本申請涉及配電網(wǎng)故障檢測
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種配網(wǎng)線路故障類型識別方法。
背景技術(shù)：
：近年來隨著我國社會經(jīng)濟的發(fā)展和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不斷進步，對電力資源的需求也越來越大。配電網(wǎng)是直接分配電能的網(wǎng)絡(luò)，因為配電網(wǎng)直接面向用戶，其供電可靠性和安全性對人們也越來越重要。10kv架空配電線路作為配電網(wǎng)的重要組成部分，其具有量大面廣線長、絕緣水平低的特點，但是跳閘故障率卻居高不下。通過故障現(xiàn)場波形對配網(wǎng)線路故障類型準確判斷，對提高配電線路的運維水平、降低故障率具有重大意義。一方面可以更加快速準確地判斷故障類型進而解除故障，有利于配電線路運維單位及時發(fā)現(xiàn)運維工作中的不足。另一方面通過對現(xiàn)場波形的實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)庫中的歷史案例進行特征量的比對分析，實現(xiàn)故障預(yù)測，為下一步制定有針對性的專項技術(shù)措施消除隱患提供依據(jù)。在配電網(wǎng)線路故障類型識別方面，國內(nèi)已有文獻針對高阻故障、單相接地故障、間歇性故障這幾類故障的識別、診斷與定位方法的研究，包括被動式定位法、主動式定位法、監(jiān)測定位法和智能定位法等。國外已有相關(guān)研究對由動物、雷擊、樹木三種故障原因?qū)е碌墓收线M行了分析，并提出了利用故障三相電壓電流波形進行判別的依據(jù)，以及對由設(shè)備、動物導(dǎo)致的線路故障電壓電流波形的時頻特性進行了分析并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。目前針對不同故障類型的電弧特點提出具體定量的指標來識別故障的診斷方法還未有相關(guān)的報道。技術(shù)實現(xiàn)要素：本申請的目的是為了解決上述針對不同故障類型電弧特點提出具體定量的指標來識別故障的診斷方法的技術(shù)空白的問題。為此，本發(fā)明實施例提供了如下技術(shù)方案：一種配網(wǎng)線路故障類型識別方法，所述識別方法包括如下步驟：s1獲取故障線路的電壓和電流波形；s2利用最小二乘法計算電弧電壓varc；s3對持續(xù)的單相接地故障求取方差，得到電弧電壓幅值穩(wěn)定段均值vzrc；s4將vzrc與設(shè)定閾值vset比較，識別配電網(wǎng)線路故障的類型?？蛇x地，所述配電網(wǎng)線路包括三相電路，所述三相電路通過相模變換解耦成正序等效電路、負序等效電路和零序等效電路?？蛇x地，所述正序等效電路、負序等效電路和零序等效電路的差分方程表達式如下：其中，vp、vn、vo分別為線路的正序、負序和零序等效電路中的左終端相電壓分量；vfp、vfn、vf0分別為正序、負序和零序等效電路中的故障相電壓分量；r為正負序等效電阻，r0為零序等效電阻；l為正負序等效電感，l0為零序等效電感；ip、in、i0分別為正序、負序和零序電路中的等效電流?？蛇x地，所述故障線路的電壓表達式如下：vf＝va+raia(4)其中，vf為故障相電壓，va為電弧電壓，ra為故障電阻，ia為故障電流?？蛇x地，其特征在于，所述電弧電壓的數(shù)學(xué)表達式如下：va(t)＝vasgn[i(t)]+ξ(t)(5)其中，va(t)和i(t)分別為電弧電壓和電流，va為方波的幅值，sgn為符號函數(shù)，ξ(t)為零均值白噪聲?？蛇x地，所述電弧電壓幅值的表達式如下：其中，v1為為電弧電壓幅值，ε考慮到測量誤差和建模誤差的總誤差分量，kl＝(l0-l)/l，re＝(r0-r+kara)，l為正負序等效電感，l0為零序等效電感；r為正負序等效電阻，r0為零序等效電阻，ra為故障電阻，ka為比例系數(shù)；va為方波的幅值，sgn為符號函數(shù)，i0為零序電路中的等效電流，i為電弧電流?？蛇x地，所述故障線路包括近距離故障，所述近距離故障的電弧電壓幅值表達式如下：其中，r為正負序等效電阻，l為正負序等效電感，va為電弧電壓，i為電弧電流，sgn(i)為符號函數(shù)，即可選地，所述s2中求解varc的表達式如下：其中，vf為故障相電壓；if為故障相電流；l為正負序等效電感；r為正負序等效電阻；varc為電弧電壓；可選地，當(dāng)vzrc>vset時，判斷為設(shè)備引起的內(nèi)部故障；當(dāng)vzrc<vset時，判斷為樹木、車輛碰線引起的外部故障?？蛇x地，所述vset＝520v。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案包括以下有益效果：本申請通過故障波形的具體電弧電壓計算公式，并根據(jù)不同故障類型的成因，針對不同故障類型的提出相應(yīng)的電弧電壓判據(jù)，實現(xiàn)對故障類型的識別。本申請為配電網(wǎng)線路故障類型識別提供新的方法，所提出的判據(jù)指標和閾值計算方式簡單、準確。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實施例中相電力線路上的單相接地故障示意圖；圖2為本發(fā)明實施例中正序等效電路和負序等效電路圖；圖3為本發(fā)明實施例中零序等效電路；圖4為本發(fā)明實施例中真實的電弧電壓和電弧電流波形；圖5為本發(fā)明實施例中單相故障電弧電壓幅值估算模型；圖6為本發(fā)明實施例中不同故障類型的故障電弧電壓幅值分布。具體實施方式此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本發(fā)明的實施例，并與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。當(dāng)發(fā)生外部故障，即樹木或車輛碰線時會引起高壓放電，高壓電通過樹干等接地造成高壓單相接地，因此可以將其看作是并聯(lián)電弧故障；而由于絕緣老化以及接觸不良造成的設(shè)備故障可以看作是串聯(lián)電弧故障。串聯(lián)電弧模型和并聯(lián)電弧模型，其電弧長度和電弧電壓均存在差別，所以可以通過研究配電線路的故障電弧模型來分析引起線路故障的具體原因，提出基于電弧電壓的具體定量的指標與判據(jù)從而實現(xiàn)對故障類型的識別。參見圖1～6，假設(shè)一個發(fā)生在配電線路中的單相接地電弧故障。圖1中，va、vb和vc是線路左終端的相電壓，ia、ib和ic是線路左終端的相電流，va是電弧電壓，ra是故障電阻，vf是故障相電壓。圖中的三相電路可以通過相模變換解耦成正序，負序和零序等效電路。正序和負序等效電路如圖2所示。在圖2中，r和l分別是正序和負序線路的電阻和電感。零序等效電路如圖3示。在圖3中，所有的變量和參數(shù)都是零序變量和參數(shù)。對于圖2和圖3中的等效電路，正序負序零序的差分方程表達式如下所示：其中，vp、vn、vo分別為線路的正序、負序和零序等效電路中的左終端相電壓分量；vfp、vfn、vf0分別為正序、負序和零序等效電路中的故障相電壓分量；r為正負序等效電阻，r0為零序等效電阻；l為正負序等效電感，l0為零序等效電感；ip、in、i0分別為正序、負序和零序電路中的等效電流。正序和負序等效線路的參數(shù)r和l是不依賴于頻率的，所以公式(1)和(2)是正確的。在公式(3)中，r0和l0是依照頻率線路參數(shù)，取決于許多因素，如桿塔結(jié)構(gòu)，土壤電阻率等。在我們所考慮的范圍內(nèi)，將線路參數(shù)近似為某一頻率下的線路參數(shù)處理。通過將式(1)、(2)和(3)相加可以得到：其中：kl＝(l0-l)/l可以提前計算出來。在故障位置的故障相電壓可以表示如下：vf＝va+raia(4)其中，vf為故障相電壓，va為電弧電壓，ra為故障電阻，ia為故障電流。在空氣中，電弧是一種等離子體放電現(xiàn)象。電弧的非線性振動表現(xiàn)出的高頻分量使電弧電壓波形近似為一個矩形波(如圖4所示的真實的電弧電壓和電流波形)。則電弧電壓在數(shù)學(xué)上可以通過一個簡單的表達式來表示出來：va(t)＝vasgn[i(t)]+ξ(t)(5)其中，va(t)和i(t)分別為電弧電壓和電流，分別va為方波的幅值，sgn是符號函數(shù)，ξ(t)是零均值白噪聲。因此，在等式(4)中，電弧電壓可以被假定為方波形狀，伴隨著隨機噪聲，表達式如式二所示，代入式(4)得到如下表達式：vf＝vasgn[i(t)]+raia+ξ(t)式二為了簡化起見，本文假設(shè)ia＝kai0，其中ka是比例系數(shù)。如果僅僅需要推導(dǎo)電弧電壓幅值，我們不需要提前知道ka的值。通過以上公式，得到以下公式：其中，v1為為電弧電壓幅值，ε考慮到測量誤差和建模誤差的總誤差分量，kl＝(l0-l)/l，re＝(r0-r+kara)，l為正負序等效電感，l0為零序等效電感；r為正負序等效電阻，r0為零序等效電阻，ra為故障電阻，ka為比例系數(shù)；va為方波的幅值，sgn為符號函數(shù)，i0為零序電路中的等效電流，i為電弧電流。對于架空線的遠端故障，因為所測量的電壓比電弧電壓大得多，所以以上表達式是適用的。但是當(dāng)發(fā)生近距離故障時，電弧電壓會顯著影響測量電壓v和電流i的性質(zhì)，使其失真。所以當(dāng)發(fā)生近距離故障時，以下表達式能更好地表示：其中，r為正負序等效電阻，l為正負序等效電感，va為電弧電壓，i為電弧電流，sgn(i)為符號函數(shù)，即基于式(7)的算法考慮到r和l，電弧電壓va(t)的計算值將更加精確。因此，可以建立如圖5所示的模型用來計算電弧電壓的幅值，該模型適用于單相故障。故障側(cè)監(jiān)測到的電壓vf可以用式(8)來表示，該公式適用于整個電壓和電流波形，可以利用最小二乘法求取該多因素決定的式子的解，得到電弧電壓varc。其中，其中，vf為故障相電壓；if為故障相電流；l為正負序等效電感；r為正負序等效電阻；varc為電弧電壓；n代表總采樣點數(shù)，則：式中，n0代表一個周期的采樣點數(shù)，ncycle代表采樣周期數(shù)。則根據(jù)式得到電弧電壓計算公式如下：其中，j∈[1，ncycle×2-1]，利用最小二乘法求解，并計算方差:其中，j∈[1，ncycle×2-3]σ2(j)取最小值時，認為電弧電壓幅值穩(wěn)定，取區(qū)間內(nèi)3個計算值的平均值作為該模型的電弧電壓vzrc。通過與設(shè)定閾值的比較，識別其為設(shè)備引起的內(nèi)部故障或樹木、車輛碰線引起的外部故障。當(dāng)vzrc>vset時，判斷為設(shè)備引起的內(nèi)部故障；當(dāng)vzrc<vset時，判斷為樹木、車輛碰線引起的外部故障。vset取520v。當(dāng)發(fā)生外部故障時，比如樹木或車輛碰線導(dǎo)致高壓電通過樹干等接地。因為樹與高壓線之間不是金屬硬連接，電氣的松弛連接會導(dǎo)致電弧產(chǎn)生。當(dāng)電氣線路在接點處存在松弛接觸，點間的電壓又足以擊穿空氣間隙時，就會形成空氣導(dǎo)電。如果接點空氣間隙較大，又恰逢處于電壓波形的峰值，此時空氣間會拉起電?。蝗绻狱c空氣間隙較小，那么即使電壓不大，空氣也可能被擊穿進而產(chǎn)生電弧。這樣在接觸的地方會引起空氣的持續(xù)電離，隨著觸頭的不斷拉開，電弧越長，電場強度越小，電弧的弧阻抗越大，壓降越大。而由于車輛引起的電弧因為其放電距離較長，所以電壓幅值普遍更大。一般情況下，空氣間隙中的放電多在接地體和導(dǎo)電體的最短路徑之間發(fā)生，但是由于故障時散發(fā)的煙塵和熱量形成的通道絕緣強度很低，所以放電常不沿桿塔-導(dǎo)線間隙或者絕緣子串發(fā)生，而是沿著距離相對較長的煙火通道發(fā)生，電弧越長，電場強度越小，其壓降也就越大。相比較而言，設(shè)備故障等內(nèi)部故障是由于絕緣體長期受熱，導(dǎo)線之間產(chǎn)生泄露電流或火花放電，它們產(chǎn)生的熱量使絕緣裂解，在導(dǎo)線之間形成導(dǎo)電的碳化通道進而引起電弧，所以可以看作是串聯(lián)電弧故障。因為不存在與外界的接觸，因此電弧較短，電弧電壓要小于外部故障引起的電弧電壓，進而可以利用此特點實現(xiàn)內(nèi)部故障與外部故障的區(qū)分。如下表所示，本申請利用美國電力研究協(xié)會(epri)提供的113個配電線路故障案例進行驗證，其中包括70組設(shè)備老化導(dǎo)致的故障，25組樹木壓迫導(dǎo)致的單相故障以及18組車輛碰線導(dǎo)致的單相接地故障。監(jiān)測記錄的數(shù)據(jù)包括三相相電壓、三相電流以及中性線電流。統(tǒng)計113組數(shù)據(jù)的電弧電壓幅值分布，結(jié)果如圖6所示。將其批次投入本發(fā)明系統(tǒng)進行驗證，檢驗成功101組，成功率達到89％。故障類型測試樣本數(shù)校驗成功校驗失敗成功率設(shè)備老化引起的故障7063790％樹木、車輛引起的故障4338588％總計1131011289％通過故障現(xiàn)場波形對配網(wǎng)線路故障類型準確判斷，對提高配電線路的運維水平、降低故障率具有重大意義。本申請?zhí)岢鲆环N新型的基于電弧電壓的配網(wǎng)線路單相接地故障類型識別方法，通過研究配電線路的故障電弧模型來分析引起線路故障的具體原因，提出基于故障波形的具體電弧電壓計算公式，并根據(jù)不同故障類型的成因，針對不同故障類型的提出相應(yīng)的電弧電壓判據(jù)，實現(xiàn)對故障類型的識別。本申請所提出的判據(jù)指標和閾值計算方式簡單、準確，經(jīng)過故障現(xiàn)場錄波數(shù)據(jù)計算驗證，優(yōu)于現(xiàn)有故障識別方法。以上所述僅是本申請實施例的具體實施方式，使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解或?qū)崿F(xiàn)本申請。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本申請的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本申請將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。應(yīng)當(dāng)理解的是，本申請并不局限于上面已經(jīng)描述并在附圖中示出的內(nèi)容，并且可以在不脫離其范圍進行各種修改和改變。本申請的范圍僅由所附的權(quán)利要求來限制。當(dāng)前第1頁12