CN102495334B - 电力电缆故障的多踪行波测距方法 - Google Patents

Abstract

一种电力电缆故障的多踪行波测距方法，属于电力电缆故障检测领域。包括被测电力电缆，其特征在于：通过同时记录施加高压击穿后电力电缆的故障相和完好相的行波反射，利用产生的流经被测电力电缆的故障相和完好相的不同行波特征，对所述被测电力电缆进行故障测距。通过同时记录施加高压击穿后电缆故障相和其他任意或多条完好相的行波反射，利用产生的流经所述被测电力电缆的故障相和完好相的行波特征的不同，对记录的故障相的行波和任意完好相的行波的比对，实现电力电缆故障的精确测距，使设备使用人员能够快速准确地判断故障距离，以克服现有电力电缆故障测距方法的不足。

Description

电力电缆故障的多踪行波测距方法

技术领域

本发明属于电力设备故障检测领域，所检测的电力电缆为各电压等级的电力电缆，并能够提供电力电缆的单相接地和两相接地故障的测距结果，具体说是一种电力电缆故障的多踪行波测距方法

背景技术

用于电力传输和分配的电缆称为电力电缆。用于电力传输和分配的电缆称为电力电缆。

随着社会的进步和工农业生产的发展，电缆用量在整个电力传输线路中所占的比例日益提高，电缆与架空线路相比，具有下列主要优点：

1.送电可靠性高，不易受周围环境和污染的影响；

2.线间绝缘距离小，占地少，无干扰电波；

3.地下敷设时，不占地面与空间，既安全可靠，又不易暴露目标。

由于绝大多数电力电缆敷设于地下，随着近年来电力电缆的大量使用，电缆发生故障后，故障点的快速查找和修复成为供电单位关注的焦点，目前较为常见的故障测距方法以电桥法、脉冲电压法、脉冲电流法和二次脉冲法为主，各种方法简介如下：

传统的检测方法

1)电桥法

电桥法是一种经典测试方法。

电桥法优点是简单、方便、精确度高，不需要人工判断波形，获知电缆长度后仪器可以自动计算故障距离。但它的缺点是不适用于高阻与闪络性故障，因为故障电阻很高的情况下，电桥里电流很小，一般灵敏度的仪表，很难探测，实际上电缆故障大部分属于高阻与闪络性故障。电桥法的另一缺点是需要把电缆的对端做环路处理，对于电力电缆对端环路一般不容易进行。

2)低压脉冲反射法

低压脉冲反射法，又叫雷达法，是受二次世界大战雷达的启发而发明的，它通过观察故障点反射脉冲与发射脉冲的时间差测距。

低压脉冲反射法的优点是简单、直观、不需要知道电缆的准确长度等原始技术资料。根据脉冲反射波形还可以容易地识别电缆接头与分支点的位置。

低压脉冲反射法的缺点是仍不能适用于测量高阻与闪络性故障。

3)脉冲电压法

脉冲电压法，又称闪测法，是上世纪六十年代发展起来的一种高阻与闪络性故障测试方法。

该方法使电缆故障在直流高压或脉冲高压信号的作用下击穿，然后，通过观察放电电压行波在观察点与故障点之间往返一次的时间测距。脉冲电压法的一个重要优点是不需将高阻与闪络性故障烧穿，直接利用故障击穿产生的瞬间脉冲行波信号，测试速度快，测量过程也得到简化，是电缆故障测试技术的重大进步。

脉冲电压法的缺点为安全性差，仪器通过电容电阻分压器分压测量电压行波信号，仪器与高压回路有电耦合，很容易发生高压信号串入，造成仪器损坏。通过故障电缆电压行波信号的反射确定故障距离，存在使用人员需要培训，波形辨识需要大量的经验积累。

4)脉冲电流法

脉冲电流法是上世纪八十年代初在脉冲电压法的基础上发展起来的一种测试方法，该方法具有安全、可靠、接线简单等优点。脉冲电流法与脉冲电压法的区别在于：通过线性电流耦合器测量电缆故障击穿时产生的电流行波信号，实现了仪器与高压回路的电耦合特性，故障测试设备的安全性得以大大提高。脉冲电流法因接线简单，随着电子技术的发展，测试精度的提高，目前为绝大多数电力用户使用。该方法目前也存在电流行波信号无法自动识别，使用人员需要培训和积累大量的现场经验才能准确辨别和区分故障距离的问题。

5)二次脉冲法(多次脉冲法)

二次脉冲法(多次脉冲法)是本世纪初开始推广使用的电力电缆故障测距的新方法，该方法结合脉冲电流法和低压脉冲反射法的优点，在使用脉冲高压击穿电力电缆故障点的瞬间，采用保持故障延弧，测距仪对故障电缆注入脉冲信号，由于故障点处于短路状态，测距仪接收到的行波反射信号与息弧后的脉冲行波信号有明显的区别，经过波形比对，使用人员可以明确辨别故障距离，并且测距仪的自动测距功能得以加强。此方法的缺点在于在原有脉冲电流测试设备的基础上，增加了多次脉冲耦合器，增加了设备成本。相对于脉冲电流法，测试设备价格也有很多提高，并且对于续弧不稳定的电缆故障，此方法无法测试。

综上所述，对于电力电缆故障测距，现有的检测方法都有各自的局限性。

发明内容

根据以上现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种实现电力电缆故障的精确测距，通过对电力电缆的两个或多个相同时进行行波信号的采集和比对，使设备使用人员能够快速准确地判断故障距离，以克服现有电力电缆故障测距方法的不足的电力电缆故障的多踪行波测距方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：电力电缆故障的多踪行波测距方法，包括被测电力电缆，其特征在于：通过同时记录施加高压击穿后电力电缆的故障相和完好相的行波反射，利用产生的流经被测电力电缆的故障相和完好相的不同行波特征，对所述被测电力电缆进行故障测距，包括以下具体步骤：

步骤1：在电力电缆的故障相和完好相上分别设置高频电流传感器，该高频电流传感器的输出连接到一高速信号采集和数据处理系统，所述高速信号采集和数据处理系统包括至少两个高速信号采集单元以及数据存储分析和处理系统；

步骤2：对被测电力电缆的故障相和完好相同时分别施加相同的高压直流电压；

步骤3：利用设置在电力电缆的故障相和完好相上的高频电流传感器和高速信号采集单元，同时检测被测电力电缆故障相因故障点击穿产生的行波信号和完好相无故障击穿的行波信号；

步骤4：利用数据存储分析和处理系统，对步骤3所检测到的故障相的行波信号和完好相的行波信号进行数据存储和分析，经过信号波形化处理后，通过数据对比或人工分析方法对行波反射的差异点进行计算和处理，确定电力电缆的故障距离，完成对被测电力电缆进行的故障测距。

高频电流传感器传来的信号通过信号调理和A/D转换后，进行数据存储、分析，通过处理系统将行波信号的信号波形化处理后分别得到故障相和完好相的行波特征图形，由于同时施加的高压直流电压，因此两者可以进行比对，然后利用波形差异点等特性，计算故障点距离。计算方法为公知技术。

其中优选方案是：

所述的数据对比或人工分析方法对行波反射的差异点进行计算和处理，是指在对电力电缆的故障相施加高压直流电压造成故障击穿时，在故障相和同一电力电缆回路的完好相设置的高频电流传感器同时采集的行波信号，同时采集到的电磁暂态信号的故障相的行波特征与完好相的行波特征进行对比，作为故障测距的判据基础。

所述的高频电流传感器的截止频率为2MHz-2GHz。该频率内的采样精度，既适合又实用，降低成本，提高稳定性。

所述高速信号采集单元的采样频率为4MHz-4GHz。该频率内的采样精度，既适合又实用，降低成本，提高处理速率，提高稳定性。

所述的计算和处理，还包括对电力电缆的故障相和完好相的行波信号进行调理和模数转换后存储的数据包进行的数据分析和处理。为了解决良好人机界面和自动分析、远程协助等问题，以及远程处理和网络化数据交会的问题，优化了扩大了该方法的应用范围。

本发明电力电缆故障的多踪行波测距方法所具有的有益效果是：通过整体性优化设计和处理，利用该方法可以实现：

1、提供了一种简单实用，测量简便、准确的电力电缆故障测距的新方法；

2、在不大量增加设备成本的基础上，使工程技术人员能够快速掌握电力电缆故障测距设备的使用，准确判断故障距离，快速修复，提高供电质量，降低设备成本；

3、采用此方法，随着现场经验的积累，可以设计出全自动的电缆故障测距仪，摆脱了行波信号难以分析的问题，加快电缆故障测试设备的革新进步。

附图说明

图1为本发明的电气原理图；

图2为本发明的高速信号采集和数据处理系统的原理方框图；

图中：1、2、高频电流传感器  3、完好相电缆导体  4、故障相电缆导体  5、高压电力电缆  6、高压电缆测试接地端  7、直流高压脉冲电源  8、故障测距仪。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1所示，设置高压电缆测试接地端6，在高压电力电缆5的故障相电缆导体4和其他任意完好相电缆导体3上，分别接入一个高频电流传感器1、2，并且测试端故障相与此完好相短接，使用直流高压脉冲电源7采用直流高压或脉冲高压对故障相和短接的完好相进行放电，两个或两个以上的高频电流传感器1、2得到的电流行波信号同时被故障测试仪8接收，成为分析和得到故障距离的原始数据。

故障测试仪8包括高速信号采集和数据处理系统。

通过同时记录施加高压击穿后电力电缆的故障相和完好相的行波反射，利用产生的流经被测电力电缆的故障相和完好相的不同行波特征，对所述被测电力电缆进行故障测距，包括以下具体步骤：

步骤1：在电力电缆的故障相和完好相上分别设置高频电流传感器，该高频电流传感器的输出连接到一高速信号采集和数据处理系统，所述高速信号采集和数据处理系统包括至少两个高速信号采集单元以及数据存储分析和处理系统；至少两个的多个高速信号采集单元分别连接设置在故障相和完好相上的高频电流传感器，一个高频电流传感器对应一个高速信号采集单元，进行信号采集。

步骤2：对被测电力电缆的故障相和完好相同时分别施加相同的高压直流电压；同时施加电压，便于确定信号，便于对比和分析。

步骤3：利用设置在电力电缆的故障相和完好相上的高频电流传感器和高速信号采集单元，同时检测被测电力电缆故障相因故障点击穿产生的行波信号和完好相无故障击穿的行波信号；

步骤4：利用数据存储分析和处理系统，对步骤3所检测到的故障相的行波信号和完好相的行波信号进行数据存储和分析，经过信号波形化处理后，通过数据对比或人工分析方法对行波反射的差异点进行计算和处理，确定电力电缆的故障距离，完成对被测电力电缆进行的故障测距。

高频电流传感器传来的信号通过信号调理和A/D转换后，进行数据存储、分析，通过处理系统将行波信号的信号波形化处理后分别得到故障相和完好相的行波特征图形，由于同时施加的高压直流电压，因此两者可以进行比对，对故障相因故障点产生的行波反射的差异点作为计算故障距离的依据，计算方法为公知技术。

数据对比或人工分析方法对行波反射的差异点进行计算和处理，是指在对电力电缆的故障相施加高压直流电压造成故障击穿时，在故障相和同一电力电缆回路的完好相设置的高频电流传感器同时采集的行波信号，即同时采集到的电磁暂态行波信号的行波特征，作为故障测距的判据基础，故障相的行波特征与完好相的行波特征进行对比。

高频电流传感器的截止频率为2MHz-2GHz。

高速信号采集单元的采样频率为4MHz-4GHz。

如图2所示，高速信号采集和处理系统包括至少两个高速信号采集单元以及具有特定判据的数据分析和处理系统，主要包括高频传感器、信号调理器、高速A/D转换器、FPGA、存储器、处理器、人机界面。高频传感器的输出端连接信号调理器的输入端，信号调理器的输出端分别通过高速A/D转换器。高速A/D转换器的输出端连接FPGA的信号输入端。FPGA的数据端设置连接存储器，其输出端连接处理器的数据端。处理器的通讯端连接人机界面。通过以太网芯片连接网络。

高频传感器即为高频电流传感器。

处理器的数据设置人机界面，可以根据需要设置显示器和打印机，也可以设置打印机、色带、指示灯或者喇叭。

FPGA即可编程逻辑门阵，包括高速A/D接口、门限逻辑控制、动态随机存储器接口、命令寄存器和处理器接口组成，其模块结构方式为普通现有技术。使用时，高速A/D接口连接高速A/D转换器的输出端，门限逻辑控制连接高速比较器，动态存储器接口连接动态存储器DRAM，处理器接口连接处理器的输入端。

本发明中提及的对数据包进行的分析和处理，处理器和FPGA的设置、输入、存储和使用，为普通计算机及电气工程师等专业人员所掌握。

高速信号采集和处理系统的工作原理和过程：

由两个以上高频电流传感器采集到的截止频率大于2MHz的电磁暂态信号，经信号调理电路进行增益调整和低通滤波送给高速A/D转换器，在现场可编程逻辑门阵的控制下进行处理，处理器通过中断得到数据有效信息，经过算法处理，或者显示，通过以太网将数据以网络通讯方式上传到上位机。使用者除了在单机上监测运行状态外，还可以通过网络汇集、单一调用，分析和处理。

本发明所描述的高压直流电源只是故障点击穿的一种方式，只是用来说明本发明的故障点击穿产生行波过程现象，其他作为击穿故障点交直流电源方式，均为本发明的权利要求范围内。

本技术领域的技术人员都因该认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用来做本发明的限定。只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变型、变化都将落在本发明的权利要求范围内。

Claims (1)

1.电力电缆故障的多踪行波测距方法，包括被测电力电缆，其特征在于：通过同时记录施加高压击穿后电力电缆的故障相和完好相的行波反射，利用产生的流经被测电力电缆的故障相和完好相的不同行波特征，对所述被测电力电缆进行故障测距，包括以下具体步骤：

步骤1：在电力电缆的故障相和完好相上分别设置高频电流传感器，该高频电流传感器的输出连接到一高速信号采集和数据处理系统，所述高速信号采集和数据处理系统包括至少两个高速信号采集单元以及数据存储分析和处理系统；

步骤2：对被测电力电缆的故障相和完好相同时分别施加相同的高压直流电压；

步骤3：利用设置在电力电缆的故障相和完好相上的高频电流传感器和高速信号采集单元，同时检测被测电力电缆故障相因故障点击穿产生的行波信号和完好相无故障击穿的行波信号；

步骤4：利用数据存储分析和处理系统，对步骤3所检测到的故障相的行波信号和完好相的行波信号进行数据存储和分析，经过信号波形化处理后，通过数据对比或人工分析方法对行波反射的差异点进行计算和处理，确定电力电缆的故障距离，完成对被测电力电缆进行的故障测距；

所述的数据对比或人工分析方法对行波反射的差异点进行计算和处理，是指在对电力电缆的故障相施加高压直流电压造成故障击穿时，在故障相和同一电力电缆回路的完好相设置的高频电流传感器同时采集的行波信号，同时采集到的电磁暂态信号的故障相的行波特征与完好相的行波特征进行对比，作为故障测距的判据基础；

所述的计算和处理，还包括对电力电缆的故障相和完好相的行波信号进行调理和模数转换后存储的数据包进行的数据分析和处理；

所述的高频电流传感器的截止频率为2MHz-2GHz；

所述高速信号采集单元的采样频率4MHz-4GHz。