一种单相接地故障定位方法和系统与流程
本发明涉及一种单相接地故障定位技术，具体涉及一种单相接地故障定位系统和方法，属于电力系统继电保护领域技术领域。
背景技术：
智能电网的一个重要特征是能够自动检测故障并进行纠正性操作，最大程度地减少停电范围与停电时间，进而减少用户的停电损失。据统计，电力系统停电绝大部分是配电网原因引起的，单相接地故障占配电网故障总数的80％左右，其故障检测(选线、定位和隔离等)技术对提高供电可靠性，推动智能电网建设具有十分重要的意义。
我国配电网普遍采用不接地或经消弧线圈接地方式，其单相接地表现为小电流接地故障形式。目前，小电流接地故障检测技术仍普遍采用人工拉路的方式，即费时费力，又造成了不必要的停电损失。据统计，配网故障中20％左右是由于小电流接地引起的开关人工拉路引起的，对配网的可靠性造成了较大的影响。同时随着配网运检精益化程度的提高，需要快速对故障区段进行定位，更为严峻的是随着分布式电源在配网中的广泛接入，对于配网的高效故障定位的要求越来越高。小电流接地故障定位技术受故障信号微弱、现场运行环境复杂、故障检测设备可靠性低、故障原因多样等因素影响，故障检测准确率较低，因此小电流接地故障定位技术问题亟需要解决。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是现有技术中小电流接地故障定位技术受单一信号源信息丢失、信息源微弱的影响，故障检测准确率和可靠性低的问题，提供一种高精度小电流接地故障定位技术。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
在一方面，本发明提出一种单相接地故障定位方法，包括：
收集各检测装置所采集的故障数据；
对故障数据进行预处理，所述故障数据包括零序电压，当任意一个检测装置测得的零序电压超过预定门槛值时，则确定发生小电流接地故障；
确定发生小电流接地故障后计算各检测装置故障信息完整性，并根据信息完整性给故障研判结果置信度ri赋值；
当故障信息都完整时，判定选定检测装置的故障研判结果置信度满足特定要求时，则利用各故障检测装置进行单相接地故障区段的判断得到各故障检测装置的故障区段识别结果；
判断各故障检测装置的故障区段识别结果是否一致，若一致则确定各故障检测装置的故障区段识别结果为最终的故障区段；
若各故障检测装置的故障信息不完整或故障研判结果置信度不满足特定要求或故障区段识别结果不一致，则利用相关系数法确定最终的故障区段。
优选地，所述故障数据还包括三相电压信息、三相电流信息以及零序电流信息。
在以上技术方案中，所述检测装置包括配电自动化管理系统、电网调度自动化系统、用电信息采集系统、故障指示器和小电流接地故障选线装置。
进一步地，对故障数据进行预处理的方法如下：
利用正常情况下的电压和电流对pt(phasevoltagetransformers,电压互感器)和ct(currenttransformer,电流互感器)的极性进行校正，确定是否存在极性反接的情况；
分析对比小电流接地故障选线装置和故障指示器采集的电压和电流信息，确定故障发生时刻；
分别计算小电流接地故障选线装置和故障指示器所采集的电压和电流的突变量，当连续存在3个点的突变量达到整定门槛时，则判定首个突变量超过整定门槛所对应点的前一个点为故障起始时刻；
确定故障发生时刻后，利用fft变换对故障数据进行处理，计算稳态电流幅值和相位；
对小电流接地故障选线装置或故障指示器的暂态零序电流进行插值处理，保证频率相同。
在以上技术方案中，各检测装置故障信息完整性计算公式如下：
当故障信息完整性λi大于或等于完整性整定门槛时判定故障检测装置的故障信息是完整的；否则故障信息完整性λi小于完整性整定门槛时判定故障检测装置的故障信息是不完整的，所述完整性整定门槛的取值为0.7。
在以上技术方案中，利用相关系数法确定故障区段的方法如下：
如果区段两端检测点的检测装置测得的暂态零序电流波形相似系数未达到相似门槛值，则为非故障区段；
当两端检测点的检测装置测得的暂态零序电流波形相似系数达到相似门槛值，则判定为故障区段；
相似系数的表达式如下：
其中ρi(i+1)为第i套和第i+1套故障检测装置暂态零序电流波形的相似系数；i0i(xj)为第i套故障检测装置的暂态零序电流，i0(i+1)(xj)为第i+1套故障检测装置的暂态零序电流。
在另一方面，本发明提供了单相接地故障定位方法系统，包括：大数据分析平台和若干故障检测装置；
所述若干故障检测装置用于采集故障数据；
所述大数据分析平台，用于收集各检测装置所采集的故障数据；
所述大数据分析平台，还用于对故障数据进行预处理，所述故障数据包括零序电压，当任意一个检测装置测得的零序电压超过预定门槛值时，则确定发生小电流接地故障；确定发生小电流接地故障后大数据分析平台计算各检测装置故障信息完整性，并根据信息完整性给故障研判结果置信度ri赋值；
当各检测装置故障信息都完整时，判定选定检测装置的故障研判结果置信度满足特定要求时，则利用各故障检测装置进行单相接地故障区段的判断得到各故障检测装置的故障区段识别结果；
判断各故障检测装置的故障区段识别结果是否一致，若一致则确定各故障检测装置的故障区段识别结果为最终的故障区段；
若各故障检测装置的故障信息不完整或故障研判结果置信度不满足特定要求或故障区段识别结果不一致，则利用相关系数法确定最终的故障区段。
本发明所达到的有益效果：
1、本发明最大化的利用配网中的故障检测设备，实现基于多源信息的小电流接地故障定位技术，解决了现有基于单源信息的故障定位技术精度低的缺点；
2、本发明提出了基于多源信息的小电流接地故障定位技术，可解决现有人工拉路和人工巡线停电时间长，维护量大的缺点。
3、由于现场运行条件恶劣，会存在传感器极性反接，故障指示器不启动、掉线等信息不完整的情况；为了保证故障区段判别的正确性提高本发明方法的准确性和可靠性，本发明采用了数据预处理步骤，包括对电压和电流的极性校正以及数据完整性的判断和通过插值处理实现各检测装置的频率一致。
附图说明
图1是本发明具体实施例的方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
小电流接地故障发生后，存在以下特征：
1)故障相电压降低，非故障相电压升高，中性点电压偏移；
2)故障线路暂态零序电流幅值大于非故障线路，且极性相反；
3)故障区段两端暂态零序电流幅值比较大，极性相反且暂态波形不相似；非故障区段两端暂态零序电流幅值接近，极性相同且波形相似；
4)对于中性点不接地系统，故障线路稳态零序电流大于非故障线路，且极性相反；
5)对于中性点不接地系统，故障区段两端稳态电流幅值比较大，且极性相反，非故障区段两端电流幅值接近，且极性相同；
6)对于中性点经消弧线圈接地系统，故障线路稳态零序电流不存在明显故障特征；
7)对于中性点经消弧线圈接地系统，故障区段两端稳态零序电流不存在明显故障特征。
现有技术中已经开发的检测平台和系统有d5000系统、pms2.0系统、配网自动化系统、用电信息采集系统、故障统计上报系统和气象系统数据融合，实现了从变电站出线开关跳闸、开关运行数据、开关设备台账及配网线路、配变等台账和配变运行数据、气象数据全流程贯通，构建了电网改造跳闸数据库，实现设备台账、运行数据和气象数据的拼接，实现多领域、多业务场景的数据清洗与融合。
在小电流接地故障定位技术受故障信号微弱、现场运行环境复杂、故障检测设备可靠性低、故障原因多样等因素影响，故障检测准确率较低，故障检测始终是一个世界性的难题。
实施例1：图1是本发明具体实施例的方法流程图。图1示出了一种单相接地故障定位方法，包括：
(1)收集各检测装置所采集的故障数据；
(2)对故障数据进行预处理，所述故障数据包括零序电压，当任意一个检测装置测得的零序电压超过预定门槛值时，则确定发生小电流接地故障；
(3)确定发生小电流接地故障后计算各检测装置故障信息完整性，并根据信息完整性给故障研判结果置信度ri赋值；
(4)当故障信息都完整时，判定选定检测装置的故障研判结果置信度满足特定要求时，则利用各故障检测装置进行单相接地故障区段的判断得到各故障检测装置的故障区段识别结果；
(5)判断各故障检测装置的故障区段识别结果是否一致，若一致则确定各故障检测装置的故障区段识别结果为最终的故障区段；
(6)若各故障检测装置的故障信息不完整或故障研判结果置信度不满足特定要求或故障区段识别结果不一致，则利用所采集的信息进行相关性(即相关系数法)运算，最终确定故障区段。优选地，在判断故障区段后还包括判断故障如果是瞬时性故障，则记录故障；如果是永久性故障，则报警并记录故障。
本实施例基于多源信息融合的高精度小电流接地故障定位技术，克服单一信号源信息丢失、信息源微弱的缺点，可以达到支撑故障数据处理(置信度、冗余性等)和故障数据融合，进而实现高精度的故障定位。
在以上实施例的基础上，进一步地，在其他实施例中当各故障检测装置的故障信息不完整时结合历史故障信息对最终确定的故障区段进行修正。历史数据库是大数据分析平台的一个数据库，当信息源丢失或数据不可靠时，可利用各种历史信息给一个故障定位区段的推断结果。
实施例2：在以上实施例的基础上，本实施例综合利用配电自动化主站、新型配电终端及故障指示等系统采集的信息，基于大数据分析平台，从小电流接地故障特征出发，结合现有配电自动化系统、调度自动化系统、故障指示器和小电流接地故障选线装置的动作特征，实现高精度高准确性的故障定位。
在本实施例中作为多源信息的数据源的各检测装置包括：
1)配电自动化管理系统
配电网自动化管理系统是一个信息集成及综合利用系统，本专利利用配电自动化主站系统的信息如下：
①3u0告警信息辅助判断是否发生单相接地故障，如有3u0告警信息则可能发生单相接地故障；
②利用实时监控电压和电流数据，监测停电区域，以实现对基于大数据分析平台检测的单相接地故障定位结果进行确认，确定确实发生故障信息后，将故障位置信息存入历史故障信息库；
2)电网调度自动化系统
电网调度自动化系统实时采集的电压、电流信息监测停电范围，以实现对大数据分析平台单相接地故障定位结果进行确认，确定确实发生故障后，将故障位置信息存入历史故障信息库。
3)用电信息采集系统
用电信息采集系统采集的数据包括：电压、电流信息，确定停电范围和停电时间。大数据分析平台利用这些数据并结合故障定位结果，确定故障定位结果的准确度。
故障定位结果准确度计算：
其中
利用定位结果准确度信息，一是对大数据分析平台的定位结果进行反馈，以实现对大数据分析平台定位算法的改进；二是结合停电范围和故障判断范围，确定故障高发范围，并指导故障指示器最佳安装位置；三是将故障定位结果和故障定位准确度结合，确定最佳供电方式。
4)故障指示器
故障指示器是指一种安装在电力线(架空线，电缆及母排)上指示故障电流的装置。大多数故障指示器可以通过检测短路电流的特征来判别、指示短路故障。
本实施例中优选地，采用暂态录波型故障指示器。暂态录波型故障指示器是综合利用智能传感器技术、信号处理技术、人工智能技术和信息通信技术，高精度实时在线监测中压配电网线路电流、对地电场，在线路状态发生异常改变时触发高采样录波，根据录波数据可实现小电流接地系统接地故障准确定位、复杂故障过程回溯反演、线路异常状态提前预警，有效缩短线路故障恢复时间，变“被动报修”为“主动监控”，切实提升配电网运维水平，提高效益。
其采集的数据包括：三相电压、电流，零序电压、零序电流信息。大数据分析平台利用暂态录波型故障指示器的三相电压和电流信息，并计算零序分量，其中电压电流的计算方法如下：
u0＝(ua+ub+uc)/3
i0＝(ia+ib+ic)/3
暂态录波型故障指示器所采集的三相电压和三相电流信息进行断线的判断，当线路上有电压，而无电流时，则判定发生断线故障。
利用大数据分析平台对相邻两套暂态录波型故障指示器所计算的零序电流信息进行相关系数运算，当相关系数较小时，则判断为故障区段。
5)小电流接地故障选线装置
其采集的数据包括：零序电压、零序电流信息、选线结果。
大数据分析平台采集小电流接地故障选线装置采集的零序电压和零序电流信息、小电流接地故障选线装置的选线结果。
利用小电流接地故障选线结果判断故障出线，然后利用故障出线上的暂态录波型故障指示器的采集的零序电流信息进行相关系统计算，从而实现故障区段的判断。利用小电流接地故障选线装置采集的故障馈线出口处的零序电流信息和距变电站最近的暂态录波型故障指示器采集的零序电流信息进行相关系数计算，可实现死区的故障判定。
本实施例提供的一种单相接地故障定位方法，包括：
(1)收集各检测装置所采集的故障数据，所述检测装置包括配电自动化管理系统、电网调度自动化系统、用电信息采集系统、故障指示器和小电流接地故障选线装置；由于目前故障指示器多依靠现场电场变化启动检测，故障指示器不启动的概率较高，因此本实施例由大数据分析平台发生故障检测命令给故障指示器，并将故障指示器采集的故障信息送给大数据分析平台。
(2)对故障数据进行预处理，所述故障数据包括零序电压。本实施例中，变电站内的小电流接地故障选线装置或故障指示器将检测到零序电压，当任意一个检测装置测得的零序电压超过预定门槛值时，则确定发生小电流接地故障并发送故障信息给大数据分析平台。
(3)确定发生小电流接地故障后计算各检测装置故障信息完整性，并根据信息完整性给故障研判结果置信度ri赋值。当信息完整性低，置信度就低，也就是结果不可信；优选地，采用层次分析法进行置信度的赋值。
利用大数据分析平台对各系统(配电自动化系统、调度自动化系统、暂态录波型故障指示器、小电流接地故障选线装置)上传信息进行采集，确认是否发生小电流接地故障，在确认发生故障后，大数据分析平台对各系统上传数据的完整性进行确认，确认是否有数据丢失。
(4)当故障信息都完整时，判定选定检测装置的故障研判结果置信度满足特定要求时，则利用各故障检测装置进行单相接地故障区段的判断得到各故障检测装置的故障区段识别结果；本实施例中将所有检测装置故障研判结果置信度从高到低排序，判定小电流接地故障选线装置和暂态录波型故障指示器的故障研判结果置信度排在前两位时，则为选定检测装置的故障研判结果置信度满足特定要求。各检测装置采用现有技术进行单相接地故障区段的判断，在此不做赘述。
(5)判断各故障检测装置的故障区段识别结果是否一致，若一致则确定各故障检测装置的故障区段识别结果为最终的故障区段；
(6)若各故障检测装置的故障信息不完整或故障研判结果置信度不满足特定要求或故障区段识别结果不一致，则利用相关系数法确定最终的故障区段并报警和记录故障；
在以上实施例的基础上，为了保证故障区段判别的正确性提高本发明方法的准确性和可靠性，在具体实施例中采用的数据预处理步骤，包括对电压和电流的极性校正以及数据完整性的判断和通过插值处理实现各检测装置的频率一致。
优选地，对故障数据进行预处理的方法如下：
利用正常情况下的电压和电流对pt和ct的极性进行校正，确定是否存在极性反接的情况；
分析对比小电流接地故障选线装置和暂态录波型故障指示器采集的电压和电流信息，确定故障发生时刻；
分别计算小电流接地故障选线装置和故障指示器所采集的电压和电流的突变量，当连续存在3个点的突变量达到整定门槛时，则判定首个突变量超过整定门槛所对应点的前一个点为故障起始时刻；
确定故障发生时刻后，利用fft(fastfouriertransformation,快速傅氏变换)变换对故障数据进行处理，计算稳态电流幅值和相位；fft是离散傅氏变换(dft)的快速算法即为快速傅氏变换，其为现有技术，在此不做赘述。
对小电流接地故障选线装置或暂态录波型故障指示器的暂态零序电流进行插值处理，保证频率相同。
优选地，利用正常情况下的电压和电流对pt和ct的极性进行校正，确定是否存在极性反接的情况的方法如下：
利用正常情况下pt和ct采集的电压电流信息，计算电压u和电流i的夹角θ：
θ＝arg(u/i)
若线路末端为用电负荷，当电压超前电流，即θ＞0°时，pt和ct接线正确；
当电压滞后电流，即θ＜0°时，判定ct极性反接；
若线路末端为电源，当电压滞后电流，即θ＜0°时，pt和ct接线正确；当电压超前电流，即θ＞0°时，判定ct极性反接。
各检测装置故障信息完整性计算公式如下：
当故障信息完整性λi大于或等于完整性整定门槛时判定故障检测装置的故障信息是完整的；否则故障信息完整性λi小于完整性整定门槛时判定故障检测装置的故障信息是不完整的，优选地所述完整性整定门槛的取值为0.7。
在具体实施方式中优选地，在具体实施例中利用相关系数法确定故障区段的方法如下：如果区段两端检测点的检测装置测得的暂态零序电流波形相似系数未达到相似门槛值，则为非故障区段；
当两端检测点的检测装置测得的暂态零序电流波形相似系数达到相似门槛值，则判定为故障区段；
相似系数的表达式如下：
其中ρi(i+1)为第i套和第i+1套故障检测装置暂态零序电流波形的相似系数；i0i(xj)为第i套故障检测装置的暂态零序电流，i0(i+1)(xj)为第i+1套故障检测装置的暂态零序电流。
另一个实施例提供了单相接地故障定位方法系统，包括：大数据分析平台和若干检测装置；
所述若干故障检测装置用于采集故障数据；
所述大数据分析平台，用于收集各检测装置所采集的故障数据；
所述大数据分析平台，还用于对故障数据进行预处理，所述故障数据包括零序电压，当任意一个检测装置测得的零序电压超过预定门槛值时，则确定发生小电流接地故障；确定发生小电流接地故障后大数据分析平台计算各检测装置故障信息完整性，并根据信息完整性给故障研判结果置信度ri赋值；
当故障信息都完整时，判定选定检测装置的故障研判结果置信度满足特定要求时，则利用各故障检测装置进行单相接地故障区段的判断得到各故障检测装置的故障区段识别结果；
判断各故障检测装置的故障区段识别结果是否一致，若一致则确定各故障检测装置的故障区段识别结果为最终的故障区段；
若各故障检测装置的故障信息不完整或故障研判结果置信度不满足特定要求或故障区段识别结果不一致，则利用相关系数法确定最终的故障区段。
本实施例收集若干检测装置采集的故障数据，实现了多源数据的融合，最大化的利用配网中的故障检测设备，实现基于多源信息的小电流接地故障定位技术，解决了现有基于单源信息的故障定位技术精度低的缺点。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
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