CN102818971B

CN102818971B - 高压电力电缆故障在线定位装置

Info

Publication number: CN102818971B
Application number: CN201210297868.3A
Authority: CN
Inventors: 刘毅刚; 孔德武; 许宇翔; 黄嘉盛; 郑柒拾; 单鲁平
Original assignee: SHANGHAI WELLDONE ELECTRIC EQUIPMENT CO Ltd; Guangzhou Power Supply Bureau Co Ltd
Current assignee: Guangzhou Power Supply Bureau of Guangdong Power Grid Co Ltd
Priority date: 2012-08-20
Filing date: 2012-08-20
Publication date: 2015-05-13
Anticipated expiration: 2032-08-20
Also published as: CN102818971A

Abstract

本发明提供一种高压电力电缆故障在线定位装置，包括：设于高压电力电缆两端由光纤连接的第一终端和第二终端、数据处理单元；第一终端接收故障行波，同时发送第一脉冲至第二终端，记录接收到故障行波与第二脉冲之间的第一时间差值；第二终端接收故障行波，同时发送第二脉冲至第一终端，记录接收到故障行波与第一脉冲之间的第二时间差值；数据处理单元计算故障点的位置。通过本发明的技术，对高压电力电缆的主绝缘状态进行实时监测，在电缆的主绝缘出现故障时，借助电力系统自身能量在故障点产生的脉冲波，实现两端计时设备的可靠触发，再结合计时数据分析计算获得高压电力电缆故障点位置，实现在线监测、精确定位，故障定位的效率高、成本低。

Description

高压电力电缆故障在线定位装置

技术领域

本发明涉及电缆故障定位技术，特别是涉及一种高压电力电缆故障在线定位装置。

背景技术

目前，高压电缆绝缘故障点定位技术主要是采用基于离线测试的脉冲法，当产生电缆故障时，先断电，然后将电缆线路从系统中解开，再利用脉冲信号进行电缆故障测距，测距以电缆线路的参数模型为基础，通过现场对电缆施加脉冲信号，再由电压电流行波信号在电缆中传播时间和速度计算出故障点距离。

该方法存在明显的缺点，在电缆发生故障后，需要把电缆解口退出运行，然后把故障测量设备运到现场，布置测量设备和接线，才能开始测量；由于利用储能电容对故障点进行高压脉冲冲击，使故障点产生闪络，因此储能电容需要很大的容量，增加了测量设备的重量，同时由于储能电容容量有限，部分故障点无法产生闪络，可能导致测量失败；而且，当终端是GIS的电缆时，则解口非常复杂，甚至无法进行，从而无法进行故障定位。

由于存在上述明显缺陷，导致现有的脉冲法在高压电缆绝缘故障点定位过程中效率较低、成本较高。

发明内容

基于此，有必要针对现有的脉冲法在高压电缆绝缘故障点定位过程中效率较低、成本较高的问题，提供一种高压电力电缆故障在线定位装置。

一种高压电力电缆故障在线定位装置，包括：分别设于高压电力电缆两端的第一终端和第二终端，与所述第一终端和第二终端连接的数据处理单元；

所述第一终端和第二终端通过光纤连接；

所述第一终端接收故障点产生的故障行波，同时发送第一脉冲至所述第二终端，记录接收到所述故障行波与第二脉冲之间的第一时间差值；

所述第二终端接收所述故障行波，同时发送第二脉冲至所述第一终端，记录接收到所述故障行波与第一脉冲之间的第二时间差值；

所述数据处理单元根据所述第一时间差值和第二时间差值计算故障点在所述高压电力电缆中的位置。

上述高压电力电缆故障在线定位装置，对高压电力电缆的主绝缘状态进行实时监测，在电缆的主绝缘出现故障时，借助电力系统自身能量在故障点产生的脉冲波，实现两端计时设备的可靠触发，再结合计时数据分析计算获得高压电力电缆故障点位置，实现在线监测、精确定位，故障定位的效率高、成本低。

附图说明

图1为一个实施例的高压电力电缆故障在线定位装置结构图；

图2为一个实施例的第一终端和第二终端的结构图；

图3为T型接线的高压电力电缆中的高压电力电缆故障在线定位装置结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的高压电力电缆故障在线定位装置的具体实施方式作详细描述。

图1示出了一个实施例的高压电力电缆故障在线定位装置结构图，包括：分别设于高压电力电缆两端的第一终端和第二终端，与第一终端和第二终端连接的数据处理单元。

其中：

第一终端和第二终端通过光纤连接，光纤传输经过光电转换的光信号，同时实现与数据处理单元的数据传输；

第一终端接收故障点产生的故障行波，同时发送第一脉冲至第二终端，记录接收到故障行波与第二脉冲之间的第一时间差值；

第二终端接收故障点产生的故障行波，同时发送第二脉冲至第一终端，记录接收到故障行波与第一脉冲之间的第二时间差值；

数据处理单元根据第一时间差值和第二时间差值计算故障点在高压电力电缆中的位置。

具体地，数据处理单元通过通信网络读取第一终端记录的第一时间差值和第二终端记录的第二时间差值，对监测数据的在线处理。

由于第一脉冲与第二脉冲在传输过程中，对于光电转换设备和一段固定长度的光纤来说，所消耗的时间是已知的固定值，故障行波在所述高压电力电缆中的传播速度已知，所以，根据第一时间差值与第二时间差值及相关已知量即可计算故障点在高压电力电缆中的位置。

在一个实施例中，数据处理单元计算故障点在高压电力电缆中的位置的计算过程包括以下公式：

若T₁>T₂，则

l_{1} = \frac{L - (T_{1} - t_{1}) v}{2};

公式（1）

若T₁<T₂，则

l_{2} = \frac{L - (T_{2} - t_{2}) v}{2};

公式（2）

若T₁=T₂，则

l_{1} = l_{2} = \frac{L}{2};

公式（3）

式中，T₁为第一时间差值，T₂为第二时间差值，L为高压电力电缆的长度，t₁为第二脉冲从第二终端传输到第一终端的时间，t₂为第一脉冲从第一终端传输到第二终端的时间，t₁、t₂即为两终端之间光信号传输时间与光电信号转换时间之和（对于长度固定的光纤，t₁=t₂，且为定值），l₁为故障点离第一终端的距离，l₂为故障点离第二终端的距离，v为故障行波在所述高压电力电缆中的传播速度。

在一个实施例中，如图2所示，第一终端包括：第一行波采集装置、第一计时时钟、第一脉冲电平发生器以及第一光电转换器。

所述第一行波采集装置接收所述故障行波；

所述第一计时时钟在所述第一行波采集装置接收到所述故障行波时启动计时，在接收到所述第二脉冲时停止计时；

所述第一脉冲电平发生器在所述第一行波采集装置接收到所述故障行波时产生所述第一脉冲；

所述第一光电转换器对所述第一脉冲进行光电转换。

所述第二终端包括：第二行波采集装置、第二计时时钟、第二脉冲电平发生器以及第二光电转换器。

所述第二行波采集装置接收所述故障行波；

所述第二计时时钟在所述第二行波采集装置接收到所述故障行波时启动计时，在接收到所述第一脉冲时停止计时；

所述第二脉冲电平发生器在所述第二行波采集装置接收到所述故障行波时产生所述第二脉冲；

所述第二光电转换器对所述第二脉冲进行光电转换。

为保证故障定位误差不超过2米，准确检测出故障行波到达时刻，优选地，行波采集装置的采样率大于或等于100MHz。

通常电流脉冲在电力电缆内的传播速度为160米/微秒。按照故障点计算误差控制在2米范围内计算，优选地，采用分辨率为1ns的计时时钟。

需要说明的是，第一终端与第二终端并不限定于使用上述器件，也可以采用其它器件来实现其功能。

高压电力电缆故障在线定位装置采用上述结构的第一终端和第二终端时，其具体工作原理如下：

高压电力电缆的故障点放电时产生故障行波，故障行波以相同的波速度向电缆两端传递，到达第一终端时，第一行波采集装置接收到该故障行波，触发第一计时时钟开始计时，同时，第一脉冲电平发生器产生一个脉冲信号，经过第一光电转换器转换成光信号，再通过光纤向第二终端发送经过光电转换的脉冲信号。

第二终端检测到故障行波时，触发第二计时时钟开始计时，同时，第二脉冲电平发生器产生一个脉冲信号，经过第二光电转换器转换成光信号，再通过光纤向第一终端发送经过光电转换的脉冲信号。

第一终端接收到第二终端发送过来的脉冲信号时停止计时，第二终端接收到第一终端发送过来的脉冲信号时停止计时（第一计时时钟和第二计时时钟初始值均为零）。

由于故障点可能出现在电缆线路沿线任意位置，可能靠近第二终端，也可能靠近第一终端。

当靠近第一终端时，由于故障行波到达第一终端的距离比到达第二终端距离短，第一终端计时开始时间早，所以当两个计时时钟均停止下来时，第一计时时钟数据比第二计时时钟数据大；同理，当故障点靠近第二终端时，由于故障行波到达第二终端的距离比到达第一终端距离短，第二终端计时开始时间早，所以当两个计时时钟均停止下来时，第二计时时钟数据比第一计时时钟数据大。

第一终端和第二终端分别将第一时间差值T₁和第二时间差值T₂，经过通信网络传输到数据处理单元，数据处理单元通过数值判断，取两者间的较大的值进行故障点定位计算。

下面以故障点靠近第一终端为例，则选取第一终端的时间差值T₁，将相关参数代入公式（1）计算l₁，确定故障点离第一终端的距离。

本发明的高压电力电缆故障在线定位装置还可以用于T型接线的高压电力电缆中，参见图3所示，在T接头处，以及接头各方向的高压电力电缆端点处，分别设置第一终端和第二终端，即可实现对T型接线高压电力电缆的在线实时监测和故障定位。

综上所述，本发明的高压电力电缆故障在线定位装置具有以下明显的有益效果：

（1）采用在线方式进行，对电缆绝缘故障进行快速准确判断，不再需要将大量脉冲发射和信号检测设备临时运送到测量现场，减少了故障定位时间，提高了故障抢修效率，节约了成本。

（2）定位系统采用故障时候输电电缆本身产生是故障脉冲，无需将线路解口，由于不涉及故障波形的比对和分析，省去了复杂的识图过程，无需借助故障波形分析经验和技术来判别故障点。故障信号的在线采集和系统的实时计算，实现实时故障定位。

（3）整个故障定位过程不需要对系统接线做任何方式的操作和改变，解决了GIS终端电缆线路和线上T接接线方式的高压电力电缆线路故障定位困难问题。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种高压电力电缆故障在线定位装置，其特征在于，包括：分别设于高压电力电缆两端的第一终端和第二终端，分别与所述第一终端和第二终端连接的数据处理单元；

所述第一终端和第二终端通过光纤连接；

所述第一终端包括：第一行波采集装置、第一计时时钟、第一脉冲电平发生器以及第一光电转换器；

所述第一行波采集装置接收故障点产生的故障行波；

所述第一计时时钟在所述第一行波采集装置接收到所述故障行波时启动计时，在接收到第二脉冲时停止计时；

所述第一脉冲电平发生器在所述第一行波采集装置接收到所述故障行波时产生第一脉冲；

所述第一光电转换器对所述第一脉冲进行光电转换；

所述第二终端包括：第二行波采集装置、第二计时时钟、第二脉冲电平发生器以及第二光电转换器；

所述第二行波采集装置接收所述故障行波；

所述第二光电转换器对所述第二脉冲进行光电转换；

所述数据处理单元根据所述第一时间差值和第二时间差值计算故障点在所述高压电力电缆中的位置；具体包括：

若T₁＞T₂，则

l_{1} = \frac{L - (T_{1} - t_{1})}{2};

若T₁＜T₂，则

l_{2} = \frac{L - (T_{2} - v_{2}) v}{2};

若T₁＝T₂，则

l_{1} = l_{2} = \frac{L}{2};

式中，T₁为第一时间差值，T₂为第二时间差值，L为高压电力电缆的长度，t₁为第二脉冲从第二终端传输到第一终端的时间，t₂为第一脉冲从第一终端传输到第二终端的时间，l₁为故障点离第一终端的距离，l₂为故障点离第二终端的距离，v为故障行波在所述高压电力电缆中的传播速度。

2.根据权利要求1所述的高压电力电缆故障在线定位装置，其特征在于，所述行波采集装置采样电路的采样率大于或等于100MHz。

3.根据权利要求1所述的高压电力电缆故障在线定位装置，其特征在于，所述计时时钟的分辨率为1ns。