一种基于短路电流的配网故障快速定位系统的制作方法

1.本发明涉及配电网故障定位技术领域，具体的，涉及一种基于短路电流的配网故障快速定位系统。


背景技术：

2.目前10kv线路负荷持续增长，线路的结构越来越复杂，各种各样的线路故障也频繁发生。故障发生后处理故障过程中查找故障的时间占整个故障处置非常大的比例，据统计约占比例达到70-90％左右，导致线路的供电可靠性难以提高。目前故障处置方法是根据线路故障指示器和无线通讯技术，甄别出停电区域，供电服务系统通过停电区域指挥抢修人员进行查找故障，这种方法一定程度提高了故障查找时间，但是受限于故障指示器数量以及通讯可靠性，实际使用仍有很多不足之处：一是停电范围较大，故障定位范围也较大；二是主线故障难以有效判别，主线故障造成全线故障，查找范围是整条线路；三是雷击自然因素等造成的瞬时性故障难以判别，很多线路故障后重合成功不影响供电，而实际上线路设备仍有缺陷存在而难以查找，遗留不同程度缺陷，存在安全隐患。


技术实现要素：

3.本发明的目的是解决传统的故障定位技术和方法不能准确高效的定位线路故障的弊端，提出了一种基于短路电流的配网故障快速定位系统，利用故障后变电所安装的故障录波器保护装置采集到的出口信息及ct采集的短路电流，以信号的方式传至调度后台，自动输入到配网故障快速定位系统，并结合10kv线路系统阻抗、电缆参数、架空线参数等相关参数，在较短时间内确定出故障发生的区段，有效改变人工盲目查找故障的落后局面，从而大大提高故障处理效率，可以有效提高供电可靠性。
4.为实现上述技术目的，本发明提供的一种技术方案是，一种基于短路电流的配网故障快速定位系统，包括有：用于采集变电所出口信息和ct采集端短路电流的故障录波器、无线终端以及监控平台，所述故障录波器通过无线终端将故障信息发送至监控平台用于故障定位；所述故障平台包括有信息采集单元、信息运算单元、基础数据库单元以及结果显示单元，所述信息采集单元用于采集故障录波器的故障信号，并剔除干扰信号；所述信息运算单元存储有用于解算故障点的故障定位模型，根据短路电流的数值，自动计算出相应的短路故障点的范围；所述基础数据库单元包括系统阻抗数据库、电缆参数数据库以及架空线参数数据库；根据历史故障数据获取系统阻抗、电缆参数、架空线参数对故障定位模型进行训练得到与短路电流的关系；结果显示单元用于显示故障点在虚拟配电线路上的位置区域。
5.本方案中，通过将所有配网线路的系统阻抗、电缆参数、架空线参数进行计算处理并建立阻抗数据库、电缆参数数据库以及架空线参数数据库；建立解算故障点的故障定位
模型，通过查询和调用数据库中的各参数数据，采集故障录波器的短路电流的数值，自动计算出相应的短路距离及短路范围；结合线路所在本级电网的运行方式及负荷潮流，同时利用自适应控制规则，自适应调整阻抗值的搜寻范围，力求将故障范围定位更小、更准确。
6.作为优选，所述系统阻抗数据库的建立包括如下步骤：根据《电网系统等值阻抗表》以及系统所在设备参数及线路参数计算阻抗值；其中，最小阻抗值的所对应的系统运行方式是：220kv系统最大运行方式，电网所有联接于系统的厂机组全开，火电、水电所有主变全部按投入运行，系统按正常方式或规程中出现的变化方式运行和接入；最大阻抗值的所对应的系统运行方式是：220kv系统最小运行方式，电网所有小水电、火电厂机组全停，变电所中容量大的一台停用、某线路停电、或母联开关停役检修情况。
7.作为优选，电缆参数数据库中记录有配电系统中各变电站出线到1号杆之间所有的电缆参数信息，包括电缆的最大允许载流量、电缆的长度、线芯横截面积以及电缆材质特性，根据电缆的长度、线芯横截面积以及电缆材质特性计算电缆的阻抗值，其中最大允许载流量作为配电系统安全运行的参考维度。
8.作为优选，1号杆之后通过架空线的方式进行负荷分配，根据各级架空线的材质、长度、横截面积以及温度值计算架空线的单位阻抗值并记录在架空线参数数据库中。
9.作为优选，配电系统阻抗受电源助增、汲取的影响，配电系统阻抗只能确定一个最大值和最小值范围，系统阻抗值介于最大值和最小值之间，当机组开机变化时，系统阻抗和负荷呈现一定的趋势，通过获取长时间的负荷和运行方式之间的耦合关系，建立负荷数据范围与系统阻抗数据范围的一一对应关系，从而达到对系统阻抗计算值的修正和自适应调整；根据负荷需求将全网负荷分为四个需求时段：17:00-08:00，08:00-11:00，11:00-13:00，13:00-17:00，四个负荷需求时段对应配电系统四种运行方式，其中，17:00-08:00对应的低谷时段运行方式：系统机组运行较少，220kv以上系统阻抗值较大；11:00-13:00对应的平谷时段运行方式，220kv以上系统机组运行处中游状态；08:00-11:00对应的中值时段，220kv以上系统机组运行处中间状态；13:00-17:00对应的高峰时段，220kv以上系统负荷时段机组运行较多，220kv以上系统阻抗也较小。
10.本方案中，系统根据运行方式，对在四种不同运行方式下的系统阻抗进行选择，不同的方式系统阻抗不同；同时根据全网负荷情况，对系统阻抗进行进一步优化，其中低谷时段机组运行少，系统阻抗较大；高峰时段机组运行多，系统阻抗较小；因此可以结合当前运行方式及负荷时段达到对系统阻抗值自动调整，有利于系统阻抗的较准确计算。
11.作为优选，从基础数据库单元各数据库中调取的各线路的阻抗值，所述阻抗值为正序及零序阻抗对应参数的标幺值，基准容量取100兆伏安，基准电压取平均电压，依据继电保护原理建立的故障定位模型，公式如下：其中，kd为短路系数；id*—基准短路电流；id为实际短路电流；n—ct变比；α为对应的运行方式；β—全网负荷时段；x
s*
—系统阻抗值；x
dl*
—电缆阻抗值；z
*
—架空线单位阻抗值；l—故障点距离1号杆距离。
12.按照标幺值法进行建模计算，对各变量进行标幺值转换有如下公式，其中基准容量sd＝100mva；基准电压取元件所在处短路计算电压为基准电压，即ud＝uc＝1.05un基准电流为：基准电抗为：
13.本发明的有益效果：本发明一种基于短路电流的配网故障快速定位系统，利用故障后变电所安装的故障录波器保护装置采集到的出口信息及ct采集的短路电流，以信号的方式传至调度后台，自动输入到配网故障快速定位系统，并结合10kv线路系统阻抗、电缆参数、架空线参数等相关参数，在较短时间内确定出故障发生的区段，有效改变人工盲目查找故障的落后局面，从而大大提高故障处理效率，可以有效提高供电可靠性；根据运行方式不同，对在四种不同运行方式下的系统阻抗进行选择，不同的方式系统阻抗不同；同时根据全网负荷情况，对系统阻抗进行进一步优化，其中低谷时段机组运行少，系统阻抗较大；高峰时段机组运行多，系统阻抗较小；因此可以结合当前运行方式及负荷时段达到对系统阻抗值自动调整，进一步提高阻抗值的计算精度，从而提高故障点的定位精度。
附图说明
14.图1为本发明的一种基于短路电流的配网故障快速定位系统的结构示意图。
15.图中标记说明：1-故障录波器、2-无线终端、3-监控平台、31-信息采集单元、32-信息运算单元、33-基础数据库单元、34-结果显示单元、331-系统阻抗数据库、332-电缆参数数据库332、333-架空线参数数据库。
具体实施方式
16.为使本发明的目的、技术方案以及优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅是本发明的一种最佳实施例，仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围，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。
17.实施例：如图1所示，一种基于短路电流的配网故障快速定位系统的结构示意图，由用于采集变电所出口信息和ct采集端短路电流的故障录波器1、无线终端2以及监控平台3组成，所述故障录波器通过无线终端将故障信息发送至监控平台用于故障定位；所述故障平台包括有信息采集单元31、信息运算单元32、基础数据库单元33以及结果显示单元34，所述信息采集单元用于采集故障录波器的故障信号，并剔除干扰信号；
所述信息运算单元存储有用于解算故障点的故障定位模型，根据短路电流的数值，自动计算出相应的短路故障点的范围；所述基础数据库单元包括系统阻抗数据库331、电缆参数数据库332以及架空线参数数据库333；根据历史故障数据获取系统阻抗、电缆参数、架空线参数对故障定位模型进行训练得到与短路电流的关系；结果显示单元用于显示故障点在虚拟配电线路上的位置区域。
18.本实施例中，通过将所有配网线路的系统阻抗、电缆参数、架空线参数进行计算处理并建立阻抗数据库、电缆参数数据库以及架空线参数数据库；建立解算故障点的故障定位模型，通过查询和调用数据库中的各参数数据，采集故障录波器的短路电流的数值，自动计算出相应的短路距离及短路范围；结合线路所在本级电网的运行方式及负荷潮流，同时利用自适应控制规则，自适应调整阻抗值的搜寻范围，力求将故障范围定位更小、更准确。
19.系统阻抗数据库的建立包括如下步骤：根据《电网系统等值阻抗表》以及系统所在设备参数及线路参数计算阻抗值；其中，最小阻抗值的所对应的系统运行方式是：220kv系统最大运行方式，电网所有联接于系统的厂机组全开，火电、水电所有主变全部按投入运行，系统按正常方式或规程中出现的变化方式运行和接入；最大阻抗值的所对应的系统运行方式是：220kv系统最小运行方式，电网所有小水电、火电厂机组全停，变电所中容量大的一台停用、某线路停电、或母联开关停役检修情况。
20.电缆参数数据库中记录有配电系统中各变电站出线到1号杆之间所有的电缆参数信息，包括电缆的最大允许载流量、电缆的长度、线芯横截面积以及电缆材质特性，根据电缆的长度、线芯横截面积以及电缆材质特性计算电缆的阻抗值，其中最大允许载流量作为配电系统安全运行的参考维度。
21.1号杆之后通过架空线的方式进行负荷分配，根据各级架空线的材质、长度、横截面积以及温度值计算架空线的单位阻抗值并记录在架空线参数数据库中。
22.配电系统阻抗受电源助增、汲取的影响，配电系统阻抗只能确定一个最大值和最小值范围，系统阻抗值介于最大值和最小值之间，当机组开机变化时，系统阻抗和负荷呈现一定的趋势，通过获取长时间的负荷和运行方式之间的耦合关系，建立负荷数据范围与系统阻抗数据范围的一一对应关系，从而达到对系统阻抗计算值的修正和自适应调整；根据负荷需求将全网负荷分为四个需求时段：17:00-08:00，08:00-11:00，11:00-13:00，13:00-17:00，四个负荷需求时段对应配电系统四种运行方式，其中，17:00-08:00对应的低谷时段运行方式：系统机组运行较少，220kv以上系统阻抗值较大；11:00-13:00对应的平谷时段运行方式，220kv以上系统机组运行处中游状态；08:00-11:00对应的中值时段，220kv以上系统机组运行处中间状态；13:00-17:00对应的高峰时段，220kv以上系统负荷时段机组运行较多，220kv以上系统阻抗也较小；系统根据运行方式，对在四种不同运行方式下的系统阻抗进行选择，不同的方式系统阻抗不同；同时根据全网负荷情况，对系统阻抗进行进一步优化，其中低谷时段机组运行少，系统阻抗较大；高峰时段机组运行多，系统阻抗较小；因此可以结合当前运行方式及负荷时段达到对系统阻抗值自动调整，有利于系统阻抗的较准确计算。
23.从基础数据库单元各数据库中调取的各线路的阻抗值，所述阻抗值为正序及零序
阻抗对应参数的标幺值，基准容量取100兆伏安，基准电压取平均电压，依据继电保护原理建立的故障定位模型，公式如下：其中，kd为短路系数；id*—基准短路电流；id为实际短路电流；n—ct变比；α为对应的运行方式；β—全网负荷时段；x
s*
—系统阻抗值；x
dl*
—电缆阻抗值；z
*
—架空线单位阻抗值；l—故障点距离1号杆距离。
24.按照标幺值法进行建模计算，对各变量进行标幺值转换有如下公式，其中基准容量sd＝100mva；基准电压取元件所在处短路计算电压为基准电压，即ud＝uc＝1.05un基准电流为：基准电抗为：
25.以上所述之具体实施方式为本发明一种基于短路电流的配网故障快速定位系统的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明之形状、结构所作的等效变化均在本发明的保护范围内。