一种基于剩余电流的低压供电网络故障诊断方法与流程

1.本发明属于供电线路故障诊断的技术领域，具体涉及一种基于剩余电流的低压供电网络故障诊断方法。


背景技术：

2.在由主供电线路分配给若干用户供电线路的供电网络中，剩余电流是危害供电安全的重要因素；剩余电流是指低压供电线路中各相电流的矢量和不为零的电流，剩余电流表现为流过剩余电流检测器的进线电流和出线电流不平衡的部分，供电线路有接地和多个用户供电线路之间共零是导致单相用电产生剩余电流的主要故障原因。供电线路中出现剩余电流表明供电线路中某处的电流超过了正常值，剩余电流的大小反映供电回路中电流不平衡的程度，基于欧姆定律，线路中流过电流会产生热量，当剩余电流过大时，产生的热量可能会导致线路烧毁，甚至引起电气火灾事故，因此，及时对出现剩余电流的供电线路进行故障诊断尤为重要。
3.为防止剩余电流对供电线路造成破坏，目前，一般使用剩余电流检测装置检测供电线路中的剩余电流，在检测到过大的剩余电流时及时跳闸，从而保护线路、设备以及人身安全；对于产生剩余电流的故障诊断主要基于对剩余电流信号的采集和处理，现有的对于产生剩余电流的故障诊断方法主要存在以下问题：1)故障诊断的准确率较差，容易引起保护装置的误动作，2)故障诊断不够全面，难以及时给出有关剩余电流故障的详细信息以及故障原因，3)故障诊断主要针对单一的供电线路，难以对供电网络中的剩余电流进行交互和集中式的分析，难以快速定位产生剩余电流的故障位置，诊断耗时较长。


技术实现要素：

4.针对现有技术的上述不足，本发明的目的在于提供一种基于剩余电流的低压供电网络故障诊断方法，解决目前对于产生剩余电流的故障诊断存在难以及时确定故障原因和故障位置的技术问题，取得提高故障诊断效率，确保用电安全的效果。
5.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
6.一种基于剩余电流的低压供电网络故障诊断方法，所述低压供电网络故障诊断方法使用剩余电流监测系统，剩余电流监测系统包括中心服务器、若干边缘计算终端和若干剩余电流采集装置，中心服务器与边缘计算终端通信连接，一个边缘计算终端与多个剩余电流采集装置通信连接；所述低压供电网络故障诊断方法包括如下步骤：
7.1)在由主供电线路分配给若干用户供电线路的供电网络中，将剩余电流采集装置一对一安装到主供电线路和各用户供电线路中；
8.2)剩余电流采集装置以一定周期连续获取对应的主供电线路或用户供电线路的剩余电流幅值，并传输至对应的边缘计算终端；
9.3)边缘计算终端根据对应多个剩余电流采集装置传回的剩余电流幅值判断供电网络是否存在危险剩余电流；当存在危险剩余电流时，边缘计算终端分析生成对应的故障
信息，故障信息包括故障位置和故障原因；
10.4)边缘计算终端将危险剩余电流的数据和故障信息传输至中心服务器，中心服务器基于危险剩余电流的数据和故障信息对外示警。
11.进一步地，步骤2)包括如下子步骤：
12.21)剩余电流采集装置对主供电线路或用户供电线路中的剩余电流进行滤波处理，获取一个工频周期内的多个基波瞬时值；
13.22)根据一个工频周期内的多个基波瞬时值计算得到对应主供电线路或用户供电线路的剩余电流幅值。
14.进一步地，步骤22)中，计算剩余电流幅值的公式如下：
[0015][0016]
其中，为剩余电流幅值，n为一个工频周期的采样点数，取值范围为100～200，k为采样点的序号，k∈n，i(tk)为第k个基波瞬时值。
[0017]
进一步地，故障位置包括供电网络、主供电线路和用户供电线路，故障原因包括接地故障和共零故障。
[0018]
进一步地，步骤3)包括如下子步骤：
[0019]
31)判断主供电线路的剩余电流幅值是否大于预设的主供电线路危险阈值i
0zd
；
[0020]
是，则供电网络存在接地故障并执行步骤32)；否，则判断供电网络中不存在接地故障并执行步骤33)；
[0021]
32)判断各用户供电线路的剩余电流幅值是否大于预设的用户供电线路危险阈值i
jzd
，j为用户供电线路的序号，j＝1,2
…
；
[0022]
是，则判断对应的为危险剩余电流，生成故障信息为对应的用户供电线路存在接地故障；否，则判断为危险剩余电流，生成故障信息为主供电线路存在接地故障；
[0023]
33)判断各用户供电线路的剩余电流幅值是否大于预设的用户供电线路危险阈值i
jzd
；
[0024]
是，则判断对应的为危险剩余电流，生成故障信息为大于i
jzd
的多个用户供电线路之间存在共零；否，则判断供电网络中无危险剩余电流。
[0025]
进一步地，步骤4)中，当中心服务器连续三次收到相同故障信息时，中心服务器根据危险剩余电流判定风险等级，中心服务器对外传递故障信息和风险等级以示警。
[0026]
进一步地，步骤4)中，中心服务器根据危险剩余电流和故障信息判定风险等级包括如下子步骤：
[0027]
41)从三次相同故障信息对应的危险剩余电流中，任取两次剩余电流幅值和和为i时刻获取的的剩余电流幅值，为m时刻获取的剩余电流幅值；
[0028]
42)计算剩余电流幅值变化量
[0029]
43)预设剩余电流幅值的报警门槛下端值为ia、剩余电流幅值的报警门槛上端值为ib和剩余电流幅值变化量的报警门槛值为c，取ib为ia的1.2倍；
[0030]
若且成立，则判断故障风险等级为低风险；
[0031]
若且成立，则判断故障风险等级为中风险；
[0032]
若成立，则判断故障风险等级为高风险。
[0033]
进一步地，边缘计算终端与中心服务器和剩余电流采集装置通信连接可采用以太网通信、485通信和4g通信。
[0034]
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
[0035]
1、本发明所述低压供电网络故障诊断方法，针对由主供电线路分配给若干用户供电线路的供电网络，使用剩余电流监测系统同时对整个供电网络进行监测，将故障信息推送至供电责任单位、检测工人或用电客户，故障判断的准确率较高、诊断耗时更短，以便为故障排查处理提供依据，降低剩余电流对供电网络造成破坏的可能性；可有效解决目前对于产生剩余电流的故障诊断存在难以及时确定故障原因和故障位置的技术问题，取得提高故障诊断效率，确保用电安全的效果。
[0036]
2、本发明所述低压供电网络故障诊断方法，不仅能够在剩余电流幅值过大时进行示警，避免线路受损，还快速准确地提供故障原因和故障位置并给出故障风险等级，特别是能通过对主供电线路和用户供电线路上所有剩余电流幅值进行综合分析，定位接地故障发生于主供电线路还是用户供电线路上，在实际供电网络中，可由此判定接地故障是在配电间还是在外部线路，以便快速准确的制定相应的维修或整改方案，提高处理效率，降低剩余电流可能引起的危害。
[0037]
3、本发明所述低压供电网络故障诊断方法，当中心服务器连续三次收到相同故障信息时，中心服务器对外进行示警，可有效减少因偶然因素引起的误报警，从而提高判断结果的准确性。
附图说明
[0038]
图1为实施例所述剩余电流监测系统的组成示意图；
[0039]
图2为实施例所述剩余电流监测系统在供电网络中的布置示意图；
[0040]
图3为实施例所述低压供电网络故障诊断方法主要步骤的流程图；
具体实施方式
[0041]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0042]
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。
[0043]
实施例：
[0044]
请参见图1和图2，一种基于剩余电流的低压供电网络故障诊断方法，所述低压供电网络故障诊断方法使用剩余电流监测系统，剩余电流监测系统包括中心服务器、若干边缘计算终端和若干剩余电流采集装置，中心服务器与边缘计算终端通信连接，一个边缘计算终端与多个剩余电流采集装置通信连接；实施时，所述通信连接可以采用以太网通信、485通信或4g通信；
[0045]
所述低压供电网络故障诊断方法包括如下步骤：
[0046]
1)在由主供电线路分配给若干用户供电线路的供电网络中，将剩余电流采集装置一对一安装到主供电线路和各用户供电线路中；实施时，可将所述剩余电流监测系统布置到一栋楼的供电网络中，每层楼对应一个边缘计算终端以便安装和管理，边缘计算终端对应的剩余电流采集装置一对一安装到该层楼的各用户供电线路中以便快速确定故障位置；图2中，i0、i1、i2、
…
、in是供电线路中各处检测的剩余电流，即剩余电流采集装置的安装点，l、n为供电线路的火线和零线，l1、l2、
…
、ln是各用户负载；
[0047]
2)剩余电流采集装置以一定周期连续获取对应的主供电线路或用户供电线路的剩余电流幅值，并传输至对应的边缘计算终端；
[0048]
3)边缘计算终端根据对应多个剩余电流采集装置传回的剩余电流幅值判断供电网络是否存在危险剩余电流；当存在危险剩余电流时，边缘计算终端分析生成对应的故障信息，故障信息包括故障位置和故障原因；该方法主要针对上述由主供电线路分配给若干用户供电线路的供电网络，因此，故障位置包括供电网络、主供电线路和用户供电线路，故障原因包括接地故障和共零故障；
[0049]
4)边缘计算终端将危险剩余电流的数据和故障信息传输至中心服务器，中心服务器基于危险剩余电流的数据和故障信息对外示警；实施时，中心服务器可与电脑、手机等终端设备通信连接，以便检测人员及时获取诊断结果。
[0050]
本发明所述低压供电网络故障诊断方法，针对由主供电线路分配给若干用户供电
线路的供电网络，使用剩余电流监测系统，其中，各剩余电流采集装置将采集的剩余电流幅值发送至对应的边缘计算终端，各边缘计算终端进行集中分析，进而判断供电网络的故障原因和故障位置，中心服务器基于故障信息对外示警，从而将故障信息推送至供电责任单位、检测工人或用电客户，以便为故障排查处理提供依据，该剩余电流监测系统同时对整个供电网络进行监测，故障判断的准确率较高、诊断耗时更短，降低剩余电流对供电网络造成破坏的可能性；本发明所述低压供电网络故障诊断方法可有效解决目前对于产生剩余电流的故障诊断存在难以及时确定故障原因和故障位置的技术问题，取得提高故障诊断效率，确保用电安全的效果。
[0051]
本实施例中，步骤2)中，为获取剩余电流幅值采用如下方式：
[0052]
21)剩余电流采集装置对主供电线路或用户供电线路中的剩余电流进行滤波处理，获取一个工频周期内的多个基波瞬时值；
[0053]
22)根据一个工频周期内的多个基波瞬时值计算得到对应主供电线路或用户供电线路的剩余电流幅值；计算剩余电流幅值的公式如下：
[0054][0055]
其中，为剩余电流幅值，n为一个工频周期的采样点数，取值范围为100～200，k为采样点的序号，k∈n，i(tk)为第k个基波瞬时值。
[0056]
请参见图3，步骤3)中，为判断供电网络是否存在危险剩余电流以及生成故障信息，采用如下方式：
[0057]
31)判断主供电线路的剩余电流幅值是否大于预设的主供电线路危险阈值i
0zd
；
[0058]
是，则供电网络存在接地故障并执行步骤32)；否，则判断供电网络中不存在接地故障并执行步骤33)；
[0059]
32)判断各用户供电线路的剩余电流幅值是否大于预设的用户供电线路危险阈值i
jzd
，j为用户供电线路的序号，j＝1,2
…
；
[0060]
是，则判断对应的为危险剩余电流，生成故障信息为对应的用户供电线路存在接地故障；否，则判断为危险剩余电流，生成故障信息为主供电线路存在接地故障；
[0061]
33)判断各用户供电线路的剩余电流幅值是否大于预设的用户供电线路危险阈值i
jzd
；
[0062]
是，则判断对应的为危险剩余电流，生成故障信息为大于i
jzd
的多个用户供电线路之间存在共零；否，则判断供电网络中无危险剩余电流。
[0063]
本实施例中，为保证判断结果的准确性以及减少偶然因素引起的误报警，步骤4)中，当中心服务器连续三次收到相同故障信息时，中心服务器才对外进行示警；另外，当中心服务器连续三次收到相同故障信息时，中心服务器根据危险剩余电流判定风险等级，采用方式如下：
[0064]
41)从三次相同故障信息对应的危险剩余电流中，任取两次剩余电流幅值和
为i时刻获取的的剩余电流幅值，为m时刻获取的剩余电流幅值；
[0065]
42)计算剩余电流幅值变化量
[0066]
43)预设剩余电流幅值的报警门槛下端值为ia、剩余电流幅值的报警门槛上端值为ib和剩余电流幅值变化量的报警门槛值为c，取ia的120％为ib；
[0067]
若且成立，则判断故障风险等级为低风险；
[0068]
若且成立，则判断故障风险等级为中风险；
[0069]
若成立，则判断故障风险等级为高风险。
[0070]
这样，中心服务器根据剩余电流幅值、剩余电流幅值变化量、预设的剩余电流幅值的报警门槛下端值、预设的剩余电流幅值的报警门槛上端值和预设的剩余电流幅值变化量的报警门槛值判定故障风险等级；使该剩余电流监测系统不仅能够在剩余电流幅值过大时进行示警，避免线路受损，还快速准确地提供故障原因和故障位置并给出故障风险等级，以便快速准确的制定相应的维修或整改方案，提高处理效率，降低剩余电流可能引起的危害。
[0071]
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。