一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统技术方案

一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统，包括输配电线路监测装置和故障管理系统，输配电线路监测装置包含工频及行波采集模块、GPS时钟、信号处理模块、防干扰模块、信号传输模块、通讯模块；故障管理系统包括数据中心、故障诊断、识别故障类型、生成故障报告；本发明专利技术的一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统通过改进的行波法和输配电线路监测装置，能够在多端供电模式，结构复杂，分支多的情况下快速采集故障信息并进行精确诊断和识别故障，所适用的输配电线不仅包括架空线还包括电缆。缆。缆。

【技术实现步骤摘要】
一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统


[0001]本专利技术涉及智能故障诊断
，尤其是指一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统。

技术介绍

[0002]电力行业的快速稳定发展推动了社会的经济建设，可以为民生发展提供充足的电力，满足各领域及人们的日常生活需求。但是用电设备的不断增多，给输配电线路带来巨大压力，受运行环境、气候条件等因素的影响，输配电线路容易发生故障问题。输配电线路的故障不仅会影响电力的供应，还会对一些电力输送相关设备造成一定的损坏，会极大地增加电力企业的运营成本和人们生活的不便。所以当故障发生时，应当以最短的时间完成故障诊断并准确定位，确保电力系统正常运行。
[0003]目前使用在输配电线路中故障诊断及分类主要有阻抗法和行波法两种。阻抗法的原理是根据故障时测得的电压和电流计算出故障回路的阻抗，由于线路长度与阻抗成正比，由此可以求出故障点位置，但阻抗法易受过度电阻、线路分布电容、线路模型和运行方式等多变因素影响，所以测量精度不高。输配电线路实际应用更多的是行波法，它是利用故障点产生的暂态行波分析得到故障相关信息，从原理上讲，其测量精度与线路长度、结构、能达到高精度故障诊断，但是行波法也必须克服现代供电系统的新问题：一是电网为多端供电模式，结构复杂，分支多，故障分区有一定的难度；二是电在电力线和电缆中的速度存在差异，在进行故障定位的时，算法难度加大；三是行波法的波速易受天气环境等影响，导致波速不稳定，再加上检测装置的时间延迟造成的时间不同步等因素，都会导致行波法测量精度降低，因此需研究一套新的基于行波法的系统用于输配电线路的故障诊断及类型识别。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决采用行波法进行输配电线路故障识别诊断及类型识别的缺点而提出的一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
[0006]一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统，包括：输配电线路监测装置和故障管理系统；所述输配电线路监测装置包括：
[0007]工频及行波采集模块,用于采集线路工频电流、工频电压、故障行波信息数据；
[0008]GPS时钟，产生高精度同步时钟数据，用于计算故障点的位置，确保各所述输配电线路监测装置无时间差，进一步大大提高了故障电的精确度；
[0009]信号处理模块，用于对采集的异常放电或故障行波信号和故障工频信号进行陡化处理，陡化后的行波检测容易，精度高，可靠性高；
[0010]防干扰模块，用于把对干扰信号敏感的部分(如电源、采集通道等)全部加以屏蔽和隔离措施,确保所述工频及行波采集模块采集的数据准确；
[0011]信号传输模块，采用双屏蔽射频材质，双根对称并行传输行波信号，提高了在传输过程中的抗干扰能力和可靠性；
[0012]通讯模块，用于与所述故障管理系统建立数据通信通道，实时、准确地将采集标记的数据发送到所述故障管理系统；
[0013]所述故障管理系统包括：
[0014]数据中心，用于接收所述输配电线路监测装置上传的数据，同时下达相关控制指令；
[0015]故障诊断，用于对故障信息进行分析，并计算出故障位置，完成故障预警；
[0016]识别故障类型，根据行波特征频谱信息确认辨识雷电波与普通线路短路故障，识别绕击故障与反击故障；
[0017]生成故障报告，准确记录线路遭受雷击次数及位置，积累雷击特征参数，生成线路维护意见报告。
[0018]作为一种优选的技术方案，所述故障诊断包括步骤如下：
[0019]S1：提取所述数据中心行波数据，通过相量
‑
模式转换关系将行波的向量数据转化为模量的形式；
[0020]S2：行波数据进行反陡化处理，恢复行波信号的原始波形；
[0021]S3：对分解的高频分量计算瞬时能量，通过瞬时能量中的尖峰矩确定行波头；
[0022]S4：利用多端行波时差和双端行波原理建立故障分支搜索矩阵，通过矩阵元素变化来确定故障分支线；
[0023]S5：故障点定位；
[0024]S6：故障预警；
[0025]作为一种优选的技术方案，所述行波向量数据转化成的模量形式包含α和β模,两种模式都可以单独用来诊断任意类型的故障，也可以结合使用。
[0026]作为一种优选的技术方案，所述步骤S3具体步骤如下：
[0027]步骤S31:对原始行波信号进行带通滤波，滤除低频干扰成分，保留高频成分；
[0028]步骤S32：用HU
‑
CEEMDAN算法对目标信号进行分解，得到几个IMF分量，分别计算这些分量的相关系数和排列熵值，构建相关排列熵函数，得到能够最好地表征故障特征的信号；
[0029]步骤S33:利用TEO对改进的信号分解后的故障移动波形的单分量信号进行处理,以检测频率成分能量的变化，进而捕捉故障行波波头；
[0030]获取瞬时能量信号的瞬时振幅和瞬时频率的如下：
[0031][0032]式中，a(t)为时变振幅；是时变相位；θ是初始相位；q(τ)是归一化的调频(FM)信号；ω
c
是载波频率；ω
m
是最大频率偏差；
[0033]在下列式子给出了单分量信号的能量算子；
[0034]ψ[s
′
(t)]＝a2(t)ω4(t)
[0035]根据上述式子，可以获得信号s(t)的瞬时振幅，如下所示：
[0036][0037]信号s(t)的瞬时频率，如下所示：
[0038][0039]作为一种优选的技术方案，所述所述步骤S4具体步骤如下:
[0040]步骤S40：根据电力系统中最小维护单元划分维护区域，每个维护区域创建行波异常信号监听器；
[0041]步骤S41：当监听器收到异常信息，构建一个(n
‑
1)
×
(n
‑
1)的故障分支搜索矩阵H，n为维护区域的节点数；
[0042]步骤S42：对于每一对节点i和j，我们利用双端行波原理计算出它们之间的传播时间差Δtij，其中i为故障点所在的节点；
[0043]步骤S43：对于每个非故障节点k，我们利用多端行波时差原理计算出其到故障点所需的时间ti,k；
[0044]步骤S44：根据步骤S42和步骤S43，我们可以计算出节点i和节点k之间的时间差Δtik，即Δtik＝ti,k
‑
ti,i+Δtij；
[0045]步骤S45：如果Δtik的值小于0，则说明节点k在故障点的另一侧，此时将H的第i行第k列设为
‑
1；如果Δtik的值大于0，则说明节点k在故障点的同侧，此时将H的第i行第k列设为1；如果Δtik的值等于0，则说明节点k位于故障点上，此时将H的第i行第k列设为0；
[0046]步骤S46：重复步骤42到步骤45，对于每一对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统，其特征在于，包括：输配电线路监测装置和故障管理系统,所述输配电线路监测装置包括：工频及行波采集模块,用于自动识别和采集输配电线路异常放电、故障行波信号和故障工频信号；GPS时钟，产生高精度同步时钟数据，用于计算故障点的位置；信号处理模块，对采集的异常放电或故障行波信号和故障工频信号进行陡化处理；防干扰模块，用于对干扰行波信号敏感的电源、采集通道等加以屏蔽和隔离；信号传输模块，采用双屏蔽射频材质，双根对称并行传输行波信号；通讯模块，用于与所述故障管理系统建立数据通信通道，实时、准确地将采集标记的数据发送到所述故障管理系统；所述故障管理系统包括：数据中心，用于接收所述输配电线路监测装置上传的数据，同时下达相关控制指令；故障诊断，用于对故障信息进行分析，并计算出故障位置，完成故障预警；识别故障类型，根据行波特征频谱信息确认辨识雷电波与普通线路短路故障，识别绕击故障与反击故障；生成故障报告，准确记录线路遭受雷击次数及位置，积累雷击特征参数，生成线路维护意见报告。2.根据权利要求1所述的一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统，其特征在于所述故障诊断包括步骤如下：S1：提取所述数据中心行波数据，通过相量
‑
模式转换关系将行波的向量数据转化为模量的形式；S2：行波数据进行反陡化处理，恢复行波信号的原始波形；S3：对分解的高频分量计算瞬时能量，通过瞬时能量中的尖峰矩确定行波头；S4：利用多端行波时差和双端行波原理建立故障分支搜索矩阵，通过矩阵元素变化来确定故障分支线；S5：故障点定位；S6：故障预警。3.根据权利要求2所述的一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统，其特征在于,所述行波向量数据转化成的模量形式包含α和β模,两种模式都可以单独用来诊断任意类型的故障，也可以结合使用。4.根据权利要求1所述的一种智能输配电分布式故障诊断及类型识别系统，其特征在于,所述步骤S3具体步骤如下：步骤S31:对原始行波信号进行带通滤波，滤除低频干扰成分，保留高频成分；步骤S32：用HU
‑
CEEMDAN算法对目标信号进行分解，得到几个IMF分量，分别计算这些分量的相关系数和排列熵值，构建相关排列熵函数，得到能够最好地表征故障特征的信号；步骤S33:利用TEO对改进的信号分解后的故障移动波形的单分量信号进行处理,以检测频率成分能量的变化，进而捕捉故障行波波头；获取瞬时能量信号的瞬时振幅和瞬时频率的如下：
式中，a(t)为时变振幅；是时变相位；θ是初始相位；q(τ)是归一化的调频(FM)信号；ω
c
是载波频率；ω
m
是最大频率偏差；在下列式子给出了单分量信号的能量算子；ψ[s
′
(t)]＝a2(t)ω4(t)根据上述式子，可以获得信号s(t)的瞬时振幅，如下所...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓名高，万望龙，陈世威，黄朝师，王宇，黄发富，彭思源，陈哲，陈文峰，
申请(专利权)人：湖南湘能智能电器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：