一种利用三相不平衡度辨识台区变压器二次回路表计故障的方法与流程

1.本发明属于电力运行管理领域，尤其涉及一种用于台区变压器二次回路表计故障的辨识方法。


背景技术：

2.近年来，对供电网络(简称配网)精益化管理要求越来越高，线损作为一项核心经济指标，越来越受到重视。
3.随着配电室数量增多，位置分布供电公司辖区内小区和地下层，且配网消缺所涉及的专业不单一，使得10kv配电变压器电度表二次回路故障排查工作量大，成本高，对消缺效率要求高。
4.同时，低压配网用户类型复杂，用电习惯差距大和随机性强导致了每相负荷差距较大，造成低压配网呈现三相不平衡的情况，电流、电压等参数在不同场景下特征不明显，给故障排查带来了一定的困难。
5.现有文献对电度表数据特征和二次回路故障辨识进行了研究。在文献“变电站电能表二次回路故障辨识方法”(夏澍,徐英成,王思麒,裴晨皓.《电测与仪表》,2017,54(11):99-105.)中，提出了根据三相四线制和三相三线制电度表故障结果及母线平衡的电量数据对故障进行预判，但研究对象是针对变电，并未涉及配网三相不平衡的内容；在文献“智能电表故障辨识模型研究”(杨金成,蒋平,陈广宇,袁铁江,薛飞.《电器与能效管理技术》,2017(06):30-36.)中，基于电表计量数据提出了智能电表可能引起故障的各个因素，提出了一种智能电表故障辨识模型，从电表技术改进出发，并未考虑线损影响；在文献“配电网三相不平衡对线损增加率及电压偏移的影响”(王若丞.《电力工程技术》,2017,36(04):131-136.)中，引入了线损增长率参数，依据公式推导，分析了三相不平衡度对线损的影响，并未对故障场景进行分类和分析；在文献“供电企业中低压台区异常线损的故障排查方法”(刘超.《中国高新科技》,2019(09):83-85.)中，针对台区故障排查，只考虑了台区线损率一个指标；文献“基于用电信息采集系统的电能计量装置异常智能分析方法研究”(范洁,陈霄,周玉.《电测与仪表》,2013,50(11):4-9.)中，运用了规律性非连续算法和分类连续差值算法，从各个电参数锁定电能计量装置运行异常情况，但是依赖关键性阀值的确定；在文献“三相电能表失压故障追补电量在线计算”(陈劲游,彭昭煌,蔡春元.《电力系统自动化》,2013,37(19):100-104+135.)中，给出了三相四线电能表和三相三线电能表的单相失压追补电量的计算公式，但是其考虑的故障种类少，只考虑了失压情况。
6.现有研究大多是基于三相电流、电压对称的假设，对变压器二次回路表计进行故障分析，而在实际配网运行过程中，台区总表二次回路通常三相电流不平衡，电压也存在一定不平衡阙值，数据呈现动态特征，不够明显，因此将现有研究应用到配电台区总表侧有一定短板。


技术实现要素：

7.本发明所要解决的技术问题是提供一种利用三相不平衡度辨识台区变压器二次回路表计故障的方法。其根据实际运行数据，对配电台区电能表计常见故障进行归类分析，基于电流、电压等电参数的三相不平衡度，推导出不同故障情况下的数据特征；再经过对用电信息采集系统和配电监测平台(ts-run)系统所监测得到的数据进行清洗补正，结合10千伏分线线损率和台区线损率，对台区总表二次回路进行故障精确定位和异常排查。
8.本发明的技术方案是：提供一种利用三相不平衡度辨识台区变压器二次回路表计故障的方法，包括对台区变压器的台区计量数据进行收集、汇总，其特征是：
9.1)通过利用三相不平衡度计算，对各类台区总表的故障进行分析，列出故障情况与对应数据特征的关联关系，建立三相四线制配电台区总表的故障分析结果；
10.2)从用电采集系统和配电监测系统采集数据库中获取台区计量数据，排除采集影响；
11.3)检查是否是由倍率错误导致台区线损率异常；
12.4)辨识台区总表故障风险；
13.5)选取该台区正常时和异常的两个自然日，根据台区总表每15分钟一次的冻结电流电压序列{yi}得到有功{pi}曲线，将异常时的有功与台区线损率正常水平时的有功进行关联分析，判定故障电量比k是否在总表的故障分析结果数据特征范围内，辨识故障类型；
14.6)根据该台区总表在正常运行和异常时存在故障风险相的电压或电流，得到故障相有功pn；
15.7)根据三相总有功实测值及三相总有功实测值与三相总有功测得值的比值，来判定是否是表计电流或电压相序接错问题；
16.8)根据三相总有功测得值或故障电量比k的计算结果，判定是否是某相电流极性反接；
17.9)故障辨识完成，进行现场消缺。
18.记忆不到，所述的台区变压器二次回路表计故障的方法，根据实际运行数据，对配电台区电能表计常见故障进行归类分析，基于包括电流、电压在内的电参数的三相不平衡度，推导出不同故障情况下的数据特征；再经过对用电信息采集系统和配电监测平台系统所监测得到的数据进行清洗补正，结合10千伏分线线损率和台区线损率，对台区总表二次回路进行故障精确定位和异常排查。
19.具体的，当10千伏分线线损率异常时，通过一定周期内台区线损率前后对比，可筛选异常台区；若台区线损率指标变化不明显，且出现采集失败时，通过线性插值算法对无采集台区进行数据清洗和电量补正，以消除无采集对台区总表故障辨识的影响。
20.具体的，所述的三相不平衡度计算根据台区总表的三相四线制接线方式、其二次回路接线方式和向量图进行。
21.进一步的，所述的采集影响至少包括由于信号差、通信中断、通信不稳定导致总表无采集情况，此时的故障电量比k＝0。
22.具体的，在检查是否是由倍率错误导致台区线损率异常时，通过计算台区损失电量与台区总表显示电量的比值来获得台区线损率l。
23.进一步的，在辨识台区总表故障风险时，当三相电流不平衡度λ和三相电压不平衡
度ω超过预定阙值时，判定台区存在故障风险。
24.具体的，所述的辨识台区变压器二次回路表计故障的方法，分析多个故障场景下电流三相不平衡度、电压三相不平衡度、故比的数据特征，利用分线线损率和台区线损率，通过分析配电台区总表潜在故障原因，在考虑三相电流大小不对称的情况下，推导出不同故障情况下三相不平衡度和故障电量比的数据特征，建立台区二次回路电度表故障辨识模型，能够有效提高故障辨识的工作效率和排查速度。
25.进一步的，所述的辨识台区变压器二次回路表计故障的方法，将台区总表故障后数据显性表征与辨识模型数据匹配的方法，实现了通过故障电量比、三相不平衡度直接反映故障类型；采用闭环辨识台区总表不同故障类型的排查模式，减少了现场排查的工作量。
26.进一步的，所述的辨识台区变压器二次回路表计故障的方法，引入上级线路线损率与台区线损率，预先辨识出故障点故障可定位至具体某相的方法，故障辨识具有针对性；采用预判法，缩短了现场排查消缺时间及人力，实现了排查与消缺工作一站解决，提高了工作效率。
27.与现有技术比较，本发明的优点是：
28.1、采用了将台区总表故障后数据显性表征与本技术方案辨识模型数据匹配的技术方法，实现了通过故障电量比、三相不平衡度直接反映故障类型的技术效果；
29.2、由于采用了闭环辨识台区总表不同故障类型的技术方法，得到了减少现场排查工作量的技术效果；
30.3、由于采用了引入上级线路线损率与台区线损率，预先辨识出故障点故障可定位至具体某相的技术方法，得到了故障辨识具有针对性的技术效果，利用相关系统数据，即可在其他供电公司推广利用；
31.4、由于采用了预判法，缩短了现场排查消缺时间及人力，实现了排查与消缺工作一站解决，提高了工作效率的技术效果。
附图说明
32.图1a是三相四线制电度表的接线方式示意图；
33.图1b是三相四线制相量图；
34.图2是分线线损率和下接台区电量关联关系示意图；
35.图3是本发明表计故障辨识方法的方框示意图。
具体实施方式
36.下面结合附图对本发明做进一步说明。
37.1、台区总表故障类型：
38.根据某供电公司近5年来台区消缺数据，配电台区总表常见故障有下述6种故障。
39.(1)采集问题。
40.(2)档案倍率和现场倍率不一致。
41.(3)表计电压缺失。
42.(4)表计电流缺失。
43.(5)表计电流或电压相序接反。
44.(6)表计电流或电压极性接反。
45.2、故障分析：
46.台区总表普遍采用三相四线制接线方式，其二次回路接线方式和向量图如图1所示。
47.正常运行时，台区总表功率显示为式(1)所得值。
[0048][0049]
通常，电流三相不平衡度有两种常用计算方式。
[0050]
为了综合考虑三相最大最小电流对三相不平衡度的影响，设三相最大电流i
zd
＝max(ia,ib,ic)，三相最小电流i
zx
＝min(ia,ib,ic)，三相电流不平衡度λ的表达式可以如式(2)所示。
[0051][0052]
其中，三相最小电流i
zx
＝(1-λ)i
zd
ꢀꢀꢀ
(3)
[0053]
通常，电压不平衡度ω的表达式可以如式(4)所示。
[0054][0055]
其中u
zd
为最大电压，u
zx
为最小电压。
[0056]
用故障电量比k来表示故障时的有功显示值与正常时的有功显示值。
[0057]
电力系统中规定，电压值正负偏差绝对值不超过额定电压的10％，设正常时功率因数为1，因此故障电量比k可以简化为式(5)。
[0058][0059]
上述各电量参数及下标的字母含义，从业内习惯用法，下同。
[0060]
2.1、采集问题：
[0061]
在台区采集电参数相关数据时，可能出现由于信号差、通信中断、通信不稳定导致总表无采集情况。此时的故障电量比k＝0，即：
[0062][0063]
2.2、表计电压缺失：
[0064]
当台区总表出现接线松动、熔丝熔断等故障时，主要体现为表计失压。
[0065]
本技术方案中，将从表计完全失压和表计部分失压分别进行计算。
[0066]
当表计单相部分失压，设a相此时电压为xua(0＜x＜1)，则此时电度表显示数为式(6)可得。此时电压不平衡度0≤ω≤0.2。
[0067][0068]
则故障电量比k体现为
[0069][0070]
同样，当表计两相、三相部分失压时，也存在(0≤ω≤0.2)&(0＜k《1)的关系。
[0071]
当(0≤ω≤0.2)&(0＜k《1)返回值为1时，故障类型为失压。
[0072]
当表计单相完全失压，设a相失压，此时电压不平衡度ω为1。
[0073]
设ia为最大相电流，中间相电流为δia，0≤δ≤1。故障时中间相电流为δ1i。
[0074]
则故障电量比k为：
[0075][0076]
δ实际上趋近于1，可得：
[0077][0078]
当两相完全失压时，可得：
[0079][0080]
所以当返回值为1时，故障类型为表计单相失压。返回值为1时，故障类型为表计两相失压。当三相完全失压时，k＝0。
[0081]
2.3、表计电流缺失：
[0082]
当台区总表出现单相短接或两相短接等故障时，主要体现为表计部分失流。
[0083]
当表计单相部分失流，通常三相电流不平衡度不超过30％，设ib为最大电流，设a相此时电压为xia(0＜x＜1)。
[0084][0085]
电流不平衡度如式(13)所示。
[0086][0087]
此时的失流功率和正常时功率比为：
[0088][0089]
单相失流时，
[0090]
同样，两相、三相部分失流时，故障电量比k满足
[0091]
所以当返回值为1时，故障类型为表计失流。
[0092]
当表计单相完全失流，设a相失流，此时电压不平衡度λ为1。
[0093]
此时失流功率和正常时功率比为：
[0094][0095][0096]
同样，当两相完全失流时，k满足
[0097]
所以当返回值为1时，故障类型为表计单相或两相失流。三相失流时k＝0。
[0098]
2.4、表计电流或电压相序接错：
[0099]
若三相中有两相相序接错，此时三相总有功实测值如式(17)所示。
[0100][0101]
此时k＝0。
[0102]
若三相电流、电压相序均不对应时，可以分为12种组合。第一种组合为实际测得的功率因数角和实际功率因数角之间满足超前120
°
，如电压相序为a-b-c，电流为b-c-a时，三相总有功测得值如式(18)所示。
[0103][0104][0105][0106]
2.5、表计电流或电压极性接反：
[0107]
若表计中电压/电流进出线接反。设a相电流反接，ia为最大相电流，三相总有功测得值如式(21)所示。
[0108][0109][0110][0111]
若a、b相电流反接，设ia为最大相电流，ib为最小相电流，三相总有功测得值如式(24)所示。
[0112][0113]
[0114]
k∈(-2,0)
ꢀꢀꢀ
(26)
[0115]
若a、b相电流反接，设ia为最大相电流，ic为最小相电流，三相总有功测得值如式(27)所示。
[0116][0117][0118][0119]
若a、b、c相电流反接，三相总有功测得值如式(30)所示。
[0120][0121][0122]
2.6、倍率不一致：
[0123]
根据《国家电网计量用低压电流互感器技术规范书》，互感器额定一次电流的标准值为：10a、15a、20a、30a、40a、50a、60a、75a、80a及其十进位倍数或小数。当存在电感器档案倍率错误时，设错误倍率为m
p
，现场实际倍率为mr，则呈现出失流或过流状态。
[0124]
当m
p
》mr时，k》1；当m
p
《mr时，0≤k≤1。
[0125]
通过对六类台区总表故障进行分析，可以得到表1结果。
[0126]
表1三相四线制配电台区总表分析结果
[0127][0128]
3、引入分线线损率和台区线损率的台区总表故障辨识步骤：
[0129]
步骤1)，从用电采集系统和配电监测系统采集数据库中获取台区计量数据，排除
采集影响。
[0130]
在台区采集电参数相关数据时，信号差、通信中断、不稳定均可导致故障排查不准确的情况。
[0131]
当10千伏分线线损率异常时，通过一定周期内台区线损率前后对比可筛选异常台区。若台区线损率指标变化不明显，且出现采集失败时，通过线性插值算法可以对无采集台区进行数据清洗和电量补正，以消除无采集对台区总表故障辨识的影响。
[0132]
线性插值法是将相邻时间段内把由用电采集系统所采集的电流、电压等数据点用直线连接，再对所得曲线进行插值计算，从而获得当天所缺电量。从配电负荷监测系统中提取相邻2个时间点配电变压器智能电表的电流电压序列数据，设台区总表在i时间点所采集的电压、电流等数据序列为，则t个时间点内采集的电压电流序列为{yi}(i＝1,2,
…
,n)，{yi}为ui和ii的组合序列。
[0133]
设相邻2个时间点台区变压器智能电表的电压电流序列为{yj}和{ys}，则区间[j,k]内任一无采集的时间点的电流电压序列ym如式(32)所示。
[0134][0135]
由式(32)计算可得在m时间点无采集台区的电流电压序列，通过补正电量消除无采集台区对台区总表故障辨识的影响。
[0136]
步骤2)，检查是否是由倍率错误导致台区线损率异常。
[0137]
此处引入台区线损率l，台区线损率l为台区损失电量与台区总表显示电量的比值，计算公式为式(33)。
[0138][0139]
若该台区流变实际倍率和现场不一致，假设在正确倍率下l∈[0,6],通过推导可得倍率不一致时台区线损率的异常区间，如表2所示。
[0140]
表2现场实际与档案倍率不一致时异常线损率变化范围
[0141][0142]
将异常台区线损率同表2进行核对，若范围一致，则有可能是现场互感器倍率与档案倍率不一致导致的台区线损异常，需到现场核实实际互感器倍率，并需对系统档案进行维护。
[0143]
步骤3)，辨识台区总表故障风险。
[0144]
当三相电流不平衡度λ和三相电压不平衡度ω超过一定阙值时，判定台区存在故障风险。
[0145]
步骤4)，选取该台区正常时和异常的两个自然日，根据步骤1中台区总表每15分钟一次的冻结电流电压序列{yi}得到有功{pi}曲线，将异常时的有功与台区线损率正常水平时的有功进行关联分析，关联模型如式(34)所示，台区损失电量为δp'，判定k是否在表1范围内，辨识故障类型。
[0146][0147]
步骤5)，根据该台区总表在正常运行和异常时存在故障风险相的电压或电流，得到故障相有功pn。
[0148]
根据10kv分线线损率计算规则，在排除了其他用户或台区采集问题的情况下，取线路损失电量δp
10kv
，将δp
10kv
、lw和故障相的电压、电流等电参数进行关联分析，若和δp
10kv
呈相关性，且和lw呈正相关，则为该相失压失流。否则，排除失压失流风险。
[0149]
步骤6)，根据式(17)，(19)来判定是否是表计电流或电压相序接错问题，若在某时间点后，lw＝0，是两相相序接错；若在某时间点后，lw＜0，则是三相相序均不对应。
[0150]
步骤7)，根据式(22)、(25)、(28)、(31)判定是否是某相电流极性反接。
[0151]
步骤8)，故障辨识完成，进行现场消缺。
[0152]
5、验证分析：
[0153]
为了验证本技术方案提出的表计故障辨识方法的有效性，选取台区线损率合理阙值为[0,10]，筛选出6个异常台区，且影响某供电公司2020年3月至6月内分线线损率线路6条。
[0154]
其中，a线为一条持续高损的10千伏分线线路，售电侧接有3个台区公变和1个专变用户。其中台区2间歇性无采集，通过式(33)对台区2进行电量清洗补正，得2020年2月1日至2020年5月31日间的电量和分线线损率关系如图2所示，其中台区1-3分别对应着a线下3个台区，4为所接专变用户。
[0155]
由图2可见，在2.1日至3.15日，在线损合理的状态下，台区1的日电量可达5000kwh以上，线路线损率合理，维持在0-3％；自3.16日起，由合理的1％突变至14％，之后稳定于30％左右，可见线路存在明显的用电异常。
[0156]
排除了用户电量出现异常之后，通过一体化系统采集到a线日损失电量δp
10kv
、线损率及台区1-3电量数据，通过用采系统及配电监测系统获得三相电流、电压等参数，建立日损失电量-台区电量-台区线损率-相电压、电流模型。
[0157]
通过计算，可得台区1三相电压、电流不平衡度为λ＝0.88,ω＝0.005，故障比为k＝0.39，且a、b两相电流与lw呈正相关，和δp
10kv
呈负相关。
[0158]
根据本技术方案所提出的基于三相不平衡的台区总表二次辨识方法，由相关技术人员于5月底现场进行排查，发现是由于3月16日工程原因，导致台区1的总表相短接片未拨回，导致a、b相电流异常偏小。经过修正，a线线损率为0.8％，变为合理。
[0159]
通过采用上述方法对剩余5个台区进行验证，通过现场消缺发现和通过本技术方案所辨识出的故障相一致，从而验证了本技术方案提出的基于不平衡度的多参数辨识台区二次回路电度表故障方法是有效的，可以有效提高工作效率和排查速度。
[0160]
表3故障分析结果
[0161][0162]
由于在实际供电运行环境中，台区总表的二次回路电流电压序列通常呈现出三相不平衡特征，考虑三相平衡的电度表二次回路故障辨识方法并不适用，本发明的技术方案，分析了多个故障场景下电流三相不平衡度、电压三相不平衡度、故比的数据特征，进而利用分线线损率和台区线损率，提出了一种基于三相不平衡度的台区总表二次回路故障辨识方法，通过分析配电台区总表潜在故障原因，在考虑三相电流大小不对称的情况下，推导出不同故障情况下三相不平衡度和故障电量比的数据特征，建立了台区二次回路电度表故障辨识模型及辨识方法，最后通过实例验算，验证了本技术方案的正确性。
[0163]
本发明的技术方案的实施，能够有效提高故障辨识的工作效率和排查速度。
[0164]
本发明可广泛用于电力运行管理领域。