CN103998944B - 故障检测系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于低电压配电网络中故障的早期检测的系统，其中，至少两个检测器分别位于一条配电线路的一段的任一端处的两根电线杆之一上，每个检测器包括一个GPS单元、一个不间断电源、一个将数据发送至一个基站的通信装置、多个用于该输电线中的每条电线的具有一个1MHz至3GHz的带宽的天线传感器、一个处理器，该处理器从每个传感器接收多个信号并收集与该范围内的多个部分放电信号的最大值、最大值的时间、最小值和最小值的时间相关的数据，并且该处理器或基站被编程以对所收集的数据进行分析，以识别多个在一个预定值以上的脉冲的位置并记录在一个预定时间间隔上在每个位置处此类脉冲的数量，从而使得能够识别该配电线路中多个可能的故障位置。

Description

故障检测系统
技术领域
本发明涉及一种用于配电网络中的电故障的早期检测的方法和装置。
背景技术
室外电力设备上的绝缘套管和电气终端由于暴露在水分、污染、高温和UV辐射中的缘故会随着时间变坏。在炎热的夏天，传输线的绝缘层的退化会加快，导致结构损坏的发生率的增大和介电强度的降低。目前使用的检测方法包括外观检查、图像增强、红外热像技术、电场分布测量和声发射测量。这些技术仅在检测大型缺陷中是有用的并要求检查，这需要劳动时间和成本。
澳大利亚专利2006326931披露了一种高压输电线中检测故障的方法。检测器具有多个直接定位于每条线路下方的具有1MHz至3GHz的带宽的天线传感器。传感器单元位于每个高压电线铁塔上。处理单元包括一个处理器和一个用于与基站通信的发射器。处理器对来自传感器的信号进行过滤并对信号进行分段以找出局部放电发生时的时间点。信号经历分形分析或威格纳(Wigner Ville)分布分析。可以在高压电线铁塔和基站处的处理器之间拆分该处理。
发明内容
本发明的一个目的是提供用于配电网络中的早期故障检测的系统，该系统需要更低的劳动时间和减少的位置访问。
为了这个目的，本发明提供了一种用于低电压配电网络中故障的早期检测的系统，其中，至少两个检测器分别位于一条配电线路的一段的任一端处的两根电线杆之一上，每个检测器包括一个GPS单元、一个不间断电源、一个将数据发送至一个基站的通信装置、一个用于配电线路中的每段导线的电磁传感器或天线(每个传感器具有一个1MHz至3GHz的带宽范围)、一个处理器，该处理器从每个传感器接收多个信号并收集与该带宽范围内的多个局部放电信号的最大值、最大值的时间、最小值和最小值的时间相关的数据，并且该处理器或基站被编程以对所收集的数据进行分析，以识别一个在预定值以上的多个脉冲的位置并记录在一个预定时间间隔上每个位置处此类脉冲的数量，从而使得能够识别该配电线路中可能的故障位置。可以在配电网络中安装两个以上的检测器以形成一个网状网络，从而增大检测的覆盖范围。
处理器可以包括一个数据采集系统或模数转换器，并包括统计性地分析来自每个传感器的信号的软件。
低电压配电网络中故障的早期检测已经是一个存在已久的并且之前未能解决的问题。本发明减少了发生响应时间。
附图说明
现在将参照附图对本发明的一个优选实施例进行描述，在附图中：
图1展示了根据本发明的电线杆上安装的检测系统；
图2展示了根据本发明的电线杆上安装的电磁传感器；
图3展示了本发明的一个优选实施例的电路布局。
具体实施方式
该检测系统由一对抗风化的盒子组成，在图1中展示了其中之一，被适配成被安装在有待监测的线路的每端处的电线杆向上2米。每个盒子包含：
1)一个与240V 50Hz低电压线路16相连的电涌保护的不间断电源11(UPS)；
2)一个无线通信单元12，与其相关联的天线12a一起；
3)一个GPS单元13及其相关联的天线13a以同步两个相距几千米的传感器；
4)到三个传感器20的多个同轴电缆接线14；
5)一个数据单元15，该数据单元由用于记录波形的示波器和一个相关联的处理器组成，以记录数据和存储重要数据。
如图2中所展示的每个传感器20是偶极子类型的天线21或基本上是一个电容器，该电容器位于具有一个接地的平面23的抗风化的外壳22中。一个传感器20被安置于在地面上约9米的电线杆上的每根导线之下，并且在线路半米以内。每个天线具有一个1MHz至3GHz的带宽范围。
处理器中用LabviewTM编程的软件对每个传感器所检测到的脉冲进行检查并存储一个最大值和一个最小值。还与检测器的GPS位置一起记录每个脉冲的时间。这些传感器正在寻找表示由电路的短路所造成的放电的高频脉冲。通信装置允许下载数据以用于分析。
处于基站处的远程计算机上的用C编写的软件使得能够对所存储的来自所有传感器的信号进行分析以计算每个脉冲源的位置。此位置是离电线杆单元之一的距离，在约3至10米的容差以内。
1)丢弃任何花费的比从一个电线杆单元至另一个电线杆单元的脉冲的时间更长的脉冲，因为只对单元之间的故障感兴趣。
2)仅以其位置和日期存储某个值以上的脉冲。
3)对在设定时间段(例如30天)上在每个位置处所记录的脉冲的数量进行计数和存储。
4)对来自3)的信息进行显示以允许维修工程师选择多个最可能需要线路检查的位置或在严重功率损失的情况下有待修理的可能故障位置。
可以由数据采集卡使用具有分析波函数的能力的定制的FPGA芯片来代替该示波器。该FPGA芯片将减小电线杆单元的尺寸和成本。该FPGA可以配备有固件和软件以代替LabviewTM软件。
图3中所展示的优选系统与控制并进行数据采集和数据计算的FPGA(现场可编程门阵列)集成电路一起是基于微处理器的系统。内核系统具有与对来自传感器的输入进行采样的高速模数转换器(ADC)连接的多个输入/输出(I/O)接口。该系统还包括为时间同步提供精确的定时信息的高精度时钟和全球定位系统(GPS)模块。该系统具有通过有线或无线通信链路与其他系统或一个数据中心服务器通信的能力。
此系统的优点是：
1.系统能够在1秒或更多的间隔对线路进行“扫描”。
2.可以使用脉冲注入方法通过输电线上的电磁传感器来测量行进脉冲的速度而进行检测系统校准。
3.该系统可以部署在不同应用区域中，如地下电缆系统、变电站/开关场或室内配电室。
4.电线杆上的每个监测系统各自使用GPS进行时间同步。不需要清晰的视线。
5.该检测系统能够覆盖多达200km的线路。
6.能够基于最大值和最小值和飞行时间或行波算法对故障进行定位。
本领域技术人员将认识到本发明为输电线故障的早期检测提供了一种独特且低成本的方案。本领域技术人员还将认识到的是，在不背离本发明的核心教导的情况下可以在所示出的实施例之外的实施例中实施本发明。

Claims (4)

1.一种用于低电压配电网络中故障的早期检测的系统，其中，
至少两个检测器分别位于一条配电线路的一段的任一端处的两根电线杆之一上，
每个检测器包括一个GPS单元、一个不间断电源、一个将数据发送至一个基站的通信装置、多个用于对于该配电线路中的每条导线的具有一个1MHz至3GHz的带宽范围的天线传感器，
一个处理器，该处理器从每个传感器接收多个信号并收集与该带宽范围内的多个局部放电信号的最大值、最大值的时间、最小值和最小值的时间相关的数据，并且
该处理器或基站被编程以对所收集的数据进行分析，以识别一个预定值之上的多个脉冲的位置并记录在一个预定时间间隔上在每个位置处此类脉冲的数量，从而使得能够识别该配电线路中多个可能的故障位置。
2.如权利要求1所述的系统，该系统包括统计性地分析来自每个传感器的这些信号的软件。
3.如权利要求2所述的系统，其中，来自统计分析的信息允许一个维修工程师选择多个最可能需要线路检查的位置或在严重功率损失的情况下有待修理的可能故障位置。
4.如权利要求1所述的系统，其中，安装了两个以上检测器以形成一个网状网络。
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