低压配电系统、线路老化和反窃电监测方法及对应系统与流程

本发明涉及低压配电系统、线路老化和反窃电监测方法及对应系统。

背景技术：

随着电力系统技术的快速发展，尤其是智能电网的全面铺开，电力系统各个方面取得了巨大突破。然而在配电网领域，尤其是380/220v低压配电领域基本上是被动式运维，缺乏主动式运维措施，更谈不上智能化。

随着智能电表技术的发展，以及电力用户用电信息采集系统的实施，智能电表可以提供大量有用数据，利用这些数据可以实现一些主动式运维措施，保障用户的供电质量。比如：授权公告号为cn206920593u的中国专利文件中公开了一种智能电表监控系统，包括总站控制装置，总站控制装置与各子站控制装置网络连接，子站控制装置与对应的各个电能表通讯连接，获取各电能表的状态数据。

如图1所示，其为一种典型的低压配电线路图，包括10kv/380v变压器、台区考核总表、智能电表及其它一些断路器等设备。随着生产力的增强，人们的生活水平提高，家家户户买了很多大功率电器，有时用户用电负载很重，而配电线路额定负载一定，很多线路长时间超负荷工作，造成线路老化严重，影响着用户的供电可靠性，更严重的情况下会引发火灾事故，因而对人身及财产造成潜在的威胁。

低压配电线路用户众多，线路连接复杂。为了不影响市容，越来越多的线路采用地埋电缆的方式供电，这就造成难以用人工方式发现线路问题。然而，当前配电网运维未对用户配电线路进行在线监测，只有故障停电用户拨打95598后供电公司才知道有故障。一旦线路老化断开，就会造成用户停电，需要很长时间去解决故障，不仅造成供电质量下降，供电公司还可能面临用户的投诉。

配电线路老化断开后，如果线路是架空线，则用人眼查看方式查找，如果线路是地埋电缆，则会采用电缆故障测试仪来查找故障。这个过程中，用户可能需要忍耐长时间停电，而维修人员需要费很大功夫查找故障。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种低压用户配电线路老化监测方法，用以解决现有的低压配电线路老化检测方法可靠性较差的问题。本发明同时提供一种低压用户配电线路老化监测系统、一种低压用户配电线路反窃电监测方法、一种低压用户配电线路反窃电监测系统以及两种低压配电系统。

为实现上述目的，本发明包括以下技术方案。

一种低压用户配电线路老化监测方法，包括以下步骤：

(1)按照设定的计算时间间隔，采集某一个智能电表的电压值和电流值数据；

(2)根据获取的电压值和电流值计算该智能电表对应的用户配电线路的阻抗值；

(3)比较求得的阻抗值与设定阻抗阈值，若求得的阻抗值大于或者等于所述设定阻抗阈值，则判定该智能电表对应的用户配电线路老化。

本方案是通过采集用户智能电表的电压和电流数据，并利用采集到的电压和电流数据进行处理，从而得到用户配电线路的阻抗值，然后与设定阻抗阈值进行比较。由于线路老化程度与线路的阻抗值有着密切的关系，那么，若求得的阻抗值大于或者等于设定阻抗阈值，线路阻抗增加到了一定程度，说明该智能电表对应的用户配电线路老化。因此，该方法能够实时在线监测线路老化程度，对线路老化能够及时识别，大大减少因电路及设备老化造成的故障，从而实现主动运维，提高低压配电主动运维水平，减轻运维人员负担，提高供电可靠性。并且，不再使用人眼查看方式进行查找故障，可靠性较高，而且，当线路是地埋电缆时，无需采用专门的电缆故障测试仪来查找故障，降低投入成本。

进一步地，用户配电线路的阻抗值包括以下计算过程：

1)计算第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的阻抗值zji，计算公式如下：

其中，vji+1和iji+1为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i+1个冻结时刻的电压值和电流值，vji和iji为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的电压值和电流值，j＝1、2、……、m，i＝1、2、……、n-1，m为系统智能电表的总数，n为召测到智能电表电压值和电流值的冻结点的个数；

2)记录得到的阻抗值中数值为负值的阻抗值，并得到数值为负值的阻抗值的个数m；

3)将所有的数值为负值的阻抗值取反后相加，得到一个和值，并计算所述和值与所述个数m的商，得到阻抗值的平均值，该平均值就是所求的第j个智能电表对应的用户配电线路的阻抗值。

一种低压用户配电线路老化监测系统，包括一种控制模块，所述控制模块包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现的控制过程包括：

(1)按照设定的计算时间间隔，采集某一个智能电表的电压值和电流值数据；

(2)根据获取的电压值和电流值计算该智能电表对应的用户配电线路的阻抗值；

(3)比较求得的阻抗值与设定阻抗阈值，若求得的阻抗值大于或者等于所述设定阻抗阈值，则判定该智能电表对应的用户配电线路老化。

进一步地，用户配电线路的阻抗值包括以下计算过程：

1)计算第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的阻抗值zji，计算公式如下：

其中，vji+1和iji+1为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i+1个冻结时刻的电压值和电流值，vji和iji为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的电压值和电流值，j＝1、2、……、m，i＝1、2、……、n-1，m为系统智能电表的总数，n为召测到智能电表电压值和电流值的冻结点的个数；

2)记录得到的阻抗值中数值为负值的阻抗值，并得到数值为负值的阻抗值的个数m；

3)将所有的数值为负值的阻抗值取反后相加，得到一个和值，并计算所述和值与所述个数m的商，得到阻抗值的平均值，该平均值就是所求的第j个智能电表对应的用户配电线路的阻抗值。

一种低压配电系统，包括系统主站、配电线路和与各用户对应的智能电表，所述系统主站与各智能电表通讯连接，所述系统主站按照设定的计算时间间隔采集各智能电表的电压值和电流值，并根据获取的电压值和电流值计算对应的智能电表对应的用户配电线路的阻抗值；然后，比较求得的阻抗值与设定阻抗阈值，若求得的阻抗值大于或者等于所述设定阻抗阈值，则判定对应的智能电表对应的用户配电线路老化。

进一步地，用户配电线路的阻抗值包括以下计算过程：

1)计算第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的阻抗值zji，计算公式如下：

其中，vji+1和iji+1为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i+1个冻结时刻的电压值和电流值，vji和iji为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的电压值和电流值，j＝1、2、……、m，i＝1、2、……、n-1，m为系统智能电表的总数，n为召测到智能电表电压值和电流值的冻结点的个数；

2)记录得到的阻抗值中数值为负值的阻抗值，并得到数值为负值的阻抗值的个数m；

3)将所有的数值为负值的阻抗值取反后相加，得到一个和值，并计算所述和值与所述个数m的商，得到阻抗值的平均值，该平均值就是所求的第j个智能电表对应的用户配电线路的阻抗值。

一种低压用户配电线路反窃电监测方法，包括以下步骤：

(1)按照设定的计算时间间隔，采集某一个智能电表的电压值和电流值数据；

(2)根据获取的电压值和电流值计算该智能电表对应的用户配电线路的阻抗值；

(3)若在一个设定时间段内，求得的阻抗值持续增大，判定该智能电表对应的用户存在窃电嫌疑。

如果监测到用户配电线路阻抗值持续增大，即持续增大一定的时间，说明用户配电线路中电表可能被短接，则可以判断用户存在窃电嫌疑。所以，通过监测线路阻抗值的变化情况能够用于反窃电监测，保护电力财产安全。

进一步地，用户配电线路的阻抗值包括以下计算过程：

1)计算第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的阻抗值zji，计算公式如下：

其中，vji+1和iji+1为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i+1个冻结时刻的电压值和电流值，vji和iji为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的电压值和电流值，j＝1、2、……、m，i＝1、2、……、n-1，m为系统智能电表的总数，n为召测到智能电表电压值和电流值的冻结点的个数；

2)记录得到的阻抗值中数值为负值的阻抗值，并得到数值为负值的阻抗值的个数m；

3)将所有的数值为负值的阻抗值取反后相加，得到一个和值，并计算所述和值与所述个数m的商，得到阻抗值的平均值，该平均值就是所求的第j个智能电表对应的用户配电线路的阻抗值。

一种低压用户配电线路反窃电监测系统，包括一种控制模块，所述控制模块包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器在执行所述计算机程序时实现的控制过程包括：

(1)按照设定的计算时间间隔，采集某一个智能电表的电压值和电流值数据；

(2)根据获取的电压值和电流值计算该智能电表对应的用户配电线路的阻抗值；

(3)若在一个设定时间段内，求得的阻抗值持续增大，判定该智能电表对应的用户存在窃电嫌疑。

进一步地，用户配电线路的阻抗值包括以下计算过程：

1)计算第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的阻抗值zji，计算公式如下：

其中，vji+1和iji+1为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i+1个冻结时刻的电压值和电流值，vji和iji为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的电压值和电流值，j＝1、2、……、m，i＝1、2、……、n-1，m为系统智能电表的总数，n为召测到智能电表电压值和电流值的冻结点的个数；

2)记录得到的阻抗值中数值为负值的阻抗值，并得到数值为负值的阻抗值的个数m；

3)将所有的数值为负值的阻抗值取反后相加，得到一个和值，并计算所述和值与所述个数m的商，得到阻抗值的平均值，该平均值就是所求的第j个智能电表对应的用户配电线路的阻抗值。

一种低压配电系统，包括系统主站、配电线路和与各用户对应的智能电表，所述系统主站与各智能电表通讯连接，所述系统主站按照设定的计算时间间隔采集各智能电表的电压值和电流值，并根据获取的电压值和电流值计算对应的智能电表对应的用户配电线路的阻抗值；然后，若在一个设定时间段内，求得的阻抗值持续增大，则判定该智能电表对应的用户存在窃电嫌疑。

进一步地，用户配电线路的阻抗值包括以下计算过程：

1)计算第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的阻抗值zji，计算公式如下：

其中，vji+1和iji+1为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i+1个冻结时刻的电压值和电流值，vji和iji为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的电压值和电流值，j＝1、2、……、m，i＝1、2、……、n-1，m为系统智能电表的总数，n为召测到智能电表电压值和电流值的冻结点的个数；

2)记录得到的阻抗值中数值为负值的阻抗值，并得到数值为负值的阻抗值的个数m；

3)将所有的数值为负值的阻抗值取反后相加，得到一个和值，并计算所述和值与所述个数m的商，得到阻抗值的平均值，该平均值就是所求的第j个智能电表对应的用户配电线路的阻抗值。

附图说明

图1是低压配电系统线路连接示意图；

图2是低压配电线路连接简化模型图；

图3是低压配电线路老化监测方法流程示意图；

图4是用户配电线路阻抗的变化曲线示意图。

具体实施方式

低压配电系统实施例一

如图1所示，低压配电系统包括10kv/380v变压器、台区考核总表(台区考核总表只是一个设备)、各用户对应的智能电表以及其它一些断路器等设备。智能电表可以按照设定间隔保存负荷曲线，其中包括电压和电流数据。配电系统主站通过电力用户用电信息采集系统获取用户智能电表保存的负荷曲线，并利用其中的电压和电流数据进行配电线路阻抗值的计算。

如图1所示，低压配电系统中的用户有单相电用户，还有三相电用户，对于三相电用户，可以将其等同于三个单相电用户。图2是低压配电线路连接简化模型图，图中的用户是单相电用户。

首先，利用简化模型可以推导出用户配电线路阻抗值的计算公式，具体如下：

假设变压器二次侧电压恒定不变，则可以利用以下公式推导出用户配电线路的阻抗值：

即：z＝rd+rcn，为用户配电线路阻抗值。

上面的算法是以变压器二次侧电压不变为前提的，而当变压器二次侧电压变化、用户户内阻抗不变的时候，δv/δi计算得到的值为用户户内阻抗，且为正值。如果同一网络中的其他用户投退时，而用户户内阻抗不变，则等效于变压器二次侧电压变化、用户户内阻抗不变的情况，此时测量值也是用户户内阻抗。而当变压器二次侧电压不变、用户户内阻抗变化的时候，δv/δi计算得到的值为用户配电线路阻抗，且为负值。因而计算过程中，如果计算得到的值大于0就忽略掉，计算得到的值小于0，则对其取正后保留，这个值即为用户配电线路阻抗值。如果用户户内阻抗变化的同时同一网络中的其他用户有投退，由于观察到的电压下降幅度偏高，测量出的配电线路阻抗值也会偏高，对于这种偏差可以通过取平均值来减少影响，此平均值即为此时间段内用户配电线路阻抗值。

系统主站接收各智能电表的检测数据(包括电压值和电流值)，系统主站按照设定的计算时间间隔来召测该智能电表的电压值和电流值。然后主站根据获取的电压值和电流值数据计算该智能电表对应的用户配电线路的阻抗值，以下给出一种计算过程：

1)计算第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的阻抗值zji，计算公式如下：

其中，vji+1和iji+1为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i+1个冻结时刻的电压值和电流值，vji和iji为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的电压值和电流值，j＝1、2、……、m，i＝1、2、……、n-1，m为系统智能电表的总数，n为召测到的智能电表电压值和电流值的冻结点的总个数。

2)根据上述计算公式能够总共得到n-1个阻抗值，记录得到的阻抗值中数值为负值的阻抗值，并得到数值为负值的阻抗值的个数m。

3)将所有的数值为负值的阻抗值取反后相加，得到一个和值，并计算该和值与个数m的商，得到阻抗值的平均值，该平均值就是所求的第j个智能电表对应的用户配电线路的阻抗值。

在上述阻抗值计算过程理论中，如果户内阻抗不变，而线路首端电压变化(其它用户负载变化引起，或者变压器二次侧电压变化引起)的情况下，得到的“阻抗值”是户内阻抗值，且为正值，此值比较大，最小一般为几欧姆，暂且称为最大值；如果户内阻抗变化，而是线路首端电压不变的情况下，得到的“阻抗值”是用户配电线路的阻抗值(此值为目标值)，且为负值，此值比较小，正常值在-0.1欧姆左右，暂且称为最小值；由于一个时间段只能得到一个阻抗值，因而理论上δv/δi的值在最小值到最大值的区间内。在实际中，户内阻抗和线路首端电压都可能变化，剔除正的阻抗值可以减少线路首端电压变化引起的偏差。并且，理论上最小的负值最接近真实值，但由于测量误差等因素存在，只取最小负值不可靠，所以负值取反求平均值，可以使最终结果稳定，增加可信度。

最后比较求得的阻抗值与设定阻抗阈值，若求得的阻抗值大于或者等于设定阻抗阈值，说明该智能电表对应的用户配电线路老化。

基于上述监测过程，以下给出一种应用实例。

步骤a、系统主站获得某一个用户智能电表24小时内每15分钟一次(同一时刻)的电压值和电流值，那么，监测时间段为24小时，采样周期为15分钟。

步骤b、由电压值和电流值的时间先后顺序，根据下面公式依次计算相邻15分钟间隔的用户配电线路阻抗值：

其中，vna、ina和vnb、inb分别为用户智能电表相邻两个时间间隔的电压值和电流值。

步骤c、当z>0时就忽略，当z<0时就保留并取反，同时记录测量时间段内z<0的个数m。

步骤d、把步骤c中保留的z值相加后除以m，从而得到其平均值，此平均值即为该智能电表对应的用户配电线路此时间段测得的阻抗值。

步骤e、重复步骤a～d，得到其他用户配电线路的阻抗值。

断线判据的门槛值，即设定阻抗阈值需要考虑正常运行情况下电阻变化、噪音、误差以及老化速率。正常情况下，配电线路阻抗每100米增加0.03欧姆，但一般在0.1～0.2欧姆之间。因此，设定阻抗阈值以0.2欧姆为例，当配电线路阻抗值大于0.2欧姆，说明用户线路已经老化。

步骤f、重复步骤a～e，得到下一时段所有用户配电线路阻抗值。

因此，通过以上方法能够计算出一个时段用户配电线路阻抗值，每隔一段时间重新计算下一时段用户配电线路阻抗值，计算流程图如图3所示。持续不断得到用户配电线路阻抗值，就可得到用户配电线路阻抗变化曲线，通过阻抗变化曲线判断线路老化速率，而且通过变化趋势提前预测断线故障，如图4所示。

以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述低压配电线路老化监测方法，上述实施例结合一种低压配电系统来说明该监测方法。所以，本发明并不局限于该低压配电系统，还可以是其他的系统结构，比如授权公告号为cn206920593u的中国专利文件中公开的系统。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。

低压配电线路老化监测方法实施例

本实施例提供一种低压配电线路老化监测方法，包括以下步骤：(1)按照设定的计算时间间隔，采集某一个智能电表的电压值和电流值数据；(2)根据获取的电压值和电流值计算该智能电表对应的用户配电线路的阻抗值；(3)比较求得的阻抗值与设定阻抗阈值，若求得的阻抗值大于或者等于所述设定阻抗阈值，则判定该智能电表对应的用户配电线路老化。

进一步地，用户配电线路的阻抗值包括以下计算过程：

1)计算第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的阻抗值zji，计算公式如下：

其中，vji+1和iji+1为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i+1个冻结时刻的电压值和电流值，vji和iji为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的电压值和电流值，j＝1、2、……、m，i＝1、2、……、n-1，m为系统智能电表的总数，n为召测到智能电表电压值和电流值的冻结点的个数。

2)记录得到的阻抗值中数值为负值的阻抗值，并得到数值为负值的阻抗值的个数m。

3)将所有的数值为负值的阻抗值取反后相加，得到一个和值，并计算所述和值与所述个数m的商，得到阻抗值的平均值，该平均值就是所求的第j个智能电表对应的用户配电线路的阻抗值。

由于上述低压配电系统实施例一中已给出该方法的详细说明，这里就不再赘述。而且，该方法可以应用在上述低压配电系统中，也可以应用在现有的配电系统中，利用现有的电力用户用电信息采集系统来采集用户智能电表电压电流数据。不管系统是否是现有系统，只要利用了该低压配电线路老化监测方法，均在本发明的保护范围内。

上述方法可以作为一种计算机程序，存储在低压配电线路老化监测系统中控制模块中的存储器中，并在控制模块中的处理器中运行。

低压配电系统实施例二

本实施例提供一种低压配电系统，该配电网系统的结构与上述实施例一相同，并且，该配电网系统也具有线路阻抗监测功能，但是，检测线路阻抗的作用为反窃电监测。即，与实施例一相同，本实施例提供的低压配电系统包括系统主站、配电线路和与各用户对应的智能电表，系统主站与各智能电表通讯连接，系统主站按照设定的计算时间间隔召测各智能电表的电压值和电流值数据，并根据获取的电压值和电流值计算对应的智能电表对应的用户配电线路的阻抗值。不同点在于：系统主站求得阻抗值后，与历史值进行比较，即将本次计算出的阻抗值与上一次计算出的阻抗值进行比较，若在一个设定时间段内，阻抗值持续增大，即在该设定时间段内，对于任两个相邻的阻抗值，本次求得的阻抗值持续大于上一次求得的阻抗值，则判定该智能电表对应的用户存在窃电嫌疑。

因此，如果监测到用户配电线路阻抗值突然持续增大，说明用户配电线路中智能电表可能被短接，则可以判断用户存在窃电嫌疑，从而用于反窃电，保护电力财产安全。

而对于本实施例提供的低压配电系统中的线路阻抗值的计算过程以及其他的技术手段均与实施例一相同，这里就不再具体说明。

低压配电线路反窃电监测方法实施例

本实施例提供一种低压配电线路反窃电监测方法，包括以下步骤：(1)按照设定的计算时间间隔，采集某一个智能电表的电压值和电流值数据；(2)根据获取的电压值和电流值计算该智能电表对应的用户配电线路的阻抗值；(3)若在一个设定时间段内，求得的阻抗值持续增大，判定该智能电表对应的用户存在窃电嫌疑。

进一步地，用户配电线路的阻抗值包括以下计算过程：

1)计算第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的阻抗值zji，计算公式如下：

其中，vji+1和iji+1为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i+1个冻结时刻的电压值和电流值，vji和iji为第j个智能电表对应的用户配电线路的第i个冻结时刻的电压值和电流值，j＝1、2、……、m，i＝1、2、……、n-1，m为系统智能电表的总数，n为召测到智能电表电压值和电流值的冻结点的个数。

2)记录得到的阻抗值中数值为负值的阻抗值，并得到数值为负值的阻抗值的个数m。

3)将所有的数值为负值的阻抗值取反后相加，得到一个和值，并计算所述和值与所述个数m的商，得到阻抗值的平均值，该平均值就是所求的第j个智能电表对应的用户配电线路的阻抗值。

由于上述低压配电系统实施例一和二中已给出低压配电线路反窃电监测方法的详细说明，这里就不再赘述。

上述方法可以作为一种计算机程序，存储在低压配电线路反窃电监测系统中控制模块中的存储器中，并在控制模块中的处理器中运行。