供电系统故障诊断方法与流程

1.本发明属于电气系统技术领域，尤其涉及一种供电系统故障诊断方法。


背景技术：

2.绝大多数的数据中心要求全年不间断运行，高可靠性、不间断的供电系统是数据中心运行的基础条件。目前，安全性要求高的数据中心都按照a级数据中心建设，a级数据中心的供电系统按照容错架构进行建设，数据中心的供电系统中包含电源设备(如变压器、ups)、保护设备(如断路器)和供电线路(如电缆、母线等)。
3.按照容错架构设计的数据中心供电系统，在出现一次设备故障、操作失误、外市电停电等事件时，不会造成服务中断；虽然有系统上的保障，很多数据中心的事故往往来自二次故障事件，例如，当一次故障发生时，由于故障原因判断失误导致的操作错误导致故障的扩大，从而造成大面积设备宕机。因此，当发生故障时，能够及时发现故障设备源，并能快速确定故障原因，能够极大的提高数据中心供电的安全性。
4.当前数据中心所采用的监控系统，对电源设备、保护设备、线路等设置监测点，当设备发生故障时能够发出报警。然而，设备报警只能给出本设备的故障警告，无法给出故障原因，例如：ups报警“输入电源停电”时，可能是输入电源停电，也可能是输入断路器跳闸。而且，当上游设备发生故障时往往会导致所有下游设备同时报警，造成报警风暴，无法使运维人员快速判断故障设备和故障原因，例如：当总进线电源停电时，后端所有设备都会报输入电源停电故障。


技术实现要素：

5.针对相关技术中存在的不足之处，本发明提供了一种供电系统故障诊断方法，以解决当前供电系统的监控系统无法判断出故障设备的问题。
6.本发明提供一种供电系统故障诊断方法，步骤如下：
7.电压数据采集：实时监测供电系统中依次连接的各个电气设备的输入电压v
in
和输出电压v
out
；
8.异常设备提取：将输出电压v
out
低于设定电压阈值的电气设备作为异常设备；
9.故障根获取：异常设备进行电压寻根，获取故障根设备；
10.其中，电压寻根包括如下步骤：
11.进线故障判断：提取异常设备中存储的前端设备id以及异常设备的输入电压v
in
，若前端设备id为空值且输入电压v
in
小于设定电压阈值，则将进线电源作为故障根设备；若前端设备id不为空值或输入电压v
in
大于等于设定电压阈值，则进行设备故障判断步骤；
12.设备故障判断：提取异常设备的故障状态信息和异常设备的输入电压v
in
，若故障状态信息为异常状态或输入电压v
in
小于设定电压阈值，则将该异常设备作为故障根设备；若故障状态信息为正常状态且输入电压v
in
大于等于设定电压阈值，则进行线路故障判断步骤；
13.线路故障判断：提取异常设备前端相邻电气设备的输出电压v
out
，若输出电压v
out
小于设定电压阈值，则将该异常设备与其前端相邻电气设备之间的电气线路作为故障根设备。
14.在其中一些实施例中，进一步包括如下步骤：
15.电流数据采集：实时监测供电系统中依次连接的各个电气设备的通电电流i
on
、输入电流i
in
和输出电流i
out
；
16.溯源设备提取：将电压寻根时获取到故障根设备的异常设备作为溯源设备；
17.故障源获取：溯源设备进行电流溯源，获取故障源设备；
18.其中，电流溯源包括如下步骤：
19.过电流判断：提取故障出现之前设定时长内溯源设备的故障状态信息和通电电流i
on
的最大值，若通电电流i
on
的最大值小于等于设定电流阈值且故障状态信息为异常状态，则将该溯源设备作为故障源设备；若通电电流i
on
的最大值大于设定电流阈值，则进行后端电流判断步骤；
20.后端电流判断：提取故障出现之前设定时长内溯源设备的输出电流i
out
以及溯源设备后端所连接全部电气设备的输入电流i
in
之和，若溯源设备的输出电流i
out
与溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和不相同，则将该溯源设备后端所连接的电气线路作为故障源设备；若溯源设备的输出电流i
out
与溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和相同，则进行电流变化量判断步骤；
21.电流变化量判断：将故障出现之前设定时长内溯源设备出现通电电流i
on
最大值的时刻作为第一时刻，将第一时刻之前间隔设定时长所对应的时刻作为第二时刻，提取第一时刻与第二时刻之间溯源设备通电电流i
on
的变化量δi
on
以及第一时刻与第二时刻之间溯源设备后端相邻电气设备输入电流i
in
的变化量δi
in
，若δi
on
≠δi
in
，则将该溯源设备作为故障源设备；若δi
on
＝δi
in
，则将该后端相邻电气设备作为溯源设备，并对其进行电流溯源。
22.在其中一些实施例中，过电流判断步骤中，将溯源设备作为故障源设备，并同时发送具有该溯源设备报警信息的故障信息；后端电流判断步骤中，将溯源设备后端所连接的电气线路作为故障源设备，并同时发送具有短路故障的故障信息；电流变化量判断步骤中，将溯源设备作为故障源设备，并同时发送具有过载的故障信息。
23.在其中一些实施例中，出现异常设备的时刻为故障出现的时刻。
24.在其中一些实施例中，所述设定时长为10秒。
25.在其中一些实施例中，所述设定电流阈值为进行电流溯源所对应溯源设备额定电流的x倍，x大于1。
26.在其中一些实施例中，x＝1.25。
27.在其中一些实施例中，后端电流判断中，若溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和大于等于溯源设备输出电流i
out
的y倍，则认定溯源设备的输出电流i
out
与溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和相同；若溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和小于溯源设备输出电流i
out
的y倍，则任性认定溯源设备的输出电流i
out
与溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和不相同；
28.其中，y小于1。
29.在其中一些实施例中，y＝0.95。
30.在其中一些实施例中，所述设定电压阈值为10v。
31.基于上述技术方案，本发明实施例通过电压过低筛选出异常设备，再根据异常设备的位置、电压、状态信息以及相邻设备的电压，分别对异常设备前端、本身和线路进行故障查询，从而快速找到故障根设备，即能够快速找到故障点，减少报警风暴，无须运维人员人工分析，减少对运维人员的依赖，降低运维难度，便于运维人员进行故障排查，解决了当前供电系统的监控系统无法判断出故障设备的问题。
附图说明
32.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
33.图1为本发明供电系统故障诊断方法的运行流程图。
具体实施方式
34.下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
35.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
36.术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”、“第三”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
37.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
38.如图1所示，在本发明供电系统故障诊断方法的一个示意性实施例中，该供电系统故障诊断方法包括电压数据采集、异常设备提取和故障根获取。
39.供电系统具有依次连接的多个电气设备，前端的电气设备连接进线电源，后端的电气设备连接用电设备，进线电源通过供电系统的多个电气设备为用电设备供电，电气设备包括电源设备和保护设备，均具有自身工作状态监控的功能，并能够存储数据，电源设备包括变压器和ups，保护设备包括断路器。每台电气设备均存储有前端设备id，前端设备id为前端相邻另一个电气设备的id，若前端未连接其他电气设备，则前端设备id为空值，上位机与各个电气设备相连，从而能够获取电气设备的工作状态。
40.电压数据采集，上位机通过电量仪实时监测各个电气设备的输入电压v
in
和输出电
压v
out
。当任意电气设备的输出电压v
out
低于设定电压阈值时，故障出现，进行异常设备提取，上位机将输出电压v
out
低于设定电压阈值的电气设备作为异常设备。进行故障根获取，上位机对异常设备进行电压寻根，获取故障根设备，故障根设备即故障位置所在的设备。
41.电压寻根时，进行进线故障判断，提取异常设备中存储的前端设备id以及异常设备的输入电压v
in
，若前端设备id为空值且输入电压v
in
小于设定电压阈值，则将进线电源作为故障根设备；若前端设备id不为空值或输入电压v
in
大于等于设定电压阈值，则进行设备故障判断步骤；进行设备故障判断，提取异常设备的状态信息和异常设备的输入电压v
in
，若状态信息为异常状态或输入电压v
in
小于设定电压阈值，则将该异常设备作为故障根设备；若状态信息为正常状态且输入电压v
in
大于等于设定电压阈值，则进行线路故障判断步骤；进行线路故障判断，提取异常设备前端相邻电气设备的输出电压v
out
，若输出电压v
out
小于设定电压阈值，则将该异常设备与其前端相邻电气设备之间的电气线路作为故障根设备。
42.设备故障判断步骤中，当异常设备为保护设备时，异常状态即保护设备处于断开状态，正常状态即保护设备处于闭合状态；当异常设备为电源设备时，异常状态即电源设备处于故障状态，正常状态即电源设备处于正常状态。进线故障判断时，输出电压小于阈值且前端无其他电气设备，则能够认定当前异常设备的故障根位于进线电源；设备故障判断时，具有高于阈值的输入电压并且状态信息为异常状态，则能够认定当前异常设备前端线路良好且能够供电，故障根位于其自身；线路故障判断时，前端设备有电压输出但自身输入电压又小于阀值，则能够认定故障根位于两个设备之间的线路上。进线故障判断、设备故障判断和线路故障判断分别对异常设备的前端、自身和线路进行故障排查，发现故障位置。
43.在上述示意性实施例中，通过输出电压低于阈值发现故障的发生，异常设备进行标记，再根据异常设备的位置、电压、状态信息以及相邻设备的电压，分别对异常设备前端、本身和线路进行电压寻根的故障查询，从而快速找到故障根设备，即能够快速找到故障点，减少报警风暴，无须运维人员人工分析，减少对运维人员的依赖，降低运维难度，便于运维人员进行故障排查；并且，每个异常设备进行电压寻根时，都可能输出故障根设备，从而能够找出供电系统找那个的全部故障点，进一步减轻运维人员故障排查的难度，解决了当前供电系统的监控系统无法判断出故障设备的问题。
44.在一些实施例中，为了跟准确的发现故障原因，供电系统故障诊断方法进一步包括电流数据采集、溯源设备提取和故障源获取。
45.电流数据采集，上位机通过电量仪实时监测各个电气设备的输入电流i
in
和输出电流i
out
，由于电气设备的工作状态中具有通电电流数据，上位机直接获取各个电气设备的通电电流i
on
。进行溯源设备提取，将电压寻根时获取到故障根设备的异常设备作为溯源设备。进行故障源获取，上位机对溯源设备进行电流溯源，获取故障源设备，故障源设备即故障源直接相关的设备。
46.电流溯源时，进行过电流判断，提取故障出现之前设定时长内溯源设备的状态信息和通电电流i
on
的最大值，若通电电流i
on
的最大值小于等于设定电流阈值且状态信息为异常状态，则将该溯源设备作为故障源设备；若通电电流i
on
的最大值大于设定电流阈值，则进行后端电流判断步骤；进行后端电流判断，提取故障出现之前设定时长内溯源设备的输出电流i
out
以及溯源设备后端所连接全部电气设备的输入电流i
in
之和，若溯源设备的输出电流i
out
与溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和不相同，则将该溯源设备后
端所连接的电气线路作为故障源设备；若溯源设备的输出电流i
out
与溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和相同，则进行电流变化量判断步骤；进行电流变化量判断，将故障出现之前设定时长内溯源设备出现通电电流i
on
最大值的时刻作为第一时刻，将第一时刻之前间隔设定时长所对应的时刻作为第二时刻，提取第一时刻与第二时刻之间溯源设备通电电流i
on
的变化量δi
on
以及第一时刻与第二时刻之间溯源设备后端相邻电气设备输入电流i
in
的变化量δi
in
，若δi
on
≠δi
in
，则将该溯源设备作为故障源设备；若δi
on
＝δi
in
，则将该后端相邻电气设备作为溯源设备，并对其进行电流溯源。
47.过电流判断通过故障前最大电流是否超过阈值，若未超过阈值，则未发生过电流情况，并且设备本身会发出报警信息，从而能够确定故障源为本身，若超过阈值，则发生过电流情况，则需要分析其他设备的电流情况以及电流关系；后端电流判断通过其自身电流与后端电流总和之间大小的关系，从而能够确定故障源是否是设备后端的电路；电流变化量判断通过故障前最大电流之前一端时间电流的变化量，从而能够确定故障源是否为本设备后端。过电流判断、端电流判断和电流变化量判断能够分别发现故障源是否位于本身、后端电路或者后端设备，相比于找到故障根设备，能够缩小范围，更加准确的找到故障发生的位置。
48.对查找出故障根设备的异常设备，进行电流溯源，电流溯源根据故障前电流情况判断故障原因，从而发现故障根设备的情况下，进一步缩小范围，辅助运维人员快速进行故障排查，更加精确的发现故障的位置。
49.在一些实施例中，为了进一步明确故障原因，过电流判断步骤中，将溯源设备作为故障源设备，并同时发送具有异常状态中报警信息的故障信息；后端电流判断步骤中，将溯源设备后端所连接的电气线路作为故障源设备，并同时发送具有短路故障的故障信息；电流变化量判断步骤中，将溯源设备作为故障源设备，并同时发送具有过载的故障信息。
50.由于电气设备自身具有报警功能，能够发出报警信息，电气设备状态信息中具有异常状态信息，异常状态信息具有报警信息，过电流判断步骤不仅能够发现故障源是否为自身，而且根据故障信息直接获知故障原因是自身发出的报警信息；后端电流判断步骤不仅能够发现故障源是否为后端电路，而且根据故障信息直接获知故障原因是短路故障；电流变化量判断步骤不仅能够发现故障源是否为后端设备，而且根据故障信息直接获知故障原因是过载故障。
51.认定故障源设备的同时，发出故障信息，使运维人员能够一目了然的确定故障原因，从而使故障排查更加迅速和准确。
52.在一些实施例中，故障出现的时刻即为出现异常设备的时刻，当任意电气设备的输出电压v
out
低于设定电压阈值时，该时刻即认定为故障出现的时刻，低于设定电压阈值的电气设备同时被定义为异常设备。
53.在一些实施例中，设定时长为10秒，从而在故障发生前具有足够的时间范围，能够准确找到能够对电气设备造成冲击损坏的最大电流以及系统正常时溯源设备电流与后端设备电流之和的大小关系，保证故障源寻找以及故障原因确认的准确性。
54.在一些实施例中，设定电流阈值为进行电流溯源所对应溯源设备额定电流的x倍，x大于1。以设备额定电流为基数作为设定电流阈值，能够确定设备是否存在过电流情况，进一步参考设备本身发出的报警信息，从而确定故障源是否在设备自身。
55.为了使设定电流阈值高于额定电流的程度适中，x为1.25。
56.在一些实施例中，后端电流判断时，若溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和大于等于溯源设备输出电流i
out
的y倍，则认定溯源设备的输出电流i
out
与溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和相同；若溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和小于溯源设备输出电流i
out
的y倍，则任性认定溯源设备的输出电流i
out
与溯源设备后端所连接全部电气设备输入电流i
in
之和不相同；其中，y小于1。
57.由于供电系统运行过程中，电流会有一定幅度的波动，溯源设备的输出电流与后端设备输入电流之和并不一定能够完全吻合，采用小于1的倍数后比较两者之间的大小关系以界定电流关系是否相同，从而能够保证故障分析顺利向下进行，并能够较为准确的判定后端线路的故障源。
58.在一些实施例中，y为0.95，输入电流之和乘以系数y不会减小过多，保证故障源判定准确。
59.在一些实施例中，设定电压阈值为10v，从而能够更早且较为准确的发现故障的发生。
60.最后应当说明的是：本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
61.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。