CN104535895B - 基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于同步采样技术的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法，将故障测巡装置布设于架空线上，在架空线三相线路设定间隔距离设置两个采样点；在架空线三相线路所设置的两个采样点之间，再选择一个采样点，通过该采样点实时采集相位数据；当采集到故障行波时，通过计算的时间、两个高频电流互感器所采集信号的时间点、先监测到的采样点数据及两个采样点之间的采样点采集的数据进行故障判断。本发明采用一个故障检测装置，双互感器耦合的方式，使用了单相自同步采样的原理，只须测量故障信号在本相电缆的传递，不依赖于高精度时钟同步技术，布设容易，安装灵活；避免了传统的双装置单端或者双端故障区段，时钟不好同步，误差大的缺点。

Description

基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法

技术领域

本发明涉及一种电缆架空线混合线路故障区段的方法，尤其涉及一种基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法。

背景技术

随着城市的发展，架空线缆化率的不断提高，建设了大量的架空线-高压电缆混合线路。混合线路结构复杂，具备很高的传输可靠性，而且有利于城市的整体形象提升。但是同时也面临着架空线路雷击、空气污染绝缘下降、覆冰，电缆外力损坏、电缆老化、接头不良、击穿短路等多种故障合一的复杂问题。其中架空线路故障绝大部分为瞬时性故障，而电缆故障大部分是由于制造上的瑕疵或长期运行后绝缘性能下降导致的永久性故障。为了提高供电可靠性，对于架空线路故障一般可以采用自动重合闸，而电缆段故障则不允许采用自动重合闸，假如对存在故障的电缆线路进行重合闸操作送电，可能会导致电缆多点绝缘击穿、故障范围扩大，严重时造成电缆报废，因此对于电缆故障，不能轻易进行重合闸操作送电，首先要对供电电缆线路进行故障原因查找，在故障性质检查确认后，采取相应的措施进行处理，故障排除后，再进行合闸送电。

要想在某些瞬时故障发生后符合设备安全和可靠性的前提条件下投入重合闸，就必须能够定位出故障发生在架空段还是地下高压电缆段，从而缩短故障停电时间，减少经济损失；因此有必要研发一种能够对混合线路故障区段定位的方法，从而为电力生产综合决策提供必要的技术手段和量化条件。目前国内外对混合线路故障区段定位也进行了深入的研究，

专利号为CN101762775A的专利《A型架空线-电缆混合线路行波故障定位方法》和专利号为CN101930048A的专利《B型架空线-电缆混合线路行波故障定位方法》，采用行波法对故障进行定位，采用双端故障测距，缺点是电缆-架空线两端的监测设备时钟同步比较困难，时钟误差要小于几十纳秒。

目前混合线路故障区段的方法大多采用单端法和双端法，是以反射波头波的到达时间与距离成正比而推算得出故障点位置。行波法受线路影响较小，测距精度相对较高；但对高精度时间的同步及高速信号采样等要求很高，尤其双端法对时间的同步要求更高，目前的GPS同步及光纤同步等方法成本高、易受环境外力干扰、补偿算法复杂，造成故障定位精度大打折扣。

发明内容

为解决现有技术存在的不足，本发明公开了基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法，该方法采用一个故障检测装置，双互感器耦合的方式，使用单相自同步采样的原理，只须测量故障信号在本相电缆的传递，不依赖于高精度时钟同步技术，布设容易，安装灵活；避免了传统的单端或者双端故障定位，时钟不好同步，误差大的缺点。

为实现上述目的，本发明的具体方案如下：

基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法，包括以下步骤：

步骤一：将故障测巡装置布设于电缆-架空线回路靠近终端塔一侧架空线上，在架空线三相线路的每相线路的设定间隔距离设置两个故障行波采样点，同时在每相线路的或者某相线路的两个故障行波采样点之间设置一路工频相位采样点；

步骤二：当有故障信号时，通过对两个故障行波采样点监测实现对故障行波传播方向和传播速度的监测，先监测到故障行波电流的采样点为故障电流的起始源头方向；通过对工频相位采样点监测得到相位数据；如果没有故障信号则继续监测；

步骤三：根据故障信号通过两个故障行波采样点的先后及时间判断该采样点是否为故障及故障发生区段；

步骤四：根据故障行波波形特征及工频相位采样点的采样数据结合线路拓扑结构进行故障判断。

所述步骤一中，两个故障行波采样点上采用相耦合的故障高频电流互感器，相耦合的故障高频电流互感器与故障测巡装置连接，故障高频电流互感器采集故障行波。

所述步骤一中，工频相位采样点采样工频相位互感器，工频相位互感器连接故障测巡装置，通过工频相位互感器实时采集相位数据。

所述步骤二中，故障行波传播方向：先监测到故障行波电流的采样点为故障电流的起始源头方向，用于判断故障行波是电缆侧到架空线侧还是架空线侧到电缆侧；

故障行波传播速度：根据两个监测点的距离，和检测到故障行波的时间，用距离除以时间就是速度。可以和理论速度对比，用以判断是故障行波还是干扰信号。

所述步骤三中，故障发生时，故障行波会以固定速度依次通过两个采样点，根据电缆线路间隔及行波信号在电缆中的传播速度，计算两个采样点监测到故障波头的时间相隔，结合线路拓扑判断出故障发生在架空线还是电缆侧。

拓扑图就是虚拟的线路架构，以及故障测巡装置和故障高频电流互感器的安装图。从图上可以看到出现故障的是哪一个测巡装置，也就是测巡装置的位置。

所述步骤四中，当采集到故障行波时，根据工频相位采样点的采样数据一方面确定暂态故障发生的相位，另一方面判断是否为短路故障，通过判断零序、正序、负序的相位关系确定故障类型。

所述设定间隔50～100米。

所述两个故障行波采样点设置高频故障电流传感器，高频故障电流传感器采用柔性罗氏线圈，起到故障发生时故障信号的耦合拾取作用，具有体积小、不饱和、频带宽、频率响应快、安装及维护方便、没有二次开路危险等优点。

所述工频相位采样点设置工频相位互感器，工频相位互感器依据电磁原理制成，一次绕组是电力电缆回路相线，二次侧由磁性铁芯和漆包线按额定电流比、额定负载、要求的准确度等级等参数绕制，用于回路三相电流相位的采样的互感器。

本发明的有益效果：

本发明采用一个故障检测装置，双互感器耦合的方式，使用了单相自同步采样的原理，只须测量故障信号在本相电缆的传递，不依赖于高精度时钟同步技术，布设容易，安装灵活；避免了传统的双装置单端或者双端故障区段，时钟不好同步，误差大的缺点。

通过本发明的实施，可以实现混合线路的故障区段，排除干扰，准确定位故障的方向，故障线路，以及故障类型。本方法针对性强，可靠性好，功能完善。

附图说明

图1为本发明实施例子一单回路监测点示意图；

图2为本发明实施例子一实际线路监测点示意图；

图3为本发明方法流程示意图；

图4为本发明实施例子二实际线路监测点示意图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明进行详细说明：

实施例子一：如图1所示，线路为电缆架空线混合线路，示意图为单回路监测示意图。将故障测巡装置，布设于电缆-架空线回路靠近终端塔一侧，也就是架空线上。故障测巡装置与三个互感器分别连接。

在架空线三相线路间隔50～100米设置两个采样点，采样点采用故障高频电流互感器耦合，故障高频电流互感器耦合与故障测巡装置连接。两个采样点之间，再选择一个采样点，用工频相位互感器耦合采样，互感器连接故障测巡装置。

高频电流互感器耦合对故障行波传播方向和传播速度的监测，先监测到故障行波电流的采样点为故障电流的起始源头方向。

如图2，为实际线路监测点示意图。对于电缆架空线混合线路，在架空线靠近终端塔一侧的三相上分别安装三个故障测巡装置，每个故障测巡装置分别与两个高频故障电流互感器和一个工频相位互感器连接。

如图3所示，基于同步采样技术的电缆架空线混合线路故障区段方法，具体方法如下：

1.将故障测巡装置，布设于电缆-架空线回路靠近终端塔一侧，也就是架空线上。

2.在架空线三相线路间隔50～100米设置两个采样点，采样点采用故障高频电流互感器耦合，故障高频电流互感器耦合与故障测巡装置连接，可以实现对故障行波传播方向和传播速度的监测，先监测到故障行波电流的采样点为故障电流的起始源头方向。

3.在架空线三相线路所设置的两个采样点之间，再选择一个采样点，用工频相位互感器耦合采样，互感器连接故障测巡装置，通过工频相位互感器实时采集相位数据，当采集到故障行波时，一方面确定暂态故障发生的相位，另一方面是判断短路故障，通过判断零序、正序、负序的相位关系确定故障类型，如相间短路、单相对地短路等；

4.通过采样故障行波的传播方向、传播速度，结合线路拓扑可以判断出故障发生在架空线还是电缆侧。

5.计算：电缆线路间隔D＝50～100米设置两个采样点，行波信号在电缆中的传播速度为V＝170m/uS，故障发生时，故障行波会以该速度依次通过两个采样点，两个采样点监测到故障波头的时间相隔T＝D/V＝300～600nS；

6.判断：通过以上时间的计算，结合两个高频电流互感器所采集信号的时间点，可以判断是故障行波电流还是干扰信号。结合先监测到的采样点数据，故障发生在首先监测到行波波头的采样点一侧。可以判断行波电流的方向。同时结合工频相位互感器采集的数据，可以分析故障类型。

实施例子二：如图4所示，故障测巡采集器可以挂接6路故障高频电流互感器，1路工频相位互感器。

根据1路工频相位互感器，可以推算出其他相的相位，因为A,B,C三相互相之间有固定的相位120度关系。其余过程与实施例子一相同。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤一：将故障测巡装置布设于电缆-架空线回路靠近终端塔一侧架空线上，在架空线三相线路的每相线路的设定间隔距离设置两个故障行波采样点，同时在每相线路或者某相线路的两个故障行波采样点之间设置一路工频相位采样点；

步骤二：当有故障信号时，通过对两个故障行波采样点监测实现对故障行波传播方向和传播速度的监测，先监测到故障行波电流的采样点为故障电流的起始源头方向；通过对工频相位采样点监测得到相位数据；如果没有故障信号则继续监测；

步骤三：根据故障信号通过两个故障行波采样点的先后，判断故障发生区段，并且根据故障信号通过两个故障行波采样点的时间，判断故障信号是故障行波电流还是干扰信号；

步骤四：根据故障行波波形特征及工频相位采样点的采样数据结合线路拓扑结构进行故障判断；

所述步骤三中，故障发生时，故障行波会以固定速度依次通过两个采样点，根据电缆线路间隔及行波信号在电缆中的传播速度，计算两个采样点监测到故障波头的时间间隔，判断故障信号是故障行波电流还是干扰信号，根据故障信号通过两个故障行波采样点的先后，结合线路拓扑判断出故障发生在架空线还是电缆侧；

所述步骤四中，当采集到故障行波时，根据工频相位采样点的采样数据一方面确定暂态故障发生的相位，另一方面判断是否为短路故障，通过判断零序、正序、负序的相位关系确定故障类型；

所述设定间隔50~100米。

2.如权利要求1所述的基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法，其特征是，所述步骤一中，两个故障行波采样点上采用相耦合的故障高频电流互感器，相耦合的故障高频电流互感器与故障测巡装置连接，故障高频电流互感器采集故障行波。

3.如权利要求2所述的基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法，其特征是，所述步骤一中，工频相位采样点设置工频相位互感器，工频相位互感器连接故障测巡装置，通过工频相位互感器实时采集相位数据。

4.如权利要求1所述的基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法，其特征是，所述步骤二中，先监测到故障行波电流的采样点为故障电流的起始源头方向，用于判断故障行波是电缆侧到架空线侧还是架空线侧到电缆侧。

5.如权利要求4所述的基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法，其特征是，根据两个监测点的距离，和检测到故障行波的时间，用距离除以时间就是速度，可以和理论速度对比，用以判断是故障行波还是干扰信号。

6.如权利要求1所述的基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法，其特征是，两个故障行波采样点设置高频故障电流传感器，高频故障电流传感器采用柔性罗氏线圈，起到故障发生时故障信号的耦合拾取作用。

7.如权利要求1所述的基于同步采样的电缆架空线混合线路故障区段定位的方法，其特征是，所述工频相位采样点设置工频相位互感器，工频相位互感器依据电磁原理制成，一次绕组是电力电缆回路相线，二次侧由磁性铁芯和漆包线绕制，用于回路三相电流相位的采样的互感器。