一种一二次融合环网箱故障定位方法及系统与流程

本发明属于电气测量，尤其涉及一种一二次融合环网箱故障定位方法及系统。

背景技术：

1、当前在中压配电网中，一二次融合环网箱通常集成高压开关、互感器、配电终端和直流绝缘监测支路，用于电能分配和运行状态监测，进行故障定位时，需要准确采集母线及各出线回路二次侧的瞬时电压、瞬时电流以及对地直流电变量，并从测量信号中获取基波相量、暂态能量流向和绝缘参数，以判断绝缘劣化、高阻单相接地和相间短路等故障所在区间，由于故障判断依赖多个回路测量信号之间的幅值和相位关系，多回路电变量的测量精度和相位一致性会直接影响故障定位判据的可靠性。

2、在实际运行中，各开关间隔的采样单元通过差分串行总线将测量数据发送至主控单元，受总线轮询排队和通信传输延时影响，不同测量通道的数据在时间上存在偏差，使原本同时采集的三相及多回路零序电变量无法保持一致的相位基准，进而影响基波零序导纳计算和暂态有功功率方向积分，甚至造成极性判断错误，同时，互感器铁芯受到暂态大电流或突变量冲击时会产生非线性磁化滞后，使二次侧波形出现幅值和相位畸变，进一步增大微弱故障信号的测量误差，此外，远程费控跳闸、绝缘老化等非故障情况也会引起电压波动和电流阶跃，现有测量手段较难准确区分受控分闸、绝缘退化和金属性短路过程，容易造成保护判据误动，在配电网运行中，现有技术采用特征分解算法进行暂态选线，例如，公开号为cn117805554a的中国发明专利申请公开了一种针对配电网环网单相接地故障的暂态选线方法和系统，采用改进变分模态分解与hilbert变换提取各线路暂态特征，并依据零序电流相位差判定故障线路，然而，该方案预设各监测点处于理想同步采样环境，未考虑现场差分串行总线异步传输时延对多通道瞬时采样序列造成的离散相位畸变；且该方法直接采用原始测量量进行相位比对，忽略了互感器非线性磁化滞后与二次侧负载对微弱暂态波形的幅相畸变影响。

3、因此，如何减小多通道通信传输时延造成的相位偏差，补偿互感器非线性测量误差，并综合不同电气测量特征区分非故障扰动与真实故障区间，成为本发明所要解决的技术问题。

技术实现思路

1、为解决背景技术中的问题，本发明的技术方案如下：一种一二次融合环网箱故障定位方法，包括以下步骤：

2、步骤s1，连续采集母线及各出线回路的三相二次侧瞬时电压信号与三相二次侧瞬时电流信号，同步采集直流绝缘监测支路的泄漏电流信号与对地电压信号；

3、步骤s2，测算各间隔采样单元数据包在差分串行总线上的双向往返传输时延以确定绝对时间偏移量，据此对三相二次侧瞬时电压信号与三相二次侧瞬时电流信号应用样条插值补偿，生成时空同步对齐的离散电气测量序列；

4、步骤s3，对离散电气测量序列提取工频基波零序电压相量、工频基波零序电流相量及暂态高频能量积分，结合互感器二次侧等效负载参数及漏感参数对工频基波零序电流相量应用幅相校正获得校正基波零序电流相量，计算各出线回路的校正基波零序导纳；

5、步骤s4，依据泄漏电流信号与对地电压信号计算对地泄漏电导，在对地泄漏电导超标且工频基波零序电压有效值上升斜率低于预设上限时闭锁分闸控制回路，并在费控跳闸监测时窗内回路电流幅值归零时闭锁短路故障定位判据；

6、步骤s5，在工频基波零序电压有效值超过预设启动门限时，计算各出线回路在故障启动后半个工频基波周期内的暂态零序瞬时有功功率积分值，结合校正基波零序导纳的虚部极性与暂态高频能量积分判定故障区间，并生成跳闸驱动脉冲。

7、优选的，步骤s2中确定绝对时间偏移量并应用样条插值补偿的过程包括：步骤s21，主控单元测定数据包在差分串行总线上的双向往返传输时延，计算各间隔采样单元的本地微秒级时间戳相对于主控基准时钟的时间差值，将时间差值与半倍双向往返传输时延相加获得绝对时间偏移量；步骤s22，基于绝对时间偏移量对各间隔的离散瞬时电压序列与瞬时电流序列应用三次样条插值补偿，消除差分串行总线轮询通信引入的多通道相位偏差。

8、优选的，步骤s4中计算对地泄漏电导并闭锁分闸控制回路的过程包括：步骤s41，利用直流绝缘监测支路采集的泄漏电流信号与对地电压信号计算对地泄漏电导；步骤s42，在连续5个工频基波周期内实时监测工频基波零序电压有效值的时序演化特征，当对地泄漏电导持续超过预设绝缘劣化阈值0.05ms，且工频基波零序电压有效值的时域上升斜率低于预设稳态爬升上限0.15kv/s时，判定设备处于对地绝缘受潮老化的渐变异常状态并输出预警信号，闭锁开关分闸控制回路。

9、优选的，步骤s4中闭锁短路故障定位判据的过程包括：步骤s43，在接收到配网主站下发的费控跳闸指令帧后，开启预设时长为100ms的监测时窗；步骤s44，在监测时窗内持续检测各出线回路的电流有效值与断路器辅助接点开入状态，若在监测时窗内检测到目标出线回路电流幅值突降至零且断路器辅助接点由闭合变位为断开，判定该电气跳变为受控正常分闸操作，闭锁目标出线回路的相间短路故障判据与过流保护判据。

10、优选的，步骤s3中提取暂态高频能量积分的过程包括：步骤s31，对离散电气测量序列应用3阶小波包多尺度分解，提取预设故障突变特征频段内的各小波分解节点系数；步骤s32，对各小波分解节点系数应用平方求和积分，生成各出线回路对应的暂态高频能量积分，并计算各出线回路的暂态高频能量积分在所有回路暂态高频总能量中的占比值。

11、优选的，步骤s5中判定故障区间的过程包括：步骤s51，若所有出线回路的暂态零序瞬时有功功率积分值均小于零，且母线工频基波零序电压有效值持续超过额定相电压的50%，判定故障区间位于环网箱母线或箱内设备内部绝缘击穿位置；步骤s52，若特定出线回路的暂态零序瞬时有功功率积分值大于零且对应的暂态高频能量积分占比最大，其余健全回路的暂态零序瞬时有功功率积分值均小于或等于零，且特定出线回路的校正基波零序导纳的虚部呈现负值感性特征，判定特定出线回路发生外部电缆线路单相接地故障。

12、优选的，步骤s5中计算暂态零序瞬时有功功率积分值的过程包括：步骤s53，以工频基波零序电压有效值越过预设启动门限的时刻为积分起始点，设定积分时间宽度为半个工频基波周期，计算各出线回路对应的暂态零序瞬时有功功率积分值。

13、优选的，生成跳闸驱动脉冲之后还包括故障切除验证过程：步骤s54，向故障回路的断路器跳闸线圈发送跳闸驱动脉冲，在开关动作过程中持续采样检测故障回路二次侧瞬时电流与母线电压波形；步骤s55，若在预设切除时限40ms内检测到残余电流低于预设电流阈值0.05a，且母线电压中的负序电压分量与零序电压分量均恢复至对称稳态允许区间，判定故障成功隔离并闭锁后加速跳闸回路。

14、优选的，故障切除验证过程还包括：步骤s56，若在开关跳开后母线工频基波零序电压有效值持续高于预设异常门限，判定存在断路器拒动或跨间隔母线故障，向环网箱进线断路器或母联断路器发送后备联跳指令以切除上级电源。

15、一种一二次融合环网箱故障定位系统，其用于实现一二次融合环网箱故障定位方法，包括：

16、同步采集模块，用于连续采集母线及各出线回路的三相二次侧瞬时电压信号与三相二次侧瞬时电流信号，同步采集直流绝缘监测支路的泄漏电流信号与对地电压信号；

17、时标对齐模块，用于测算各间隔采样单元数据包在差分串行总线上的双向往返传输时延以确定绝对时间偏移量，据此对三相二次侧瞬时电压信号与三相二次侧瞬时电流信号应用样条插值补偿，生成时空同步对齐的离散电气测量序列；

18、频域解耦与幅相校正模块，用于对离散电气测量序列提取工频基波零序电压相量、工频基波零序电流相量及暂态高频能量积分，结合互感器二次侧等效负载参数及漏感参数对工频基波零序电流相量应用幅相校正获得校正基波零序电流相量，计算各出线回路的校正基波零序导纳；

19、状态判别与闭锁控制模块，用于依据泄漏电流信号与对地电压信号计算对地泄漏电导，在对地泄漏电导超标且工频基波零序电压有效值上升斜率低于预设上限时闭锁分闸控制回路，并在费控跳闸监测时窗内回路电流幅值归零时闭锁短路故障定位判据；

20、故障定位与驱动控制模块，用于在工频基波零序电压有效值超过预设启动门限时，计算各出线回路在故障启动后半个工频基波周期内的暂态零序瞬时有功功率积分值，结合校正基波零序导纳的虚部极性与暂态高频能量积分判定故障区间，并生成跳闸驱动脉冲。

21、相对于现有技术，本发明一种一二次融合环网箱故障定位方法，具有以下优势：

22、1、在一二次融合环网箱故障定位中，通过对差分串行总线传输时延造成的时间偏差进行补偿，使不同开关间隔采集的瞬时电压、瞬时电流保持统一的时间基准，减小总线异步轮询对基波相角测量的影响，由此，各回路的工频基波零序电压相量和工频基波零序电流相量能够在同一时间基准下进行计算，降低因相位偏差造成校正基波零序导纳极性误判的可能，使高阻接地及其他微弱故障的相量比较建立在时间一致的测量数据基础上，提高故障判断的可靠性。

23、2、通过互感器二次侧等效负载参数及漏感参数对工频基波零序电流相量进行幅相校正，可减小互感器在暂态过程中产生的幅值和相位测量误差，提高微弱故障电流的测量准确性，在此基础上，结合暂态零序瞬时有功功率积分值、暂态高频能量积分以及校正基波零序导纳的极性特征进行判断，可从不同电气特征相互印证故障方向和故障回路，降低单一测量特征受干扰时产生误判的可能，更准确地区分环网箱母线或箱内设备内部绝缘击穿与外部出线电缆单相接地故障。

24、3、通过对直流绝缘监测支路的对地泄漏电导、工频基波零序电压变化以及费控跳闸过程中的回路电流和断路器辅助接点状态进行综合判断，可以区分绝缘受潮老化、受控正常分闸与金属性短路等不同运行状态，从而减小绝缘缓慢劣化引起的电变量变化以及正常费控分闸产生的瞬态变化对故障选线和保护判据的干扰，避免将非故障状态误判为短路或接地故障，从而减少保护误动和由此造成的非必要停电。