi)中加填c3，成為t1(aibic3)，程序跳轉到①。

5.4基于所填字符串識別故障類型

(1)檢查前2個周期t1----t2字符串的正確性

t1----t2字符串的內(nèi)容都應是(a1b1c1)，如有個別不符，作出記錄向用戶通報；

(2)從后向前按t20----t9順序識別字符串判斷故障

逐個比對t20----t9的字符串都相同嗎？有不同則計下t的序號和個數(shù)n；

個數(shù)n＜4嗎？小于則記錄3個t號，進入異常識別處理；正常即往下：

取占多數(shù)相同數(shù)據(jù)周期t中1個典型字符串進行故障識別處理：

t()＝ea(a0b3c3)，屬a相接地故障；不是則往下；

t()＝eb(b0a3c3)，屬b相接地故障；不是則往下；

t()＝ec(c0a3b3)，屬c相接地故障；不是則往下；

t()＝fa(a0b1c1)，屬a相斷路故障；不是則往下；

t()＝fb(b0a1c1)，屬b相斷路故障；不是則往下；

t()＝fc(c0a1b1)，屬c相斷路故障；不是則往下；

t()＝gab(a2b2c1)，屬ab二相短路故障；不是則往下；

t()＝gbc(b2c2a1)，屬bc二相短路故障；不是則往下；

t()＝gac(a2c2b1)，屬ac二相短路故障；不是則往下；

t()＝hab(a0b0c1)，屬ab二相短路接地故障；不是則往下；

t()＝hbc(b0c0a1)，屬bc二相短路接地故障；不是則往下；

t()＝hac(a0c0b1)，屬ac二相短路接地故障；不是則往下；

t()＝iabc(a4b4c4)，屬abc三相短路故障；不是則往下；

t()＝jabc(a0b0c0)，屬abc三相短路接地故障；不是則進入異常識別處理。

5.5異常情況識別處理

本裝置每次按順序abc相采集1t數(shù)據(jù)，當即對此點數(shù)據(jù)進行判斷；提取的時間順序是：該點報警三相數(shù)據(jù)分別第3t、4t∽8t(共6t)有效值；

①如果三相都是電壓升高趨勢，則判別主要是雷擊影響；

接著比較第9t、10t、……20t數(shù)據(jù)，如果升高幾個周期后接著降低到正常，則給出瞬間雷擊報警；

②如果單相電壓升高趨勢、其他相正常，也給出該相瞬間雷擊干擾報警；

③如果發(fā)現(xiàn)單監(jiān)測點單相或2相、3相電壓稍有降低，第9t、10t后恢復正常，判該點對應低壓線路故障影響；增加對故障瞬間多t數(shù)據(jù)進行64次諧波分析(采樣速率6400hz)，測得諧波次級高時說明故障來自低壓側，諧波次級低時指出故障源于高壓側。

報警故障位置就是該監(jiān)測點所在地。