电缆单相接地故障检测方法及系统与流程

本发明涉及电力输配电技术领域，具体涉及电缆单相接地故障检测方法及系统。

背景技术：

随着国民经济的高速发展和城市电网改造工作的开展，配电线路大量采用电力电缆供电，电缆其安全、可靠、隐蔽性好等优点显而易见。然而电缆本身由于制造工艺、检修工艺、绝缘老化、外力损伤等原因在运行中出现不同类型的故障，准全、快速的对故障进行分析、寻找、处理，是确保电气设备及时送电运行的可靠支撑。

目前电缆故障检测多采用离线检测方法，由于离线检测需要停电进行检测，耽误生产，同时停电时设备的状态与开启时状态不完全相同，检测准确率较低。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是目前电缆故障检测的方法多采用离线检测方法，离线检测需要停电进行检测，耽误生产，同时停电时设备的状态与开启时状态不完全相同，检测准确率较低，目的在于提供电缆单相接地故障检测方法及系统，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

电缆单相接地故障检测方法，包括以下步骤：s1：检测电缆中的电流扰动；s2：当检测到电缆中发生电流扰动时，记录电流扰动发生的时刻；s3：将电缆中的电流扰动发生时刻前两周波的数据进行傅里叶变换分析得出电流扰动的初相角，根据该初相角判断该扰动是否发生在电压峰值；s4：如果该扰动发生在电压峰值，则对电缆中的电流扰动进行判断，判断该电流扰动是接地故障还是正常设备扰动。

现有技术中，目前电缆故障检测的方法多采用离线检测方法，离线检测需要停电进行检测，耽误生产，同时停电时设备的状态与开启时状态不完全相同，检测准确率较低。本发明应用时，先检测电缆中的电流扰动，并记录电流扰动发生的时刻，由于电缆中的电流扰动一般分为两种，一种是单相接地故障引起的接地故障扰动，一种是正常设备启停引起的扰动，发明人发现正常设备启停引起的扰动一般可以发生在任意时刻，而单相接地故障引起的接地故障扰动则只会发生在电压峰值时刻，所以将电缆中的电流扰动发生时刻前两周波的数据进行傅里叶变换分析得出电流扰动的初相角，从而判断这次扰动是否发生在电压峰值，如果发生在电压峰值，则该次扰动有可能为单相接地故障引起的故障扰动，然后对电缆中的电流扰动进行判断，判断该电流扰动是接地故障还是正常设备扰动。本发明通过上述步骤，实现了对单相接地故障引起的扰动进行在线的判别，从而避免了离线检测引起的停电，不会耽误生产，同时由于是对电缆进行在线检测，线路上的设备处于正常使用状态，所以检测准确率很高。

进一步的，本发明还包括以下步骤：s5：将电流扰动之前的负载与电流扰动之后的负载比较，如果电流扰动之前的负载大于电流扰动之后的负载，即判定本次电流扰动未被清除。

由于单相接地故障有时有自我恢复性，也就是表现为一个瞬态的电流扰动，所以非常需要判明本次的单相接地故障是否已经自我恢复。本发明应用时，当电流扰动之前的负载大于电流扰动之后的负载，说明有部分荷载在发生单相接地故障时，已经跳闸或者熔断，继而判明单相接地故障尚未恢复，方便工作人员及时清除故障。

进一步的，步骤s4还包括以下子步骤：s41：将接地故障简化为电阻与可变电阻串联接地；将正常设备扰动简化为电感与电阻串联接地；s42：检测电缆线路上的电流i0(t)和电压u0(t)；s43：根据电缆线路上的电流i0(t)和简化后的接地故障得到接地故障电压u1(t)；根据电缆线路上的电流i0(t)和简化后的正常设备扰动得到正常扰动电压u2(t)；s44：根据u0(t)和u1(t)得出接地故障误差h1；根据u0(t)和u2(t)得出正常误差h2；s45：比较h1和h2，如果h1＜h2，则判定该次电流扰动为接地故障；如果h1≥h2，则判断该次电流扰动为正常设备扰动。

现有技术中，对接地故障产生的扰动和设备启停产生的扰动无法准确的分辨，所以很难在线对单相接地故障进行检测。本发明应用时，发明人发现接地故障发生时，可以理解为击穿绝缘后接地，所以，将接地故障简化为电阻与可变电阻串联接地；同时，发明人发现正常设备启停时，主要产生扰动的设备为电机等带有线圈的设备，所以将这一类的正常设备扰动简化为电感和电阻串联接地；然后根据电缆线路上的电流和简化后的接地故障得到接地故障电压，并根据u0(t)和u1(t)得出接地故障误差h1，根据u0(t)和u2(t)得出正常误差h2，然后比较h1和h2，如果h1＜h2，说明实际检测的电压更接近接地故障引起扰动，判定该次电流扰动为接地故障，而如果h1≥h2，说明实际检测的电压更接近设备启停引起扰动，从而可以准确的判断电流扰动是由接地故障还是由设备启停产生的。

再进一步的，步骤s44包括以下步骤：所述h1采用u0(t)和u1(t)的曲线拟合误差；所述h2采用u0(t)和u2(t)的曲线拟合误差。

本发明应用时，将u0(t)和u1(t)进行曲线拟合，对u0(t)和u2(t)进行曲线拟合，一般采用的曲线拟合方法采用最小二乘法或最小均方差法，即可得出曲线拟合误差，作为接地故障误差和正常误差，从而简化了分析过程，缩短了分析时间。

进一步的，步骤s3包括以下子步骤：所述电流扰动的初相角为90°±5％或者270°±5％时，即认为该扰动发生在电压峰值。

电缆单相接地故障检测系统，包括：扰动检测模块、中央处理器和数据显示模块；所述扰动检测模块用于检测电缆中的电流扰动；所述中央处理器包括：用于储存电缆中电流扰动时刻的储存模块；用于将电缆中的电流扰动发生时刻前两周波的数据进行傅里叶变换分析得出电流扰动的初相角的傅里叶分析模块；用于根据电流扰动的初相角判断该扰动是否发生在电压峰值的电压峰值判断模块；用于在电流扰动发生在电压峰值时，对电缆中的电流扰动进行判断，判断该电流扰动是接地故障还是正常设备扰动的电流扰动判断模块；所述数据显示模块将电流扰动判断模块的判断结果显示出来。

现有技术中，目前电缆故障检测的方法多采用离线检测方法，离线检测需要停电进行检测，耽误生产，同时停电时设备的状态与开启时状态不完全相同，检测准确率较低。本发明应用时，扰动检测模块检测电缆中的电流扰动，储存模块记录电流扰动发生的时刻，由于电缆中的电流扰动一般分为两种，一种是单相接地故障引起的接地故障扰动，一种是正常设备启停引起的扰动，发明人发现正常设备启停引起的扰动一般可以发生在任意时刻，而单相接地故障引起的接地故障扰动则只会发生在电压峰值时刻，所以傅里叶分析模块将电缆中的电流扰动发生时刻前两周波的数据进行傅里叶变换分析得出电流扰动的初相角，从而电压峰值判断模块判断这次扰动是否发生在电压峰值，如果发生在电压峰值，则该次扰动有可能为单相接地故障引起的故障扰动，然后电流扰动判断模块对电缆中的电流扰动进行判断，判断该电流扰动是接地故障还是正常设备扰动。本发明通过设置上述模块，实现了对单相接地故障引起的扰动进行在线的判别，从而避免了离线检测引起的停电，不会耽误生产，同时由于是对电缆进行在线检测，线路上的设备处于正常使用状态，所以检测准确率很高。

进一步的，所述电流扰动判断模块还用于将电流扰动之前的负载与电流扰动之后的负载比较，如果电流扰动之前的负载大于电流扰动之后的负载，即判定本次电流扰动未被清除；所述数据显示模块将电流扰动未被清除的结果显示出来。

由于单相接地故障有时有自我恢复性，也就是表现为一个瞬态的电流扰动，所以非常需要判明本次的单相接地故障是否已经自我恢复。本发明应用时，当电流扰动之前的负载大于电流扰动之后的负载，说明有部分荷载在发生单相接地故障时，已经跳闸或者熔断，继而判明单相接地故障尚未恢复，方便工作人员及时清除故障。

进一步的，所述扰动检测模块还用于检测电缆线路上的电流i0(t)和电压u0(t)；所述电流扰动判断模块将接地故障简化为电阻与可变电阻串联接地，并将正常设备扰动简化为电感与电阻串联接地，然后根据电缆线路上的电流i0(t)和简化后的接地故障得到接地故障电压u1(t)，并根据电缆线路上的电流i0(t)和简化后的正常设备扰动得到正常扰动电压u2(t)，根据u0(t)和u1(t)得出接地故障误差h1，根据u0(t)和u2(t)得出正常误差h2，比较h1和h2，如果h1＜h2，则判定该次电流扰动为接地故障，如果h1≥h2，则判断该次电流扰动为正常设备扰动。

再进一步的，其特征在于，所述h1采用u0(t)和u1(t)的曲线拟合误差；所述h2采用u0(t)和u2(t)的曲线拟合误差。

进一步的，所述电压峰值判断模块用于在电流扰动的初相角为90°±5％或者270°±5％时，即认为该扰动发生在电压峰值。

本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本发明电缆单相接地故障检测方法，通过上述步骤，实现了对单相接地故障引起的扰动进行在线的判别，从而避免了离线检测引起的停电，不会耽误生产，同时由于是对电缆进行在线检测，线路上的设备处于正常使用状态，所以检测准确率很高；

2、本发明电缆单相接地故障检测系统，通过设置上述模块，实现了对单相接地故障引起的扰动进行在线的判别，从而避免了离线检测引起的停电，不会耽误生产，同时由于是对电缆进行在线检测，线路上的设备处于正常使用状态，所以检测准确率很高。

附图说明

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

图1为本发明系统结构示意图；

图2为本发明实施例5示意图；

图3为本发明实施例6示意图；

图4为本发明实施例7示意图。

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，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例1

本发明电缆单相接地故障检测方法，包括以下步骤：s1：检测电缆中的电流扰动；s2：当检测到电缆中发生电流扰动时，记录电流扰动发生的时刻；s3：将电缆中的电流扰动发生时刻前两周波的数据进行傅里叶变换分析得出电流扰动的初相角，根据该初相角判断该扰动是否发生在电压峰值；s4：如果该扰动发生在电压峰值，则对电缆中的电流扰动进行判断，判断该电流扰动是接地故障还是正常设备扰动。

本实施例实施时，先检测电缆中的电流扰动，并记录电流扰动发生的时刻，由于电缆中的电流扰动一般分为两种，一种是单相接地故障引起的接地故障扰动，一种是正常设备启停引起的扰动，发明人发现正常设备启停引起的扰动一般可以发生在任意时刻，而单相接地故障引起的接地故障扰动则只会发生在电压峰值时刻，所以将电缆中的电流扰动发生时刻前两周波的数据进行傅里叶变换分析得出电流扰动的初相角，从而判断这次扰动是否发生在电压峰值，如果发生在电压峰值，则该次扰动有可能为单相接地故障引起的故障扰动，然后对电缆中的电流扰动进行判断，判断该电流扰动是接地故障还是正常设备扰动。本发明通过上述步骤，实现了对单相接地故障引起的扰动进行在线的判别，从而避免了离线检测引起的停电，不会耽误生产，同时由于是对电缆进行在线检测，线路上的设备处于正常使用状态，所以检测准确率很高。

实施例2

本实施例在实施例1的基础上，还包括以下步骤：s5：将电流扰动之前的负载与电流扰动之后的负载比较，如果电流扰动之前的负载大于电流扰动之后的负载，即判定本次电流扰动未被清除。

本实施例实施时，由于单相接地故障有时有自我恢复性，也就是表现为一个瞬态的电流扰动，所以非常需要判明本次的单相接地故障是否已经自我恢复。本发明应用时，当电流扰动之前的负载大于电流扰动之后的负载，说明有部分荷载在发生单相接地故障时，已经跳闸或者熔断，继而判明单相接地故障尚未恢复，方便工作人员及时清除故障。

实施例3

本实施例在实施例1的基础上，步骤s4还包括以下子步骤：s41：将接地故障简化为电阻与可变电阻串联接地；将正常设备扰动简化为电感与电阻串联接地；s42：检测电缆线路上的电流i0(t)和电压u0(t)；s43：根据电缆线路上的电流i0(t)和简化后的接地故障得到接地故障电压u1(t)；根据电缆线路上的电流i0(t)和简化后的正常设备扰动得到正常扰动电压u2(t)；s44：根据u0(t)和u1(t)得出接地故障误差h1；根据u0(t)和u2(t)得出正常误差h2；s45：比较h1和h2，如果h1＜h2，则判定该次电流扰动为接地故障；如果h1≥h2，则判断该次电流扰动为正常设备扰动。

本实施例实施时，发明人发现接地故障发生时，可以理解为击穿绝缘后接地，所以，将接地故障简化为电阻与可变电阻串联接地；同时，发明人发现正常设备启停时，主要产生扰动的设备为电机等带有线圈的设备，所以将这一类的正常设备扰动简化为电感和电阻串联接地；然后根据电缆线路上的电流和简化后的接地故障得到接地故障电压，并根据u0(t)和u1(t)得出接地故障误差h1，根据u0(t)和u2(t)得出正常误差h2，然后比较h1和h2，如果h1＜h2，说明实际检测的电压更接近接地故障引起扰动，判定该次电流扰动为接地故障，而如果h1≥h2，说明实际检测的电压更接近设备启停引起扰动，从而可以准确的判断电流扰动是由接地故障还是由设备启停产生的。

实施例4

本实施例在实施例3的基础上，所述h1采用u0(t)和u1(t)的曲线拟合误差；所述h2采用u0(t)和u2(t)的曲线拟合误差。

本实施例实施时，将u0(t)和u1(t)进行曲线拟合，对u0(t)和u2(t)进行曲线拟合，一般采用的曲线拟合方法采用最小二乘法或最小均方差法，即可得出曲线拟合误差，作为接地故障误差和正常误差，从而简化了分析过程，缩短了分析时间。

实施例5

如图2所示，本实施例在实施例4的基础上，曲线拟合采用最小均方差法，改变符合电流，图中可见在负荷电流在80a以下时，都可以保证接地故障和正常设备之间非常大的差异，现有的配电线路的安全电流普遍在80a以下，从而可以清晰的分辨接地故障和正常设备。

实施例6

如图3所示，本实施例在实施例4的基础上，曲线拟合采用最小均方差法，改变电机启动电流，图中可见可以保证接地故障和正常设备之间非常大的差异，从而可以清晰的分辨接地故障和正常设备。

实施例7

如图4所示，本实施例在实施例4的基础上，曲线拟合采用最小均方差法，改变故障电阻，图中可见可以保证接地故障和正常设备之间非常大的差异，从而可以清晰的分辨接地故障和正常设备。

实施例8

如图1所示，本发明电缆单相接地故障检测系统，包括：扰动检测模块、中央处理器和数据显示模块；所述扰动检测模块用于检测电缆中的电流扰动；所述中央处理器包括：用于储存电缆中电流扰动时刻的储存模块；用于将电缆中的电流扰动发生时刻前两周波的数据进行傅里叶变换分析得出电流扰动的初相角的傅里叶分析模块；用于根据电流扰动的初相角判断该扰动是否发生在电压峰值的电压峰值判断模块；用于在电流扰动发生在电压峰值时，对电缆中的电流扰动进行判断，判断该电流扰动是接地故障还是正常设备扰动的电流扰动判断模块；所述数据显示模块将电流扰动判断模块的判断结果显示出来。

本实施例实施时，扰动检测模块检测电缆中的电流扰动，储存模块记录电流扰动发生的时刻，由于电缆中的电流扰动一般分为两种，一种是单相接地故障引起的接地故障扰动，一种是正常设备启停引起的扰动，发明人发现正常设备启停引起的扰动一般可以发生在任意时刻，而单相接地故障引起的接地故障扰动则只会发生在电压峰值时刻，所以傅里叶分析模块将电缆中的电流扰动发生时刻前两周波的数据进行傅里叶变换分析得出电流扰动的初相角，从而电压峰值判断模块判断这次扰动是否发生在电压峰值，如果发生在电压峰值，则该次扰动有可能为单相接地故障引起的故障扰动，然后电流扰动判断模块对电缆中的电流扰动进行判断，判断该电流扰动是接地故障还是正常设备扰动。本发明通过设置上述模块，实现了对单相接地故障引起的扰动进行在线的判别，从而避免了离线检测引起的停电，不会耽误生产，同时由于是对电缆进行在线检测，线路上的设备处于正常使用状态，所以检测准确率很高。

实施例9

本实施例在实施例8的基础上，所述电流扰动判断模块还用于将电流扰动之前的负载与电流扰动之后的负载比较，如果电流扰动之前的负载大于电流扰动之后的负载，即判定本次电流扰动未被清除；所述数据显示模块将电流扰动未被清除的结果显示出来。所述扰动检测模块还用于检测电缆线路上的电流i0(t)和电压u0(t)；所述电流扰动判断模块将接地故障简化为电阻与可变电阻串联接地，并将正常设备扰动简化为电感与电阻串联接地，然后根据电缆线路上的电流i0(t)和简化后的接地故障得到接地故障电压u1(t)，并根据电缆线路上的电流i0(t)和简化后的正常设备扰动得到正常扰动电压u2(t)，根据u0(t)和u1(t)得出接地故障误差h1，根据u0(t)和u2(t)得出正常误差h2，比较h1和h2，如果h1＜h2，则判定该次电流扰动为接地故障，如果h1≥h2，则判断该次电流扰动为正常设备扰动。所述h1采用u0(t)和u1(t)的曲线拟合误差；所述h2采用u0(t)和u2(t)的曲线拟合误差。所述电压峰值判断模块用于在电流扰动的初相角为90°±5％或者270°±5％时，即认为该扰动发生在电压峰值。

本实施例实施时，由于单相接地故障有时有自我恢复性，也就是表现为一个瞬态的电流扰动，所以非常需要判明本次的单相接地故障是否已经自我恢复。本发明应用时，当电流扰动之前的负载大于电流扰动之后的负载，说明有部分荷载在发生单相接地故障时，已经跳闸或者熔断，继而判明单相接地故障尚未恢复，方便工作人员及时清除故障。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。