CN102520300B - 一种线路短路故障检测方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电子领域，提供了一种线路短路故障检测方法及系统，所述方法包括：监测线路电流，根据预设采样间隔采样电流数据，并将所述电流数据存储在缓存区中；当线路电流变为0时，根据所述缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障。本发明通过监测线路电流，根据预设采样间隔采样电流数据，并将电流数据存储在缓存区中，当线路电流变为0时，根据缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障，实现自适应型短路故障检测，故障检测判据结构更加合理丰富，平衡了方法实现的时间复杂度与空间复杂度，能快速准确的对线路的短路故障进行判断。

Description

一种线路短路故障检测方法及系统

技术领域

本发明属于电力领域，尤其涉及一种线路短路故障检测方法及系统。

背景技术

目前，对于电流型短路故障指示器的故障判据主要为过流型，过流型的判断依据是线路电流的大小进行判断。

电流型短路故障已经广泛应用于各式配电系统中，以环网配电系统为例，特别是大量使用环网负荷开关的系统中，如果下一级配电网络系统中发生了短路故障或接地故障，上一级的供电系统必须在规定的时间内进行分断，以防止发生重大事故。维修人员可以根据此指示器的报警信号迅速找到发生故障的区段，分断开故障区段，从而及时恢复无故障区段的供电，可节约大量的工作时间，减少停电时间和停电范围。

现有技术在采用过流型判据进行线路短路故障检测时，由于判据内容单一，容易出现故障指示器拒动和误动的概率高等缺陷，如何依据线路电流的变化作为短路故障判据，成为故障指示器的发展趋势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种线路短路故障检测方法及系统，旨在解决现有技术在进行线路短路故障检测时，故障指示遗漏或误检率较高的问题。

本发明是这样实现的，一种线路短路故障检测方法，包括以下步骤：

监测线路电流，根据预设采样间隔采样电流数据，并将所述电流数据存储在缓存区中；

当线路电流变为0时，根据所述缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障。

本发明的另一目的在于提供一种线路短路故障检测系统，系统包括：

监测单元，用于监测线路电流，根据预设采样间隔采样电流数据；

缓存单元，用于将所述监测单元采样的电流数据进行存储；

判断单元，用于当线路电流变为0时，根据所述缓存单元保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障。

在本发明中，通过监测线路电流，根据预设采样间隔采样电流数据，并将电流数据存储在缓存区中，当线路电流变为0时，根据缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障，实现自适应型短路故障检测，故障检测判据结构更加合理丰富，平衡了方法实现的时间复杂度与空间复杂度，能快速准确的对线路的短路故障进行判断。

附图说明

图1是本发明实施例提供的线路短路故障检测方法的流程图；

图2是本发明优选实施例提供的环形缓存区的示意图；

图3是本发明一个示例提供的线路短路故障检测方法的流程图；

图4(a)、(b)、(c)、(d)、(e)、(f)分别为本发明六个示例提供的待测线路电流特性示意图；

图5是本发明实施例提供的线路短路故障检测系统的结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例通过监测线路电流，根据预设采样间隔采样电流数据，并将电流数据存储在缓存区中，当线路电流变为0时，根据缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障。

图1示出了本发明实施例提供的线路短路检测方法的流程图；

在步骤S101中，监测线路电流，根据预设采样间隔采样电流数据，并将电流数据存储在缓存区中。

在具体实现时，电流数据为采样时间对应的电流值，

在步骤S101中监测线路电流之前，为了方便保存一定时间或范围内的数据，线路短路故障检测方法还包括步骤：

构建循环存储预设时间段内的电流数据的缓存区，

其中，电流值存储长度与处理的具体数据有关。例如，当AD采样数据为10位时，电流值存储长度可以设定为2字节，当AD采样数据是24位时，电流值存储长度可以设定为3字节，如此类推，在此不再列举。

在步骤S102中，当线路电流变为0时，根据缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障。

线路电流变为零是线路发生短路故障的必要非充分条件，线路电流变为零时的时间点，为故障判断触发时间点。

具体实现时，在本发明一个实施例中，故障判断条件具体为：

在预设时间段内：

条件1：I＝{I₁，I₂，...，I_n}，I中存在I_i≥I_set，i≤n；

条件2：ΔI≥αI₀；

条件1中，I表示电流数据集合，I_n为第n个采样时间对应的电流值，I_set表示故障判断启动电流经验值；

条件2中，ΔI表示Δt内电流突变量，T₁≤Δt≤T₂，α表示电流突变量参数，I₀表示电流突变前线路参考正常电流，其中，Δt表示突变电流持续时间，T₁表示突变电流持续时间下限，T₂表示突变电流持续时间上限，α、T₁、T₂根据经验值设定。

具体来说，通常T₁和方法所用设备的处理能力和设计规格有关，T₂和线路故障电流特性有关。α的取值范围，要根据线路运行情况和出现故障时的故障电流特性来确定，例如可以是1/2。

在本发明另一个实施例中，故障判断条件也可以是：

在预设时间段内：

条件，3：I＝{I₁，I₂，...，I_n}，I中存在I_i≥I_set，i≤n；

条件4：I_max≥βI_min，(β＝α+1)；

条件3中，I表示电流数据集合，I_n为第n个采样时间对应的电流值，I_set表示故障判断启动电流经验值；

条件4中，I_max为I中最大值，当I_min≥I_set时，I_min为I中最小值，当I_min≤I_set时，I_min＝I_set，β表示电流突变量参数，根据经验值设定。

上述两个实施例提出的两种故障判断条件，追究其依据，本质相同，可以根据现实情况采取其中一种方式。

无论上述故障判断条件采用哪一个方式，步骤S102中根据缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障的步骤具体为：

当缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据同时满足故障判断条件的所有条件，即条件1和条件2，或者条件3和条件4时，则判断线路为短路故障。

线路电流在特殊情况下会处于高负荷运行状态，本发明实施例提供的短路故障判断方法同样适用于高负荷或低负荷下线路正常断电情况，当线路电流为高负荷运行，在线路断电前T2时间内，步骤S102中根据缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障步骤为：

当线路电流幅度波动满足上述故障判断条件的条件2，且线路断电前的电流峰值高于线路高负荷运行电流峰值时，则判断线路发生短路故障；

当线路掉电前的电流峰值小于或等于高负荷运行电流峰值时，则判断线路没有发生短路故障。

在本发明优选实施例中，缓存区为环形缓存区，存储预设时间段内线路的电流数据，图2示出了是本发明优选实施例提供的环形缓存区的示意图，环形缓存区保存了预设时间段内的电流数据中包含了所需的I_max、I_min，随着时间的推进，过期数据会被最新数据覆盖。

图3示出了本发明一个示例提供的线路短路故障检测方法的流程图。

在本发明示例中，采用环形缓存区对电流数据进行缓存，I_set和β根据经验值预先设置，当当前时间段内检测到短路故障时显示判断结果进行提醒，当未检测到短路故障时，直接进入下一段时间的线路短路检测流程。

步骤S301中，遍历环形缓存区，找出最大电流值I_max；

在步骤S302中，判断环形缓存区是否存在电流值大于I_set，是则执行步骤S303，否则完成本次检测流程；

在步骤S303中，从环形缓存区最新数据位置加1开始，遍历至最大电流值I_max位置，找出最大电流值前的最小电流值I_min；

在步骤S304中，判断I_min是否大于I_set，是则执行步骤S306，否则执行步骤S305；

在步骤S305中，设定I_min＝I_set；

在步骤S306中，判断是否I_max≥βI_min，是则执行步骤S307，否则完成本次检测流程；

其中，(β＝α+1)，α的取值范围，根据线路运行情况和出现故障时的故障电流特性确定。

在步骤S307中，判断线路发生短路故障。

通常，配电线路故障时，线路电流一般会有如下变化规律：1.从运行电流突增到故障电流；2.上级断路器或电流保护装置会驱动断路器跳闸或熔断器的熔丝熔断(故在该动作完成之前，障电流会维持一段时间)；3.线路停电，电流和电压下降为零。

图4(a)、(b)示出了本发明两个示例提供的预设时间段内判定为短路故障线路对应的电流特性示意图。

这是两种常见短路故障的电流特性示意图，两个图的电流值经过I_set，最大电流值I_max和最小电流值I_min满足I_max≥βI_min，该时间段线路判断为短路故障，其中。

图4(c)、(d)示出了本发明两个示例提供的预设时间段内判定为未发生短路故障线路对应的电流特性示意图。

由于图4(c)中电流值均小于I_set，图4(d)中最大电流值I_max和最小电流值I_min差异不大，不满足I_max≥βI_min，不管是高负荷还是低负荷下线路正常断电，两图对应的时间段线路均不会判定为短路故障。

图4(e)示出了本发明一个示例提供的预设时间段内线路电流高负荷运行条件下判定为短路故障线路对应的电流特性示意图。

图4(e)显示在线路断电前T2时间内，线路电流有较大幅度波动，即波动幅度满足式上述条件4，线路掉电前的电流峰值高于线路高负荷运行时电流峰值，被判断为短路故障。

上述图(a)、(b)、(c)、(d)中的参数β＝α+1，其中，α的取值范围为经验值，根据线路运行情况和出现故障时的故障电流特性确定。

图4(f)示出了本发明一个示例提供的预设时间段内线路电流在高负荷运行条件下判定为无短路故障线路对应的电流特性示意图。

图4(f)与图4(e)不同，线路掉电前的电流峰值低于高负荷运行时电流峰值，不会被判断为短路故障。

本发明实施例通过自适应判据原理为出发点，合理选择判断触发点，减少了无谓的资源消耗，综合考虑并平衡了方法实现的时间复杂度与空间复杂度，能快速高效的对短路线路进行判断。

图5示出了本发明实施例提供的线路短路故障检测系统的结构图。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例的相关部分。该线路短路故障检测系统可以是内置于用电装置的软件单元、硬件单元或者软硬件相结合的单元，或者作为独立的挂件集成到用电装置的应用系统中。

在本发明实施例中，线路短路故障检测系统主要包括监测单元51、缓存单元52和判断单元53。其中，监测单元51监测线路电流，根据预设采样间隔采样电流数据，缓存单元52将监测单元51采样的电流数据进行存储，判断单元53在当线路电流变为0时，根据缓存单元52保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障。

在本发明优选实施例中，缓存单元52具体为环形缓存区，

其中，在本发明一个实施例中，故障判断条件具体为：

在预设时间段内：

条件1：I＝{I₁，I₂，...，I_n}，I中存在I_i≥I_set，i≤n；

条件2：ΔI≥αI₀；

条件1中，I表示电流数据集合，I_n为第n个采样时间对应的电流值，I_set表示故障判断启动电流经验值；

条件1中，ΔI表示Δt内电流突变量，T₁≤Δt≤T₂，α表示电流突变量参数，I₀表示电流突变前线路参考正常电流，其中，Δt表示突变电流持续时间，T₁表示突变电流持续时间下限，T₂表示突变电流持续时间上限，α、T₁、T₂根据经验值设定。

在本发明另一个实施例中，故障判断条件具体为：

在预设时间段内：

条件3：I＝{I₁，I₂，...，I_n}，I中存在I_i≥I_set，i≤n；

条件4：I_max≥βI_min，(β＝α+1)；

条件3中，I表示电流数据集合，I_n为第n个采样时间对应的电流值，I_set表示故障判断启动电流经验值；

条件4中，I_max为I中最大值，当I_min≥I_set时，I_min为I中最小值，当I_min≤I_set时，I_min＝I_set，β表示电流突变量参数，根据经验值设定。，

上述两个实施例提出的两种故障判断条件，追究其依据，本质相同，可以根据现实情况采取其中一种方式。

本发明实施例提供的线路短路故障检测系统适用于各种情况，包括高负荷或低负荷下线路正常断电情况，判断单元52具体包括：

第一判断模块，用于当缓存单元中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据同时满足故障判断条件的所有条件时，判断线路为短路故障；

第二判断模块，用于当线路为高负荷运行，缓存单元中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据中，如果线路电流幅度波动满足故障判断条件的条件2或条件4，且线路断电前的电流峰值高于线路高负荷运行电流峰值时，则判断线路发生短路故障，如果线路掉电前的电流峰值小于或等于高负荷运行电流峰值，则判断线路没有发生短路故障。

具体实现方式如上所述，在此不再赘述。

本发明实施例，通过构建缓存区，通过设置基于的自适应的判据触发点和条件，实现了通过自适应判据进行线路短路故障检测，减少了无谓的资源消耗，能快速高效的对短路线路进行判断。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于配电线路故障的线路短路故障检测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

监测线路电流，根据预设采样间隔采样电流数据，并将所述电流数据存储在环形缓存区中，所述电流数据为采样时间对应的电流值；

当线路电流变为0时，根据所述环形缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障；

当当前时间段内检测到短路故障时显示判断结果进行提醒，当未检测到短路故障时，直接进入下一段时间的线路短路检测流程；

其中，所述故障判断条件具体为：在所述预设时间段内满足条件1和条件2或者在预设时间段内满足条件3和条件4：

条件1：I＝{I₁，I₂，...，I_n}，I中存在I_i≥I_set，i≤n；

条件2：ΔI≥αI₀；

条件1中，I表示电流数据集合，I_n为第n个采样时间对应的电流值，I_set表示故障判断启动电流经验值；

条件2中，ΔI表示Δt内电流突变量，T₁≤Δt≤T₂，α表示电流突变量参数，I₀表示电流突变前线路参考正常电流，其中，Δt表示突变电流持续时间，T₁表示突变电流持续时间下限，T₂表示突变电流持续时间上限，α、T₁、T₂根据经验值设定；

条件3：I＝{I₁，I₂，...，I_n}，I中存在I_i≥I_set，i≤n；

条件4：I_max≥βI_min，β＝α+1；

条件3中，I表示电流数据集合，I_n为第n个采样时间对应的电流值，I_set表示故障判断启动电流经验值；

条件4中，I_max为I中最大值，当I_min≥I_set时，I_min为I中最小值，当I_min≤I_set时，I_min＝I_set,β表示电流突变量参数，α根据经验值设定。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤监测线路电流之前，所述方法还包括:

构建循环存储预设时间段内的电流数据的环形缓存区，所述环形缓存区大小等于

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，当线路为高负荷运行，在线路断电前T2时间内，所述根据所述环形缓存区中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障步骤还包括：

当线路电流幅度波动满足所述故障判断条件的条件2，且线路断电前的电流峰值高于线路高负荷运行电流峰值时，则判断线路发生短路故障；

当线路掉电前的电流峰值小于或等于高负荷运行电流峰值时，则判断线路没有发生短路故障。

4.一种用于配电线路故障的线路短路故障检测系统，其特征在于，所述系统包括：

监测单元，用于监测线路电流，根据预设采样间隔采样电流数据；

环形缓存单元，用于将所述监测单元采样的电流数据进行存储；

判断单元，用于当线路电流变为0时，根据所述缓存单元保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据和预设的故障判断条件判断线路是否发生短路故障；

所述故障判断条件具体为：在所述预设时间段内满足条件1和条件2或者在所述预设时间段内满足条件3和条件4：

条件1：I＝{I₁，I₂，...，I_n}，I中存在I_i≥I_set，i≤n；

条件2：ΔI≥αI₀；

条件1中，I表示电流数据集合，I_n为第n个采样时间对应的电流值，I_set表示故障判断启动电流经验值；

条件2中，ΔI表示Δt内电流突变量，T₁≤Δt≤T₂，α表示电流突变量参数，I₀表示电流突变前线路参考正常电流，其中，Δt表示突变电流持续时间，T₁表示突变电流持续时间下限，T₂表示突变电流持续时间上限，α、T₁、T₂根据经验值设定；

条件3：I＝{I₁，I₂，...，I_n}，I中存在I_i≥I_set，i≤n；

条件4：I_max≥βI_min，β＝α+1；

条件3中，I表示电流数据集合，I_n为第n个采样时间对应的电流值，I_set表示故障判断启动电流经验值；

条件4中，I_max为I中最大值，当I_min≥I_set时，I_min为I中最小值，当I_min≤I_set时，I_min＝I_set,β表示电流突变量参数，α根据经验值设定。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述环形缓存单元为环形缓存区，所述缓存区大小等于

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述判断单元具体包括：

第一判断模块，用于当所述缓存单元中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据同时满足所述故障判断条件的所有条件时，即满足条件1和条件2或者满足条件3和条件4时，判断线路为短路故障；

第二判断模块，用于当线路为高负荷运行，所述缓存单元中保存的从当前时间起预设时间段内的电流数据中，如果线路电流幅度波动满足所述故障判断条件的条件2或条件4，且线路断电前的电流峰值高于线路高负荷运行电流峰值时，则判断线路发生短路故障，如果线路掉电前的电流峰值小于或等于高负荷运行电流峰值，则判断线路没有发生短路故障。