一种配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位方法及系统

1.本发明涉及电力系统继电保护技术领域，具体涉及一种配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位方法及系统。


背景技术：

2.配电线路故障跳闸后，除主线故障外，由于台区低压侧开关保护以及变压器跌落保险配置不当等原因，可能存在低压侧故障导致主线开关跳闸的越级跳闸情况发生。当前由于受配变高低压侧的故障数据采集覆盖不高等因素影响，导致对故障配变的故障定位方法不多，手段不强。
3.目前配电变压器低压侧故障导致跳闸引发的配电变压器故障定位存在以下几种方法及不足：
4.1.故障报修电话，用于故障配变定位的不足在于：1)隐性故障不容易引起台区用户注意；2)台区跌落保险可能不会熔断跌落，不容易观察；
5.2.人工故障巡视法，用于配网低压故障定位的不足在于：1)故障配变巡视缺乏有效的指导指标，巡视工作量大；
6.3.故障指示器法，用于配变低压故障定位的不足在于：1)故障指示器仅能定位故障区段，无法有效确定故障点的精确位置；2)故障定位准确性取决于故障指示器的安装密度以及维护质量，难以满足配网线路维护的要求；3)故障指示器总投资较大，运行维护，升级换代代价较高。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是现有的配电变压器故障定位方法存在不易观察、人工巡查工作量大及故障指示器投资耗费大等问题，本发明目的在于提供一种配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位方法及系统，以解决上述技术问题。
8.本发明通过下述技术方案实现：
9.本方案提供一种配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位方法，包括步骤：
10.构建配电网基础数据；
11.采集故障数据，所述故障数据包括：故障电流、故障阻抗和故障指示器动作信号；
12.基于配电网基础数据和故障数据进行故障阻抗粗略计算得到最小阻抗差值序列；
13.基于最小阻抗差值序列、故障数据和配电网基础数据去除伪故障点得到准确故障点。
14.本方案工作原理：传统的配电变压器低压故障定位方法主要通过故障报修电话、人工故障巡视法和故障指示器法，但是这些方法不仅耗费大量人力物力，定位容易出错可靠性不高且效率较慢，本方案提供的配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位方法及系统，适用于3～66kv配电网，能够在配电变压器低压侧发生故障导致主线跳闸时，进行故障配变的精确定位；通过变电站端的电气故障量，结合故障数据，达到相对准确定位配电网中
配电变压器低压侧短路引发的主线跳闸的故障变压器，以便迅速准确找到故障点，降低故障排查难度和成本，提高故障查找效率，减小故障时间及由此造成的经济损失，提高供电安全性、可靠性及时效性。
15.进一步优化方案为，所述配电网基础数据包括：配电网基础参数和配电变压器拓扑结构坐标；
16.所述配电网基础参数包括：母线电压、线路负荷、主变负荷、母线的系统阻抗值，和各配电变压器低压侧距离母线的等效电气距离坐标值；所述母线为配电线路所接的母线。
17.进一步优化方案为，各配电变压器低压侧距离母线的等效电气距离坐标值的计算方法为：
18.以母线为原点，根据配电线路拓扑结构，计算原点到至配电变压器高压侧这一路径的阻抗值，再结合配电变压器的固有参数计算出各电变压器的低压侧电气位置坐标。
19.进一步优化方案为，根据电杆杆号、分支箱和环网柜连接拓扑结构以分形自相似原理构建配电变压器拓扑结构坐标。
20.进一步优化方案为，配电变压器拓扑结构坐标构建方法具体为：
21.根据电杆杆号、分支箱和环网柜连接拓扑结构确定主线路径并对主线路径进行顺序编号；
22.各级支线以母线或上一级支线的t节点为起始点，按照主线路径编号原则进行顺序编号；
23.每台配电变压器的位置以小数点分隔，按照从主线t节点编号到各级支线t节点编号再到配电变压器高压侧编号的顺序，形成配电变压器拓扑结构坐标。即确定主线路径并进行顺序编号，各级支线以其t接点为起始点，按主线路径编号原则进行顺序编号，直至编号完毕。每台配变位置以小数点分隔，按照从主线t节点编号至各级t接点编号直至配变高压侧编号为止，形成其拓扑结构坐标，例如，32.h2.7(表示配变接入主线32号电杆t接出线的2号环网柜之t接出的7号电杆处，以此类推)。
24.进一步优化方案为，故障阻抗粗略计算包括以下步骤：
25.步骤一：根据故障前的母线电压、线路负荷、主变负荷和母线的系统阻抗值计算出故障前系统空载电压接近值u；采用母线故障前空载电压接近值进行计算，避开了母线短路时暂态电压不稳定导致故障回路阻抗计算不稳定的问题。
26.步骤二：基于系统空载电压接近值u和故障电流，计算出故障回路的阻抗值；
27.步骤三：判断故障回路的阻抗是否越限，若故障回路阻抗越限，发配电变压器低压故障越级信息并进入步骤四；
28.步骤四：用故障回路的阻抗值减去母线的系统阻抗值得到母线至故障点的阻抗值；
29.步骤五：基于母线至故障点的阻抗值，和各配电变压器低压侧距离母线的等效电气距离坐标值进行最小差值匹配得到最小阻抗差值序列。
30.进一步优化方案为，准确故障点的获取方法为：
31.基于最小阻抗差值序列和配电变压器拓扑结构坐标得到最小阻抗差值序列的故障配电变压器编号及其路径；
32.根据故障指示器动作信号排除伪故障配电变压器和伪路径，得到准确故障点及其
路径。根据跳闸时长支线安装的故障指示器和分支开关故障电流值序列，确定故障主路径，去除其他伪故障支路最终得到唯一的故障定位的配电变压器的坐标及配变编号，即为准确故障点。
33.基于上述配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位方法，本方案还提供一种配电变压器低压故，包括：基础构建模块、采集模块、计算模块和筛除模块；
34.所述基础构建模块用于构建配电网基础数据；
35.采集模块用于采集故障数据；
36.所述计算模块基于配电网基础数据和故障数据进行故障阻抗粗略计算得到最小阻抗差值序列；
37.所述筛除模块基于最小阻抗差值序列、故障数据和配电网基础数据去除伪故障点得到准确故障点。
38.进一步优化方案为，所述基础构建模块包括：配电网基础参数计算单元和配电变压器拓扑结构坐标构建单元；
39.配电网基础参数计算单元计算母线电压、线路负荷、主变负荷、母线的系统阻抗值，和各配电变压器低压侧距离母线的等效电气距离坐标值；所述母线为配电线路所接的母线；
40.配电变压器拓扑结构坐标构建单元以母线为原点，根据配电线路拓扑结构，计算原点到至配电变压器高压侧这一路径的阻抗值，再结合配电变压器的固有参数计算出各电变压器的低压侧电气位置坐标。
41.进一步优化方案为，采集模块包括故障指示器，在配电网每条支线上装设故障指示器。
42.本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
43.本发明提供的一种配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位方法及系统，通过变电站端的电气故障量，结合故障数据，达到相对准确定位配电网中配电变压器低压侧短路引发的主线跳闸的故障变压器，以便迅速准确找到故障点，降低故障排查难度和成本，提高故障查找效率，减小故障时间及由此造成的经济损失，提高供电安全性、可靠性及时效性；配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位系统只需要结合少量支线开关和故障指示器，只需要安装一个故障指示器，即可达到相对准确定位配电网中配电变压器低压侧短路引发的主线跳闸的故障变压器，大幅减少故障指示器或配电自动化一二次设备的密集型配置和投资规模。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。在附图中：
45.图1为配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位方法流程示意图；
46.图2为配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位原理示意图；
47.图3为系统空载电压接近值计算原理图；
48.图4为实施例3示意图。
具体实施方式
49.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。
50.目前配电变压器低压侧故障导致跳闸引发的配电变压器故障定位存在以下几种方法及不足：故障报修电话方法用于故障配变定位的不足在于：1)隐性故障不容易引起台区用户注意；2)台区跌落保险可能不会熔断跌落，不容易观察；人工故障巡视法用于配网低压故障定位的不足在于：1)故障配变巡视缺乏有效的指导指标，巡视工作量大；故障指示器法，用于配变低压故障定位的不足在于：1)故障指示器仅能定位故障区段，无法有效确定故障点的精确位置；2)故障定位准确性取决于故障指示器的安装密度以及维护质量，难以满足配网线路维护的要求；3)故障指示器总投资较大，运行维护，升级换代代价较高。鉴于此，以下实施例以解决上述问题。
51.实施例1
52.如图1所示，本实施例提供一种配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位方法，包括步骤：
53.构建配电网基础数据；
54.采集故障数据；所述故障数据包括：故障电流、故障阻抗故障和指示器动作信号、；
55.基于配电网基础数据和故障数据进行故障阻抗粗略计算得到最小阻抗差值序列；
56.基于最小阻抗差值序列、故障数据和配电网基础数据去除伪故障点得到准确故障点。
57.所述配电网基础数据包括：配电网基础参数和配电变压器拓扑结构坐标；
58.所述配电网基础参数包括：母线电压、线路负荷、主变负荷、母线的系统阻抗值，和各配电变压器低压侧距离母线的等效电气距离坐标值zt(rt，xt)(其中，zt表示阻抗，rt表示电阻值，xt表示电抗值)；所述母线为配电线路所接的母线。
59.各配电变压器低压侧距离母线的等效电气距离坐标值的计算方法为：
60.以母线为原点，根据配电线路拓扑结构，计算原点到至配电变压器高压侧这一路径的阻抗值，再结合配电变压器的固有参数计算出各电变压器的低压侧电气位置坐标zt＝(rt，xt)。
61.根据电杆杆号、分支箱和环网柜连接拓扑结构以分形自相似原理构建配电变压器拓扑结构坐标。
62.配电变压器拓扑结构坐标构建方法具体为：
63.根据电杆杆号、分支箱和环网柜连接拓扑结构确定主线路径并对主线路径进行顺序编号；
64.各级支线以母线或上一级支线的t节点为起始点，按照主线路径编号原则进行顺序编号；
65.每台配电变压器的位置以小数点分隔，按照从主线t节点编号到各级支线t节点编号再到配电变压器高压侧编号的顺序，形成配电变压器拓扑结构坐标。
66.故障阻抗粗略计算包括以下步骤：
67.步骤一：根据故障前的母线电压、线路负荷电流、主变负荷和母线的系统阻抗值计算出故障前系统空载电压接近值u；系统空载电压接近值计算原理如图2和图3所示，
[0068][0069]
其中，为故障前母线电压，rs+jxs为系统阻抗；为故障前负荷电流值；
[0070]
在得到后，根据值，求得故障阻抗值，在减去系统阻抗rs+jxs后，得到zdt值。
[0071]
步骤二：基于系统空载电压接近值u和故障电流，计算出故障回路的阻抗值zdt(rd，xd)；
[0072]
步骤三：判断故障回路的阻抗是否越限，若故障回路阻抗越限，发配电变压器低压故障越级信息并进入步骤四；
[0073]
步骤四：用故障回路的阻抗值减去母线的系统阻抗值得到母线至故障点的阻抗值；
[0074]
步骤五：基于母线至故障点的阻抗值，和各配电变压器低压侧距离母线的等效电气距离坐标值进行最小差值匹配得到最小阻抗差值序列。
[0075]
准确故障点的获取方法为：
[0076]
基于最小阻抗差值序列和配电变压器拓扑结构坐标得到最小阻抗差值序列的故障配电变压器编号及其路径；
[0077]
根据故障指示器动作信号排除伪故障配电变压器和伪路径，得到准确故障点及其路径。
[0078]
实施例2
[0079]
一种配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位系统，包括：基础构建模块、采集模块、计算模块和筛除模块；
[0080]
所述基础构建模块用于构建配电网基础数据；
[0081]
采集模块用于采集故障数据；
[0082]
所述计算模块基于配电网基础数据和故障数据进行故障阻抗粗略计算得到最小阻抗差值序列；
[0083]
所述筛除模块基于最小阻抗差值序列、故障数据和配电网基础数据去除伪故障点得到准确故障点。
[0084]
所述基础构建模块包括：配电网基础参数计算单元和配电变压器拓扑结构坐标构建单元；
[0085]
配电网基础参数计算单元计算母线电压、线路负荷、主变负荷、母线的系统阻抗值，和各配电变压器低压侧距离母线的等效电气距离坐标值；所述母线为配电线路所接的母线；
[0086]
配电变压器拓扑结构坐标构建单元以母线为原点，根据配电线路拓扑结构，计算原点到至配电变压器高压侧这一路径的阻抗值，再结合配电变压器的固有参数计算出各电变压器的低压侧电气位置坐标。
[0087]
采集模块包括故障指示器，在配电网每条支线上装设故障指示器。
[0088]
故障数据由终端采集装置获取所需的故障参数值并传输至配电线路所接变电站内工控机；站端工控机进行数据的预处理后将相关信息发送至云计算平台；云计算平台计算出结果后分发故障定位相关信息给予相关人员。只需要安装一个故障指示器，大幅减少故障指示器或配电自动化一二次设备的密集型配置和投资规模。
[0089]
本配电变压器低压故障越级跳闸的故障定位系统由配电远方单元和监控中心构成，配电远方单元和监控中心可采用sms、gprs、5g、光纤、微波等多种通信方式。配电远方单元由故障指示器和通信主机组成。监控中心由路由器、通信交换机、服务器和客户端等多种设备组成，并且可以支持与其它运行管理系统的连接。配网低压故障越级定位系统能有效判定最大可能的故障配变，年均减少不小于80％里程的线路故障巡视工作量和成本；大幅降低故障停电时间，增加售电量，提高用户满意度，提升供电企业的经济效益和社会形象；大幅减少故障指示器或配电自动化一二次设备的密集型配置和投资规模。
[0090]
实施例3
[0091]
如图4所示，以母线为原点经过故障阻抗粗略计算得到最小阻抗差值序列用圆弧表示，最小阻抗差值序列中有5个可能故障位置，对应可能故障位置所在的线路两侧的配电变压器都是可疑故障配电变压器，结合动作故障指示器可以确定，实际故障点为圆弧顺时针方向的第二个可能故障位置，进而得到从母线到达实际故障点的路径。
[0092]
本领域普通技术人员可以理解实现上述事实和方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，涉及的程序或者所述的程序可以存储于一计算机所可读取存储介质中，该程序在执行时，包括如下步骤：此时引出相应的方法步骤，所述的存储介质可以是rom/ram、磁碟、光盘等等。
[0093]
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。