一种电缆分支箱多支路故障快速定位方法及系统与流程

本技术涉及电缆故障定位，尤其涉及一种电缆分支箱多支路故障快速定位方法及系统。

背景技术：

1、电缆分支箱在配电网中承担主干电缆的分接与转接，一路进线经箱内公共母排分接为若干路出线支路，各出线支路共用同一母排电位与同一接地系统，箱体本身不设分合闸操作机构。对分支箱内出线支路的故障判别，通行做法是在各出线支路的电缆头处套装零序电流互感器，由箱内集中终端同步采集各出线支路的零序电流，当母排电压跌落或某一出线支路的零序电流越过整定值时触发录波，截取事件前后的一段数据。随后从数据段中取出判据量，稳态类取零序电流的幅值与相位，按群体比幅比相的方式选出幅值最大且相位与其余各路相反的出线支路；暂态类取首半波的极性、五次谐波分量、特征频带的小波能量或波形之间的相关系数与相似因子；另有做法在同一母排上指定一条参考支路，取其余各出线支路的零序电流相对参考支路的变化比与投影系数作为判据。判出出线支路之后，再由阻抗法折算故障距离或由行波波头到达时刻差计算故障点位置，结果经通信通道上送主站或就地告警。工程上还并行采用故障指示器翻牌巡视、逐路停电试拉，以及停电之后以电桥法与脉冲反射仪离线测距。

2、上述做法的判据量集中在零序电流的幅值、相位、能量与波形相似度上。零序电流的幅值正比于出线支路的对地电容量，电缆长度大的出线支路在幅值排序中恒居前列，且零序电流互感器的变比误差与二次回路的传变误差直接叠加在幅值上，在电缆长度相近而变比误差不同的出线支路之间出现幅值排序次序颠倒。以母排零序电压作参考量的做法在电缆分支箱内缺少可用的电压量测通道，外配电压互感器时其幅频响应误差随频率变化并整体进入判据。取单一频点与单一特征频带的做法在扰动源类型改变时出现该频点能量不足，同一台分支箱在电容器投切与大负荷启停两类扰动下给出的判据量数值不一致。电缆整体老化时泄漏电导与对地电容按长度同比例增大，在幅值与相位上与局部受潮、接头劣化呈同向变化，两类情形在既有判据下取值区间重叠。以单次扰动事件的数据作出裁决的做法，在用户侧整流负荷短时投入而注入谐波电流时，健全出线支路的判据量出现短时越限。

技术实现思路

1、本技术提供了一种电缆分支箱多支路故障快速定位方法及系统，本技术解决了在多条出线支路同时承受同一母排扰动的情形下，判据量受零序电流互感器变比误差、出线支路电缆长度与母排电压量测通道影响而不能把故障出线支路唯一分出的问题。

2、本技术把裁决量由零序电流的幅值改为由同箱各出线支路互为分母所得的相对导纳随频率变化的形状所反解的支路特征角频率，并把裁决过程改为按常数项占比、按同箱中位水平、按多次事件取证的三级递进筛选。

3、第一方面，本技术提供了一种电缆分支箱多支路故障快速定位方法，所述电缆分支箱多支路故障快速定位方法包括：

4、步骤s1、对电缆分支箱内各出线支路的零序电流采样序列按同一时钟基准截取扰动响应段，得到同箱共时事件窗；

5、步骤s2、对所述同箱共时事件窗内各出线支路的所述零序电流采样序列作频谱变换，由变换所得幅值谱中高于噪声底的频点筛选获得有效频点集；

6、步骤s3、在所述有效频点集的各频点上，取各出线支路的所述幅值谱数值的中位数作为同箱同频基准，各出线支路的所述幅值谱数值与所述同箱同频基准相除，得到支路同箱相对导纳谱；以各频点角频率的平方为自变量、以所述支路同箱相对导纳谱在同一频点的数值与所述频点角频率之乘积的平方为因变量，通过最小二乘拟合算法逐支路拟合，得到支路容性斜率与支路电导截距，所述支路电导截距与所述支路容性斜率之比的算术平方根为支路特征角频率；

7、步骤s4、由各出线支路的所述支路电导截距、所述支路特征角频率与所述支路特征角频率的中位数之比，经逐级排他筛选获得目标故障支路。

8、第二方面，本技术提供了一种电缆分支箱多支路故障快速定位系统，所述电缆分支箱多支路故障快速定位系统包括：

9、提取模块，用于对电缆分支箱内各出线支路的零序电流采样序列按同一时钟基准截取扰动响应段，得到同箱共时事件窗；

10、变换模块，用于对所述同箱共时事件窗内各出线支路的所述零序电流采样序列作频谱变换，由变换所得幅值谱中高于噪声底的频点筛选获得有效频点集；

11、拟合模块，用于在所述有效频点集的各频点上，取各出线支路的所述幅值谱数值的中位数作为同箱同频基准，各出线支路的所述幅值谱数值与所述同箱同频基准相除，得到支路同箱相对导纳谱；以各频点角频率的平方为自变量、以所述支路同箱相对导纳谱在同一频点的数值与所述频点角频率之乘积的平方为因变量，通过最小二乘拟合算法逐支路拟合，得到支路容性斜率与支路电导截距，所述支路电导截距与所述支路容性斜率之比的算术平方根为支路特征角频率；

12、筛选模块，用于由各出线支路的所述支路电导截距、所述支路特征角频率与所述支路特征角频率的中位数之比，经逐级排他筛选获得目标故障支路。

13、本技术提供的技术方案中，同箱共时事件窗把同一台电缆分支箱内各出线支路的零序电流采样序列约束在同一时钟、同一段时间与同一次扰动之下，各出线支路所承受的母排零序电压在同一频点上为同一个量，此后凡在同一频点上作出线支路之间的比值，母排零序电压即在比值中相除消去，判据的取得不再依赖电压量测通道，电压通道的幅频响应误差在链路的入口处即被隔断而不进入下游。有效频点集以同箱合成幅值谱高于频域噪声底为取用条件，并按低、中、高三个区间分别计数，参与拟合的频点在频率轴上分布，拟合所得常数项由低频区间的取值约束，扰动源类型改变时缺少支撑点的事件窗被整窗舍弃而不进入裁决。同箱同频基准取各出线支路幅值谱数值的中位数，在出线支路数目不少于三条且同一时刻仅有一条出线支路发生缺陷的条件下，中位数落在健全出线支路上，故障出线支路的数值不进入基准，基准由同箱数据逐事件重新给出而不固定不变。支路同箱相对导纳谱经平方线性化之后，出线支路的对地电容量与零序电流互感器的变比误差同为不随频率变化的乘性常数，二者同倍进入一次项系数与常数项，在支路电导截距与支路容性斜率相除的一步中被整除消去，支路特征角频率的数值不再随电缆长度与变比误差改变，电缆长度大的健全出线支路在排序中居前的情形不再出现。支路截距占比把常数项折算为无量纲量，支路介损偏离度把该无量纲量与同箱中位水平相比，整体老化的出线支路在两级筛选中随同箱水平同步移动而不被单独选出，多次事件的越限计次与趋势拟合把短时谐波注入所造成的单次越限排除在目标故障支路之外。

14、最小二乘一元线性拟合适配于本技术所指向的出线支路缺陷判别，原因在于出线支路对地支路由泄漏电导与对地电容并联构成，其导纳幅值的平方对角频率的平方恰为严格的一次关系，常数项独载泄漏电导、一次项系数独载对地电容，两个物理量在同一次拟合中被分置于两个互不牵连的系数上，缺陷所改变的泄漏电导因而能够与电缆长度所决定的对地电容分离开来。若换用在幅值域上作阈值比较或在波形域上作相似度比较的通用做法，泄漏电导与对地电容始终以合成幅值的形态出现在同一个数值里，两者无从分置，长电缆与缺陷电缆在该数值上重叠。若换用需要迭代寻优的非线性拟合或需要训练的模型，则须在箱内终端上承担迭代与训练的算力，且模型参数须随分支箱的接线规模改变而重新给定；一元线性拟合只需在有效频点集上作一次协方差与方差之比的闭式运算，运算量与频点数目成正比，其代价被约束在箱内终端单次录波处理的量级之内，且拟合式的两个系数各自具有明确的物理归属，取值可由出线支路的电缆长度与绝缘状况直接核验。