CN103439630A - 电力电缆故障点定位方法与系统 - Google Patents

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黄嘉盛
金尚儿
刘刚
陈继鑫
慕容啟华
庞远峰
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广州供电局有限公司
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Abstract

本发明提供一种电力电缆故障点定位方法与系统,首先,设置光纤,将所述光纤与电力电缆紧贴敷设,当电力电缆发生故障时,在电力电缆的一端施加电压脉冲,以使电力电缆在故障点处被击穿,通过光纤监测电力电缆在被击穿时产生的振动,采集光纤监测电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据,根据振动数据计算所述电力电缆故障点位置。整个定位过程简单、快速,光纤能够准确采集电力电缆的振动数据并且传输回处理,确保整个定位过程的有效与准确。

Description

电力电缆故障点定位方法与系统
技术领域
[0001] 本发明涉及电力电缆技术领域,特别是涉及电力电缆故障点定位方法与系统。
背景技术
[0002] 城市电网供电系统的电缆存在四大特点:第一,电力电缆分布分散和广泛;第二,电力电缆深埋在地下,只能通过标识判断电缆的位置;第三,电缆遭到破坏跳闸后,恢复送电的时间长;第四,电缆敷设形式多变,部分电缆埋设于马路中间,难以进行故障点定位。
[0003] 这些因素导致电缆频频受到外力破坏,而且影响面甚广。为了避免电缆受到外力破坏,每年需要花费大量的人力、物力对电缆进行巡视。因此,为了节约巡视成本,有必要开发一套电缆故障点定位方法与系统。
[0004] 国内外的电缆故障点测试仪器一般采用电桥法、电压比较法、行波反射法为基础进行仪器的研发与更新,这些方法都需要借助大量的测试仪器,其定位过程多数都需要依次经过以下复杂的流程:确定电缆故障类型、预定位、精确定位、确定位置,这些方法虽能最终确定故障点的位置,但是这种测量方法的流程所需时间较长,延后了抢修故障点的时间,效率低,无法快速定位出电力电缆的故障点。
发明内容
[0005] 基于此,有必要针对一般电力电缆故障点定位方法复杂、效率低、无法快速定位的问题,提供一种简单、有效的定位电力电缆故障点的方法与系统。
[0006] 一种电力电缆故障点定位方法,包括步骤:
[0007] 设置光纤,将所述光纤与电力电缆紧贴敷设;
[0008] 当所述电力电缆发生故障时,在所述电力电缆的一端施加电压脉冲,以使所述电力电缆在故障点处被击穿;
[0009] 通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据;
[0010] 根据所述振动数据计算所述电力电缆故障点位置。
[0011] 一种电力电缆故障点定位系统,包括:
[0012] 设置模块,用于设置光纤,将所述光纤与电力电缆紧贴敷设;
[0013] 电压脉冲加载模块,用于当所述电力电缆发生故障时,在所述电力电缆的一端施加电压脉冲,以使所述电力电缆在故障点处被击穿;
[0014] 采集模块,用于通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据;
[0015] 计算模块,用于根据所述振动数据计算所述电力电缆故障点位置。
[0016] 本发明电力电缆故障点定位方法与系统,其定位电力电缆故障点位置的原理是:当传感光纤的某个位置受到振动或压力变化时,传感光纤内激光信号的相位会发生改变,通过相位差可以计算出故障点与施加信号点的距离,整个定位过程简单、快速,光纤能够准确采集电力电缆的振动数据并且传输回处理,确保整个定位过程的有效与准确。另外,在故障点定位过程中,只需要当电力电缆发生时,施加可以使电力电缆在故障点处被击穿的电压脉冲,保护了电力电缆中正常工作的部分,并且提高了故障点定位的效率,降低了故障点定位的实施成本。综上所述,本发明电力电缆故障点定位方法是一种简单且有效的电力电缆故障点定位方法。
附图说明
[0017] 图1为本发明电力电缆故障点定位方法第一个实施例的流程示意图;
[0018] 图2为本发明电力电缆故障点定位方法第二个实施例的流程示意图;
[0019]图3为本发明电力电缆故障点定位系统第一个实施例的结构示意图;
[0020]图4为本发明电力电缆故障点定位系统第二个实施例的结构示意图。
具体实施方式
[0021] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下根据附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明,并不限定本发明。
[0022] 如图1所示,一种电力电缆故障点定位方法,包括步骤:
[0023] S200:设置光纤,将所述光纤与电力电缆紧贴敷设。
[0024] 光纤是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心,外包有护套,有的还包覆外护层,用以实现光信号传输的一种通信线路;电缆是由几根或几组导线每组至少两根绞合而成的类似绳索的电缆,每组导线之间相互绝缘,并常围绕着一根中心扭成,整个外面包有高度绝缘的覆盖层。这个步骤将光纤与电力电缆紧贴敷设,这样做的目的是最大限度的将电力电缆的振动信号或故障时电能能量传递给光纤,为接下来的步骤做好准备,同时紧贴铺使得光纤第一时间感应到电力电缆的变化,减少了反应时间提高了效率。
[0025] S400:当所述电力电缆发生故障时,在所述电力电缆的一端施加电压脉冲,以使所述电力电缆在故障点处被击穿。
[0026] 在这里,可以施加合理的电压脉冲强度使电力电缆在故障点处被击穿,这个合理的电压脉冲强度可以通过试验测量得出,一般是施加高压电压脉冲,可以采用高压脉冲发射设备向电力电缆施加高压脉冲。只有在电力电缆发生故障的时候才施加能够使电力电缆在故障点被击穿的电压脉冲,可以很好的保护电力电缆正常工作的部分,也能够提高故障点定位的效率、降低故障点定位实施成本。
[0027] S600:通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据。
[0028] 当外界有振动作用于传感光纤时,引起光纤纤芯发生形变,导致纤芯长度和折射率发生变化,光纤中光的相位发生变化。当光在光纤中传输时,由于光子与纤芯晶格间发生作用,不断向后传输瑞利散光。当外界有振动时发生时,背向瑞利散射光的相位随之发生变化,采集这些携带待解振动信息的信号光,即获得振动数据。
[0029] S800:根据所述振动数据计算所述电力电缆故障点位置。
[0030] 根据采集到的振动数据,计算即可得出电力电缆故障点位置。对于振动数据的采集以及故障点位置的计算可以选用光纤振动传感系统。
[0031] 本发明电力电缆故障点定位方法,其定位电力电缆故障点位置的原理是:当传感光纤的某个位置受到振动或压力变化时,传感光纤内激光信号的相位会发生改变,通过相位差可以计算出故障点与施加信号点的距离,整个定位过程简单、快速,光纤能够准确采集电力电缆的振动数据并且传输回处理,确保整个定位过程的有效与准确。另外,在故障点定位过程中,只需要当电力电缆发生时,施加可以使电力电缆在故障点处被击穿的电压脉冲,保护了电力电缆中正常工作的部分,并且提高了故障点定位的效率,降低了故障点定位的实施成本。综上所述,本发明电力电缆故障点定位方法是一种简单且有效的电力电缆故障点定位方法。
[0032] 如图2所示,在其中一个实施例中,所述步S600具体包括:
[0033] S620:设置光纤振动传感系统,将所述光纤振动传感系统与所述光纤连接;
[0034] S640:通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,利用所述光纤振动传感系统采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据。
[0035] 这里所说的光纤振动传感系统是一种光时域反射技术和光纤干涉技术发展而成的先进的光纤传感技术,它同时具有光时域反射技术精度高和光纤干涉技术灵敏度高的特点,常被用于石油管道、国防光缆通讯光缆、铁路沿线、能源及安全等场所。
[0036] 如图2所示,在其中一个实施例中,所述步骤S200具体包括步骤:
[0037] S220:检测所述电力电缆运行环境,确定光纤在当前运行环境中传播信号的衰减程度,其中,所述电力电缆运行环境包括土壤、隧道和管道环境;
[0038] S240:根据所述光纤在当前运行环境中传播信号的衰减程度,确定敷设光纤的长度;
[0039] S260:将已定长度的所述光纤与所述电力电缆紧贴敷设。
[0040] 光纤只在有限长度范围才能准确传输光信号,当超过这个长度范围时,其传输的数据就会严重衰减,出现较大的误差,无法用来进行准确定位。另外光纤传播信号的衰减程度与光纤当前运行环境有关,而光纤的运行又是随着电力电缆的运行而变化的,所以还需要检测电力电缆当前运行环境。显然在本实施例中,充分考虑外界因素对电力电缆定位精度的影响,能够有效提高本发明电力电缆故障点定位方法定位的准确性。
[0041] 在其中一个实施例中,所述步骤设置光纤,将所述光纤与电力电缆紧贴敷设具体为:
[0042] 设置光纤,将所述光纤与所述电力电缆平行紧贴敷设。
[0043] 光纤与电力电缆平行紧贴敷设,能够使光纤更快速、更准确采集电力电缆的振动情况。
[0044] 在其中一个实施例中,所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
[0045] 分布式光纤振动传感系统是一种应用范围最广的光纤振动传感系统,这个系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机,其中光信号解调议、数据分析仪必须具有将传感光缆探测的带有外界振动信息的光信号,经过光电转换和初步信号处理,导入进入计算机系统的功能。计算机的功能软件必须具有结合所探测传感信号的特点从复杂信息中提取所振动信息的功能。
[0046] 如图3所示,一种电力电缆故障点定位系统,包括:[0047] 设置模块100,用于设置光纤,将所述光纤与电力电缆紧贴敷设;
[0048] 电压脉冲加载模块200,用于当所述电力电缆发生故障时,在所述电力电缆的一端施加电压脉冲,以使所述电力电缆在故障点处被击穿;
[0049] 采集模块300,用于通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据;
[0050] 计算模块400,用于根据所述振动数据计算所述电力电缆故障点位置。
[0051] 本发明电力电缆故障点定位系统,其定位电力电缆故障点位置的原理是:当传感光纤的某个位置受到振动或压力变化时,传感光纤内激光信号的相位会发生改变,通过相位差可以计算出故障点与施加信号点的距离,整个定位过程简单、快速,光纤能够准确采集电力电缆的振动数据并且传输回处理,确保整个定位过程的有效与准确。另外,在故障点定位过程中,只需要当电力电缆发生时,施加可以使电力电缆在故障点处被击穿的电压脉冲,保护了电力电缆中正常工作的部分,并且提高了故障点定位的效率,降低了故障点定位的实施成本。综上所述,本发明电力电缆故障点定位系统是一种简单且有效的电力电缆故障点定位系统。
[0052] 如图4所示,在其中一个实施例中,所述采集模块300具体包括:
[0053] 配置单元320,用于设置光纤振动传感系统,将所述光纤振动传感系统与所述光纤连接;
[0054] 采集单元340,用于通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,利用所述光纤振动传感系统采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据。
[0055] 如图4所示,在其中一个实施例中,所述设置模块100具体包括:
[0056] 运行环境检测单元120,用于检测所述电力电缆运行环境,确定光纤在当前运行环境中传播信号的衰减程度,其中,所述电力电缆运行环境包括土壤、隧道和管道环境;
[0057] 光纤长度确定单元140,用于根据所述光纤在当前运行环境中传播信号的衰减程度,确定敷设光纤的长度;
[0058] 敷设单元160,用于将已定长度的所述光纤与所述电力电缆紧贴敷设。
[0059] 在其中一个实施例中,所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
[0060] 在其中一个实施例中,所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机。
[0061] 本发明电力电缆故障点定位方法与系统,采用行波反射法为基础,将光纤振动传感技术和瑞利散射原理应用在电缆故障点定位方面。优点在于,电缆击穿振动波是一种机械波,不会受到电磁的干扰,采集到的故障信号可靠。而且传导光纤平时可用作通讯光纤使用,当电缆出现故障时,传导光纤可用作电缆故障点定位,具有现实的经济性意义。
[0062] 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 (10)

1.一种电力电缆故障点定位方法,其特征在于,包括步骤: 设置光纤,将所述光纤与电力电缆紧贴敷设; 当所述电力电缆发生故障时,在所述电力电缆的一端施加电压脉冲,以使所述电力电缆在故障点处被击穿; 通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据; 根据所述振动数据计算所述电力电缆故障点位置。
2.根据权利要求1所述的电力电缆故障点定位方法,其特征在于,所述步骤通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据具体包括: 设置光纤振动传感系统,将所述光纤振动传感系统与所述光纤连接; 通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,利用所述光纤振动传感系统采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据。
3.根据权利要求1或2所述电力电缆故障点定位方法,其特征在于,所述步骤设置光纤,将所述光纤与电力电缆紧贴敷设具体包括步骤: 检测所述电力电缆运行环境,确定光纤在当前运行环境中传播信号的衰减程度,其中,所述电力电缆运行环境包括土壤、隧道和管道环境; 根据所述光纤在当前运行环境中传播信号的衰减程度,确定敷设光纤的长度;` 将已定长度的所述光纤与所述电力电缆紧贴敷设。
4.根据权利要求1或2所述的电力电缆故障点定位方法,其特征在于,所述步骤设置光纤,将所述光纤与电力电缆紧贴敷设具体为: 设置光纤,将所述光纤与所述电力电缆平行紧贴敷设。
5.根据权利要求2所述的电力电缆故障点定位方法,其特征在于,所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
6.—种电力电缆故障点定位系统,其特征在于,包括: 设置模块,用于设置光纤,将所述光纤与电力电缆紧贴敷设; 电压脉冲加载模块,用于当所述电力电缆发生故障时,在所述电力电缆的一端施加电压脉冲,以使所述电力电缆在故障点处被击穿; 采集模块,用于通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据; 计算模块,用于根据所述振动数据计算所述电力电缆故障点位置。
7.根据权利要求6所述的电力电缆故障点定位系统,其特征在于,所述采集模块具体包括: 配置单元,用于设置光纤振动传感系统,将所述光纤振动传感系统与所述光纤连接; 采集单元,用于通过所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生的振动,利用所述光纤振动传感系统采集所述光纤监测所述电力电缆在被击穿时产生振动的数据,获得振动数据。
8.根据权利要求6或7所述电力电缆故障点定位系统,其特征在于,所述设置模块具体包括:运行环境检测单元,用于检测所述电力电缆运行环境,确定光纤在当前运行环境中传播信号的衰减程度,其中,所述电力电缆运行环境包括土壤、隧道和管道环境; 光纤长度确定单元,用于根据所述光纤在当前运行环境中传播信号的衰减程度,确定敷设光纤的长度; 敷设单元,用于将已定长度的所述光纤与所述电力电缆紧贴敷设。
9.根据权利要求7所述的电力电缆故障点定位系统,其特征在于,所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
10.根据权利要求9所述的电力电缆故障点定位系统,其特征在于,所述分布式光纤振动传感系统包括 光信号解调仪、数据分析仪和计算机。
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