输配电协同故障预案在线生成及应用.pdf

信息技术 年第 期输配电协同故障预案在线生成及应用曹 毅 仇晨光 葛亚明 杨 康 赵玉林 李会军(.国网江苏省电力有限公司 南京 .国电南瑞南京控制系统有限公司 南京)摘 要:为及时发现和处理输电线路中的故障防止对配电网造成更加严重的影响设计了输配电协同故障预案在线生成系统系统对线路进行全方位监测计算并定位线路故障同时生成故障应对预案利用改进 方法避免由于电流曲线不同而发生误判系统检测到故障后进行故障隔离和故障定位操作 进行线路故障定位测试系统的平均定位误差为 故障定位误差最小为 进行故障诊断分类测试系统的故障分类准确率最大为 关键词:故障预案 线路故障定位 互感取电 整流滤波 方法中图分类号:文献标识码:文章编号:():./.作者简介:曹毅()男硕士工程师研究方向为电力系统稳定控制 (.):.:引 言近年来经过大规模电网改造输配电线路中电源节点的数量明显增加对线路节点位置的优化可加强主配电网的供电能力 截止到 年输配电线路巡检工作线路里程数达到 万公里线路的巡检规模超过 万公里 但依靠巡检设备做巡检效率较低故障线路监测点的数据反馈不及时非故障区域的负荷恢复存在延迟且没有全面的故障应对预案针对上述存在的问题文献系统通过安装馈线终端和通信模块配合输电线路的监控计算机实现对线路运行信息的日常监测和故障隔离文献系统应用单步多框检测器 对线路的缺陷样本进行类别划分提取更多的采样损输配电协同故障预案在线生成及应用 曹毅 等失特征信息提高了线路故障类型识别速度文献系统设计了多个 模型将供电线路的故障检测分解为先定位后识别的多阶段流程使用 对故障进行定位得到目标区域文献系统将基波零序电流方向作为故障诊断的方向测度提取特征频带下的暂态故障电流信号利用多测点信息提高故障定位的精度 上述方法容易受到外界环境和线路参数等因素影响故障定位精度依赖于测量装置的灵敏性系统的容错性较差系统的资源调度不合理导致故障运维效率降低 输配电协同故障预案在线生成系统当输配电系统某个区域或某条输电线路发生故障时系统需迅速做出反应在第一时间对故障点进行定位并判断故障类型根据线路故障特征自动生成故障应对预案快速恢复非故障区域的供电 系统协助配电网运维人员定位故障位置可提升线路故障的运维效率减少线路故障的停运时长同时配合终端装置将监测信号反馈至系统主站 系统使用 前端开发框架用户能够直接使用 提供的预编译的 文件根据系统的需要从源码定制所需的样式系统客户端采用 开发技术以异步方式完成前端与后台的数据交互提升客户端的响应能力 应用开发中使用了 框架通过 的配置文件来划分模型层和视图层采用 对象关系映射框架将各个数据库表字段与 建立映射关系 输配电协同故障预案在线生成系统架构如图 所示在具备条件的环网柜、开关选线关键节点安装数据传输单元和光网络单元在输配电线路中使用故障指示器通过通信网络向系统主站发送配电线路的故障信息、测量信号和开关量信号系统根据线路参数判断当前配电网运行状态系统远程对故障信息进行分析处理生成故障预案对故障点进行隔离 系统主站与各终端设备的通信方式为光纤专网通信和无线专网通信利用各机房内的光线路终端和同步数字终端接入系统内部网络实现信息传输 主干光纤网络具有双图 输配电协同故障预案在线生成系统 口的 具有 兆的宽带容量及抗 多点失效能力 光网络单元装有 个具有双 地址和双 口的以太网口串行接口全部按照/要求接入 系统的监控工作站和故障中心对输配电线路的运行情况和配电终端进行监控实现对配电线路的全采集和全监测通过故障中心的运行分析结果对故障点进行定位并自动生成故障应对预案保证故障线路不影响其他供电线路和配电终端的正常运行 互感取电的输配电线路监测终端设备系统对输配电线路发生的故障进行诊断和定位主要依靠线路监测终端设备通过实时采集线路上的电压电流幅值及相位判断是否发生故障由于检测终端直接安装在线路上线路电压过高无法直接为终端设备供电 本研究设计出一种能够互感取电的线路监测终端设备通过互感取电单元直接从线路上取电输配电协同故障预案在线生成及应用 曹毅 等使用 的 芯片作为监测终端的 处理器 集成片的 为 线路监测终端设备可分为多个模块包括 模块、通信模块、模块、无线传输模块、互感取电模块等 电流传感器对输电线路上的电流信息进行采集电流信号经过信号处理单元完成滤波和数模转换 互感取电的线路监测终端设备硬件结构如图 所示通信模块使用 芯片支持 协议对不同相分配不同的网络节点将其中两相的数据发送到第三相设备上然后再进行数据传输 通信模块内部集成了接收机将数据经过 滤波放大通过数据处理单元完成数模转换 无线传输模块采用 芯片使用无线分组交换技术以分组的方式通过信道传输实现数据的远程接入 互感取电模块中使用了电流互感器选择非晶体材料作为铁芯电流经过电流互感器一次测时互感取电模块感应出电压 互感取电模块电路如图 所示图 互感取电的线路监测终端设备硬件结构图 互感取电模块电路 当互感取电模块中有电流经过时输出的电压为:()式中为电压有效值 为输入电流的频率为互感器二次侧线圈匝数为磁通量 当电流互感器的一次侧线圈的匝数为 时磁感应强度可表示为:()其中为真空磁导率为相对磁导率为磁场强度的幅值 其中过压保护模块连接整流滤波的输出端同时也连接/模块的输出端为互感取电模块提供电压保护防止输出的电压和电流过大破坏模块电路 经过滤波后进入降压模块调节降压模块中的电阻 和 将 的电压转化为直流 输出再连接到/模块中保证输出电压的稳定性基于改进 方法的线路故障检测和定位系统在线生成故障预案需要依靠准确的故障定位以便对故障点进行隔离和修复 由于输配输配电协同故障预案在线生成及应用 曹毅 等电网络连接设备单元较多且不同线路间相互耦合直接使用柔性直流输电的故障检测方法可能会发生将非故障线路误判为短路故障 因此需要采样频率要求低且定位精度高的故障定位方法本研究提出一种基于改进 方法进行线路故障的检测和定位能够有效避免由于电流曲线不同而发生的误判 故障检测与定位流程如图 所示图 故障检测与定位流程进行故障检测时将采样电流与稳态参考电流进行比较求解二者的相关系数为:()()()()()式中和 为采样电流曲线中的采样点和为参考电流曲线中的参考点 为曲线的对比点 在故障检测中稳态参考电流是一个恒定值为防止误检的发生本研究对线路的累加值的相关系数进行分析采样电流曲线和稳态参考电流曲线的对比值可表示为:()式中为暂态线路电流为采样线路电流 当电流曲线不同而电流变化率相同时将出现高度相关性本研究引入了一个调整因子进行优化调整因子 表示为:(/)()进行故障检测时输配电线路上的监测终端采样线路的故障电流并存储选择固定长度的时间窗作为线路电流参考时间窗长度设置为 比较采样电流和稳态参考电流之间的相关程度比较频率设置为 如果故障电流的正负极的电流相关程度低于阈值线路中两个极点的电流和不 为 零 则 判 断 出 该 线 路 发 生 极 地 短 路故障系统生成故障预案需要确定线路故障点的精确位置故障检测完成后系统生成故障位置和故障电阻的随机组合然后计算暂态线路电流、暂态电流最大值 和采样电流最大值 将故障被检测到的时刻作为基准时刻使采样电流和计算出暂态电流的各时刻对齐判断 和之间的关系 当 大于 时计算出的电流曲线偏移然后使用 方法分析计算得到的暂态电流之间的相关程度当相关程度高于设定的阈值时故障定位可以终止 应用测试本研究系统可对区域内 千伏的输配电线路进行实时监控监测线路电压、电流数据与线路开关、线路故障指示器数据并能通过控制开关进行自动或手动的监控 通过调用 接口类中 方法实现数据调用的操作然后分析出故障类型和故障区段 输配电线路的数据监控界面如图 所示图 输配电线路的数据监控界面输配电协同故障预案在线生成及应用 曹毅 等为验证本研究系统的性能是否满足预期需求搭建测试环境进行实验在 操作系统上运用 编程工具进行开发服务器测试环境选择部署在 操作系统上 测试环境如图 所示图 测试环境客户端和服务器的硬件配置参数如表 所示表 硬件配置参数设备类型配置描述客户端()()()硬盘内存操作系统 主机服务器处理器 数据库 操作系统 进行线路故障定位测试时设定两种故障类型:单相接地故障和两相接地故障使用文献系统和文献系统进行对比测试设定在 时线路发生故障使用三种系统对故障进行定位故障定位误差为:()其中为系统定位的故障距离为实际故障距离为故障所在线路的总长度 将故障点位置设置为线路的、进行五次实验得到三种系统的故障定位误差如图 所示具体数据如表 所示线路的故障点在不同的位置时系统对故障点的定位精度也随之变化由于预测电流曲线与图 系统的故障定位误差表 故障定位误差数据()故障点位置文献系统文献系统本研究系统 实际的故障电流曲线变化不完全相同所以系统对故障点的定位存在误差 通过图 和表 可知本研究系统定位精度最高平均定位误差为 线路故障越严重时故障电流的变化率就越大定位误差就越小故障点发生在总线路的时本研究系统的故障定位误差最小在实际线路故障中线路大多数情况下存在接地电阻为验证本研究方法对故障类型进行分类的准确性以负极接地故障和正极接地故障两种故障类型为例设定接地电阻的阻值为、选取 组测试样本进行测试与文献系统进行对比在不同阻值的情况下进行 次测试取平均值得到两种系统的故障分类准确率如表 所示准确率变化如图 所示表 故障分类准确率()电阻阻值/文献系统本研究系统 输配电协同故障预案在线生成及应用 曹毅 等 图 准确率变化 由图 可知接地电阻的存在影响了线路进行故障诊断分类的准确率随着阻值的增加故障分类准确率降低 在接地电阻的阻值为 时本研究系统的故障分类准确率为 文献系统的故障分类准确率为 当接地电阻的阻值增加到 时本研究系统的准确率降低到 文献系统的准确率降低到 可以看出本研究系统受接地电阻的影响最小故障分类准确率始终高于 具有较好的故障诊断效果 结束语本研究建立了输配电协同故障预案在线生成系统通过通信网络将配电终端的采集信息和监控信息上传至系统主站通过系统分析实现对线路故障点的诊断和定位并生成故障应对预案实现故障点的隔离和非故障电的快速复电随着输配电网络不断改造和升级还需将系统各模块进行整合和完善将电力营销和调度等各业务建立联系使系统的功能更加完善参 考 文 献:俞炜平李振海范定志等.强电干扰下输电线路继电保护内部故障检测系统设计.电子设计工程():.郑立罗世萱徐琼琼 等.山区配电线路故障精准定位系统的研发与应用.电力信息与通信技术():.徐春萍.配网自动化系统中线路故障快速定位策略.电子技术():.戴连铭李春华.基于小波包能量熵与 的微电网故障诊断.计算机与数字工程():.郑聪彭庆忠周海峰 等.基于人工智能专家系统的船舶电力系统故障诊断研究.广州航海学院学报():.刘亮邓名高张明 等.一种补偿配变高频容性效应的配电网故障测距新方法.长沙大学学报():.霍丹.基于小波变换的输电线路故障检测系统设计.信息与电脑(理论版)():.周红王海云.基于 神经网络的送电线路故障在线检测方法.智慧电力():.王立宪马宏忠戴锋.机械故障诊断与预警技术研究.电机与控制应用():.张怿宁张大海武传健 等.利用低频故障分量 检验的直流输电线路后备保护新原理.南方电网技术():.崔江波侯兴松.基于注意力机制的 输电线路故障检测算法.国外电子测量技术():.杨军.基于分布式监测系统的超高压输电线路故障诊断技术应用.内蒙古电力技术():.李永见饶基贤李国栋 等.配电线路便携式综合诊断装置研究.技术与市场():.魏秋兰.基于 控制的汽车灯光系统原理分析与故障诊断.粘接():.仇智.配电线路故障抢修中的安全措施分析.集成电路应用():.():.():.():.(责任编辑:丁晓清)