CN102004209A

CN102004209A - 配电网电缆故障在线测距装置及测距方法

Info

Publication number: CN102004209A
Application number: CN2010105706906A
Authority: CN
Inventors: 王洪蛟; 巩志强
Original assignee: DANDONG XINTAI ELECTRIC Co Ltd
Current assignee: DANDONG XINTAI ELECTRIC Co Ltd
Priority date: 2010-12-03
Filing date: 2010-12-03
Publication date: 2011-04-06

Abstract

一种配电网电缆故障在线测距装置及测距方法，工作频带为3MHz的电流传感器的输出输入端连接信号检测电路的输出输入端，信号检测电路的输出输入端连接100MHz的A/D变换模块，100MHz的A/D变换模块连接HFBR系列光纤维收发器信号输出输入端，HFBR系列光纤维收发器信号输出输入端连接缓冲电路，缓冲电路连接主机电脑。本装置是利用混合光电型电流传感器，能方便采集到高压电缆等任意电力电缆的故障暂态信号。利用故障暂态信号的行波法，测定高电阻、低电阻、周期性和闪络性故障等任意故障的故障距离。由于在供电情况下识别电缆早期故障并测定故障位置，所以能够提前进行电缆维护和保养，能显著减小因停电产生的经济损失。

Description

配电网电缆故障在线测距装置及测距方法

技术领域

本发明涉及一种电网测量装置及测量方法，具体说涉及一种在供电情况下测定电力电缆故障位置的装置及测量方法。

背景技术

随着现代经济的迅速发展，采用电缆供电方式越来越多。但是由于许多的原因，电力电缆线路在运行中经常发生故障，由于电缆埋设于地下，当发生故障时，不易及时准确寻找到故障点。不同于架空线，电力电缆的故障机理和故障种类比较复杂。一般永久性故障不多，电力电缆绝缘材料逐渐老化加大的周期性故障及闪络性故障比较多。目前，广泛利用的电缆故障测距装置都是在停电情况下，先向故障电缆加上低、高压脉冲信号，然后根据从故障点反射出来的信号测试故障点距离。这种离线方式的故障测距装置体积大，运转操作复杂，反射波识别需要熟练的工作人员才能完成。目前还没有在供电情况下能够精确测试电力电缆故障位置的装置。因此寻求一种快捷、准确的电力电缆故障测距装置和方法，以缩短检修时间，减少停电损失，具有很大的实际意义。

发明内容

针对现有配电网电缆故障在线测距装置存在的缺陷，本发明提供一种在不停电的情况下，能够精确定位的配电网电缆在线故障的测距装置及测量方法。

解决上述技术问题所采取的具体技术措施是：一种配电网电缆故障在线测距装置，其特征是：由电流传感器、信号检测电路、数据采集卡、光纤信号传输器和主机构成，工作频带为3MHz的电流传感器的输出输入端连接信号检测电路的输出输入端，信号检测电路的输出输入端连接100MHz的A/D变换模块，100MHz 的A/D变换模块连接HFBR系列光纤维收发器信号输出输入端，HFBR系列光纤维收发器信号输出输入端连接缓冲电路，缓冲电路连接主机电脑。

应用上述配电网电缆故障在线测距装置的测距方法，其特征是：

步骤1提取故障反射波信号：

　　输入到电脑的故障信号和各种干扰信号的暂态信号，适用平稳小波变换（SWT, Stationary Wavelet Transform ) 和相关法，提取正确的故障反射波信号，具体算法过程如下：（1）确定Db 8的低域（Go）和高域（Fo）滤波器的系数；

（2）在采集信号数据中以滤波器的系数为个数的数据单元值低域及高域滤波器系数的单元值一一相乘，然后其结果也一一相加，最后其相加结果保管为新单元；

（3）对于整个采集信号，以数据单元为单位都依序经过（2）的过程，结果产生新的单元对，这些新单元构成排列数据；这时样品数据值, 和高域滤波器的系数相乘得到新的排列D1,与低域滤波器相乘得到新的排列A1；（4）对于Db 8的低域及高域滤波器进行利用（2）作样品化，得到新的滤波器系数 F1和 G1；利用 F1,G1和A1,反复做（3），得到新的排列 A2 和D2；反复上述过程抽出暂态信号的小波变换系数D1,D2,……D7；

步骤 2 故障信号反射波的Modal变换：故障电流信号分解成零模电流成分和线模电流成分；

步骤 3 计算传输时间差距：对于两种电流成分使用SWT 解除干扰后，计算两种电流成分的传输时间差距；

步骤4 计算Lipschitz值：利用SWT的模极大值计算零模电流和线模电流的Lipschitz值 a1,a2；

步骤5 电缆故障距离：上述的传输时间差距，零模电流和线模电流的Lipschitz值 a1,a2三个参数输入到神经网入口，训练神经网得到电缆故障距离。

本发明的有益效果：本装置是利用混合光电型电流传感器，能方便采集到高压电缆等任意电力电缆的故障暂态信号。利用故障暂态信号的行波法，测定高电阻、低电阻、周期性和闪络性故障等任意故障的故障距离。由于在供电情况下识别电缆早期故障并测定故障位置，所以能够提前进行电缆维护和保养，能显著减小因停电产生的经济损失。

　本装置是在电缆一端安装暂态信号采集卡的单端子法，所以成本低。并且通过全自动暂态信号分析测定故障距离，所以测试操作简单，有利于供电电缆的在线监视。电流传感器和采集卡体积小，结构紧凑，有利于现场布置。

　本发明的测距方法提高从电流互感器到采集卡传输信号的精度，大大减小了电流互感器和信号采集卡、信号通道的电磁干扰。

在电流传感器和信号采集电路之间以无源方法实现了结合，减小信号的传输损失和失真，提高故障信号采集电路的精确性。

由于互感和信号采集都在高压端上实现，利用光电缆提供电绝缘和资料通讯，所以大大减小了电磁场干扰。

以相关分析法﹑平稳小波变换（SWT）与神经网互相结合做出信号处理软件，分析故障信号，所以能提高故障测距的精确性。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是电路连接图；

图3 是测试程序流程图。

具体实施方式

结合附图详细说明本发明的结构。

一种配电网电缆故障在线测距装置，如图1所示，是由电流传感器、信号检测电路、高速数据采集、信号传输段和主机构成的。

各装置的电路连接如图2所示，电流传感器是由罗斯线圈方式构成的，能工作在频率为3MHz的高频段。

电流传感器的输出信号连接到信号检测电路的输入端，信号检测电路不仅执行从电流传感器信号传输到高速数据采集卡的工作，还进行识别故障信号向数据采集卡发送数据采集启动信号的工作。（信号检测电路的输出输入端连接100MHz 的A/D变换模块，）A/D变换模块是数据采集卡，100MHz 的A/D变换模块选用型号为AD9218BST-105, A/D变换模块AD9218BST-105是低耗电（275 mW）, 高速（105MSPS）,信噪比为57 dB,最大入口电压为1Ｖｐ－ｐ, A/D变换分解能为10bit。利用它以10ns的样品周期变成数字信号。EPM7512B具有512个逻辑单位，它的工作速度为5ns。

数据处理和同步信号发生是利用MAX7000系列的CPLD EMP7512B来实现。为了系统控制和传输数据，利用MPU STC 12C5412AD-48I。为了储存数据，利用储存速度为7ns的高速RAM PDM41256SA。

在CPLD发生的同步信号是，输入到AD变换器AD9218以实现CPLD和AD变换器这两工作周期的一致性，又向AD变换器发送开始，停止，第3状态变换各种控制信号，还向数据寄存器（RAM）发出地址信号。

CPLD一边向MPU发出开始，停止，读数据，传输数据开始控制信号，一边又从MPU中收到传输完成，读完成控制信号。

CPLD的工作主要由信号检测电路的输出信号来收控制。

STC 12C5412AD是具有最大工作频率为48 MHz, 指令周期为1T, 512 byte RAM,12K byte Flash ROM, 10bit AD变换的STC系列的单片处理器。100MHz 的A/D变换模块连接HFBR系列光纤维收发器信号输出输入端，数据传输端是由电-光变换、光纤维和光-电变换组成。电-光变换就是利用电光变换器件HFBR1414从采集卡出来的数字信号变成光信号的。光纤维实行把电光器所出的光信号传输到光电器的功能，还保障高压和使用者之间的电绝缘。光电变换利用HFBR-2412，HF系列电光、光电器件的最大传输速度是160MBD,传输距离是500m，HFBR系列光纤维收发器信号输出输入端连接缓冲电路，缓冲电路保证电脑的接口（USB或COM）和光电变换之间连接。

如上所述，本装置就在供电电缆上将所产生的故障信号进行高速采集储存，然后把它传输到电脑，接着电脑处理输入的数据资料判别故障信号。

本装置的工作过程如下：1）在输入信号中一出现故障信号，高速采集卡就被启动，储存故障暂态信号。2）按照RS-232通讯规则，储存的数据资料利用光纤维被串口传输。3）利用光纤维保证使用者（大地）和高压电缆之间的电绝缘。4）以串口传输的数据是通过缓冲部分被输入到电脑。电脑的接口利用USB或COM。

5）对输入的故障信号进行数据信号处理，识别故障类型和故障位置。

在配电网电缆故障测距装置中故障距离测试程序如图3所示。

步骤1提取故障反射波信号：对于输入到电脑的暂态信号（包括故障信号和各种干扰信号），适用平稳小波变换（SWT，Stationary Wavelet Transform ) 和相关法，提取正确的故障反射波信号。具体算法过程如下。

（1）确定Db 8的低域（Go）和高域（Fo）滤波器的系数。

（2）在采集信号数据中以滤波器的系数为个数的数据单元值和低域及高域滤波器系数的单元值一一相乘，然后其结果也一一相加，最后其相加结果保管为新单元。

（3）对于整个采集信号，以数据单元为单位都依序经过（2）的过程，结果产生新的单元对，这些新单元构成排列数据。这时样品数据值, 和高域滤波器的系数相乘得到新的排列D1,与低域滤波器相乘得到新的排列A1。

(4)对于Db 8的低域及高域滤波器进行利用（2）作样品化，得到新的滤波器系数 F1和 G1。

(5)利用 F1,G1和A1,反复做（3），得到新的排列 A2 和D2。

(6)反复上述过程抽出暂态信号的小波变换系数D1,D2,……D7。

步骤 2 故障信号反射波的Modal变换：经过故障信号反射波的Modal变换，故障电流信号分解成零模电流成分和线模电流成分。

步骤 3 计算传输时间差距：对于两种电流成分使用SWT 解除干扰后，计算两种电流成分的传输时间差距。

步骤4 　计算Lipschitz值：利用SWT的模极大值计算零模电流和线模电流的Lipschitz值 a1,a2。

步骤 5 电缆故障距离：上述的三个参数（传输时间差距，零模电流和线模电流的Lipschitz值 a1,a2）输入到神经网入口，训练神经网得到电缆故障距离。

Claims

1.一种配电网电缆故障在线测距装置，其特征是：由电流传感器、信号检测电路、数据采集卡、光纤信号传输器和主机构成，工作频带为3MHz的电流传感器的输出输入端连接信号检测电路的输出输入端，信号检测电路的输出输入端连接100MHz的A/D变换模块，100MHz 的A/D变换模块连接HFBR系列光纤维收发器信号输出输入端，HFBR系列光纤维收发器信号输出输入端连接缓冲电路，缓冲电路连接主机电脑。

2.应用上述配电网电缆故障在线测距装置的测距方法，其特征是：

步骤1 提取故障反射波信号：输入到电脑的故障信号和各种干扰信号的暂态信号，适用平稳小波变换和相关法，提取正确的故障反射波信号，具体算法过程如下：（1）确定Db 8的低域（Go）和高域（Fo）滤波器的系数；（2）在采集信号数据中以滤波器的系数为个数的数据单元值低域及高域滤波器系数的单元值一一相乘，然后其结果也一一相加，最后其相加结果保管为新单元；（3）对于整个采集信号，以数据单元为单位都依序经过（2）的过程，结果产生新的单元对，这些新单元构成排列数据；这时样品数据值, 和高域滤波器的系数相乘得到新的排列D1,与低域滤波器相乘得到新的排列A1；（4）对于Db 8的低域及高域滤波器进行利用（2）作样品化，得到新的滤波器系数 F1和 G1；利用 F1,G1和A1,反复做（3），得到新的排列 A2 和D2；反复上述过程抽出暂态信号的小波变换系数D1,D2,……D7；

步骤 5 电缆故障距离：上述的传输时间差距，零模电流和线模电流的Lipschitz值 a1,a2三个参数输入到神经网入口，训练神经网得到电缆故障距离。