中压配电网三相型电缆故障定位系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于暂态剩余电流的中压配电网三相型电缆故障定位系统和方法，所述系统包括：终端子系统，用于获取配电网三相型电缆的暂态剩余电流数据；网络子系统，用于终端子系统的远程通信；云计算子系统，用于故障定位；显示模块，用于显示故障定位结果；所述网络子系统分别连接终端子系统和云计算子系统，所述云计算子系统连接显示模块，所述终端子系统包括多个终端，各终端设置在环网柜或配电站外部的三相型电缆上。与现有技术相比，本发明专利技术仅通过暂态剩余电流进行中压配电网三相型电缆故障定位，并且通过多个定位鉴别算法确定故障位置，具有定位结果准确度高，方便可靠等优点。

Three phase cable fault location system and method in medium voltage distribution network

The invention relates to a three-phase cable fault location system and method for medium voltage distribution network based on transient residual current, the system includes: terminal subsystem for obtaining transient residual current data of three-phase cable in distribution network; network subsystem for remote communication of terminal subsystem; cloud computing subsystem for fault location; display module for displaying fault location The network subsystem is connected with the terminal subsystem and the cloud computing subsystem respectively, and the cloud computing subsystem is connected with the display module. The terminal subsystem includes a plurality of terminals, each terminal is arranged on a three-phase cable outside the ring network cabinet or distribution station. Compared with the prior art, the invention only uses the transient residual current to locate the fault of the three-phase cable in the medium voltage distribution network, and determines the fault location through a plurality of positioning identification algorithms, which has the advantages of high accuracy of the positioning result, convenience and reliability.

【技术实现步骤摘要】
中压配电网三相型电缆故障定位系统和方法
本专利技术涉及配电网故障检测领域，尤其是涉及一种仅基于暂态剩余电流的中压配电网三相型电缆故障定位系统和方法。
技术介绍
由电源、环网柜、电缆组成的多分支配电网是供电保障的基础设施。而由外部环境与内在质量等原因，造成的配电网三相型电缆相间短路故障会影响到供电的可靠性。一旦电缆发生故障就需要迅速知道故障位置，及早排除故障。目前常规的电缆故障在线定位方法，基本是“基于电缆相/地线电流的突变比幅法”、“基于故障行波的点对点测距法”等应用电缆检测终端的在线监测方法。由于故障行波以光速在线路上传播，因此，这些方法基本用于长距离的输电线路上，可以在线确定电缆的故障位置。但因中压配电网的电缆段长短、配电网主干与分支纵横互联、网状多级分布的三相配电网电缆纵横交错，以往基本靠人工离线的排查方法找到故障位置效率低。因此目前需要在停电和开箱门的条件下，通过在中压配电网的三相型电缆上分别安装三相线和接地线的电流、电压数据信息的在线监测装置来了解故障消息，快速准确地识别并定位出中压配电网三相型电缆的相间短路故障时在线监测主要任务。但为了提高配电网的供电可靠性，需要在不开箱门、不停电的条件下，实现中压配电网三相型电缆故障的在线监测装置的安装和故障定位监测。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，而提供一种在不开箱门、不停电的条件下，仅基于暂态剩余电流的中压配电网三相型电缆故障定位系统和方法。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：<br>一种基于暂态剩余电流的中压配电网三相型电缆故障定位系统，包括：终端子系统，用于获取中压配电网三相型电缆的故障暂态剩余电流波形数据；网络子系统，用于终端子系统的远程通信；云计算子系统，用于故障定位；显示模块，用于显示故障定位结果；所述网络子系统分别连接终端子系统和云计算子系统，所述云计算子系统连接显示模块，所述终端子系统包括多个终端，各终端设置在环网柜或配电站外部的三相型电缆上。进一步地，所述网络子系统包括：低功耗广域物联网，用于终端子系统内各终端间通信；窄带广域物联网或无线自组网，用于终端子系统和云计算子系统通信。进一步地，所述终端包括为该终端供电的电源、罗氏线圈感应器、采集器、存储器、嵌入式计算模块、故障电弧鉴别模块和通讯模块，所述采集器连接罗氏线圈感应器和嵌入式计算模块，所述嵌入式计算模块还连接存储器和故障电弧鉴别模块，所述故障电弧鉴别模块连接通讯模块，所述罗氏线圈感应器包括开口罗氏线圈。进一步地，所述故障电弧鉴别模块为集成有故障电弧鉴别软件的FPGA芯片或CPU。基于电缆短路和接地故障必有故障电弧，电弧必会在线路上产生具有故障电弧特征谐波频谱的特点，通过故障电弧鉴别模块识别出故障电波故障电弧特征，提高对配电网三相型电缆故障的判别准确率。进一步地，所述通讯模块包括LoRa芯片或LoRa模块，和NB-IOT网卡或MESH网卡。进一步地，所述通讯模块还包括用于和移动终端通信的近场通信模块或蓝牙模块，实现了巡检人员的移动终端与本故障定位系统的终端子系统的现场信息交互。一种利用上述的系统进行中压配电网三相型电缆故障定位的方法，该方法包括以下步骤：终端安装步骤：将终端子系统中的各终端设置在环网柜或配电站外部的三相型电缆外护套上；网络配置步骤：对终端子系统配置网络子系统；数据获取步骤：云计算子系统获取终端子系统经过网络子系统传输的各终端感知并识别出的三相型电缆故障暂态剩余电流波形数据；故障定位步骤：云计算子系统基于各终端感知并识别出的三相型电缆故障暂态剩余电流波形数据，在预建立的配电网架构上，通过多个故障定位鉴别算法，定位出在配电网架上分布的三相型电缆故障段位置；故障显示步骤：云计算子系统将故障定位结果和预建立的配电网架构显示在显示模块上。进一步地，所述多个鉴别算法定位为波幅峰值排序鉴别算法、波时谷序排序鉴别算法和终端关联性计算鉴别算法中的至少两种方案。采用至少两种方案确定故障定位结果，且各方案间彼此独立互不影响，提高了本专利技术故障定位方法的定位结果的准确率和可靠性。进一步地，所述波幅峰值排序鉴别算法具体为云计算子系统对各终端的暂态剩余电流波形数据的电流波形进行波幅峰值排序，故障位置为波幅峰值最高的两个电流波形分别对应的终端间的三相型电缆的故障段位置。进一步地，所述波时谷序排序鉴别算法具体为云计算子系统对各终端的暂态剩余电流波形数据的时刻信息数据进行波时谷序排序，故障位置为波时谷序最低的两个电流波形分别对应的终端间的三相型电缆的故障段位置。进一步地，所述终端关联性计算鉴别算法具体为各相邻终端进行链式传递型故障波通信，云计算子系统基于终端间的链式传递故障波通信信息进行故障定位；所述各相邻终端进行链式传递故障波通信具体为一终端获取到故障暂态剩余电流波数据，则生成已获取消息，并传送给相邻终端，所述已获取消息包括该终端的位置信息和该终端获取到故障暂态剩余电流波数据的时刻信息；所述云计算子系统基于终端间链式传递的故障波通信信息进行故障定位具体为，云计算子系统基于终端间链式传递的故障波通信信息，确定故障位置为最早的两个时刻信息分别对应的终端间的三相型电缆段的位置。终端关联性计算方案为区块链式的故障定位方案，通过各终端间的故障通信链，基于故障通信的时刻信息，确定故障位置，该方案无需对故障暂态剩余电流波数据进行识别，与波幅峰值排序鉴别算法和波时谷序排序鉴别算法彼此独立，进一步地提高定位结果的准确率。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术仅依赖于发生电缆故障时，中压配电网三相型电缆上出现暂态剩余电流这一稍纵即逝的单一信息数据源，通过终端子系统、网络子系统、云计算子系统和显示模块，在终端子系统中定位故障发生位置的终端，终端子系统各终端设置在环网柜或配电站外部的三相型电缆外护套上，实现不停电、不开箱门安装，定位发生故障的三相型电缆段，因此本专利技术故障定位系统具有方便可靠的优点。(2)本专利技术采用多个定位鉴别算法方案进行故障定位，多个定位方案为波幅峰值排序方案、波时谷序排序方案和终端关联性计算方案中的至少两种方案，进一步提高了故障定位结果的准确性。(3)本专利技术波幅峰值排序鉴别算法方案、波时谷序排序鉴别算法方案和终端关联性计算鉴别算法方案彼此间相互独立，不受其它方案影响。(4)本专利技术终端通过罗氏线圈感应器获取三相型电缆的暂态剩余电流，罗氏线圈感应器安装在环网柜外部的三相型电缆外护套上，安装时无需将环网柜断电开门，不影响电网的供电可靠性。(5)本专利技术终端设有故障电弧鉴别模块，故障电弧鉴别模块基于电缆短路和接地故障必有故障电弧，电弧必会在线路上产生具有故障电弧特征谐波频谱的特点，通过对已提取的故障波形数据进行再识别，提取具有故障电弧特征的波形，滤除属于正常扰动范围的波形，提高对中压配电网三相型电缆故障的判别准确率。(6)本专利技术终端子系统的各终端通信本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于暂态剩余电流的中压配电网三相型电缆故障定位系统，其特征在于，包括：/n终端子系统(10)，用于获取中压配电网三相型电缆的暂态剩余电流数据；/n网络子系统(20)，用于终端子系统的远程通信；/n云计算子系统(30)，用于故障定位；/n显示模块(40)，用于显示故障定位结果；/n所述网络子系统(20)分别连接终端子系统(10)和云计算子系统(30)，所述云计算子系统(30)连接显示模块(40)，所述终端子系统(10)包括多个终端(100)，各终端(100)设置在环网柜或配电站外部的三相型电缆的外护套上。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于暂态剩余电流的中压配电网三相型电缆故障定位系统，其特征在于，包括：
终端子系统(10)，用于获取中压配电网三相型电缆的暂态剩余电流数据；
网络子系统(20)，用于终端子系统的远程通信；
云计算子系统(30)，用于故障定位；
显示模块(40)，用于显示故障定位结果；
所述网络子系统(20)分别连接终端子系统(10)和云计算子系统(30)，所述云计算子系统(30)连接显示模块(40)，所述终端子系统(10)包括多个终端(100)，各终端(100)设置在环网柜或配电站外部的三相型电缆的外护套上。


2.根据权利要求1所述的一种基于暂态剩余电流的中压配电网三相型电缆故障定位系统，其特征在于，所述网络子系统(20)包括：
低功耗广域物联网，用于终端子系统内各终端(100)间通信；
窄带广域物联网或无线自组网，用于终端子系统(10)和云计算子系统(30)通信。


3.根据权利要求1所述的一种基于暂态剩余电流的中压配电网三相型电缆故障定位系统，其特征在于，所述终端(100)包括为该终端供电的电源(1)、罗氏线圈感应器(2)、采集器(3)、存储器(4)、嵌入式计算模块(5)、故障电弧鉴别模块(6)和通讯模块(7)，所述采集器(3)连接罗氏线圈感应器(2)和嵌入式计算模块(5)，所述嵌入式计算模块(5)还连接存储器(4)和故障电弧鉴别模块(6)，所述故障电弧鉴别模块(6)连接通讯模块(7)，所述罗氏线圈感应器(2)包括开口罗氏线圈(201)。


4.根据权利要求3所述的一种基于暂态剩余电流的中压配电网三相型电缆故障定位系统，其特征在于，所述通讯模块(7)包括LoRa芯片或LoRa模块，和NB-IOT网卡或MESH网卡。


5.根据权利要求3所述的一种基于暂态剩余电流的中压配电网三相型电缆故障定位系统，其特征在于，所述通讯模块(7)还包括用于和移动终端通信的近场通信模块或蓝牙模块。


6.一种利用权利要求1所述的系统进行中压配电网三相型电缆故障定位的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
终端安装步骤：将终端子系统(10)中的各终端设置在环网柜或配电站外部的三相型电缆的外护套...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，袁东，王祁俊，周冰成，张欢欢，褚建超，方陈涛，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，上海拜安实业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31