一种基于K均值的配网故障定位系统及其量测装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供的一种基于K均值的配网故障定位系统及其量测装置，涉及数字电力技术领域。本发明专利技术通过零序电流变化感应启动配网故障行波量测装置，实现了配网故障行波首波抵达时间及波形的提取。然后采用均值计算方法校准配网故障位置，消除终端时钟及采样频率带来的定位误差影响，在此基础上，采用K

【技术实现步骤摘要】
一种基于K均值的配网故障定位系统及其量测装置


[0001]本专利技术涉及数字电力
，尤其涉及一种基于K均值的配网故障定位系统及其量 测装置。

技术介绍

[0002]随着中国经济的迅猛发展，电网业务增长迅速，10kV配网规模不断扩大。中国的10kV 配网络地理分布广泛，线路网架结构复杂，线路长、分支多，受运行环境、用电负荷、设 备老化、树竹隐患、外力破坏等因素影响，故障停电频繁，故障定位难度大，配网发生故 障后，运检人员往往需要在数公里范围内查找故障，故障查找长达数小时乃至数天，不利 于及时抢修和快速恢复可靠供电。因此，我们需要一种配网故障定位装置来对故障进行快 速定位。
[0003]如申请号为：CN111983374A的专利技术申请提出一种配网故障定位装置及其定位方法，该 装置包括数据处理单元、采集传输单元和箱体，数据处理单元包括同步时钟单元、行波记 录单元和云服务平台，用于数据的存储、处理和计算，同步时钟单元采用高精度同步时钟； 行波记录单元采用单片机模块，用于生成行波到达时刻报文并发送给云服务平台；云服务 平台采用虚拟主机，用于后台定位计算及故障信息共享；基于云服务平台的故障定位平台， 实现后台定位计算及便捷地故障信息共享。在有因特网的情况下，即可实现运行状况的随 时察看及故障数据的共享，免除固定IP办理手续麻烦、易受病毒攻击等不便，缩短配电故 障查找时间，提高配电故障停电抢修效率，保障供电可靠性。
[0004]但是该申请提供了一种记录故障行波的装置，但未就如何处理故障行波，如何通过故 障行波对故障点进行定位，如何通过故障行波判断故障类型提出可行的技术方案。
[0005]因此，有必要提供一种基于K均值的配网故障定位系统及其量测装置来解决上述之一 技术问题。

技术实现思路

[0006]为解决上述技术问题之一，本专利技术提出一种用于配网故障定位的量测装置，包括电流 互感器、A/D转换器、锁相倍频电路、信号调理电路、FPGA编程处理器、DSP信号处理 器、时钟晶振、数据缓存器、数据存储器、GPS定位模块、串口通信模块、远程通信模块 和供电模块。
[0007]具体的，所述电流互感器用于采集配网线路中的电流信号，并与信号调理电路的输入 极电性连接；所述信号调理电路输出极分别与锁相倍频电路的输入极和A/D转换器的输入 极电性连接；所述A/D转换器设置有CONVST引脚，并与锁相倍频电路的输出极电性连 接；所述A/D转换器输出极与FPGA编程处理器电性连接；与所述FPGA编程处理器电性 连接的还包括DSP信号处理器、时钟晶振、数据缓存器、数据存储器、GPS定位模块、串 口通信模块、远程通信模块和供电模块；与所述DSP信号处理器电性连接的还有时钟晶振、 数据缓存器与数据存储器。
[0008]一种基于K均值的配网故障定位系统，在配网各处安装有量测装置，在远端还设置有 与各量测装置电性连接的配网故障定位主站，并通过故障行波提取、故障位置定位和故障 类型识别进行配网故障定位。
[0009]具体的，故障行波提取：通过量测装置采集故障行波信号，并对配网中的故障行波首 波信号进行持续监测与量测装置时钟校准；在监测到故障行波首波信号时，记录故障首波 波形数据，完成故障行波提取；包括量测装置时钟校准步骤、零序电流变化感应步骤和故 障行波首波信号提取步骤。
[0010]具体的，故障位置定位：记录故障行波首波信号抵达各量测装置的时间并计算时间差， 通过时间差定位故障位置，并进行位置校准，完成故障位置定位；包括首波抵达时间记录 步骤、建立量测终端时间矩阵步骤、配网故障位置定位步骤和配网故障位置校准步骤。
[0011]具体的，故障类型识别：接收配网中各量测装置的故障首波波形数据，并对关键特征 进行提取，通过机器学习模型对关键特征进行学习，并对配网故障类型进行识别判断，完 成故障类型识别；包括故障首波波形数据提取步骤、故障首波关键特征提取步骤和配网故 障类型判断步骤。
[0012]作为更进一步的解决方案，所述量测装置中设置有GPS定位模块，并通过北斗定位模 块进行部署，并能与北斗对时系统建立连接；配网故障定位主站定时向各量测装置发送对 时指令S
a
：
[0013][0014]其中，n
a
为配网中量测装置个数，s为不同量测装置的对时指令；各量测装置根据对应 对时指令完成量测装置时钟校准步骤。
[0015]作为更进一步的解决方案，所述量测装置中设置有电流互感器，并通过零序电流互感 器进行部署，所述零序电流变化感应步骤通过量测装置中零序电流互感器应感应三相电流， 并通过计算三相的电流向量之和是否为零判断是否产生零序电流；当三相的电流向量之和 不为零时，判定为产生零序电流，并计算零序电流i
z
值：
[0016][0017]其中，i
a
、i
b
、i
c
、分别为配网中三相电流的电流向量；G
a
为量测装置中零序电流互感 器的变比。
[0018]作为更进一步的解决方案，所述故障行波首波信号提取步骤通过量测装置中模数转换 芯片对故障行波进行采样，并在检测到故障行波首波信号后进行暂态记录，即：
[0019][0020]其中，ω
i
为配网中不同的故障行波频率的成分，n
c
为故障行波频率的成分数量，u
i
为配 网中不同故障行波频率对应的电流值，
△
f为故障行波电流阈值，当大于故障行波电流阈值 时，则对故障行波信号B
a
进行暂态故障行波首波信号记录。
[0021]作为更进一步的解决方案，当故障行波对应电流值大于故障行波电流阈值时，量
测装 置记录当前时刻，得到首波抵达时间点；所述配网故障定位主站执行建立量测终端时间矩 阵步骤，即采集各量测装置的首波抵达时间点，并汇集成量测终端时间矩阵T
a
：
[0022][0023]其中，t为不同量测装置记录的首波抵达时间点，n
d
为配网中量测装置数量。
[0024]作为更进一步的解决方案，所述配网故障位置定位步骤通过双端行波测距定位进行， 即：在量测终端时间矩阵T
a
中选取最早和次早的首波抵达时间点，并将时间点对应的量测 装置作为测距双端，并计算故障点到测距双端之间的距离y
b
和y
c
：
[0025][0026]其中，t
b
和t
c
分别为最早和次早的首波抵达时间点，l
a
为配网中故障行波传输速度。
[0027]作为更进一步的解决方案，所述配网故障位置校准步骤还通过将其余的量测装置进行两 两配对，执行双端行波测距定位，得到故障点位置并进行均值计算，得到故障点校正位置 r
a
：
[0028][0029]其中，y
i
为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于K均值的配网故障定位系统，其特征在于，在配网各处安装有量测装置，在远端还设置有与各量测装置电性连接的配网故障定位主站，并通过故障行波提取、故障位置定位和故障类型识别进行配网故障定位；故障行波提取：通过量测装置采集故障行波信号，并对配网中的故障行波首波信号进行持续监测与量测装置时钟校准；在监测到故障行波首波信号时，记录故障首波波形数据，完成故障行波提取；包括量测装置时钟校准步骤、零序电流变化感应步骤和故障行波首波信号提取步骤；故障位置定位：记录故障行波首波信号抵达各量测装置的时间并计算时间差，通过时间差定位故障位置，并进行位置校准，完成故障位置定位；包括首波抵达时间记录步骤、建立量测终端时间矩阵步骤、配网故障位置定位步骤和配网故障位置校准步骤；故障类型识别：接收配网中各量测装置的故障首波波形数据，并对关键特征进行提取，通过机器学习模型对关键特征进行学习，并对配网故障类型进行识别判断，完成故障类型识别；包括故障首波波形数据提取步骤、故障首波关键特征提取步骤和配网故障类型判断步骤。2.根据权利要求1所述的一种基于K均值的配网故障定位系统，其特征在于，所述量测装置中设置有GPS定位模块，并通过北斗定位模块进行部署，并能与北斗对时系统建立连接；配网故障定位主站定时向各量测装置发送对时指令S
a
：其中，n
a
为配网中量测装置个数，s为不同量测装置的对时指令；各量测装置根据对应对时指令完成量测装置时钟校准步骤。3.根据权利要求1所述的一种基于K均值的配网故障定位系统，其特征在于，所述量测装置中设置有电流互感器，并通过零序电流互感器进行部署，所述零序电流变化感应步骤通过量测装置中零序电流互感器应感应三相电流，并通过计算三相的电流向量之和是否为零判断是否产生零序电流；当三相的电流向量之和不为零时，判定为产生零序电流，并计算零序电流i
z
值：其中，i
a
、i
b
、i
c
、分别为配网中三相电流的电流向量；G
a
为量测装置中零序电流互感器的变比。4.根据权利要求1所述的一种基于K均值的配网故障定位系统，其特征在于，所述故障行波首波信号提取步骤通过量测装置中模数转换芯片对故障行波进行采样，并在检测到故障行波首波信号后进行暂态记录，即：其中，ω
i
为配网中不同的故障行波频率的成分，n
c
为故障行波频率的成分数量，u
i
为配网中不同故障行波频率对应的电流值，
△
f为故障行波电流阈值，当大于故障行波电流阈值时，则对故障行波信号B
a
进行暂态故障行波首波信号记录。
5.根据权利要求1所述的一种基于K均值的配网故障定位系统，其特征在于，当故障行波对应电流值大于故障行波电流阈值时，量测装置记录当前时刻，得到首波抵达时间点；所述配网故障定位主站执行建立量测终端时间矩阵步骤，即采集各量测装置的首波抵达时间点，并汇集成量测终端时间矩阵T
a

【专利技术属性】
技术研发人员：唐冬来，李科峰，陈文康，杨梅，钟声，陈泽宇，谢飞，龚奕宇，聂潇，康乐，钟旭，付世峻，李擎宇，周鹏，
申请(专利权)人：四川思极科技有限公司，
类型：发明
国别省市：