接地和/或短路故障报警反演方法及装置与流程

本发明涉及架空电网技术领域，特别涉及一种接地和/或短路故障报警反演方法及装置。

背景技术：

在10KV架空线路中，故障告警(例如：接地告警、短路告警)是一般很难实现。目前常用的方法有：稳态分析法、主动注入信号法、暂态分析法等。然而，这些方法都是单一方向的确定故障并进行预警，并未从全局系统出发，没有从总体上确定接地故障源或短路故障源等，从而使得人们基于现有的故障告警的时候，仅会知道当前存在故障告警，但是并不清楚，具体是由哪个故障源导致的，也不清楚这个故障在线路中的传输路径。

由上述分析可知，现有的故障告警仅能提供接地和/或短路故障告警的结果，但是对产生源和传输路径都无法有效显示，从而使得不清楚故障产生的原因，导致无法进行有针对性的处理。

针对上述问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种接地和/或短路故障报警反演方法，以达到简单有效确定出故障发生源的目的，该方法包括：

获取接地和/或短路故障信息；

记录所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列；

根据所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列，在预设的故障路径二叉树中，查找出所述接地和/或短路故障信息的传输路径；

根据所述传输路径，确定第一时间发生接地和/或短路故障信息的故障源；

对所述故障源进行报警。

可选地，按照以下方式预设所述故障路径二叉树，包括：

设定监测点二叉树，其中，所述二叉树中的所有监测点位于同一网段；

记录故障前状态机矩阵和故障后状态机矩阵；

在所述监测点二叉树中，初始化所述故障前状态机矩阵的值，并绘制第一路径；

在所述监测点二叉树中，初始化所述故障后状态机矩阵的值，并绘制第二路径；

将初始化所述故障前状态机矩阵和所述故障后状态机矩阵的监测点二叉树，作为所述故障路径二叉树。

可选地，根据所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列，在预设的故障路径二叉树中，查找出所述接地和/或短路故障信息的传输路径，包括；

根据所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列，与所述第二路径进行匹配，以确定所述接地和/或短路故障信息的传输路径。

可选地，所述第一路径和所述第二路径通过不同颜色标识。

可选地，所述故障前状态机矩阵的值包括：各个监测点实时测得的对地电场和线路电流，所述故障后状态机矩阵的值包括：故障时各个监测点的对地电场和线路电流。

本发明实施例还提供了一种接地和/或短路故障报警反演装置，以达到简单有效确定出故障发生源的目的，该装置包括：

获取模块，用于获取接地和/或短路故障信息；

记录模块，用于记录所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列；

查找模块，用于根据所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列，在预设的故障路径二叉树中，查找出所述接地和/或短路故障信息的传输路径；

确定模块，用于根据所述传输路径，确定第一时间发生接地和/或短路故障信息的故障源；

报警模块，用于对所述故障源进行报警。

可选地，上述接地和/或短路故障报警装置还包括：建立模块，用于按照以下方式预设所述故障路径二叉树：

设定监测点二叉树，其中，所述二叉树中的所有监测点位于同一网段；

记录故障前状态机矩阵和故障后状态机矩阵；

在所述监测点二叉树中，初始化所述故障前状态机矩阵的值，并绘制第一路径；

在所述监测点二叉树中，初始化所述故障后状态机矩阵的值，并绘制第二路径；

将初始化所述故障前状态机矩阵和所述故障后状态机矩阵的监测点二叉树，作为所述故障路径二叉树。

可选地，所述查找模块具体用于根据所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列，与所述第二路径进行匹配，以确定所述接地和/或短路故障信息的传输路径。

可选地，所述第一路径和所述第二路径通过不同颜色标识。

可选地，所述故障前状态机矩阵的值包括：各个监测点实时测得的对地电场和线路电流，所述故障后状态机矩阵的值包括：故障时各个监测点的对地电场和线路电流。

在本发明实施例中，通过记录接地和/或短路故障信息发生的时间序列，结合预设的二叉树，确定出故障的时间路径，从而可以确定出第一时间发生报警的故障源，从而可以解决现有技术中无法有效确定出接地和/或短路故障的故障源的技术问题，达到了简单有效确定接地和/或短路故障的故障源的技术效果，以便有针对性地报警。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：

图1是根据本发明实施例的接地和/或短路故障报警反演方法的方法流程图；

图2是根据本发明实施例的电网状态转移示意图；

图3是根据本发明实施例的故障记录序列示意图；

图4是根据本发明实施例的故障反演算法流程图；

图5是根据本发明实施例的接地和/或短路故障报警反演装置的结构框图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

在本例中，考虑到可以从全局系统观点整体分析接地和/或短路故障源及故障信号传输路径问题。从而在检查出存在接地和/或短路故障的情况下，可以根据加入了状态转移和事件序列的故障反演算法，使得现场人员极可以方便地复原出接地和/或短路故障的发生过程，从而提高整个系统接地和/或短路故障报警的准确性。

如图1所示，在本发明实施例中提供了一种接地和/或短路故障报警反演方法，可以包括以下步骤：

步骤101：获取接地和/或短路故障信息；

步骤102：记录所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列；

例如，记录得到的故障信息的发生时间序列为：监测点A到监测点B再到监测点C，那么时间序列就是A->B->C.

步骤103：根据所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列，在预设的故障路径二叉树中，查找出所述接地和/或短路故障信息的传输路径；

该故障路径二叉树可以是按照以下步骤建立的：

S1：设定监测点二叉树，其中，所述二叉树中的所有监测点位于同一网段；

S2：记录故障前状态机矩阵和故障后状态机矩阵；

S3：在所述监测点二叉树中，初始化所述故障前状态机矩阵的值，并绘制第一路径；

S4：在所述监测点二叉树中，初始化所述故障后状态机矩阵的值，并绘制第二路径；

S5：将初始化所述故障前状态机矩阵和所述故障后状态机矩阵的监测点二叉树，作为所述故障路径二叉树。

即，在同一网段中选择多个监测点，然后记录这些监测点，故障前状态机矩阵和故障后状态机矩阵，从而绘制出不出故障时的路径和出故障时的路径，在故障时电网状态会发生转移，从而可以实现故障传输路径的匹配，以确定出故障的传输路径和故障源。

具体地，可以根据接地和/或短路故障信息发生的时间序列，与第二路径进行匹配，以确定接地和/或短路故障信息的传输路径。

为了实现对故障前和故障后路径的不同划分，可以对故障前的路径采用一种颜色标识，对故障后的路径采用另一种颜色标识。

步骤104：根据所述传输路径，确定第一时间发生接地和/或短路故障信息的故障源；

步骤105：对所述故障源进行报警。

例如，确定出故障源是监测点A，那么就对监测点A进行报警，以及重点监控和处理。

下面结合一具体实施例对上述接地和/或短路故障报警反演方法进行说明，然而值得注意的是，该具体实施例仅是为了更好地说明本申请，并不构成对本申请的不当限定。

假设将线路所有监测点对地电场表示为E(t)列向量，线路电流表示为I(t)列向量，那么这条线路上的所有监测点网络的对地电场和线路电流可以表示为：

E(t)＝CE(t)

其中，A表示监测系统矩阵，B表示输入矩阵，C表示输出矩阵，也是单位矩阵。

由上述方程组可以看出，系统的状态量E(t)是不可控的，但是是可以观测的。因为监测点对地电场理论上在10KV系统中是稳定的，对于输入电流I(t)而言，是不能任意转移电场的值的。

进一步，还存在以下方程关系：

I(t)＝C1I(t)

由该方程组可以看出：对于监测点电流向量，不仅是可控的，且是可以观测的。因此，对于监测点而言，两个重要参数(对地电场和线路电流)的状态都是可以观测的。

进一步的，如图2所示，S1表示停电状态，S2表示供电状态，S3表示短路状态，S4表示接地状态，图2所示为上述几种状态的可能转移过程。

对于线路上的每个监测点都可以用如下的两个状态两元组表示：

Sa(E(t),I(t))和Sb(E′(t),I′(t))。

由此，可以列出两个状态机矩阵，其中一个是所有监测点实时测量值状态机矩阵Sa，另一个是所有监测点实时测量值导数状态机矩阵Sb，从而可以构造出架空线路当前状态机矩阵S(t)。

在故障发生时，就是状态机矩阵由S(t1)转移到状态机矩阵S(t2)。

在短路的前沿，有且E(t)＝e；

在接地的前沿，有且I(t)＝i。

因此，状态机矩阵Sa和Sb完全可以描述电力线路的运行状态，在任何时刻的电网状态转移，均可以由此两个矩阵刻画出来。

电力故障监测系统平均报警响应时间可以控制在0.5～2秒以内，根据系统硬件和软件模块设计的性能一致性基础上，可以假设响应时间是一个常数ε。

设状态机矩阵Sa和Sb的值是由同步测量结果得来的，且属于同一个网段内的监测点的值。那么，当电力系统故障发生时，根据故障记录的时间顺序，就可以从监测系统二叉树图上知道故障信息传播路径，通过软件状态机方式就可以完全再现现场故障报警现象。即使有误报产生，通过故障反演，也可以找到故障源头，从而可以消除误报。

假设事件X表示不同时刻的故障，如图3所示，记录有故障的时间记录序号。

假设A点发生了接地和/或短路故障，在实际情况下，这个故障信号的传播路径可能是B点-〉C点-〉D点。从报警结果看，D点就是一般意义上的误报。但实际上，根据报警序列，和故障反演，可以再现现场报警过程并动画演示报警序列。这样，现场人员就可以判断出A点是第一报警源并重点排查故障。由此，可以解除D点、C点和B点的报警。由此可见，故障反演算法这种监测故障报警方法可以适用于双向供电的电力系统中。

具体地，提供了一种故障反演算法，如图4所示，可以包括以下步骤：

S1：设定监测点二叉树图，将特定监测点标定为同一网段；

S2：同步计算状态机矩阵Sa和Sb的值，更新架空线路状态机矩阵S(t)，记录故障前状态机矩阵S(t1)和记录故障后状态机矩阵S(t2)；

S3：在监测系统二叉树图上初始化监测点故障前状态机矩阵S(t1)的值，绘制线路颜色信息为第一预设颜色(例如为红色)；

S4：在监测系统二叉树图上初始化监测点故障后状态机矩阵S(t2)的值，绘制线路颜色信息为第二预设颜色(例如为绿色)；

S5：记录故障信息发生时间序列，并在二叉树图上标识故障信息传输路径为第二预设颜色，实现架空线路故障状态切换；

S6：确定故障事件时间序列顺序；

S7：在二叉树图上单步动画演示故障信息先后传输路径，实现故障反演过程；，或者，在二叉树图上自动动画演示故障信息先后传输路径，实现故障反演过程；

S8：返回故障前状态机矩阵S(t1)状态。

基于同一发明构思，本发明实施例中还提供了一种接地和/或短路故障报警反演装置，如下面的实施例所述。由于接地和/或短路故障报警反演装置解决问题的原理与接地和/或短路故障报警反演方法相似，因此接地和/或短路故障报警反演装置的实施可以参见接地和/或短路故障报警反演方法的实施，重复之处不再赘述。以下所使用的，术语“单元”或者“模块”可以实现预定功能的软件和/或硬件的组合。尽管以下实施例所描述的装置较佳地以软件来实现，但是硬件，或者软件和硬件的组合的实现也是可能并被构想的。图5是本发明实施例的接地和/或短路故障报警反演装置的一种结构框图，如图5所示，可以包括：获取模块501、记录模块502、查找模块503、确定模块504和报警模块505，下面对该结构进行说明。

获取模块501，用于获取接地和/或短路故障信息；

记录模块502，用于记录所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列；

查找模块503，用于根据所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列，在预设的故障路径二叉树中，查找出所述接地和/或短路故障信息的传输路径；

确定模块504，用于根据所述传输路径，确定第一时间发生接地和/或短路故障信息的故障源；

报警模块505，用于对所述故障源进行报警。

在一个实施方式中，上述接地和/或短路故障报警装置还可以包括：建立模块，用于按照以下方式预设所述故障路径二叉树：

S1：设定监测点二叉树，其中，所述二叉树中的所有监测点位于同一网段；

S2：记录故障前状态机矩阵和故障后状态机矩阵；

S3：在所述监测点二叉树中，初始化所述故障前状态机矩阵的值，并绘制第一路径；

S4：在所述监测点二叉树中，初始化所述故障后状态机矩阵的值，并绘制第二路径；

S5：将初始化所述故障前状态机矩阵和所述故障后状态机矩阵的监测点二叉树，作为所述故障路径二叉树。

在一个实施方式中，查找模块503具体可以用于根据所述接地和/或短路故障信息发生的时间序列，与所述第二路径进行匹配，以确定所述接地和/或短路故障信息的传输路径。

在一个实施方式中，所述第一路径和所述第二路径通过不同颜色标识。

在一个实施方式中，所述故障前状态机矩阵的值包括：各个监测点实时测得的对地电场和线路电流，所述故障后状态机矩阵的值包括：故障时各个监测点的对地电场和线路电流。

在另外一个实施例中，还提供了一种软件，该软件用于执行上述实施例及优选实施方式中描述的技术方案。

在另外一个实施例中，还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有上述软件，该存储介质包括但不限于：光盘、软盘、硬盘、可擦写存储器等。

从以上的描述中，可以看出，本发明实施例实现了如下技术效果：通过记录接地和/或短路故障信息发生的时间序列，结合预设的二叉树，确定出故障的时间路径，从而可以确定出第一时间发生报警的故障源，从而可以解决现有技术中无法有效确定出接地和/或短路故障的故障源的技术问题，达到了简单有效确定接地和/或短路故障的故障源的技术效果，以便有针对性地报警。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。