CN101813740B - 高压输电线路故障检测系统及检测方法 - Google Patents

Abstract

一种高压输电线路故障检测系统及检测方法，系统有故障分析服务器和设置在三相高压输送电线路上的检测装置，检测装置是由一个第一检测点装置和两个第二检测点装置构成，第一检测点装置设置在B相线路上，第二检测点装置分别设置在A相线路和C相线路上，第二检测点装置将所检测到的数据传输给第一检测点装置，第一检测点装置将所检测到的数据以及第二检测点装置所传输的数据全部传输给故障分析服务器。方法是在一条线路上设置N个检测点并安装检测装置，并同步各个监测点的时间，故障分析服务器随时接收各检测装置传来的所监测到的电流、场强和温度的数据，进行统计分析。本发明能够及时确认高压输电线路的故障点，极大程度上提高了人员效率，缩短了故障排查时间。

Description

高压输电线路故障检测系统及检测方法

技术领域

本发明属于一种高压输电线路故障检测设备，特别是涉及一种能够解决10KV高压送电线路短路、断路等故障的高压输电线路故障检测系统及检测方法。

背景技术

目前，我国采用10kv线路作为高压送电的最后一步，这种引用十分普遍，10kv线路作为民用电压220v，380v的上一级送电线路具有线路路由相对复杂，地理环境相对恶劣，同时存在树害、鸟害、风害等等影响线路安全运行的问题，同时由于10kv线路作为主干高压线路得末端，其架设方法和工作环境造成了先天性的事故多发、突发特性，以上特点造成了10kv线路的故障易发性；

10kv线路一旦发生故障，其下行变压器会停止向用户供电，这种故障会造成相应变压器台区下属用户停电导致工农业生产的损失，对群众的日常生活造成严重影响，同时对于上级变压器的安全运行也造成一定的压力；传统的解决方法就是，在线路故障发生时，由循线人员以人工巡逻方式目测故障线路寻找故障发生点，通常情况下一条10kv线路长度在15公里以上，人工巡检不能够做到及时的准确的故障定位，同时如果是线路搭地故障故障点还存在跨步触电的危险；

基于以上发明背景，早些年有人提出一种线路故障指示器，其工作原理为采用多匝感应线圈靠近10kv线路当线路发生接地时候会有突发大电流通过，当线路断路时候线路电流会突然减少，；通过判断感应线圈的指定长度时间内的输出电流来判定线路故障同时辅以声光提示来进行警报提示；这种装置需要安装在线路上，

当故障发生时循线人员需要检查所有指示器，其快捷性得不到解决，有时候如果线路过长，巡检所有指示器也需要花费大量时间，由于电网的工作复杂性，如果下游用户大型用电设备启动，在其启动瞬间也会造成指示器的误动；又因为其采用无铁心方式导致了感应灵敏度低的特性；此设备的主要判断依据为在指定时间长度内的电流变化，其内部时间电路在经过长时间工作后会产生计时误差导致故障分析失误，经过电力系统实际应用，此种设备的准确性和稳定性都存在一定的问题，其实用性并不可靠。

综上，传统的线路故障检测装置具有实时性差，误报率高，判定方式单一，拆卸不便利，纯人工判断导致的失误判断引发的人为确认的错误故障，无法和显现通讯网络融合的缺点，这些问题导致了此装置提供故障判别信息可靠性很差，很多雷雨地区和林木复杂地区的应用环境里甚至失去其故障状态意义。

发明内容

本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种通过在同一线路布置多个监测点设备，通过统一授时系统同步各个监测点的时间，来解决10KV高压送电线路短路、断路等故障的高压输电线路故障检测系统及检测方法。

本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种高压输电线路故障检测系统及检测方法。高压输电线路故障检测系统，包括有故障分析服务器和设置在三相高压输送电线路的每个检测点上的用于测量所处检测点参量的检测装置，所述的检测装置是由一个第一检测点装置和两个第二检测点装置构成，所述的一个第一检测点装置设置在三相高压输送电线路的B相线路上，所述的两个第二检测点装置分别设置在三相高压输送电线路的A相线路和C相线路上，其中，所述的两个第二检测点装置将所检测到的数据传输给第一检测点装置，所述的第一检测点装置将所检测到的数据以及两个第二检测点装置所传输的数据全部传输给故障分析服务器所述的第一检测点装置包括有安装在高压输送电线路B相上的第一电流传感器，设置在高压输送电线路B相一侧的第一电场强度传感器，分别与第一电流传感器和第一电场强度传感器相连的第一信号处理单元，所述的第二检测点装置包括有安装在高压输送电线路A相/C相上的第二电流传感器，设置在高压输送电线路A相/C相一侧的第二电场强度传感器，以及分别与第二电流传感器和第二电场强度传感器相连的第二信号处理单元。

所述的第一信号处理单元包括有嵌入式处理单元，分别与嵌入式处理单元相连的电源管理模块、接收第一电流传感器信号的电流采样电路、接收第一电场强度传感器信号的电场采样电路、温度采样电路、用于向故障分析服务器传输数据的移动通讯网络模块、用于授时和定位的全球定位系统模块以及用于与第二检测点装置通讯的局部网络模块。

所述的第二信号处理单元包括有第二嵌入式处理单元，分别与第二嵌入式处理单元相连的第二电源管理模块、接收第二电流传感器信号的第二电流采样电路、接收第二电场强度传感器信号的第二电场采样电路、第二温度采样电路以及用于与第一检测点装置通讯的局部网络模块。

所述的第一检测点装置和第二检测点装置分别对应的安放在第一壳体和第二壳体内。

用于高压输电线路故障检测系统的方法，在一条线路上设置N个检测点，将线路分为N+1个段，在每一个检测点上安装一个通过GSM网络与故障分析服务器进行通信的检测装置，并同步各个检测点的时间，同时设定各检测点的电压、电流、温度的标准物理参量，故障分析服务器随时接收各检测装置传来的所监测到的各检测点的电流、场强和温度的数据，当两个检测点之间的一段导线发生短路、断路故障时候，在该故障点前后的检测点监测到的电流、场强参量不一致，故障分析服务器在同一时间轴上对同一线路上的所有检测点的电压、电流、温度物理参量进行统计分析，对比故障时间前后各个故障点的物理参量变化趋势来确认故障点所在的两个检测点之间，由此进行线路故障定位，并通过移动通讯网络呼叫相应巡检人员去现场查看。

所述的同步各个检测点的时间，是由检测装置内的能够直接从GPS卫星网络取得星历时间的GPS模块构成统一授时系统，各个检测点的监测数据都带有时间参量，此时间为监测事件发生时间，如事件为故障事件则此时间为故障发生时间。

各个检测点的物理参量采样时间和采样范围是根据具体使用环境和条件进行调整和设置。

所述的检测点地理位置是在电子地图上确认。

本发明具有的优点和积极效果是：本发明的高压输电线路故障检测系统及检测方法通过现代信息网络和计算机技术能够及时确认高压输电线路的故障点，具有之前的需要人工巡检的简单指示器所无法达到的效果，由于本发明的监测点设备为一个以上，可以根据用户需求灵活设置，所以又具有可以分布投资、灵活扩大系统容量提升定位精度的效果。本发明极大程度上提高了人员效率，降低了劳动强度，缩短了故障排查时间，降低了由于输电线路故障带来的工农业生产损失，并能够作为客观第三方线路数据为输电线路提供辅助数据。

附图说明

图1是本发明的整体框图；

图2是本发明中的第一检测点装置的结构示意图；

图3是本发明中的第一检测点装置中信号处理单元的构成框图；

图4是本发明中的第二检测点装置的结构示意图；

图5是本发明中的第二检测点装置中信号处理单元的构成框图；

图6是本发明故障分析原理示意图；

图7是嵌入式处理单元电路原理图；

图8是电源管理模块电路原理图；

图9是电场采样电路的电路原理图；

图10是电流采样电路的电路原理图；

图11是GPS连接电路的电路原理图。

图中的标号分别是：

1-嵌入式处理单元；2-电源管理模块；3-电流采样电路；4-电场采样电路；5-温度采样电路；6-移动通讯网络模块；7-全球定位系统模块；8-局部网络模块；9-第二嵌入式处理单元；10-第二电源管理模块；11-第二电流采样电路；12-第二电场采样电路；13-第二温度采样电路；14-第二局部网络模块；A-第一电流传感器；B-第一壳体；C-第一电场强度传感器；D-高压输送电线路B相；E-第一信号处理单元；G、G′-锂电池；A′-第二电流传感器；B′-第二壳体；C′-第二电场强度传感器；D′-高压输送电线路A相/C相；E′-第二信号处理单元。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明本发明的高压输电线路故障检测系统及检测方法如下：

如图1所示，本发明的高压输电线路故障检测系统，包括有故障分析服务器MS和设置在三相高压输送电线路的每个检测点上的用于测量所处检测点参量的检测装置ME，所述的故障分析服务器MS可以采用计算机。所述的检测装置ME是由一个第一检测点装置M1和两个第二检测点装置M2构成，所述的一个第一检测点装置M1设置在三相高压输送电线路的B相线路上，所述的两个第二检测点装置M2设置在三相高压输送电线路的A相线路和C相线路上，其中，所述的两个第二检测点装置M2将所检测到的数据传输给第一检测点装置M1，所述的第一检测点装置M1将所检测到的数据以及两个第二检测点装置M2所传输的数据全部传输给故障分析服务器MS。

如图2所示，所述的第一检测点装置M1包括有安装在高压输送电线路B相D上的采用高导磁率铁芯的互感器构成的第一电流传感器A，设置在高压输送电线路B相D一侧的第一电场强度传感器C，分别与第一电流传感器A和第一电场强度传感器C相连的第一信号处理单元E。

如图3所示，所述的第一信号处理单元E包括有嵌入式处理单元1，分别与嵌入式处理单元1相连的电源管理模块2、接收第一电流传感器A信号的电流采样电路3、接收第一电场强度传感器C信号的电场采样电路4、温度采样电路5、用于向故障分析服务器传输数据的移动通讯网络模块6选用GSM模块、用于授时和定位的全球定位系统模块7选用GPS模块以及用于与第二检测点装置M2通讯的局部网络模块8。

如图4所示，所述的第二检测点装置M2包括有安装在高压输送电线路A相/C相D′上的采用高导磁率铁芯的互感器构成的第二电流传感器A′，设置在高压输送电线路A相/C相D′一侧的第二电场强度传感器C′，以及分别与第二电流传感器A′和第二电场强度传感器C′相连的第二信号处理单元E′。

如图5所示，所述的第二信号处理单元E′包括有第二嵌入式处理单元9，分别与第二嵌入式处理单元9相连的第二电源管理模块10、接收第二电流传感器A′信号的第二电流采样电路11、接收第二电场强度传感器C′信号的第二电场采样电路12、第二温度采样电路13以及用于与第一检测点装置M1通讯的第二局部网络模块14。

如图2、图4所示，所述的第一检测点装置M1和第二检测点装置M2分别对应的安放在第一壳体B和第二壳体B′内。

本发明实施例中所述的温度采样电路为嵌入式处理单元中的中央处理芯片内置功能；所述的嵌入式处理单元如图7所示，所述的电源管理模块如图8所示，所述的电场采样电路如图9所示，所述的电流采样电路如图10所示，所述的GPS连接电路如图11所示。

本发明的用于高压输电线路故障检测系统的方法，是在一条线路上设置N个检测点，将线路分为N+1个段，在每一个检测点上安装一个通过GSM网络与故障分析服务器MS进行通信的检测装置ME，并同步各个监测点的时间，所述的同步各个监测点的时间，是由检测装置ME内的能够直接从GPS卫星网络取得星历时间的GPS模块构成统一授时系统，各个监测点的监测数据都带有时间参量，此时间为监测事件发生时间，如事件为故障事件则此时间为故障发生时间。

同时设定各监测点的电压、电流、温度的标准物理参量，各个监测点的物理参量采样时间和采样范围是根据具体使用环境和条件进行调整和设置。故障分析服务器MS随时接收各检测装置ME传来的所监测到的所处检测点的电流、场强和温度的数据，当两个检测点之间的一段导线发生短路、断路故障时候，在该故障点前后的监测点监测到的电流、场强参量不一致，故障分析服务器MS在同一时间轴上对同一线路上的所有监测点的电压、电流、温度物理参量进行统计分析，对比故障时间前后各个故障点的物理参量变化趋势来确认故障点所在的两个监测点之间，由此进行线路故障定位，所述的监测点地理位置是在电子地图上确认。并通过移动通讯网络呼叫相应巡检人员去现场查看。

我们以单一条线路来说明故障分析服务器MS是如何进行分析：根据现行的标准一旦线路发生短路的故障上级保护装置将在最短0.4秒之内切断电路，根据奈奎斯特准则我们可以得出如下结论：

T＝0.4f＝2.5HZ我们采样频率至少要有5HZ即可满足本系统得采样要求；因为我们的采样电路技术指标较高所以我们采用了100HZ的采样精度，这样我们就能得到一个精准的原始信号波形经过离散量化之后的数字信号序列；

由上所述，我们已知这个采样出来的数字信号序列是相对时间的一个函数，假设一条线路如图6所示，

发生短路故障时：

当N点发生对地短路故障时，H点的电流要增加；F点不变；L，P两点电流减小；同时从电场传感器看H、L、P、F点的场强要减小，其他未故障的两相线路电流不变电压要升高。

我们将采样数据FT1～FTn存储到一个链表结构中，然后将数据映射到2维平面坐标系中，根据斜率公式k＝(y2-y1)/(x2-x1)可得相邻数据在2维坐标系中的斜率，我们可以根据上级继电保护装置的动作电流和触发时间参数确定理论的一个动作斜率(在实际应用中此参数为系统投运之前试验测定)当采样结果和此数值相同和超过时，即视为此条线路报警；

两条线路接地视为相间短路，可采用相间短路分析方法，区别于相间短路的判据是两条线路故障段并不一定相同；

发生断路故障时：

断路故障半段相对简单因断路点之后的电压电流均为0所以仅需要判断哪个监测点的数据斜率为0即可判断。

本发明的高压输电线路故障检测系统及检测方法，通过在同一线路布置多个监测点装置，通过统一授时系统同步各个监测点的时间，确认了一种分布式多点监测和无线传输输电线路的物理参量的方法；本发明的监测点设备可以自由组成局部微网。

Claims (8)

1.一种高压输电线路故障检测系统，其特征是：包括有故障分析服务器(MS)和设置在三相高压输送电线路的每个检测点上的用于测量所处检测点参量的检测装置(ME)，所述的检测装置(ME)是由一个第一检测点装置(M1)和两个第二检测点装置(M2)构成，所述的一个第一检测点装置(M1)设置在三相高压输送电线路的B相线路上，所述的两个第二检测点装置(M2)分别设置在三相高压输送电线路的A相线路和C相线路上，其中，所述的两个第二检测点装置(M2)将所检测到的数据传输给第一检测点装置(M1)，所述的第一检测点装置(M1)将所检测到的数据以及两个第二检测点装置(M2)所传输的数据全部传输给故障分析服务器(MS)，所述的第一检测点装置(M1)包括有安装在高压输送电线路B相(D)上的第一电流传感器(A)，设置在高压输送电线路B相(D)一侧的第一电场强度传感器(C)，分别与第一电流传感器(A)和第一电场强度传感器(C)相连的第一信号处理单元(E)，所述的第二检测点装置(M2)包括有安装在高压输送电线路A相/C相(D′)上的第二电流传感器(A′)，设置在高压输送电线路A相/C相(D′)一侧的第二电场强度传感器(C′)，以及分别与第二电流传感器(A′)和第二电场强度传感器(C′)相连的第二信号处理单元(E′)。

2.根据权利要求1所述的高压输电线路故障检测系统，其特征是：所述的第一信号处理单元(E)包括有嵌入式处理单元(1)，分别与嵌入式处理单元(1)相连的电源管理模块(2)、接收第一电流传感器(A)信号的电流采样电路(3)、接收第一电场强度传感器(C)信号的电场采样电路(4)、温度采样电路(5)、用于向故障分析服务器传输数据的移动通讯网络模块(6)、用于授时和定位的全球定位系统模块(7)以及用于与第二检测点装置(M2)通讯的局部网络模块(8)。

3.根据权利要求1所述的高压输电线路故障检测系统，其特征是：所述的第二信号处理单元(E′)包括有第二嵌入式处理单元(9)，分别与第二嵌入式处理单元(9)相连的第二电源管理模块(10)、接收第二电流传感器(A′)信号的第二电流采样电路(11)、接收第二电场强度传感器(C′)信号的第二电场采样电路(12)、第二温度采样电路(13)以及用于与第一检测点装置(M1)通讯的局部网络模块(14)。

4.根据权利要求1所述的高压输电线路故障检测系统，其特征是：所述的第一检测点装置(M1)和第二检测点装置(M2)分别对应的安放在第一壳体(B)和第二壳体(B′)内。

5.一种用于权利要求1所述的高压输电线路故障检测系统的方法，其特征在于，在一条线路上设置N个检测点，将线路分为N+1个段，在每一个检测点上安装一个通过GSM网络与故障分析服务器(MS)进行通信的检测装置(ME)，并同步各个检测点的时间，同时设定各检测点的电压、电流、温度的标准物理参量，故障分析服务器(MS)随时接收各检测装置(ME)传来的所监测到的各检测点的电流、场强和温度的数据，当两个检测点之间的一段导线发生短路、断路故障时候，在该故障点前后的检测点监测到的电流、场强参量不一致，故障分析服务器(MS)在同一时间轴上对同一线路上的所有检测点的电压、电流、温度物理参量进行统计分析，对比故障时间前后各个故障点的物理参量变化趋势来确 认故障点所在的两个检测点之间，由此进行线路故障定位，并通过移动通讯网络呼叫相应巡检人员去现场查看。

6.根据权利要求5所述的用于高压输电线路故障检测系统的方法，其特征在于，所述的同步各个检测点的时间，是由检测装置(ME)内的能够直接从GPS卫星网络取得星历时间的GPS模块构成统一授时系统，各个检测点的监测数据都带有时间参量，此时间为监测事件发生时间，如事件为故障事件则此时间为故障发生时间。

7.根据权利要求5所述的用于高压输电线路故障检测系统的方法，其特征在于，各个检测点的物理参量采样时间和采样范围是根据具体使用环境和条件进行调整和设置。

8.根据权利要求5所述的用于高压输电线路故障检测系统的方法，其特征在于，所述的检测点地理位置是在电子地图上确认。 

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