一种电缆故障原因诊断方法及系统与流程

1.本发明属于电缆故障原因诊断技术领域，具体涉及一种基于分布式工频测量技术的电缆故障原因诊断方法及系统。


背景技术：

2.过渡电阻是指当发生故障时，短路电流从一相流到另一相或导入大地所经过的电阻。相间短路时，过渡电阻主要为电弧电阻；接地故障时，过渡电阻主要为接触电阻和杆塔组成。
3.马彦飞等的《基于双端时域信号的过渡电阻在线计算方法》，该方法通过阻抗法计算故障点距离某一端的距离从而计算过渡电阻，但在计算故障距离时因未考虑过渡电阻的影响从而存在误差，影响最终计算结果；zl201811330576.9公开一种基于多测距方法融合的接地故障过渡电阻计算方法，该方法易因行波寻找波头困难导致计算误差。
4.同时，目前还没有种基于分布式工频测量技术的电缆故障原因诊断方法。因此如何克服现有技术的不足是目前电缆故障原因诊断技术领域亟需解决的问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种电缆故障原因诊断方法及系统，该方法采用电缆两端电压和电流值以及故障距离计算过渡电阻，根据过渡电阻的幅值及其变化趋势分析故障原因，从而配合巡线人员排除故障原因，减少巡线工作量。
6.为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
7.一种电缆故障原因诊断方法，包括如下步骤：
8.步骤(1)，电压、电流与故障距离的测量：实时测量电缆两端的电压和电流(u1，i1，u2，i2)，并测量故障点与电缆两端的故障距离(l1，l2)；
9.其中，u1为电缆一端的电压，u2为电缆另一端的电压；i1为电缆一端的电流，i2为电缆另一端的电流；l1为故障点与电缆一端的故障距离，l2为故障点与电缆另一端的故障距离；
10.步骤(2)，故障点电压的计算：令电缆上每米的阻抗为z0，则故障发生时，故障点电压u
g
为：
[0011][0012]
步骤(3)，经过过渡电阻的电流的计算：故障发生时，经过过渡电阻的电流i
g
为：
[0013]
i
g
＝i1 i2；
[0014]
步骤(4)，过渡电阻的计算：根据故障时故障点电压和电流，计算过渡电阻r
g
为：
[0015]
[0016][0017]
其中，u
g
cos(θ)、i
g
cos(θ1)为电压、电流实部，u
g
sin(θ)、i
g
sin(θ1)为电压、电流虚部，u
g
、i
g
为电压、电流幅值，通过傅里叶变换得到角度θ、θ1；
[0018]
步骤(5)，故障诊断：根据过渡电阻的实部和虚部制作极坐标图，根据极坐标的变化趋势分析该次故障原因。
[0019]
进一步，优选的是，步骤(5)中，分析该次故障原因的具体方法为：根据故障过程中每个时刻的点在极坐标中与原点的距离获得其幅值的变换；当过渡电阻幅值超过10欧姆则判断为外破故障；当过渡电阻幅值一直小于1欧姆，则判断为山火故障。
[0020]
本发明同时提供一种电缆故障原因诊断系统，包括：
[0021]
电压电流采集模块，用于实时采集电缆两端的电压和电流(u1，i1，u2，i2)；其中，u1为电缆一端的电压，u2为电缆另一端的电压；i1为电缆一端的电流，i2为电缆另一端的电流；
[0022]
故障距离采集模块，用于采集故障点与电缆两端的故障距离(l1，l2)；其中，l1为故障点与电缆一端的故障距离，l2为故障点与电缆另一端的故障距离；
[0023]
故障点电压计算模块，用于根据电缆上每米的阻抗为z0，计算故障发生时，故障点电压u
g
，u
g
为：
[0024]
第一处理模块，用于故障发生时，计算经过过渡电阻的电流i
g
，i
g
为：i
g
＝i1 i2；过渡电阻计算模块，用于根据故障时故障点电压和电流，计算过渡电阻r
g
，r
g
为：
[0025][0026][0027]
其中，u
g
cos(θ)、i
g
cos(θ1)为电压、电流实部，u
g
sin(θ)、i
g
sin(θ1)为电压、电流虚部，u
g
、i
g
为电压、电流幅值，通过傅里叶变换得到角度θ、θ1；
[0028]
故障诊断模块，用于根据过渡电阻的实部和虚部制作极坐标图，根据极坐标的变化趋势分析该次故障原因。
[0029]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如上述电缆故障原因诊断方法的步骤。
[0030]
本发明另外提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如上述电缆故障原因诊断方法的步骤。
[0031]
因某些故障发生后其接触物的导电率发生变化，导致过渡电阻呈现非线性特性。故可利用故障发生时到线路跳闸期间所采集的电压和电流值计算过渡电阻的变化趋势，该变化趋势本发明通过极坐标进行反映。
[0032]
原理阐述：当电缆发生接地故障时，电流流经不同接触物，其过渡电阻表现形式不同，可依靠故障录波记录电缆两端电压和电流值，依据故障点与电缆两端的距离可得阻抗。然后通过阻抗、电压和电流值即可计算出故障点电压与流经过渡电阻的电流值，由此可换
算得出过渡电阻值。然后依据所得过渡电阻在极坐标下所表现的特性，分析故障原因。分析可知，外破故障过渡电阻幅值较大，会超过10欧姆；山火故障过渡电阻幅值较小，小于1欧姆；外破故障过渡电阻幅值先增大后趋于稳定，山火故障幅值较为稳定。
[0033]
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
[0034]
1、与马彦飞等的《基于双端时域信号的过渡电阻在线计算方法》相比，本发明采用已知故障距离可减少计算误差；
[0035]
2、与zl201811330576.9相比，本方法采用电缆两端可测量的工频电压和电流值计算过渡电阻，不存在因行波中寻找波头困难导致计算故障距离存在误差，从而影响过渡电阻计算的问题；
[0036]
3、本发明方法采用电缆两端电压和电流值以及故障距离计算过渡电阻，根据过渡电阻的幅值及其变化趋势分析故障原因，从而配合巡线人员排除故障原因，减少巡线工作量。
附图说明
[0037]
图1为电缆故障线路缩减图；
[0038]
图2为本发明电缆故障原因诊断方法的流程图；
[0039]
图3是本发明电缆故障原因诊断系统的结构示意图；
[0040]
图4为本发明电子设备结构示意图；
[0041]
图5为本发明一个应用实例获取的极坐标图；
[0042]
图6为本发明另一个应用实例获取的极坐标图。
具体实施方式
[0043]
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0044]
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
[0045]
本发明提出一种电缆故障原因诊断方法。线路缩减图如图1所示。本发明的主要内容分为以下几个步骤，如图2所示：
[0046]
步骤(1)，电压、电流与故障距离的测量：实时测量电缆两端的电压和电流(u1，i1，u2，i2)，并测量故障点与电缆两端的故障距离(l1，l2)；
[0047]
其中，u1为电缆一端的电压，u2为电缆另一端的电压；i1为电缆一端的电流，i2为电缆另一端的电流；l1为故障点与电缆一端的故障距离，l2为故障点与电缆另一端的故障距离；
[0048]
步骤(2)，故障点电压的计算：令电缆上每米的阻抗为z0，则故障发生时，故障点电压u
g
为：
[0049][0050]
步骤(3)，经过过渡电阻的电流的计算：故障发生时，经过过渡电阻的电流i
g
为：
[0051]
i
g
＝i1 i2；
[0052]
步骤(4)，过渡电阻的计算：根据故障时故障点电压和电流，计算过渡电阻r
g
为：
[0053][0054][0055]
其中，u
g
cos(θ)、i
g
cos(θ1)为电压、电流实部，u
g
sin(θ)、i
g
sin(θ1)为电压、电流虚部，u
g
、i
g
为电压、电流幅值，通过傅里叶变换得到角度θ、θ1；
[0056]
步骤(5)，故障诊断：根据过渡电阻的实部和虚部制作极坐标图，根据极坐标的变化趋势分析该次故障原因。
[0057]
分析该次故障原因的具体方法为：根据故障过程中每个时刻的点在极坐标中与原点的距离获得其幅值的变换；当过渡电阻幅值超过10欧姆则判断为外破故障；当过渡电阻幅值一直小于1欧姆，则判断为山火故障。
[0058]
如图3所示，一种电缆故障原因诊断系统，包括：
[0059]
电压电流采集模块101，用于实时采集电缆两端的电压和电流(u1，i1，u2，i2)；其中，u1为电缆一端的电压，u2为电缆另一端的电压；i1为电缆一端的电流，i2为电缆另一端的电流；
[0060]
故障距离采集模块102，用于采集故障点与电缆两端的故障距离(l1，l2)；其中，l1为故障点与电缆一端的故障距离，l2为故障点与电缆另一端的故障距离；
[0061]
故障点电压计算模块103，用于根据电缆上每米的阻抗为z0，计算故障发生时，故障点电压u
g
，u
g
为：
[0062]
第一处理模块104，用于故障发生时，计算经过过渡电阻的电流i
g
，i
g
为：i
g
＝i1 i2；
[0063]
过渡电阻计算模块105，用于根据故障时故障点电压和电流，计算过渡电阻r
g
，r
g
为：
[0064][0065][0066]
其中，u
g
cos(θ)、i
g
cos(θ1)为电压、电流实部，u
g
sin(θ)、i
g
sin(θ1)为电压、电流虚部，u
g
、i
g
为电压、电流幅值，通过傅里叶变换得到角度θ、θ1；
[0067]
故障诊断模块106，用于根据过渡电阻的实部和虚部制作极坐标图，根据极坐标的变化趋势分析该次故障原因。
[0068]
本发明实施例提供的一种电缆故障原因诊断系统，该系统根据过渡电阻的幅值及其变化趋势分析故障原因，从而配合巡线人员排除故障原因，减少巡线工作量。
[0069]
本发明实施例提供的系统是用于执行上述各方法实施例的，具体流程和详细内容请参照上述实施例，此处不再赘述。
[0070]
图4为本发明实施例提供的电子设备结构示意图，参照图4，该电子设备可以包括：处理器(processor)201、通信接口(communications interface)202、存储器(memory)203和通信总线204，其中，处理器201，通信接口202，存储器203通过通信总线204完成相互间的通信。处理器201可以调用存储器203中的逻辑指令，以执行如下方法：步骤(1)，电压、电流与故障距离的测量：实时测量电缆两端的电压和电流(u1，i1，u2，i2)，并测量故障点与电缆两端的故障距离(l1，l2)；
[0071]
其中，u1为电缆一端的电压，u2为电缆另一端的电压；i1为电缆一端的电流，i2为电缆另一端的电流；l1为故障点与电缆一端的故障距离，l2为故障点与电缆另一端的故障距离；
[0072]
步骤(2)，故障点电压的计算：令电缆上每米的阻抗为z0，则故障发生时，故障点电压u
g
为：
[0073][0074]
步骤(3)，经过过渡电阻的电流的计算：故障发生时，经过过渡电阻的电流i
g
为：
[0075]
i
g
＝i1 i2；
[0076]
步骤(4)，过渡电阻的计算：根据故障时故障点电压和电流，计算过渡电阻r
g
为：
[0077][0078][0079]
其中，u
g
cos(θ)、i
g
cos(θ1)为电压、电流实部，u
g
sin(θ)、i
g
sin(θ1)为电压、电流虚部，u
g
、i
g
为电压、电流幅值，通过傅里叶变换得到角度θ、θ1；
[0080]
步骤(5)，故障诊断：根据过渡电阻的实部和虚部制作极坐标图，根据极坐标的变化趋势分析该次故障原因。
[0081]
此外，上述的存储器203中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0082]
另一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的电缆故障原因诊断方法，例如包括：步骤(1)，电压、电流与故障距离的测量：实时测量电缆两端的电压和电流(u1，i1，u2，i2)，并测量故障点与电缆两端的故障距离(l1，l2)；
[0083]
其中，u1为电缆一端的电压，u2为电缆另一端的电压；i1为电缆一端的电流，i2为电缆另一端的电流；l1为故障点与电缆一端的故障距离，l2为故障点与电缆另一端的故障距
离；
[0084]
步骤(2)，故障点电压的计算：令电缆上每米的阻抗为z0，则故障发生时，故障点电压u
g
为：
[0085][0086]
步骤(3)，经过过渡电阻的电流的计算：故障发生时，经过过渡电阻的电流i
g
为：
[0087]
i
g
＝i1 i2；
[0088]
步骤(4)，过渡电阻的计算：根据故障时故障点电压和电流，计算过渡电阻r
g
为：
[0089][0090][0091]
其中，u
g
cos(θ)、i
g
cos(θ1)为电压、电流实部，u
g
sin(θ)、i
g
sin(θ1)为电压、电流虚部，u
g
、i
g
为电压、电流幅值，通过傅里叶变换得到角度θ、θ1；
[0092]
步骤(5)，故障诊断：根据过渡电阻的实部和虚部制作极坐标图，根据极坐标的变化趋势分析该次故障原因。
[0093]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0094]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0095]
应用实例
[0096]
一种电缆故障原因诊断方法，包括如下步骤：
[0097]
步骤(1)，电压、电流与故障距离的测量：实时测量电缆两端的电压和电流(u1，i1，u2，i2)，并测量故障点与电缆两端的故障距离(l1，l2)；
[0098]
其中，u1为电缆一端的电压，u2为电缆另一端的电压；i1为电缆一端的电流，i2为电缆另一端的电流；l1为故障点与电缆一端的故障距离，l2为故障点与电缆另一端的故障距离；
[0099]
步骤(2)，故障点电压的计算：令电缆上每米的阻抗为z0，则故障发生时，故障点电压u
g
为：
[0100]
[0101]
步骤(3)，经过过渡电阻的电流的计算：故障发生时，经过过渡电阻的电流i
g
为：
[0102]
i
g
＝i1 i2；
[0103]
步骤(4)，过渡电阻的计算：根据故障时故障点电压和电流，计算过渡电阻r
g
为：
[0104][0105][0106]
其中，u
g
cos(θ)、i
g
cos(θ1)为电压、电流实部，u
g
sin(θ)、i
g
sin(θ1)为电压、电流虚部，u
g
、i
g
为电压、电流幅值，通过傅里叶变换得到角度θ、θ1；
[0107]
步骤(5)，故障诊断：根据过渡电阻的实部和虚部制作极坐标图，根据极坐标的变化趋势分析该次故障原因。
[0108]
步骤(5)中，分析该次故障原因的具体方法为：根据故障过程中每个时刻的点在极坐标中与原点的距离获得其幅值的变换；当过渡电阻幅值超过10欧姆则判断为外破故障；当过渡电阻幅值一直小于1欧姆，则判断为山火故障。
[0109]
采用上述电缆故障原因诊断方法对电缆进行实时诊断，获得了图5和图6所示的极坐标图；根据本发明方法判断图5的故障为外破故障，图6的故障为山火故障，与实际情况一致。
[0110]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。