一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，包括：步驟一：整定用電網(wǎng)的單相對地短路故障判據(jù)；步驟二：實時監(jiān)測用電網(wǎng)是否發(fā)生單相對地短路故障；步驟三：當(dāng)發(fā)現(xiàn)用電網(wǎng)中發(fā)生單相對地短路故障時，監(jiān)測主機(jī)報警，并啟動故障定位功能模塊，與各智能電能表進(jìn)行通訊，根據(jù)與智能電能表的通訊結(jié)果定位可能的短路故障位置。步驟四：工作人員現(xiàn)場確認(rèn)故障位置。本發(fā)明不僅可對用電網(wǎng)中發(fā)生的單相短路故障進(jìn)行實時報警，而且通過復(fù)用電能表進(jìn)行短路故障定位，最終可以統(tǒng)計出用電網(wǎng)短路故障的頻率、發(fā)生時間、短路位置。本發(fā)明將為安全隱患排查、事故動作分析等安全用電高級服務(wù)提供技術(shù)支撐。
【專利說明】一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種短路故障定位方法，具體涉及一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，本發(fā)明屬于用電安全【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來我國加快建設(shè)智能電網(wǎng)，在智能小區(qū)/樓宇示范工程的建設(shè)中部署家庭能源管理系統(tǒng)，通過網(wǎng)關(guān)、高級計量表計、智能用電設(shè)備以及覆蓋到戶的通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了家庭用電可視化。在智能園區(qū)示范工程建設(shè)中部署園區(qū)能源管理系統(tǒng)，通過高級計量表計采集園區(qū)企業(yè)內(nèi)部用能信息，實現(xiàn)了能耗監(jiān)測與統(tǒng)計、能效分析與診斷，指導(dǎo)處于園區(qū)范圍內(nèi)的工廠、企業(yè)合理有效用能，減少峰值負(fù)荷，提高能源使用效率。上述能源管理系統(tǒng)都需要部署大量具有通訊功能的智能電能表，如果這些電能表只能單純用于電能計量和能效分析，系統(tǒng)的建設(shè)成本將較高，難以推廣。
[0003]供配電系統(tǒng)要求對用戶實現(xiàn)安全可靠供電，但由于各種原因難免出現(xiàn)故障，其中最常見的故障是短路，又以發(fā)生單相短路的可能性最大。智能電網(wǎng)的發(fā)展對用戶安全用電的自動化水平提出了更高的要求，其中，用戶用電網(wǎng)(400V低壓電網(wǎng))的故障自動偵測及定位是一個關(guān)鍵技術(shù)，用來在短路等事故保護(hù)動作之后，通過監(jiān)測系統(tǒng)自動(可配合少量人工巡查工作)給出本次事故動作保護(hù)的分析報告。目前，國內(nèi)外在這塊的研究剛剛起步，不見成熟的技術(shù)和系統(tǒng)。
[0004]當(dāng)前市場上已見一些帶有通信功能的斷路器，它們可以通過與其配套的通信模塊連接至上位機(jī)，實現(xiàn)遙信、遙測、遙調(diào)、遙控“四遙功能”。不僅可以查詢斷路器的當(dāng)前狀態(tài)(合閘、分閘或者脫扣)，而且可以查詢最近一次故障記錄，包括故障相極、故障類型、故障時各相電流、保護(hù)整定值、故障相電流及分?jǐn)鄷r間等。但帶通訊功能的斷路器價格昂貴，多用于中高壓配電網(wǎng)中，低壓用電網(wǎng)中的斷路器一般不帶有錄波和通訊功能，因此，目前用電網(wǎng)中還不能采用和斷路器進(jìn)行通訊的方式來實現(xiàn)故障定位。
[0005]目前，主流的低壓斷路器都具有限流功能，具有極快的分?jǐn)嗨俣?，在短路電流沒有達(dá)到預(yù)期峰值前即將其切斷，使實際短路電流產(chǎn)生的能量比預(yù)期能量減少，大大減小電網(wǎng)、電器受到的機(jī)械應(yīng)力及熱耗。短路時用電網(wǎng)的電磁暫態(tài)過程非常復(fù)雜，尤其是斷路器保護(hù)作用時，燃弧、斷弧過程以及電弧電阻使得系統(tǒng)的暫態(tài)特性發(fā)生了巨大的變化，很難對系統(tǒng)進(jìn)行精確建模，實際短路電流難以準(zhǔn)確計算。
[0006]綜上所述，目前還沒有較成熟的用電網(wǎng)短路故障定位方法，尤其是“能復(fù)用電能計量和能效診斷應(yīng)用所安裝電能表”的故障定位方法是國內(nèi)外的技術(shù)空白，該方法是實現(xiàn)用電網(wǎng)內(nèi)部短路故障快速自動偵測和定位的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中缺乏成熟的用電網(wǎng)短路故障定位技術(shù)，尤其是“能復(fù)用電能計量和能效診斷應(yīng)用所安裝電能表”的故障定位的技術(shù)問題。
[0008]為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案:
[0009]一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，所述用電網(wǎng)的每條配電線路上安裝有低壓保護(hù)繼電器，所述用電網(wǎng)的一條或者多條配電線路上安裝有智能電能表，其特征在于，包括:
[0010]步驟一:整定用電網(wǎng)的單相對地短路故障判據(jù)；
[0011]步驟二:實時監(jiān)測用電網(wǎng)是否發(fā)生單相對地短路故障；
[0012]步驟三:當(dāng)發(fā)現(xiàn)用電網(wǎng)中發(fā)生單相對地短路故障時，監(jiān)測主機(jī)報警，并啟動故障定位功能模塊，與各智能電能表進(jìn)行通訊，根據(jù)與智能電能表的通訊結(jié)果定位可能的短路故障位置。
[0013]步驟四:工作人員現(xiàn)場確認(rèn)故障位置。
[0014]前述的一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，所述步驟一包括:
[0015]步驟Ia:計算短路點的單相穩(wěn)態(tài)短路電流I穩(wěn)態(tài)，！穩(wěn)態(tài)=V用電網(wǎng)Z計算，其中，V用電網(wǎng)為用電網(wǎng)電壓，Z計算為短路計算阻抗，Z計算=Σ Zn+Z變壓器，為短路點到變壓器之間的第η級配電饋線阻抗，為變壓器的短路阻抗；
[0016]步驟Ib:根據(jù)步驟Ia計算用電網(wǎng)中所有可能短路點的穩(wěn)態(tài)短路電流，確定最小穩(wěn)態(tài)短路電流I*.]、;
[0017]步驟Ic:根據(jù)步驟lb，整定用電網(wǎng)的單相對地短路故障判據(jù)為:電流突變量的幅值大于K1IU、，并且突變量的直流諧波比例大于K2，所述Kp K2均為閥值。
[0018]前述的一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，K1 = 0.25，K2 =25%。
[0019]前述的一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，所述步驟二包括:在變壓器低壓總出線處安裝監(jiān)測主機(jī)，監(jiān)測主機(jī)實時錄取用電網(wǎng)的電流波形，并對電流波形的幅值和直流諧波比例進(jìn)行實時分析，當(dāng)電流突變量的幅值和直流諧波比例滿足所述單相對地短路故障判據(jù)時，判定用電網(wǎng)中有單相對地短路故障發(fā)生，否則就判定用電網(wǎng)中沒有單相對地短路故障發(fā)生。
[0020]前述的一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，所述步驟三中根據(jù)與智能電能表的通訊結(jié)果定位可能的短路故障位置的具體方法如下:如果發(fā)生短路的配電線路上同時安裝有低壓保護(hù)繼電器和智能電能表，短路發(fā)生后，低壓保護(hù)繼電器發(fā)生跳閘保護(hù)動作，智能電能表測量的線路電流改變?yōu)?，監(jiān)測主機(jī)記錄下智能電能表的內(nèi)部編號，查表獲取智能電能表在用電網(wǎng)中的位置，將所述位置作為可疑短路故障位置記錄下來，將定位信息顯示在監(jiān)測主機(jī)人機(jī)界面上；記錄下所有可疑短路故障位置，構(gòu)成可疑故障位置列表，用于下一步的人工排查。
[0021]前述的一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，所述步驟四包括:
[0022]步驟4a:在可疑故障位置列表中，排除由于人為拉閘斷電造成的智能電能表讀數(shù)為O的情況，完成后轉(zhuǎn)到步驟4b ；
[0023]步驟4b:如果可疑故障位置列表為空，說明短路故障發(fā)生在沒有安裝智能電能表的線路上；
[0024]步驟4c:確認(rèn)短路故障位置后，工作人員統(tǒng)計故障位置信息。[0025]本發(fā)明的有益之處在于:本發(fā)明的應(yīng)用于具有電流錄波和分析功能的用電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可對用電網(wǎng)中發(fā)生的單相短路故障進(jìn)行實時報警，而且通過復(fù)用“電能計量和能效診斷應(yīng)用”所安裝的電能表進(jìn)行短路故障定位，最終可以統(tǒng)計出用電網(wǎng)短路故障的頻率、發(fā)生時間、短路位置。本發(fā)明將為安全隱患排查、事故動作分析等安全用電高級服務(wù)提供技術(shù)支撐。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1是本發(fā)明一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法的系統(tǒng)流程圖；
[0027]圖2是本發(fā)明一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法的系統(tǒng)原理圖。
【具體實施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0029]參照圖1所示，本發(fā)明一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，用電網(wǎng)的每條配電線路上安裝有低壓保護(hù)繼電器，用電網(wǎng)的一條或者多條配電線路上安裝有智能電能表，包括:
[0030]步驟一:整定用電網(wǎng)的單相對地短路故障判據(jù)；
[0031]具體包括如下步驟:
[0032]步驟Ia:計算短 路點的單相穩(wěn)態(tài)短路電流I穩(wěn)態(tài)，！穩(wěn)態(tài)=V用電網(wǎng)Z計算，其中，V用電網(wǎng)為用電網(wǎng)電壓，不同地區(qū)不同，國內(nèi)一般為220V。Z i+#為短路計算阻抗，Z _n為短路點到變壓器之間的第η級配電饋線阻抗，其根據(jù)配電饋線長度和規(guī)格計算得出，Zi+#= ΣΖβ?η+Ζ^P 為變壓器的短路阻抗，通過查手冊獲??；
[0033]步驟Ib:根據(jù)步驟Ia計算用電網(wǎng)中所有可能短路點的穩(wěn)態(tài)短路電流，確定最小穩(wěn)態(tài)短路電流I*.]、;
[0034]步驟Ic:根據(jù)步驟lb，整定用電網(wǎng)的單相對地短路故障判據(jù)為:電流突變量的幅值大于K1Ii+,并且突變量的直流諧波比例大于K2，K1, Kx均為閥值。短路時斷路器的燃斷弧過程及電弧電阻使得系統(tǒng)的暫態(tài)特性發(fā)生了巨大的變化，很難對系統(tǒng)進(jìn)行精確建模，實際短路電流難以準(zhǔn)確計算。試驗結(jié)果顯示，經(jīng)過斷路器限流后的實際短路電流幅值將降低到穩(wěn)態(tài)短路電流值的0.25左右，實際短路電流的直流諧波分量將大于25%，短路電流的作用時間不大于10ms，以上是本發(fā)明整定單相對地短路故障判據(jù)的試驗依據(jù)。因此，優(yōu)選K1=0.25，K2 = 25%。實際中也可以在優(yōu)選值周圍上下調(diào)整。
[0035]步驟二:實時監(jiān)測用電網(wǎng)是否發(fā)生單相對地短路故障。具體來說，在變壓器低壓總出線處安裝監(jiān)測主機(jī)，監(jiān)測主機(jī)實時錄取用電網(wǎng)的電流波形，并對電流波形的幅值和直流諧波比例進(jìn)行實時分析，當(dāng)電流突變量的幅值和直流諧波比例滿足單相對地短路故障判據(jù)時，判定用電網(wǎng)中有單相對地短路故障發(fā)生，否則就判定用電網(wǎng)中沒有單相對地短路故障發(fā)生。
[0036]步驟三:當(dāng)發(fā)現(xiàn)用電網(wǎng)中發(fā)生單相對地短路故障時，監(jiān)測主機(jī)報警，并啟動故障定位功能模塊，與各智能電能表進(jìn)行通訊，根據(jù)與智能電能表的通訊結(jié)果定位可能的短路故障位置。
[0037]本步驟中根據(jù)與智能電能表的通訊結(jié)果定位可能的短路故障位置的具體方法如下:如果發(fā)生短路的配電線路上同時安裝有低壓保護(hù)繼電器和智能電能表，短路發(fā)生后，低壓保護(hù)繼電器發(fā)生跳閘保護(hù)動作，智能電能表測量的線路電流改變?yōu)镺，監(jiān)測主機(jī)記錄下智能電能表的內(nèi)部編號，查表獲取智能電能表在用電網(wǎng)中的位置，將位置作為可疑短路故障位置記錄下來，將定位信息顯示在監(jiān)測主機(jī)人機(jī)界面上；記錄下所有可疑短路故障位置，構(gòu)成可疑故障位置列表，用于下一步的人工排查。
[0038]如果發(fā)生短路的配電線路上只安裝了低壓保護(hù)繼電器，沒有安裝智能電能表，監(jiān)測主機(jī)無法獲取該線路的電流信息，也無法將該線路添加到可疑短路故障位置列表。
[0039]步驟四:工作人員現(xiàn)場確認(rèn)故障位置。當(dāng)上述步驟三中監(jiān)測主機(jī)發(fā)出短路故障報警后，工作人員將根據(jù)系統(tǒng)提供的可疑短路故障位置列表進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)。
[0040]步驟4a:在可疑故障位置列表中，排除由于人為拉閘斷電造成的智能電能表讀數(shù)為O的情況，完成后轉(zhuǎn)到步驟4b ；
[0041]步驟4b:如果可疑故障位置列表為空，說明短路故障發(fā)生在沒有安裝智能電能表的線路上；
[0042]步驟4c:確認(rèn)短路故障位置后，工作人員統(tǒng)計故障位置信息。
[0043]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
[0044]將該方法應(yīng)用于具有電流錄波和分析功能的用電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)，不僅可對用電網(wǎng)中發(fā)生的單相短路故障進(jìn)行實時報警，而且通過復(fù)用“電能計量和能效診斷應(yīng)用”所安裝的電能表進(jìn)行短路故障定位，最終可以統(tǒng)計出用電網(wǎng)短路故障的頻率、發(fā)生時間、短路位置。該方法將為安全隱患排查、事故動作分析等安全用電高級服務(wù)提供技術(shù)支撐。
[0045]圖2是應(yīng)用本發(fā)明的用電網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)原理圖，該系統(tǒng)應(yīng)具有如下部件和配置:
[0046]I)具有電流錄波和分析功能的監(jiān)測主機(jī)。
[0047]監(jiān)測主機(jī)設(shè)置在變壓器低壓總出線處，具體包括以下功能:三相電流錄波功能、電流突變量提取及其幅值和諧波分析功能、短路故障判定及定位功能等。具體實施時監(jiān)測主機(jī)可由工控機(jī)、大量程鉗口式電流變送器、數(shù)據(jù)采集卡等通用模塊集成開發(fā)。
[0048]2)擬監(jiān)測線路的典型配置。
[0049]如圖2所示，擬監(jiān)測線路的兩種典型配置見短路點I和短路點2所連線路，其中:
[0050]短路點I所連線路上配置有電能表和斷路器，短路發(fā)生后，由于繼電器發(fā)生跳閘保護(hù)動作，電能表測量的線路電流將改變?yōu)镺。故障定位時，監(jiān)測主機(jī)記錄下該電能表的內(nèi)部編號，形成可疑短路故障位置列表，用于下一步的人工排查。需要說明的是，電能表是電能計量和能效診斷等應(yīng)用本來就安裝的，本發(fā)明只是復(fù)用這些電能表的電流讀取功能，不會增加額外的建設(shè)成本。
[0051]短路點2所連線路上只配置有斷路器，即該線路的電能不需要單獨計量，監(jiān)測主機(jī)無法獲取該線路的電流信息，也無法將該線路添加到可疑短路故障位置列表。換句話說，如果想要定位該線路的短路故障，需要在該線路添加電能表，但這將增加建設(shè)成本。
[0052]3)監(jiān)測主機(jī)和電流表能夠?qū)崿F(xiàn)通訊。
[0053]為實現(xiàn)故障定位功能，需要建立監(jiān)測主機(jī)和智能電能表的通訊，具體實施時可以米用RS-485等通訊方式。
[0054]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實施例不以任何形式限制本發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，所述用電網(wǎng)的每條配電線路上安裝有低壓保護(hù)繼電器，所述用電網(wǎng)的一條或者多條配電線路上安裝有智能電能表，其特征在于，包括: 步驟一:整定用電網(wǎng)的單相對地短路故障判據(jù)； 步驟二:實時監(jiān)測用電網(wǎng)是否發(fā)生單相對地短路故障； 步驟三:當(dāng)發(fā)現(xiàn)用電網(wǎng)中發(fā)生單相對地短路故障時，監(jiān)測主機(jī)報警，并啟動故障定位功能模塊，與各智能電能表進(jìn)行通訊，根據(jù)與智能電能表的通訊結(jié)果定位可能的短路故障位置。 步驟四:工作人員現(xiàn)場確認(rèn)故障位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，所述步驟一包括: 步驟Ia:計算短路點的單相穩(wěn)態(tài)短路電流1穩(wěn)態(tài)，！穩(wěn)態(tài)=計算，其中，￥_網(wǎng)為用電網(wǎng)電壓，胃為短路計算阻抗，Z#胃=Σ Ζ_η+Ζ_#，Z^un為短路點到變壓器之間的弟η級配電饋線阻抗，為變壓器的短路阻抗； 步驟Ib:根據(jù)步驟Ia計算用電網(wǎng)中所有可能短路點的穩(wěn)態(tài)短路電流，確定最小穩(wěn)態(tài)短路電流I最小; 步驟Ic:根據(jù)步驟lb， 整定用電網(wǎng)的單相對地短路故障判據(jù)為:電流突變量的幅值大于K1I 并且突變量的直流諧波比例大于K2，所述1、K2均為閥值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，K1=0.25，K2 = 25%。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，所述步驟二包括:在變壓器低壓總出線處安裝監(jiān)測主機(jī)，監(jiān)測主機(jī)實時錄取用電網(wǎng)的電流波形，并對電流波形的幅值和直流諧波比例進(jìn)行實時分析，當(dāng)電流突變量的幅值和直流諧波比例滿足所述單相對地短路故障判據(jù)時，判定用電網(wǎng)中有單相對地短路故障發(fā)生，否則就判定用電網(wǎng)中沒有單相對地短路故障發(fā)生。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，所述步驟三中根據(jù)與智能電能表的通訊結(jié)果定位可能的短路故障位置的具體方法如下:如果發(fā)生短路的配電線路上同時安裝有低壓保護(hù)繼電器和智能電能表，短路發(fā)生后，低壓保護(hù)繼電器發(fā)生跳閘保護(hù)動作，智能電能表測量的線路電流改變?yōu)镺，監(jiān)測主機(jī)記錄下智能電能表的內(nèi)部編號，查表獲取智能電能表在用電網(wǎng)中的位置，將所述位置作為可疑短路故障位置記錄下來，將定位信息顯示在監(jiān)測主機(jī)人機(jī)界面上；記錄下所有可疑短路故障位置，構(gòu)成可疑故障位置列表，用于下一步的人工排查。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種用電網(wǎng)單相對地短路故障定位方法，其特征在于，所述步驟四包括: 步驟4a:在可疑故障位置列表中，排除由于人為拉閘斷電造成的智能電能表讀數(shù)為O的情況，完成后轉(zhuǎn)到步驟4b; 步驟4b:如果可疑故障位置列表為空，說明短路故障發(fā)生在沒有安裝智能電能表的線路上；步驟4c:確認(rèn)短路故障位置后，工作人員統(tǒng)計故障位置信息。
【文檔編號】G01R31/02GK104020393SQ201410150632
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】楊永標(biāo), 周贛, 李捷, 郁潔, 侯興哲, 黃莉, 陳璐, 孫洪亮, 顏盛軍, 謝敏, 周靜 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國電南瑞科技股份有限公司, 南京南瑞集團(tuán)公司, 國網(wǎng)重慶市電力公司電力科學(xué)研究院, 東南大學(xué)