一种基于单相不对称的故障选线分析方法及装置与流程

本技术属于电力系统故障诊断，涉及电力系统故障诊断技术，具体是一种基于单相不对称的故障选线分析方法及装置。

背景技术：

1、在电力系统中，输电线路故障是常见的问题，尤其是三相电路内不对称短路故障。这类故障会对电力系统的稳定性和安全性造成严重影响。传统的故障选线方法多基于过电流或电压突变等参数进行判断，但在复杂网络结构或多故障情况下，这些方法容易出现误判。

2、在当前的三相电路故障线路筛选过程中，仍然存在一些缺陷和弊端，这些问题可能导致诊断不准确或者延误故障处理的时间。首先，传统的三相电路故障线路筛选方法主要依赖人工巡检和测试仪器测量，存在以下几个主要缺陷：

3、1.依赖人工判断：传统方法通常需要技术人员对电路进行人工巡检和测试，这种方式存在主观性和误判的风险。技术人员的经验和水平可能不尽相同，导致对故障的判断产生偏差，影响故障诊断的准确性。

4、2.时间消耗较大：人工巡检和测试需要耗费大量时间和人力资源，尤其是对于复杂的电路系统，可能需要反复测试和排查，耗时较长。这种方式不仅效率低下，还可能延误故障处理的时间，增加生产停机的损失。

5、3.难以应对大规模系统：对于大规模的三相电路系统，人工巡检和测试的效率更低，很难做到全面覆盖和快速定位故障线路。这种情况下，可能会出现漏检或错检的情况，导致故障处理不及时或者处理错误。

6、4.对故障类型限制较大：传统方法可能只适用于部分故障类型的诊断，对于一些复杂或隐蔽的故障，人工方法往往无法准确判断。这就限制了故障诊断的全面性和准确性。

技术实现思路

1、本技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一；为此，本技术提出了一种基于单相不对称的故障选线分析方法及装置，用于解决现有的基于单相不对称的故障选线分析方法，由于基于过电流或电压突变等参数进行判断，导致在复杂网络结构或多故障情况下、诊断不准确或者延误故障处理的时间的技术问题，本技术通过实时采集待分析三相电路内各相线对应目标监测时间点的电流和电压，计算待分析三相电路内的不平衡度，进而初步判断待分析三相电路内是否存在相线故障，若待分析三相电路内初步判断有存在故障相线，进一步提取待分析三相电路内各相线的故障特征参数，通过其深度分析待分析三相电路内各相线的故障可能系数，最终确定待分析三相电路内故障相线，最终进而分析得到待分析三相电路内故障相线的故障类型以及故障位置点解决了上述问题。

2、为实现上述目的，本技术的第一方面提供了一种基于单相不对称的故障选线分析方法，包括：

3、步骤一、通过在待分析三相电路对应各相线中安装电流和电压传感器，实时采集各相线对应目标监测时间点的电流和电压；

4、步骤二、基于各相线对应目标监测时间点的电流和电压，计算待分析三相电路内的不平衡度，基于不平衡度生成初步检测结果；

5、步骤三、当初步检测结果为有故障风险时，则提取各相线的故障特征参数，基于此生成各相线的故障可能系数，并确定待分析三相电路内的故障相线；

6、步骤四、对待分析三相电路内故障相线进行分析，进而分析得到待分析三相电路内故障相线的故障类型以及故障位置点；

7、步骤五、将故障相线的相关信息发送至电网控制中心或维护人员，即将待分析三相电路内故障相线的编号、故障类型以及故障位置点通过通信网络发送至电网控制中心或维护人员；相关信息包括故障相线的编号、故障类型以及故障位置点等。

8、优选的，基于各相线对应目标监测时间点的电流和电压，计算待分析三相电路内的所述不平衡度，包括：

9、获取待分析三相电路内各相线对应目标监测时间点的电流和电压，将其分别标记为以及，h表示各相线的编号，h具体取值为a，b，c；

10、通过解析公式，解析得到待分析三相电路内平均相电压，通过公式，分析得到待分析三相电路内的电压不平衡率vur，其中，、和分别表示待分析三相电路内a相线、b相线、c相线对应目标监测时间点的电压；

11、通过解析公式，解析得到待分析三相电路内平均相电流，通过公式，分析得到待分析三相电路内的电流不平衡率cur，、和分别表示待分析三相电路内a相线、b相线、c相线对应目标监测时间点的电流；

12、通过公式计算得到待分析三相电路内的不平衡度ui。优选的，所述基于不平衡度生成初步检测结果，包括：

13、获取待分析三相电路内的不平衡度ui；判断不平衡度ui是否大于三相电路不平衡阈值；是，则将初步检测结果设置为有故障风险；否，则将初步检测结果设置为无故障风险；其中所述初步检测结果包括有故障风险和无故障风险。

14、优选的，所述故障特征参数包括电压变化率、电流突变值以及电压谐波幅值；其中，所述电压变化率通过以下步骤获得：

15、通过在待分析三相电路对应各相线中安装的电压传感器，得到待分析三相电路内各相线对应各实时监测时间点的电压值；

16、将待分析三相电路内各相线对应各实时监测时间点的电压值导入示波器中，得到待分析三相电路内各相线对应实时监测时间点的电压波形图，并从其中筛选出待分析三相电路内各相线对应电压波形图中各波峰对应实时监测时间点的时间点，将其进行作差计算，并将作差计算的结果进行均值计算，得到待分析三相电路内各相线对应电压波形图的波峰时间间隔均值，通过公式计算得到待分析三相电路内各相线的电压角频率；

17、从待分析三相电路内各相线对应实时监测时间点的电压波形图中提取待分析三相电路内a相线对应实时监测时间点的电压波形图，从其中选择t=0时的电压值作为参考电压值，其中t表示各实时监测时间点的编号；

18、将参考电压值导入已知波形方程中，在t=0时：

19、，其中，表示待分析三相电路内a相线对应实时监测时间点的各波峰电压值，i表示各波峰的编号，i=1，2，…，m；m为波峰的总数；为待分析三相电路内a相线的电压角频率；为待分析三相电路内a相线的电压相位角；

20、将与两者方程进行联立，求解得出待分析三相电路内a相线的电压相位角；

21、通过公式计算得到待分析三相电路内b相线的电压相位角；通过公式计算得到待分析三相电路内c相线的电压相位角；

22、从待分析三相电路内各相线对应各实时监测时间点的电压值中筛选出待分析三相电路内各相线对应最大电压值，获得待分析三相电路内各相线对应各实时监测时间点的瞬时电压的数学模型；数学模型为，对其进行求导，得到待分析三相电路内各相线的电压变化率。

23、优选的，所述待分析三相电路内各相线的电流突变值和电压谐波幅值通过以下步骤获得：

24、步骤一：获取待分析三相电路内各相线对应目标监测时间点的电流和电压；通过转化公式将各个相线的电流转换成对应的相电流；通过转化公式将各个相线的电压转换成对应的相电压；

25、通过公式计算得到待分析三相电路内各相线对应目标监测时间点的线圈电感值，表示预定义的待分析三相电路内第h个相线的电路频率；

26、通过公式计算得到待分析三相电路内各相线的电流突变值；

27、步骤二：从待分析三相电路内各相线对应实时监测时间点的电压波形图中提取待分析三相电路内各相线对应电压波形图各谐波的电压信号值以及各谐波对应电压信号值的所属周期，n表示各谐波的编号，通过积分计算得到：

28、，

29、其中，表示为待分析三相电路内第h条相线对应电压波形图第n次谐波的实时监测时间点，分别表示待分析三相电路内第h条相线对应电压波形图第n次谐波的余弦和正弦函数；

30、通过计算，得到待分析三相电路内第h条相线对应电压波形图第n次谐波的幅值，并将其对谐波数量进行求和并均值计算，得到待分析三相电路内各相线的电压谐波幅值。

31、优选的，步骤三中确定待分析三相电路内的所述故障相线，具体确定操作为：

32、将待分析三相电路内各相线的故障可能系数与预定义的相线故障参考系数进行比对，若存在有待分析三相电路内某相线的故障可能系数大于预定义的相线故障参考系数，则将该相线标记为故障相线，由此确定待分析三相电路内故障相线。

33、优选的，基于各相线的故障特征参数生成各相线的所述故障可能系数，包括：

34、获取待分析三相电路内各相线的电压变化率、电流突变值以及电压谐波幅值；

35、综合分析得到待分析三相电路内各相线的故障可能系数，其中c1、c2和c3分别表示预定义的电压变化率、电流突变值以及电压谐波幅值对应故障可能系数的权重因子，、和分别表示预拟定的许可电压变化率差值、许可电流突变差值和许可电压谐波变动差值，、和分别表示数据库中存储的待分析三相电路内第h条相线的电压变化率阈值、电流突变阈值以及电压谐波变动阈值。

36、优选的，分析得到待分析三相电路内故障相线的所述故障类型，包括：

37、通过分解公式，分解得到待分析三相电路对应目标监测时间点的负序电流分量，其中，表示单位复数，；e为自然常数，j表示虚数单位，、和分别表示待分析三相电路内a相线、b相线、c相线对应目标监测时间点的电流；

38、通过分解公式分解得到待分析三相电路对应目标监测时间点的正序电流分量；

39、得到待分析三相电路对应目标监测时间点的零序电流分量；

40、依据在待分析三相电路对应各相线中安装的电流传感器，监测得到在待分析三相电路对应目标监测时间点之前各监测时间点的电流，依据上述的计算方式同理计算得到在待分析三相电路对应目标监测时间点之前各监测时间点的负序、正序、零序电流分量，将其与待分析三相电路对应目标监测时间点的负序、正序、零序电流分量进行排序，将其统合得到待分析三相电路对应监测时间点的负序、正序、零序电流分量集合；

41、从上述集合中筛选出待分析三相电路对应各监测时间点的负序电流分量，s表示各监测时间点的编号，s=1，2，…，y，y为负序电流分量集合中负序电流分量的总数；分析得出待分析三相电路对应各监测时间点的负序电流分量变化系数，分别为待分析三相电路对应第s+1个和第s-1个监测时间点的负序电流分量；

42、依据待分析三相电路对应各监测时间点的负序电流分量变化系数的计算方式同理计算得到待分析三相电路对应各监测时间点的正序电流分量变化系数和零序电流分量变化系数；

43、若待分析三相电路对应某监测时间点的零序电流分量变化系数大于预定义的电流分量变化参考系数且待分析三相电路对应某监测时间点的正序电流分量变化系数和负序电流分量变化系数均小于预定义的电流分量变化参考系数，则将待分析三相电路内故障相线的故障类型判定为单相接地故障；

44、若待分析三相电路对应某监测时间点的正序电流分量变化系数大于预定义的电流分量变化参考系数且待分析三相电路对应某监测时间点的零序电流分量变化系数和负序电流分量变化系数均小于预定义的电流分量变化参考系数，则将待分析三相电路内故障相线的故障类型判定为三相短路故障；

45、若待分析三相电路对应某监测时间点的负序电流分量变化系数大于预定义的电流分量变化参考系数且待分析三相电路对应某监测时间点的零序电流分量变化系数小于预定义的电流分量变化参考系数，则将待分析三相电路内故障相线的故障类型判定为两相接地故障；

46、若待分析三相电路对应某监测时间点的零序电流分量变化系数和负序电流分量变化系数均大于预定义的电流分量变化参考系数，则将待分析三相电路内故障相线的故障类型判定为两相对地短路故障。

47、优选的，分析待分析三相电路内故障相线的所述故障位置点，包括：

48、获取待分析三相电路内故障相线的故障时间点，进而通过安装的传感器得到待分析三相电路内故障相线对应故障时间点时线路起点和线路终点的电压和电流；

49、获取待分析三相电路内故障相线的虚拟模型图，进而对待分析三相电路内故障相线的虚拟模型图进行故障模拟，具体模拟过程如下：

50、设定故障位置点发生在距离故障相线起点位置的x处，则故障位置点到线路起点距离为x；

51、通过求解方程，得到故障位置点的位置实际距离x；

52、其中分别表示待分析三相电路内故障相线对应故障时间点时线路起点的电压和电流，分别表示待分析三相电路内故障相线对应故障时间点时线路终点的电压和电流，z表示电路单位长度的阻抗；

53、从数据库中提取待分析三相电路内故障相线的电阻r以及电抗x，计算得到待分析三相电路内故障相线对应电路单位长度的阻抗；

54、将故障位置点的位置导入待分析三相电路内故障相线的虚拟模型图中，由此得到待分析三相电路内故障相线的故障位置点。

55、本技术的另一方面提供了一种基于单相不对称的故障选线分析装置，包括电子设备和计算机可读存储介质；

56、所述电子设备包括处理器、存储器及通信总线，所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；

57、所述通信总线实现处理器与存储器之间的连接通信；

58、所述处理器执行所述计算机可读程序时实现一种基于单相不对称的故障选线分析方法中的步骤；

59、所述计算机可读存储介质存储一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或多个处理器执行，以实现一种基于单相不对称的故障选线分析方法中的步骤。

60、与现有技术相比，本技术的有益效果是：

61、1.本发明提供的一种基于单相不对称的故障选线分析方法，通过在待分析三相电路对应各相线中安装电流和电压传感器，实时采集待分析三相电路内各相线对应目标监测时间点的电流和电压，计算待分析三相电路内的不平衡度，进而初步判断待分析三相电路内是否存在相线故障，若待分析三相电路内初步判断有存在故障相线，进一步提取待分析三相电路内各相线的故障特征参数，通过其深度分析待分析三相电路内各相线的故障可能系数，最终确定待分析三相电路内故障相线，最终进而分析得到待分析三相电路内故障相线的故障类型以及故障位置点，有效的解决了当前对于三相电路内筛选故障线路还存在缺陷和弊端的问题，能够有效提高电力系统的可靠性和安全性，对于电力系统的维护和管理具有重要的实用价值，同时通过及时发现和处理故障，系统可以保持稳定运行，避免因故障导致的系统崩溃或故障连锁效应。

62、2.本发明实施例避免了人为主观判断带来的误差，能够更加客观、准确地定位故障线路，提高故障诊断的准确性和可靠性，与此同时这种高效率的诊断方式可以减少生产停机时间，提升生产效率，降低故障处理的时间和成本，为电路运行和维护带来诸多好处。

技术特征：

1.一种基于单相不对称的故障选线分析方法，其特征在于，

2.根据权利要求1所述的一种基于单相不对称的故障选线分析方法，其特征在于，基于各相线对应目标监测时间点的电流和电压，计算待分析三相电路内的所述不平衡度，包括：

3.根据权利要求2所述的一种基于单相不对称的故障选线分析方法，其特征在于，所述基于不平衡度生成初步检测结果，包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于单相不对称的故障选线分析方法，其特征在于，确定待分析三相电路内的所述故障相线，具体确定操作为：

5.一种基于单相不对称的故障选线分析装置，其特征在于：其基于权利要求1-4任意一项所述的一种基于单相不对称的故障选线分析方法实现，包括电子设备和计算机可读存储介质；

技术总结
本申请公开了一种基于单相不对称的故障选线分析方法及装置，涉及电力系统故障诊断技术领域，解决了现有的基于单相不对称的故障选线分析方法，由于基于过电流或电压突变等参数进行判断，导致在复杂网络结构或多故障情况下、诊断不准确或者延误故障处理的时间的技术问题；包括：步骤一：实时采集各相线对应目标监测时间点的电流和电压；步骤二：基于各相线对应目标监测时间点的电流和电压生成初步检测结果；步骤三：当初步检测结果为有故障风险时，基于各相线的故障特征参数确定待分析三相电路内的故障相线；步骤四：分析故障相线的故障类型以及故障位置点；步骤五：通过通信网络发送至电网控制中心或维护人员；有效提高电力系统的可靠性和安全性。

技术研发人员：顾华,许婧琦,吴继健,戴勃文,刘小榕,顾一帆,王梓萌,郑真,徐友刚,马晔晖,陈敬德,李雅晴,朱凯
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23