一种配电网故障诊断方法和装置与流程

本发明涉及电力技术领域，尤其涉及一种配电网故障诊断方法和装置。

背景技术：

在现有的电力技术领域，电力系统由发电、输电、配电和用户共四个部分组成。其中，配电部分主要包括配电网，配电网连接于输电线路与用户之间，用于将电能分配给用户。

由于配电网结构复杂，当配电网出现故障时，往往难以准确地诊断配电网故障类型，不利于在配电网发生故障后及时抢修。

如何准确诊断配电网故障的类型，是本申请方案要解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请实施例的目的是提供一种配电网故障诊断方法和装置，用以准确诊断配电网故障。

第一方面，提供了一种配电网故障诊断方法，包括：

测量配电网以获取所述配电网的故障相关信息，所述故障相关信息包括以下至少一项：各相的相电压、中性点偏移电压、各相的相电流；

确定与所述故障相关信息匹配的预设故障信息对应的故障类型为所述配电网的故障类型。

第二方面，提供了一种配电网故障诊断装置，包括：

测量模块，用于测量配电网以获取所述配电网的故障相关信息，所述故障相关信息包括以下至少一项：各相的相电压、中性点偏移电压、各相的相电流；

确定模块，用于确定与所述故障相关信息匹配的预设故障信息对应的故障类型为所述配电网的故障类型。

第三方面，提供了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器及存储在该存储器上并可在该处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被该处理器执行时实现如第一方面该的方法的步骤。

第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如第一方面该的方法的步骤。

在本申请实施例中，通过测量配电网的故障相关信息，在故障相关信息与预设故障信息相匹配的情况下，根据故障相关信息和预设故障信息确定配电网的故障类型。其中，故障相关信息包括以下至少一项：各相的相电压、中性点偏移电压、各相的相电流。本申请提供的方案能根据配电网的故障相关信息，结合预设故障信息对配电网进行诊断，能通过测量较少的故障相关信息实现对配电网故障的准确诊断，有助于对配电网故障及时抢修。

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，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1a是本发明的配电网结构示意图之一；

图1b是本发明的配电网结构示意图之二；

图1c是本发明的配电网结构示意图之三；

图2是本发明的一种配电网故障诊断方法流程示意图之一；

图3是本发明的一种配电网故障诊断方法流程示意图之二；

图4是本发明的一种配电网故障诊断方法流程示意图之三；

图5是本发明的一种配电网故障诊断方法流程示意图之四；

图6是本发明的一种配电网故障诊断方法流程示意图之五；

图7是本发明的一种配电网故障诊断方法流程示意图之六；

图8是本申请的一种配电网故障诊断装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本申请中附图编号仅用于区分方案中的各个步骤，不用于限定各个步骤的执行顺序，具体执行顺序以说明书中描述为准。需要说明的是，实施例所提供方法的各步骤的执行主体均可以是同一设备，或者，该方法也由不同设备作为执行主体。

在现有的电力技术领域，电力系统能够实现向居民、工厂、商场以及医院等用户不停地提供电能，这些电能在满足我们正常生活的基础上，还需要更高的品质。提高电力系统的可靠性，能一定程度上降低故障发生率以及故障损害度，使各种电力设备得到合理利用，从而能向电力用户提供高质量的电能，满足电力用户的需求。

在现有供电系统结构中，配电网的网络结构复杂、分支较多，容易发生故障。但配电网发生故障后，往往难以在第一时间监测到故障。当配电网发生短路故障时，有可能会出现区域性断电，容易引发电力安全问题。因此，如何在配电网发生故障时，及时准确地对配电网故障类型进行诊断，是现有技术中亟待解决的问题。

在实际应用中，根据中性点接地方式的不同，可以将配电网划分为多种结构。配电网至少包括以下三种结构：

结构一：中性点不接地结构

如图1a所示，中性点不接地结构要求电力系统的单相接地故障电容电流不大于10a，系统绝缘可靠，能耐受至少2倍相电压的过电压水平。这样的配网一般规模小，供给的负荷重要性较低，缺乏负荷转供能力，这种结构能有效保证单相接地故障下系统供电可靠性。

结构二：中性点经消弧线圈接地结构

如图1b所示，中性点经消弧线圈接地结构要求消弧线圈具有自动跟踪调谐能力，系统设备绝缘能力应与中性点不接地结构下一致。这样的配网一般具有较大的规模或具有大量的电缆线路，系统的单相接地故障电容电流大于10a并小于150a，选择不接地方式会出线弧光过电压问题，并应具备单相故障选线定位装置，在单相接地故障后选线定位并尽快将故障线路切除，以降低人身触电安全风险。对于负荷重要性和自动化水平较低、缺乏负荷转供能力的区域，原则上单相接地故障后可继续运行一段时间，来保证供电可靠性，但不应超过2小时。

结构三：中性点直接接地结构

如图1c所示，中性点直接接地结构要求配备具有快速动作能力的保护装置，并且配电线路应具有较高的绝缘化率，以避免接地保护频繁动作。接地电阻应能够将故障电流限制在一定范围，如大于或等于150a且小于或等于800a，并保证接地保护具有足够的灵敏度以便故障后瞬时断开故障线路。这样的配网一般具有更多的电缆线路，单相接地故障电容电流更大，往往大于150a，消弧线圈补偿困难，或为了供电设备长期可靠不希望其过电压运行，并具有较好的负荷转供能力，通过负荷快速转移确保负荷供电可靠性。

基于上述三种配电网结构，同一个的配网可选择的中性点接地方式并不是唯一的。通常情况下，同一供电区域或可互供的区域，采用相同的中性点接地方式，以避免接地保护方式配合问题，便于供电管理。

为了解决现有技术中存在的上述问题，如图2所示，本申请提供一种配电网故障诊断方法，包括以下步骤：

s21：测量配电网以获取所述配电网的故障相关信息，所述故障相关信息包括以下至少一项：各相的相电压、中性点偏移电压、各相的相电流。

由于配电网结构复杂，配电网发生故障后有可能引发区域性断电等现象。一旦配电网发生故障，可以通过测量点对配电网进行测量，获取配电网的故障相关信息。测量点可以预先设定，也可以根据配电网实际发生的故障情况而确定。通常情况下，发生故障后的配电网的各相的相电压、中性点偏移电压、各相的相电流往往会出现一定的变化。通过测量配电网，获取配电网的故障相关信息能获取到配电网发生故障的实际情况，为之后分析确定配电网发生故障的类型提供数据参考。

s22：确定与所述故障相关信息匹配的预设故障信息对应的故障类型为所述配电网的故障类型。

将测量得到的故障相关信息与预设故障信息进行比对，确定与故障相关信息相匹配的预设故障信息。随后，确定与预设故障信息相对应的故障类型，将该故障类型确定为配电网的故障类型。

在本申请实施例中，通过测量配电网的故障相关信息，在故障相关信息与预设故障信息相匹配的情况下，根据故障相关信息和预设故障信息确定配电网的故障类型。其中，故障相关信息包括以下至少一项：各相的相电压、中性点偏移电压、各相的相电流。本申请提供的方案能根据配电网的故障相关信息，结合预设故障信息对配电网进行诊断，能通过测量较少的故障相关信息实现对配电网故障的准确诊断，有助于对配电网故障及时抢修。

在实际应用过程中，由于配电网结构复杂，使得在电力系统中，配电网的故障率较高。配电网有可能出现各种类型的故障，从电气的角度看，配电网发生的故障可以分为短路型故障和断路型故障，其中，短路型故障往往会引发严重的后果。

根据配电网故障时各种电气量的特点，可以将短路故障分为对称短路故障和不对称短路故障。其中对称短路故障只包括三相接地短路，而不对称短路故障则包括单相接地短路、两相接地短路和两相短路几种类型。实际电网中，就这些故障类型的发生概率来说，大概有65％的故障是单相接地故障，大概有20％的故障是两相接地故障，大概有10％的故障是两相故障，大概只有5％的故障是三相接地故障。

针对上述多种故障，本申请通过以下方案进行配电网故障诊断。

基于上述实施例所述的方法，所述故障相关信息包括各相的相电流，如图3所示，上述步骤s22，包括：

s221：当所述各相的相电流均超过预设相电流时，确定所述配电网的故障类型为三相接地故障。

对于不同的配电网，可以根据配电网的结构特点预先设置上述预设相电流，预设相电流的数量可以为一个或多个，多个预设相电流可以相同也可以不相同。上述预设相电流可以是配电网正常运行时测量得到的各相的相电流。

当发生三相接地故障时，配电网中所有线路的电流都会变大。假设预设相电流是配电网正常运行时测量得到的各相的相电流。当配电网中包括a相、b相和c相时，发生三相接地故障时，测量配电网得到的故障相关信息满足下式(1)：

式(1)中，ia(n)、ib(n)、ic(n)分别表示配电网发生故障后abc三相电流的有效值；ia(n-1)、ib(n-1)、ic(n-1)分别表示配电网正常运行时abc三相电流的有效值。

当配电网出现三相接地故障时，配电网中每相的相电流均会出现明显增大，通过各相的相电流能准确地诊断故障配电网的故障类型是否为三相接地故障。在本方案中，各相的相电流易于检测，发生三相接地故障时相电流的变化量明显，诊断结果可靠。本申请提供的方案能根据配电网的故障相关信息，结合预设故障信息对配电网进行诊断，能通过测量较少的故障相关信息实现对配电网故障的准确诊断，有助于对配电网故障及时抢修。

基于上述实施例所述的方法，如图4所示，上述步骤s22，包括：

s222：当所述各相的相电流中存在电流有效值相等，且电流方向相反的两相相电流时，确定所述配电网的故障类型为两相短路故障。

本方案中测量得到的故障相关信息包括各相的相电流，其中，各相的相电流具体可以包括相电流的幅值和相电流的相角。两相短路故障可以指配电网的三相电路中存在两相电路相互搭接，形成短路，但配电网中各相线路均未接地。

当配电网发生两相短路故障时，发生故障的两条线路之间会构成一个回路，同时会有一个电流在这个回路中流动，而且两条线路中电流的大小相等、流向相反。

具体的，假如配电网中包括a相、b相和c相，其中，a相和b相发生两相短路故障，此时，测量配电网得到的故障相关信息满足下式(2)：

式(2)中，和分别表示a相和b相的电流的幅值；和分别表示a相和b相相电流的相角。

在配电网发生两相短路故障时，有两相的相电流的有效值相等且电流方向相反。在本方案中，各相的相电流易于检测，根据相电流的方向确定故障类型为两相短路故障，诊断结果可靠。本申请提供的方案能根据配电网的故障相关信息，结合预设故障信息对配电网进行诊断，能通过测量较少的故障相关信息实现对配电网故障的准确诊断，有助于对配电网故障及时抢修。

基于上述实施例所述的方法，所述故障相关信息包括各相的相电压和中性点偏移电压。

其中，如图5所示，上述步骤s22，包括：

s223：当所述各相的相电流均未超过预设相电流，且所述三相电流中不存在电流有效值相等且电流方向相反的两相相电流时，根据所述各相的相电压和所述中性点偏移电压确定所述配电网的故障类型。

当测量配电网得到的各相的相电流均未超过预设相电流时，可以确定配电网的故障类型不是三相接地故障。进一步的，当各相的相电流中不存在电流有效值相等且电流方向相反的两相相电流时，可以确定配电网的故障类型不是两相短路故障。在这种情况下，配电网发生的故障有可能是单相接地故障或者两相接地故障。

本申请提供的方案能根据配电网的故障相关信息，结合预设故障信息对配电网进行诊断，能通过测量较少的故障相关信息实现对配电网故障的准确诊断，有助于对配电网故障及时抢修。

当配电网发生单相接地故障或两相接地故障时，中性点偏移电压会根据配电网实际发生的故障而变化。根据中性点偏移电压能体现出配电网实际发生的故障情况。当配电网发生单相接地故障或两相接地故障时，可以通过以下方案对配电网实际发生的故障进行诊断。

基于上述实施例所述的方法，如图6所示，上述步骤s223，包括：

s2231：当所述各相的相电压中的最大相电压的相位滞后于所述中性点偏移电压的相位时，确定所述配电网的故障类型为单相接地故障。

当配电网发生单相接地故障时，配电网的各相的相电压的最大值的相位，往往会滞后于配电网的中性点偏移电压的相位。进一步的，比较配电网中各相的相电压相位和相位的超前滞后关系，其中相电压相位滞后的那一相就是故障相，相电压相位超前的两相就是非故障相。

本方案中测量配电网得到的各相的相电压中包括相电压的相角。当配电网发生了单相接地故障时，配电网中各相的相电压的最大值的相角和配电网的中性点偏移电压的相角满足下式(3)：

式(3)中，表示相电压的最大值的相角；表示中性点偏移电压的相角。

假如配电网包括a相、b相和c相，其中，a相发生接地故障，此时，配电网中各相的相电压的相角与配电网中各相的相电压的最大值的相角满足下式(4)：

式(4)中，表示相电压的最大值的相角；分别表示相a、相b和相c的相电压的相角。

本申请提供的方案根据测量配电网得到的各相的相电压对配电网发生的故障进行诊断。其中，配电网中各相的相电压易于测量，诊断结果准确。本申请提供的方案能根据配电网的故障相关信息，结合预设故障信息对配电网进行诊断，能通过测量较少的故障相关信息实现对配电网故障的准确诊断，有助于对配电网故障及时抢修。

基于上述实施例所述的方法，如图7所示，上述步骤s223，包括：

s2232：当所述各相的相电压中的最大相电压的相位超前于所述中性点偏移电压的相位时，确定所述配电网的故障类型为两相接地故障。

当发生两相接地故障时，配电网的各相的相电压的最大值的相位，往往会超前于配电网的中性点偏移电压的相位。其中，相电压为的相为正常相，而其余相电压不为的相为发生接地故障的相。

假如配电网包括a相、b相和c相，配电网发生了两相接地故障，此时，配电网中各相的相电压的最大值的相角与配电网的中性点偏移电压的相角满足下式(5)：

式(5)中，表示相电压的最大值的相角；表示中性点偏移电压的相角。

在配电网的a相、b相和c相中，假如a相和b相接地，形成两相接地故障，此时，c相的相电压与各相的相电压的最大值满足下式(6)：

式中，表示各相的相电压的最大值；表示c相的相电压。

本申请提供的方案根据测量配电网得到的各相的相电压对配电网发生的故障进行诊断。其中，配电网中各相的相电压易于测量，诊断结果准确。本申请提供的方案能根据配电网的故障相关信息，结合预设故障信息对配电网进行诊断，能通过测量较少的故障相关信息实现对配电网故障的准确诊断，有助于对配电网故障及时抢修。

为了解决现有技术中存在的上述问题，如图8所示，本申请提供一种配电网故障诊断装置80，包括：

测量模块81，用于测量配电网以获取所述配电网的故障相关信息，所述故障相关信息包括以下至少一项：各相的相电压、中性点偏移电压、各相的相电流；

确定模块82，用于确定与所述故障相关信息匹配的预设故障信息对应的故障类型为所述配电网的故障类型。

基于上述实施例提供的装置，所述确定模块82，用于：

当所述各相的相电流均超过预设相电流时，确定所述配电网的故障类型为三相接地故障。

基于上述实施例提供的装置，所述确定模块82，用于：

当所述各相的相电流中存在电流有效值相等，且电流方向相反的两相相电流时，确定所述配电网的故障类型为两相短路故障。

基于上述实施例提供的装置，所述故障相关信息包括各相的相电压和中性点偏移电压；

其中，所述确定模块82，用于：

当所述各相的相电流均未超过预设相电流，且所述三相电流中不存在电流有效值相等且电流方向相反的两相相电流时，根据所述各相的相电压和所述中性点偏移电压确定所述配电网的故障类型。

基于上述实施例提供的装置，所述确定模块82，用于：

当所述各相的相电压中的最大相电压的相位滞后于所述中性点偏移电压的相位时，确定所述配电网的故障类型为单相接地故障。

基于上述实施例提供的装置，所述确定模块82，用于：

当所述各相的相电压中的最大相电压的相位超前于所述中性点偏移电压的相位时，确定所述配电网的故障类型为两相接地故障。

在本申请实施例中，通过测量配电网的故障相关信息，在故障相关信息与预设故障信息相匹配的情况下，根据故障相关信息和预设故障信息确定配电网的故障类型。其中，故障相关信息包括以下至少一项：各相的相电压、中性点偏移电压、各相的相电流。本申请提供的方案能根据配电网的故障相关信息，结合预设故障信息对配电网进行诊断，能通过测量较少的故障相关信息实现对配电网故障的准确诊断，有助于对配电网故障及时抢修。

优选的，本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器，存储器，存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述一种配电网故障诊断方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述一种配电网故障诊断方法实施例的各个过程，且能达到相同的技术效果，为避免重复，这里不再赘述。其中，所述的计算机可读存储介质，如只读存储器(read-onlymemory，简称rom)、随机存取存储器(randomaccessmemory，简称ram)、磁碟或者光盘等。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

在一个典型的配置中，计算设备包括一个或多个处理器(cpu)、输入/输出接口、网络接口和内存。

内存可能包括计算机可读介质中的非永久性存储器，随机存取存储器(ram)和/或非易失性内存等形式，如只读存储器(rom)或闪存(flashram)。内存是计算机可读介质的示例。

计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(pram)、静态随机存取存储器(sram)、动态随机存取存储器(dram)、其他类型的随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、电可擦除可编程只读存储器(eeprom)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(cd-rom)、数字多功能光盘(dvd)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本申请实施例中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitorymedia)，如调制的数据信号和载波。

还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本发明的保护之内。