一种考虑单PT的中压配电网断线故障诊断方法

技术领域

本发明涉及电网故障诊断领域，尤其涉及一种中压配网单相断线故障诊断方法。

背景技术

配电网断线故障是配电网常见故障之一。配电线路发生断线故障后，将造成部分用户直接失电，且断线接地可能引发触电事故，同时长时间断线运行产生的不对称电压将对用电设备造成损坏，因此及时定位断线位置并处理故障成为电力企业的迫切需求。当前，中压配电网断线故障诊断存在两个方面的问题：

（1）电力企业主站系统仅关注变电所出线开关处的量测数据，造成：1）当且仅当断线位置处电源侧断线接地并造成接地电流，主站系统才能发现线路故障；2）仅通过变电所出线开关处的量测数据，无法对断线位置进行定位。因此，当前电力企业主要依旧靠用户投诉的方式发现断线故障，且通过人工巡线查找故障位置，故障诊断及处理效率较低。

（2）中压配电线路上，分段开关及联络开关处均配置两个电压互感器（PotentialTransformer，PT），记为双PT。通常情况下，双PT分别从开关两侧线路取电：一个PT从开关一侧的AB相取电，另一个PT从开关另一侧的BC相取电。用户分界开关处仅配置一个电压互感器，记为单PT，且取电相无固定规则。截至目前，已有部分文献对分段开关及联络开关处的双PT用于判断电网断线故障进行研究，但对单PT情况下PT取电方式及如何用于诊断配电线路断线故障尚未有过研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑单PT的中压配电网断线故障诊断方法，旨在利用对已有PT尤其是单PT取电相位的优化配置实现中压配电网断线故障诊断：通过合理配置用户分界开关处的单PT取电方式，优化中压配网断线故障诊断方法，实现中压配电网断线故障的快速、准确诊断。

为解决上述技术问题，本发明公开了一种考虑单PT的中压配电网断线故障诊断方法，包含以下步骤：

步骤1：从中压配电线路单相断线故障诊断可行性的角度，分析双PT及单PT取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响关系，并进一步建立PT取电方式配置原则；

步骤2：从线路可诊断范围最大化及定位精度最优化角度优化PT取电方式配置原则。

所述步骤1具体操作过程为：

步骤1.1：双PT取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

（1）双PT同相取电，如均从AB相取电，或均从BC相取电，或均从CA相取电；以双PT均从AB相取电为例进行分析：

1）双PT上游侧A相线路发生断线故障；当双PT上游侧A相线路发生断线故障时，由于双PT均从AB相取电，因此量测得到的线电压均为0；从该量测值仅能得到A相或者B相上游线路发生断线故障，但无法确定具体断线相；C相信息无法获取；

2）双PT上游侧B相线路发生断线故障；当双PT上游侧B相线路发生断线故障时，由于双PT均从AB相取电，因此量测得到的线电压均为0；从该量测值仅能得到A相或者B相上游线路发生断线故障，但无法确定具体断线相；C相信息无法获取；

3）双PT上游侧C相线路发生断线故障；当双PT上游侧C相线路发生断线故障时，由于双PT均从AB相取电，因此量测得到的线电压均正常；从该量测值仅能得到A相及B相上游线路正常运行，但无法诊断C相运行情况；

（2）双PT异相取电，如一侧从AB相取电、另一侧从BC相取电，或者一侧从AB相取电、另一侧从CA相取电；以双PT一侧从AB相取电、另一侧从BC相取电为例进行分析：

1）双PT上游侧A相线路发生断线故障；当双PT上游侧A相线路发生断线故障时，由于双PT一侧从AB相取电、另一侧从BC相取电，因此量测得到的线电压

2）双PT上游侧B相线路发生断线故障；当双PT上游侧B相线路发生断线故障时，由于双PT一侧从AB相取电、另一侧从BC相取电，因此量测得到的线电压

3）双PT上游侧C相线路发生断线故障；当双PT上游侧C相线路发生断线故障时，由于双PT一侧从AB相取电、另一侧从BC相取电，因此量测得到的线电压

通过上述分析可得：无论双PT采取同相取电还是异相取电，均无法在任何工况下精确确定线路运行状态；然而考虑到异相取电方式获取的电压信息量及相应的判断结果均优于同相取电方式，因此在双PT工况下，取电方式优先选择异相取电；

步骤1.2：单PT取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

单PT可从AB相取电，或从BC相取电，或从CA相取电；以单PT从AB相取电为例进行分析：

（1）单PT上游侧A相线路发生断线故障；当单PT上游侧A相线路发生断线故障时，量测得到的线电压

（2）单PT上游侧B相线路发生断线故障；当双PT上游侧B相线路发生断线故障时，量测得到的线电压

（3）单PT上游侧C相线路发生断线故障；当双PT上游侧C相线路发生断线故障时，由于单PT从AB相取电，因此量测得到的线电压均正常；从该量测值仅能得到A相及B相上游线路正常运行，但无法诊断C相运行状态；

通过上述分析可得，在任何工况下，根据一个单PT的量测数据无法确定线路断线相，但若取电相发生断线故障，仍可发出故障告警；

步骤1.3：联络开关处PT取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

联络开关处配置双PT，且双PT分别从联络开关两侧线路取电；正常工况下，由于联络开关处于断开状态，因此两个PT分别从两条不同的中压线路取电，对于其中任意一条中压线路而言，联络开关处双PT中仅有一个PT量测数据可用，因此对于任意一条中压线路而言，均可视为单PT，其取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响关系与步骤1.2中的单PT相同；

步骤1.4：一个双PT和一个单PT相结合情况下，取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

由步骤1.1可得，双PT优先选取异相取电；根据步骤1.1的分析可知，当双PT分别从AB相和BC相取电时，当A相或者C相上游线路发生断线故障时，此种取电方式可精准判断上游线路故障情况；当且仅当B相上游线路发生断线故障时，无法获取精准的诊断结果，此时

单PT有三种取电方式，分别为从AB相取电，从BC相取电和从CA相取电，三种取电方式下，单PT和双PT量测的线电压值分别为：

单PT从AB相取电，单PT：

单PT从BC相取电，单PT：

单PT从CA相取电，单PT：

因此，当一个单PT和一个双PT结合时，为在任何工况下判断电网是否发生断线故障且可具体定位至哪一相断线，可将取电方式设置为：双PT异相取电，单PT选取与双PT异相的取电方式，从而满足

步骤1.5：二个单PT相结合情况下，取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

双PT工况下，由于断路器开关处于闭合状态，因此从取电方式及量测值来看，二个单PT和一个双PT的功能可近似等效，二个单PT优先选取异相取电；

步骤1.6：三个单PT相结合情况下，取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

由步骤1.5可知，二个单PT可近似等效于一个双PT，因此三个单PT可视为一个单PT和一个双PT；为在任何工况下判断电网是否发生断线故障且可具体定位至哪一相断线，可将取电方式设置为：三个单PT满足异相取电，从而满足

3. 根据权利要求2所述的一种考虑单PT的中压配电网断线故障诊断方法，其特征在于，所述步骤2具体操作过程为：

步骤2.1：根据取电方式确定配电线路可诊断范围：

（1）全部为单PT的情况；

根据步骤1的分析可知，对于一条中压线路连续接有二个和三个单PT时，均优先采取异相取电；进一步地，对线路可诊断范围进行分析；

1）一个单PT工况：根据步骤1.2的分析可知，根据一个单PT的量测数据无法确定线路断线相，但若取电相发生断线故障，仍可发出故障告警；

2）二个单PT工况：若线路下游仅包含一个单PT，此时无法确定线路L2的断线相，但若取电相发生断线故障，仍可发出故障告警；若线路下游包含二个单PT，且采取异相取电方式，以分别从AB相和BC相取电为例，此时根据步骤1.5可知，当A相或C相发生单相断线故障时，可精确判定故障相，且可定位于该线路；当B相发生单相断线故障时，无法完全准确判定故障情况；

3）三个单PT工况：若线路下游仅包含一个单PT，此时无法确定线路的断线相，但若取电相发生断线故障，仍可发出故障告警；若线路下游包含二个单PT且采取异相取电方式，以分别从AB相和BC相取电为例，根据步骤1.5可知，当A相或B相发生单相断线故障时，可精确判定故障相位，且可定位于该线路；当C相发生单相断线故障时，无法完全准确判定故障情况；若线路下游包含三个单PT且采取异相取电方式，根据步骤1.6可知，此时若线路任意一相发生断线故障，可准确判定故障相，且可定位于该线路；

4）四个及以上单PT工况：对于四个单PT工况，可将连续三个单PT视为一个组合，组合内均采取异相取电；对于四个以上单PT的工况取电方式可依次类推，从而实现：a）线路末端三个PT之间的线路状态不可知或部分可知；b）其余线路状态均完全可知；

（2）单PT与双PT组合的情况；

通常情况下，双PT仅存在于变电所出线开关、分段开关、分支开关和联络开关处；根据步骤1.3的分析可知，联络开关处的双PT可视为单PT；因此，仅考虑出线开关、分段开关、分支开关处的双PT；由于一个双PT可视为二个单PT，因此对于单PT与双PT组合的情况，配电线路可诊断范围与多个单PT相同；

步骤2.2：确定一条中压线路PT取电方式：

根据上述分析可得双PT可等效为二个单PT，因此步骤2.2中仅考虑单PT；

（1）对于新建线路：根据步骤2.1的分析可得：

1）对于主干线路：从变电所开关处的PT至线路最后一个PT，可按照AB、BC、CA、AB、BC……的顺序取电，从而确保任意连续三个单PT组合均满足异相取电；

2）对于分支线路：从变电所开关处的PT至分支开关再至分支线路最后一个PT，可按照AB、BC、CA、AB、BC……的顺序取电，从而确保任意连续三个单PT组合均满足异相取电；

（2）对于在原有线路上新增用户分界开关：

1）新增用户分界开关位于线路末端：根据该分界开关上游PT取电方式，若上游两个PT取电方式相异，则新增分界开关处PT与上游两个PT取电方式互补；若上游两个PT取电方式相同，则进一步考虑上游第三个PT，直到找到两个取电方式相异的PT，此时新增分界开关处PT与上述两个取电方式相异的PT进一步相异，满足

2）新增用户分界开关下游包含一个单PT：按照就近原则，在新增分界开关上游寻找与新增分界开关下游PT的取电方式相异的最近一个PT，此时新增分界开关处PT与上述两个取电方式相异的PT进一步相异，满足

3）新增用户分界开关下游包含二个单PT：若下游二个单PT取电方式相异，则新增分界开关处PT与上述两个取电方式相异的PT进一步相异，满足

4）新增用户分界开关下游包含多个PT的情况与包含二个单PT的方式类似。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：本发明通过分析双PT及单PT取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响关系，从中压配电线路单相断线故障诊断可行性的角度，将一个双PT等效为两个单PT，并在此基础上建立了取电方式配置原则；进一步地，从中压配电线路可诊断范围最大化及定位精度最优化的角度，在新建线路及在原有线路上新增用户分界开关两种场景中优化PT取电方式配置原则，实现中压配电网断线故障的快速、准确诊断。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1 为本发明中双PT同相取电示意图。

图2 为本发明中双PT同相取电且A相线路断线故障示意图。

图3 为本发明中双PT同相取电且B相线路断线故障示意图。

图4 为本发明中双PT同相取电且C相线路断线故障示意图。

图5 为本发明中双PT异相取电示意图。

图6 为本发明中双PT异相取电且A相线路断线故障示意图。

图7 为本发明中双PT异相取电且B相线路断线故障示意图。

图8 为本发明中双PT异相取电且C相线路断线故障示意图。

图9 为本发明中单PT取电示意图。

图10 为本发明中单PT取电且A相线路断线故障示意图。

图11 为本发明中单PT取电且B相线路断线故障示意图。

图12 为本发明中单PT取电且C相线路断线故障示意图。

图13 为本发明中联络开关处PT取电示意图。

图14 为本发明中单PT与双PT结合时的取电示意图。

图15 为本发明中两个单PT取电示意图。

图16 为本发明中三个单PT取电示意图。

图17 为本发明中四个单PT取电示意图。

图18 为本发明中实施例1示意图。

图19 为本发明中实施例2示意图。

图20 为本发明中实施例3示意图。

具体实施方式

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

一种考虑单PT的中压配电网断线故障诊断方法，包含以下步骤：

步骤1：从中压配电线路单相断线故障诊断可行性的角度，分析双PT及单PT取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响关系，并进一步建立PT取电方式配置原则；

步骤2：从线路可诊断范围最大化及定位精度最优化角度优化PT取电方式配置原则。

进一步地，步骤1具体操作过程如下：

步骤1.1：双PT取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

（1）双PT同相取电，如均从AB相取电，或均从BC相取电，或均从CA相取电。图1为双PT均从AB相取电的示意图，以双PT均从AB相取电为例进行分析：

1）双PT上游侧A相线路发生断线故障。如图2所示，当双PT上游侧A相线路发生断线故障时，由于双PT均从AB相取电，因此量测得到的线电压均为0。从该量测值仅能得到A相或者B相上游线路发生断线故障，但无法确定具体断线相；C相信息无法获取。

2）双PT上游侧B相线路发生断线故障。如图3所示，当双PT上游侧B相线路发生断线故障时，由于双PT均从AB相取电，因此量测得到的线电压均为0。从该量测值仅能得到A相或者B相上游线路发生断线故障，但无法确定具体断线相；C相信息无法获取。

3）双PT上游侧C相线路发生断线故障。如图4所示，当双PT上游侧C相线路发生断线故障时，由于双PT均从AB相取电，因此量测得到的线电压均正常。从该量测值仅能得到A相及B相上游线路正常运行，但无法诊断C相运行情况。

（2）双PT异相取电，如一侧从AB相取电、另一侧从BC相取电，或者一侧从AB相取电、另一侧从CA相取电。图5为双PT一侧从AB相取电、另一侧从BC相取电的示意图，以此为例进行分析：

1）双PT上游侧A相线路发生断线故障。如图6所示，当双PT上游侧A相线路发生断线故障时，由于双PT一侧从AB相取电、另一侧从BC相取电，因此量测得到的线电压

2）双PT上游侧B相线路发生断线故障。如图7所示，当双PT上游侧B相线路发生断线故障时，由于双PT一侧从AB相取电、另一侧从BC相取电，因此量测得到的线电压

3）双PT上游侧C相线路发生断线故障。如图8所示，当双PT上游侧C相线路发生断线故障时，由于双PT一侧从AB相取电、另一侧从BC相取电，因此量测得到的线电压

通过上述分析可得：无论双PT采取同相取电还是异相取电，均无法在任何工况下精确确定线路运行状态；然而考虑到异相取电方式获取的电压信息量及相应的判断结果均优于同相取电方式，因此在双PT工况下，取电方式优先选择异相取电。

步骤1.2：单PT取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

单PT可从AB相取电，或从BC相取电，或从CA相取电。图9为单PT从AB相取电的示意图，以单PT从AB相取电为例进行分析：

（1）单PT上游侧A相线路发生断线故障。如图10所示，当单PT上游侧A相线路发生断线故障时，量测得到的线电压

（2）单PT上游侧B相线路发生断线故障。如图11所示，当双PT上游侧B相线路发生断线故障时，量测得到的线电压

（3）单PT上游侧C相线路发生断线故障。如图12所示，当双PT上游侧C相线路发生断线故障时，由于单PT从AB相取电，因此量测得到的线电压均正常。从该量测值仅能得到A相及B相上游线路正常运行，但无法诊断C相运行状态。

通过上述分析可得，在任何工况下，根据一个单PT的量测数据无法确定线路断线相，但若取电相发生断线故障，仍可发出故障告警。

步骤1.3：联络开关处PT取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

如图13所示，联络开关处配置双PT，且双PT分别从联络开关两侧线路取电。正常工况下，由于联络开关处于断开状态，因此两个PT分别从两条不同的中压线路取电，对于其中任意一条中压线路而言，联络开关处双PT中仅有一个PT量测数据可用，因此对于任意一条中压线路而言，均可视为单PT，其取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响关系与步骤1.2中的单PT相同。

步骤1.4：一个双PT和一个单PT相结合情况下，取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

图14为一个双PT和一个单PT相结合的示意图。由步骤1.1可得，双PT优先选取异相取电，图14中双PT分别从AB相和BC相取电。进一步，根据步骤1.1的分析可知，当双PT分别从AB相和BC相取电时，当A相或者C相上游线路发生断线故障时，此种取电方式可精准判断上游线路故障情况；当且仅当B相上游线路发生断线故障时，无法获取精准的诊断结果，此时

单PT有三种取电方式，分别为从AB相取电，从BC相取电和从CA相取电，三种取电方式下，单PT和双PT量测的线电压值分别为：

单PT从AB相取电，单PT：

单PT从BC相取电，单PT：

单PT从CA相取电，单PT：

因此，当一个单PT和一个双PT结合时，为在任何工况下判断电网是否发生断线故障且可具体定位至哪一相断线，可将取电方式设置为：双PT异相取电，单PT选取与双PT异相的取电方式，从而满足

步骤1.5：二个单PT相结合情况下，取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

图15为二个单PT示意图。对比图5和图15可见，双PT工况下，由于断路器开关处于闭合状态，因此从取电方式及量测值来看，二个单PT和一个双PT的功能可近似等效，二个单PT优先选取异相取电。

步骤1.6：三个单PT相结合情况下，取电方式对中压配电网断线故障诊断的影响分析：

图16为三个单PT示意图。由步骤1.5可知，二个单PT可近似等效于一个双PT，因此三个单PT可视为一个单PT和一个双PT。为在任何工况下判断电网是否发生断线故障且可具体定位至哪一相断线，可将取电方式设置为：三个单PT满足异相取电，从而满足

进一步地，步骤2具体操作过程如下：

步骤2.1：根据取电方式确定配电线路可诊断范围：

（1）全部为单PT的情况。

根据步骤1的分析可知，对于一条中压线路连续接有二个和三个单PT时，均优先采取异相取电。进一步地，对线路可诊断范围进行分析。

1）一个单PT工况：根据步骤1.2的分析可知，根据一个单PT的量测数据无法确定线路断线相，但若取电相发生断线故障，仍可发出故障告警。

2）二个单PT工况：如图15所示，线路L2下游仅包含一个单PT，此时无法确定线路L2的断线相，但若取电相发生断线故障，仍可发出故障告警。线路L1下游包含二个单PT，且采取异相取电方式，此时根据步骤1.5可知，当A相或C相发生单相断线故障时，可精确判定故障相，且可定位于线路L1；当B相发生单相断线故障时，无法完全准确判定故障情况。

3）三个单PT工况：如图16所示，线路L3下游仅包含一个单PT，此时无法确定线路L3的断线相，但若取电相发生断线故障，仍可发出故障告警。线路L2下游包含二个单PT且采取异相取电方式，根据步骤1.5可知，当A相或B相发生单相断线故障时，可精确判定故障相位，且可定位于线路L1；当C相发生单相断线故障时，无法完全准确判定故障情况。线路L1下游包含三个单PT且采取异相取电方式，根据步骤1.6可知，此时若线路L1任意一相发生断线故障，可准确判定故障相，且可定位于线路L1。

4）四个及以上单PT工况：对于四个单PT工况，可将连续三个单PT视为一个组合，形成如图17所示的组合1和组合2，各组合内均采取异相取电，此时无法确定线路L4的运行状态，线路L3的运行状态部分可知，线路L1和L2运行状态完全可知。对于四个以上单PT的工况取电方式可依次类推，从而实现：a）线路末端三个PT之间的线路状态不可知或部分可知；b）其余线路状态均完全可知。

（2）单PT与双PT组合的情况。

通常情况下，双PT仅存在于变电所出线开关、分段开关、分支开关和联络开关处。根据步骤1.3的分析可知，联络开关处的双PT可视为单PT。因此，仅考虑出线开关、分段开关、分支开关处的双PT。由于一个双PT可视为二个单PT，因此对于单PT与双PT组合的情况，配电线路可诊断范围与多个单PT相同。

步骤2.2：确定一条中压线路PT取电方式：

根据上述分析可得双PT可等效为二个单PT，因此步骤2.2中仅考虑单PT。

（1）对于新建线路：根据步骤2.1的分析可得：

1）对于主干线路：从变电所开关处的PT至线路最后一个PT，可按照AB、BC、CA、AB、BC……的顺序取电，从而确保任意连续三个单PT组合均满足异相取电；

2）对于分支线路：从变电所开关处的PT至分支开关再至分支线路最后一个PT，可按照AB、BC、CA、AB、BC……的顺序取电，从而确保任意连续三个单PT组合均满足异相取电。

（2）对于在原有线路上新增用户分界开关：

1）新增用户分界开关位于线路末端：根据该分界开关上游PT取电方式，若上游两个PT取电方式相异，则新增分界开关处PT与上游两个PT取电方式互补；若上游两个PT取电方式相同，则进一步考虑上游第三个PT，直到找到两个取电方式相异的PT，此时新增分界开关处PT与上述两个取电方式相异的PT进一步相异，满足

2）新增用户分界开关下游包含一个单PT：按照就近原则，在新增分界开关上游寻找与新增分界开关下游PT的取电方式相异的最近一个PT，此时新增分界开关处PT与上述两个取电方式相异的PT进一步相异，满足

3）新增用户分界开关下游包含二个单PT：若下游二个单PT取电方式相异，则新增分界开关处PT与上述两个取电方式相异的PT进一步相异，满足

4）新增用户分界开关下游包含多个PT的情况与包含二个单PT的方式类似。

实施例1

本实施例为在一条新建10kV中压配电线路上配置PT取电方式，如图18所示。在新建线路规划设计阶段，根据本发明步骤2.2（1）中的配置原则分别配置主干线和分支线的PT取电方式。在配置过程中将双PT等效为两个单PT。按照AB、BC、CA、AB、BC……的顺序，分别针对主干线及分支线路配置PT取电相如图18所示。

实施例2

本实施例为在原有线路上新增用户分界开关且上下游PT取电方式相异的情况。图19所示为在原有线路上新增用户T3并配置单PTn的取电方式。根据本发明步骤2.2（2）中取电方式配置原则，首先确定新增用户分界开关下游仅有一PT4且从BC相取电；然后根据就近原则在新增分界开关上游寻找与PT4取电方式相异且最近的PT为PT3，PT3为CA相取电；最后根据PT3、PT4、PTn取电方式相异的原则，确定PTn为AB相取电。

实施例3

本实施例为在原有线路上新增用户分界开关且上下游PT取电方式相同的情况。图20所示为在原有线路上新增用户T3并配置单PTn的取电方式。根据本发明步骤2.2（2）中取电方式配置原则，首先确定新增用户分界开关下游仅有一PT4且从BC相取电；然后根据就近原则在新增分界开关上游寻找与PT4取电方式相异且最近的PT：由于PT3与PT4取电方式相同，排除。继续向上游寻找PT2，PT2为AB相取电，与PT4取电方式相异，满足要求；最后根据PT2、PT4、PTn取电方式相异的原则，确定PTn为CA相取电。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。