一种融合电力量测信息的电缆故障研判方法及终端与流程

1.本发明涉及电缆故障研判领域，尤其涉及一种融合电力量测信息的电缆故障研判方法及终端。


背景技术：

2.随着电力电缆网络的日益复杂化，电缆的故障巡检和排查工作对于电缆运维管理部门造成了严重的工作压力。电力电缆敷设的地域范围广泛，有相当一部分电力电缆深埋在地下，出现故障的位置与类型是高度随机的，所以采用人工现场巡检的方式会面临着作业地理环境复杂、条件艰苦、检修难度大等问题。另外，人工巡检管理模式也无法达到对电力电缆故障的实时监测和定位处置，从而对电力系统运行的整体稳定性与可靠性造成了非常大的困扰。
3.总体而言，电缆的绝缘劣化程度随服役时间的增加而增加，但实际中，电缆绝缘劣化的速度很大程度上受运行工况、敷设环境等综合因素的影响，难以单纯通过服役时间来量化。因此，对电缆绝缘状态进行定量检测、并提供可靠的评估指标，是指导安排电缆更换检修计划的必要手段。目前，评定电缆绝缘状态的预防性试验(离线测量)已在电力部门形成标准规程，如绝缘电阻测量、变频谐振耐压试验、介电损耗检测、超低频(0.01～0.1hz)介电损耗检测、交流/直流耐压试验、泄漏电流试验、局部放电试验等。离线常规测量对保证电力设备的安全运行起着重要作用，然而，离线测量不仅需将工作中的电缆定期停运退出，影响着电力系统的正常运行；同时，由于电力电缆常敷设于电缆沟或直埋于地下，每次试验测量与恢复安装都将造成大量的人力、物力资源浪费，且试验过程中施加的冲击测试电压也可能对电缆绝缘造成二次损害。
4.鉴于离线测量的种种缺陷，早年间出现了如红外线探测法、泄漏电流法等采用便携式设备的定期带电检测方法、分布式光纤温度测量法，但由于操作的不便性及敷设条件、投入维护成本的限制，并未得到推广。随着对电力系统供电可靠性和运行智能化要求的进一步提高，近年来随之发展并涌现出了丰富的电缆在线监测方法研究，如直流成分法、接地电流法、在线介质损耗角法、交流叠加法、直流叠加法、局部放电法、时域反射法、频域反射法等，但这些方法仍未在实际中得到广泛应用，其主要的限制原因在于：在工频稳态下测量的绝缘相关监测信号微弱、绝缘监测效果不佳，而人工扰动信号又会对电力系统造成额外的干扰，并且现有的电缆在线监测方法都需要连接特定的故障分析仪，连接繁琐，这也给电缆故障监测带来不便。因此，进一步发展可靠方便的电缆状态在线监测方法仍是电网运行的迫切需求。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是：提供一种融合电力量测信息的电缆故障研判方法及终端，能够对电缆故障进行可靠、方便的监测。
6.为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：
7.一种融合电力量测信息的电缆故障研判方法，包括步骤：
8.s1、获取待监测的电缆各个节点对应的电缆的物理参数，根据所述物理参数确定所述各个节点对应的电缆的基准阻抗值；
9.s2、采集分布于所述待监测的电缆各个节点的电表测量得到的电力量测信息，所述电力量测信息包括各个节点对应的电缆的电流和电压；
10.s3、根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值，根据所述基准阻抗值和实测阻抗值对各个节点对应的电缆的故障进行研判。
11.为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
12.一种融合电力量测信息的电缆故障研判终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下步骤：
13.s1、获取待监测的电缆各个节点对应的电缆的物理参数，根据所述物理参数确定所述各个节点对应的电缆的基准阻抗值；
14.s2、采集分布于所述待监测的电缆各个节点的电表测量得到的电力量测信息，所述电力量测信息包括各个节点对应的电缆的电流和电压；
15.s3、根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值，根据所述基准阻抗值和实测阻抗值对各个节点对应的电缆的故障进行研判。
16.本发明的有益效果在于：借助于现有铺设于电缆各个节点的电表，获取各个节点处的电表的电流和电压，利用获得的电流和电压确定出各个节点对应的电缆的实测阻抗值，通过实测阻抗值与基准阻抗值之间的比较对各个节点对应的电缆的故障进行研判，将电缆线路中本来就会测量的低压电力量测信息融入到电缆的故障研判中，并且基于阻抗的比对来进行研判，一方面，充分利用了现有的电表系统，不需要像现有的实时监控需要额外布设监测电路导致研判不准确、效率低、操作繁琐等问题，另一方面，仅仅需要从现有的电表系统中获取电流值和电压值即可以实现对电缆故障的研判，方便易行，能够极大提高电缆故障研判的效率以及可靠性，从而实现对电缆故障进行可靠、方便的监测，缩短故障时间，提高了供电可靠性，为电力抢修提供数据依据。
附图说明
17.图1为本发明实施例的一种融合电力量测信息的电缆故障研判方法的步骤流程图；
18.图2为本发明实施例的一种融合电力量测信息的电缆故障研判终端的结构示意图；
19.图3为本发明实施例的一电缆分支结构示意图；
20.图4为本发明实施例的另一电缆分支结构示意图；
21.图5为本发明实施例的一种融合电力量测信息的电缆故障研判方法中进行电缆故障研判的具体流程图；
22.图6为本发明实施例的一种融合分布式电力量测信息的电缆故障研判系统的结构示意图。
具体实施方式
23.为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
24.请参照图1，一种融合电力量测信息的电缆故障研判方法，包括步骤：
25.s1、获取待监测的电缆各个节点对应的电缆的物理参数，根据所述物理参数确定所述各个节点对应的电缆的基准阻抗值；
26.s2、采集分布于所述待监测的电缆各个节点的电表测量得到的电力量测信息，所述电力量测信息包括各个节点对应的电缆的电流和电压；
27.s3、根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值，根据所述基准阻抗值和实测阻抗值对各个节点对应的电缆的故障进行研判。
28.从上述描述可知，本发明的有益效果在于：借助于现有铺设于电缆各个节点的电表，获取各个节点处的电表的电流和电压，利用获得的电流和电压确定出各个节点对应的电缆的实测阻抗值，通过实测阻抗值与基准阻抗值之间的比较对各个节点对应的电缆的故障进行研判，将电缆线路中本来就会测量的低压电力量测信息融入到电缆的故障研判中，并且基于阻抗的比对来进行研判，一方面，充分利用了现有的电表系统，不需要像现有的实时监控需要额外布设监测电路导致研判不准确、效率低、操作繁琐等问题，另一方面，仅仅需要从现有的电表系统中获取电流值和电压值即可以实现对电缆故障的研判，方便易行，能够极大提高电缆故障研判的效率以及可靠性，从而实现对电缆故障进行可靠、方便的监测，缩短故障时间，提高了供电可靠性，为电力抢修提供数据依据。
29.进一步地，所述物理参数包括电缆型号和长度；
30.所述根据所述物理参数确定各个节点对应的电缆的基准阻抗值包括：
31.根据各个节点对应的电缆的电缆型号确定所述各个节点对应的电缆的电阻率、电抗率以及横截面积；
32.根据所述各个节点对应的电缆的电阻率、电抗率、横截面积以及长度确定所述各个节点对应的电缆的电阻和电抗；
33.根据所述各个节点对应的电缆的电阻和电抗确定所述各个节点对应的电缆的基准阻抗值。
34.由上述描述可知，借助于各个节点对应的电缆的型号和长度，能够准确地确定出每个节点对应的电缆地基准阻抗值，保证了对电缆故障研判的准确性。
35.进一步地，所述根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值包括：
36.采用多元线性回归分析法根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值。
37.由上述描述可知，通过多元线性回归分析法能够快速准确地对各个节点对应的电缆的实测阻抗值进行确定，进一步保证了对电缆研判的准确性和可靠性。
38.进一步地，所述根据所述基准阻抗值和实测阻抗值对各个节点对应的电缆的故障进行研判包括：
39.若所述实测阻抗值为无穷大，则判断所述实测阻抗值对应的电缆断线或击穿；
40.若所述实测阻抗值大于或者等于所述基准阻抗值的n倍，则判断所述实测阻抗值
对应的电缆存在高阻故障，所述n表示判别系数；
41.若所述实测阻抗值大于或者等于所述基准阻抗值，并且小于所述基准阻抗值的n倍，则判断所述实测阻抗值对应的电缆正常；
42.若所述实测阻抗值小于所述基准阻抗值，则判断所述实测阻抗值对应的电缆存在低阻故障。
43.由上述描述可知，通过对实测阻抗值大小的判断以及实测阻抗值与基准阻抗值的比较能够准确快速地对实测阻抗值对应的电缆的各种故障情况进行判断，实现对电缆故障研判的精细化。
44.进一步地，还包括步骤：
45.获取所述待监测的电缆各个节点对应的电缆的实时温度值；
46.判断所述实时温度值是否大于或者等于预设温度阈值，若是，则判断所述实时温度值对应的电缆存在高温故障。
47.由上述描述可知，通过对各个节点对应的电缆的实时温度值的监控，还能够对电缆是否存在高温故障进行研判，增加了对电缆故障研判的纬度，进一步保证了研判的可靠性。
48.请参照图2，一种融合电力量测信息的电缆故障研判终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如下步骤：
49.s1、获取待监测的电缆各个节点对应的电缆的物理参数，根据所述物理参数确定所述各个节点对应的电缆的基准阻抗值；
50.s2、采集分布于所述待监测的电缆各个节点的电表测量得到的电力量测信息，所述电力量测信息包括各个节点对应的电缆的电流和电压；
51.s3、根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值，根据所述基准阻抗值和实测阻抗值对各个节点对应的电缆的故障进行研判。
52.进一步地，所述物理参数包括电缆型号和长度；
53.所述根据所述物理参数确定各个节点对应的电缆的基准阻抗值包括：
54.根据各个节点对应的电缆的电缆型号确定所述各个节点对应的电缆的电阻率、电抗率以及横截面积；
55.根据所述各个节点对应的电缆的电阻率、电抗率、横截面积以及长度确定所述各个节点对应的电缆的电阻和电抗；
56.根据所述各个节点对应的电缆的电阻和电抗确定所述各个节点对应的电缆的基准阻抗值。
57.进一步地，所述根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值包括：
58.采用递推最小二乘法根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值。
59.进一步地，所述根据所述基准阻抗值和实测阻抗值对各个节点对应的电缆的故障进行研判包括：
60.若所述实测阻抗值为无穷大，则判断所述实测阻抗值对应的电缆断线或击穿；
61.若所述实测阻抗值大于或者等于所述基准阻抗值的n倍，则判断所述实测阻抗值对应的电缆存在高阻故障，所述n表示判别系数；
62.若所述实测阻抗值大于或者等于所述基准阻抗值，并且小于所述基准阻抗值的n倍，则判断所述实测阻抗值对应的电缆正常；
63.若所述实测阻抗值小于所述基准阻抗值，则判断所述实测阻抗值对应的电缆存在低阻故障。
64.进一步地，所述处理器执行所述计算机程序时还实现如下步骤：
65.获取所述待监测的电缆各个节点对应的电缆的实时温度值；
66.判断所述实时温度值是否大于或者等于预设温度阈值，若是，则判断所述实时温度值对应的电缆存在高温故障。
67.实施例一
68.请参照图1，一种融合电力量测信息的电缆故障研判方法，包括步骤：
69.s1、获取待监测的电缆各个节点对应的电缆的物理参数，根据所述物理参数确定所述各个节点对应的电缆的基准阻抗值；
70.其中，所述物理参数包括电缆型号和长度；
71.所述根据所述物理参数确定各个节点对应的电缆的基准阻抗值包括：
72.根据各个节点对应的电缆的电缆型号确定所述各个节点对应的电缆的电阻率、电抗率以及横截面积；
73.根据所述各个节点对应的电缆的电阻率、电抗率、横截面积以及长度确定所述各个节点对应的电缆的电阻和电抗；
74.根据所述各个节点对应的电缆的电阻和电抗确定所述各个节点对应的电缆的基准阻抗值；
75.具体的，假设某个节点对应的电缆的长度为l，横截面积为s，电缆的电阻率为ρy，电抗率为ρ
x
，则
76.该电缆的电阻：
77.r＝ρyl/s；
78.该电缆的电抗：
79.x＝p
x
l/s；
80.则该电缆的基准阻抗值可以近似等效为：
81.z＝r+jx；
82.s2、采集分布于所述待监测的电缆各个节点的电表测量得到的电力量测信息，所述电力量测信息包括各个节点对应的电缆的电流和电压；
83.其中，电缆各个节点布设的是实际低压电网中正常测量需要使用的电表，可以为电磁式电表，也可以是光电式电表，通过电表可以读取各个节点对应的电流和电压；
84.在进行数据采集时，可以通过无线通讯、载波通讯或者光缆有线通讯来获取各个节点的电表采集的电流和电压数据；
85.s3、根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值，根据所述基准阻抗值和实测阻抗值对各个节点对应的电缆的故障进行研判。
86.实施例二
87.本实施例进一步限定了：
88.所述根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值包括：
89.采用多元线性回归分析法根据所述电流和电压确定所述各个节点对应的电缆的实测阻抗值；
90.具体的，包括如下步骤：
91.(1)将电缆中所有节点加入集合a中，获取每个节点的电流和电压值；
92.(2)将集合a中每两个节点作为一对基于其电流和电压值构建多元线性回归方程，进行多元线性回归分析，根据多元线性回归分析结果确定各个作为一对的两个节点对应的电缆的实测阻抗值；
93.(3)比较步骤(2)中构建的所有多元线性回归方程的可决系数，将可决系数最大的多元线性回归方程确定出的节点对应的实测阻抗值设置为有效值，并将可决系数最大的多元线性回归方程对应的两个节点从集合a中删除，根据两个节点的电压和电流值合并为新的节点，将该新的节点添加到集合a中，并返回步骤(2)进行拓扑递归直至集合a中只剩下一个节点，则所有确定出来的有效值的实测阻抗值即为各个节点对应的电缆的实测阻抗值；
94.通过步骤(3)的判决能够实现逆推出电路的拓扑结构，基于拓扑结构确定对应的电路参数，从而能够更好地适应于实际现场中很多电路改造导致的拓扑变化，保证了所确定出的电缆的实测阻抗值的精准性；
95.具体实现时，比如对于如图3所示的有电缆分支1和分支2的布线，结合基尔霍夫定律，电缆分支1和分支2的数据满足如下公式：
96.u0＝u1+r1i
1,r
+x1i
1,x
＝u2+r2i
2,r
+x2i
2,x
ꢀꢀ
(1)
97.式中：u1、u2、u0分别为节点1、节点2、节点0的电压有功分量；r1、r2、x1、x2分别为线路1、线路2的电阻与电抗；i
1,r
、i
2,r
、i
1,x
、i
2,x
为电流的有功分量与无功分量。由于压降的虚部对电压有功分量改变较小，为简化计算忽略不计，这里仅考虑压降的实部。
98.式(1)可以得到线性回归方程如式(2)所示：
99.u2＝β0+β1u1+r1i
1,r
+x1i
1,x
+r2(-i
2,r
)+x2(-i
2,x
)
ꢀꢀ
(2)
100.采用多元线性回归分析，将u2作为因变量，u1、i
1,r
、i
1,x
、(-i
2,r
)、(-i
2,x
)作为自变量，β0、β1、r1、x1、r2、x2作为待求解回归系数，则通过多组测得的各个节点的电压和电流值即可求得式(2)中的待求解回归系数。其中，β0、β1主要为提高回归方程的拟合度。
101.通过回归方程的可决系数r2的优劣判断拟合优度，根据拟合优度结果可以推测节点1与节点2是否确实有公共上层节点。若确实有公共上层节点，通过式(3)可得节点0的电压、电流，将节点1与节点2合并为节点0，继续参与拓扑递推。
[0102][0103]
i0＝i1+i2ꢀꢀꢀ
(3)
[0104]
线路阻抗分析法具体步骤如下：
[0105]
1)设所有底层节点的集合为a，获取每一节点的u、ir、i
x
曲线；
[0106]
2)将集合a中每两个节点作为一对做式(2)的回归分析；
[0107]
3)r2最大的一对视为具有公共上层节点，将这一对两个节点从集合a中删除，添加它们的公共上层节点k，同时计算节点k的uk、i
k,r
、i
k,x
。
[0108]
4)重复步骤2)，直至集合a只剩1个节点。
[0109]
由此循环递推，可得电缆线路中各个节点对应的电缆的实测阻抗值rt。比如图4所示的线路拓扑，通过对两两节点进行回归分析可知节点1、节点2的r2比节点3、节点4等其它两两节点(比如节点1、节点4；节点2、节点3等)的r2大，因此节点1和节点2具有公共上层节点，因此，可以将节点1、2删除，并合并为它们的公共节点0，此时线路就剩下节点0、节点3、节点4，最终合并成只剩下节点0，此时各个节点对应的电缆的实测阻抗值也都计算出来了。
[0110]
实施例三
[0111]
本实施例进一步限定了如何对电缆的故障进行研判，具体的：
[0112]
所述根据所述基准阻抗值和实测阻抗值对各个节点对应的电缆的故障进行研判包括：
[0113]
若所述实测阻抗值为无穷大，则判断所述实测阻抗值对应的电缆断线或击穿；
[0114]
若所述实测阻抗值大于或者等于所述基准阻抗值的n倍，则判断所述实测阻抗值对应的电缆存在高阻故障，所述n表示判别系数；
[0115]
若所述实测阻抗值大于或者等于所述基准阻抗值，并且小于所述基准阻抗值的n倍，则判断所述实测阻抗值对应的电缆正常；
[0116]
若所述实测阻抗值小于所述基准阻抗值，则判断所述实测阻抗值对应的电缆存在低阻故障；
[0117]
具体的，如图5所示：
[0118]
若rt为无穷大，则判断电缆断线或者击穿，显示报警；
[0119]
若rt≥r
×
n(n＞1，为判别系数，根据电缆不同及接口不同而变化，典型值为10)，则判定电缆高阻故障，可能为断线或外破故障，显示报警；
[0120]
若rt∈[r，r
×
n]，则判定电缆正常；
[0121]
若rt＜r，则判定电缆为低阻故障，可能为接地或击穿故障，显示报警。
[0122]
实施例四
[0123]
本实施例进一步限定了还包括步骤：
[0124]
获取所述待监测的电缆各个节点对应的电缆的实时温度值；
[0125]
其中，可以在电缆各个节点布设温度传感器，用于采集各个节点对应的电缆的实时温度值，温度传感器可以是光线测温装置或者电子接触式测温装置；
[0126]
判断所述实时温度值是否大于或者等于预设温度阈值，若是，则判断所述实时温度值对应的电缆存在高温故障；
[0127]
如图5所示，若电缆温度t≥t0，则判定电缆高温故障，根据测温节点地址传输至电缆温度监控模块，显示报警，其中t0为电缆故障温度，典型值在80℃-120℃。
[0128]
实施例五
[0129]
请参照图2，一种融合电力量测信息的电缆故障研判终端，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述实施例一至四中任一个所述的融合电力量测信息的电缆故障研判方法中的各个步骤；
[0130]
在另一个可选的实施方式中，如图6所示，可以设计成一种融合分布式电力量测信息的电力故障研判系统，该系统包括数据采集模块、数据分析模块以及可视化展示模块，所
述数据采集模块包含温度采集模块、电流采集模块、电压采集模块，采集信息通过数据采集协调器连接至数据分析模块。
[0131]
所述数据分析模块包含电缆温度监控模块、线路阻抗分析模块、电缆状态分析模块，可分析数据采集模块中的数据，提出分析结果，供可视化展示模块使用。所述可视化展示模块包含电缆管理、电缆拓扑、电缆故障报警、电缆故障研判、系统管理，并展示电缆故障温度监控、故障分析结果、电缆拓扑结构至大屏幕。
[0132]
其中，所述温度采集模块为光线测温或电子接触式测温模块，所述电压采集模块、电流采集模块为分布于电缆各节点，可以为电表或单一电磁式、光电式电压电流采集模块，所述数据采集协调器的通信模块的通信方式可以为无线通讯、载波通讯或光缆有线通讯。
[0133]
综上所述，本发明提供的一种融合电力量测信息的电缆故障研判方法及终端，借助于现有铺设于电缆各个节点的电表，获取各个节点处的电表的电流和电压，利用获得的电流和电压并通过递推最小二乘法确定出各个节点对应的电缆的实测阻抗值，通过实测阻抗值与基准阻抗值之间的比较对各个节点对应的电缆的故障进行研判，将电缆线路中本来就会测量的低压电力量测信息融入到电缆的故障研判中，并且基于阻抗的比对来进行研判并将研判结果进行可视化展示，一方面，充分利用了现有的电表系统，不需要像现有的实时监控需要额外布设监测电路导致研判不准确、效率低、操作繁琐等问题，另一方面，仅仅需要从现有的电表系统中获取电流值和电压值即可以实现对电缆故障的研判，方便易行，能够极大提高电缆故障研判的效率以及可靠性，从而实现对电缆故障进行可靠、方便的监测，缩短故障时间，提高了供电可靠性，为电力抢修提供数据依据，并且可实现数字化电缆管理、电缆拓扑、电缆故障报警、电缆故障研判、系统管理等功能，有利于电缆精益化运维。
[0134]
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。