CN105116287A - 一种高压电缆线路故障在线定位系统及其定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高压电缆线路故障在线定位系统及其定位方法，两个电流信号调制终端用于连接至待检测电缆的两端进行电流信号采集，并将采集到的两路电流信号调制为两路光信号，再通过两根连接光纤传输至光路切换单元的两个光信号输入端；微处理器控制光路切换单元将两根连接光纤切换连接至光纤时延测量器的测量端或两个电流信号解调终端的输入端；光纤时延测量器对接入的两根连接光纤进行时延分析获得两根连接光纤的时延信息，并将时延信息发送至微处理器；两个电流信号解调终端将输入的光信号解调为电信号，再将电信号AD转换后送入微处理器。该定位系统能够避免光纤长度不同带来时延差异且无需电缆接口退出运行，具有较好的市场应用前景。

Description

一种高压电缆线路故障在线定位系统及其定位方法

技术领域

本发明涉及一种高压电缆检测系统及方法，尤其是一种用于高压电缆线路故障在线定位的检测系统及方法。

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，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，需要把电缆接口退出运行，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。

另外，基于GPS同步高压电缆故障在线定位，由于GPS时钟的同步性差，难以精确定位，而基于光纤传输的时钟同步的定位技术，要求定位装置到两传感器模块端光纤长度的一致，这给实际工程施工带来不便，同时增加了光缆成本，对于定位装置的布局带来限制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有技术中由于连接光纤的长度不同带来时延差异而造成的定位不准的问题，且需要电缆接口退出运行，不能够在线检测。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高压电缆线路故障在线定位系统，包括两个电流信号调制终端、两个电流信号解调终端、两根连接光纤、光路切换单元、光纤时延测量器以及微处理器；两个电流信号调制终端用于连接至待检测电缆的两端进行电流信号采集，并将采集到的两路电流信号调制为两路光信号，再通过两根连接光纤传输至光路切换单元的两个光信号输入端；微处理器控制光路切换单元将两根连接光纤切换连接至光纤时延测量器的测量端或两个电流信号解调终端的输入端；光纤时延测量器对接入的两根连接光纤进行时延分析获得两根连接光纤的时延信息，并将时延信息发送至微处理器；两个电流信号解调终端将输入的光信号解调为电信号，再将电信号AD转换后送入微处理器。

采用电流信号调制终端能够实时在线检测电流信号，而无需将电缆接口退出运行，能够提高电缆检测的实时性和检测效率；采用光路切换单元能够根据检测需要将电流信号调制终端发送的光信号送入光纤时延测量器或电流信号解调终端，从而使延时检测和故障检测共用连接光纤，节省了系统成本；采用光纤时延测量器能够根据需要检测由连接光纤造成的信号时延，从而有效提高故障点定位的精度。

作为本发明的进一步限定方案，电流信号调制终端包括电流传感器以及电光转换器；电流传感器用于对待测电缆的电流信号进行采集，并将采集到的电流信号发送至电光转换器；电光转换器将电流信号转换为光信号，并通过连接光纤传输至光路切换单元的光信号输入端。采用电流传感器能够实时在线检测被测高压电缆上的电流信号和故障行波，且为非接触式测量，安全性能较高。

作为本发明的进一步限定方案，电流信号解调终端包括光电转换器和AD转换器；光电转换器将光路切换单元输出的光信号转换为电信号，并由AD转换器进行AD转换后送入微处理器。

作为本发明的进一步改进方案，电流信号解调终端还包括一个连接在光电转换器与AD转换器之间的信号调理电路；信号调理电路将光电转换器输出的电信号调整至适应于AD转换器的工作范围。采用信号调理电路能够将光电转换器输出的电信号调整至适应于AD转换器的工作范围，提高定位系统检测的可靠性。

作为本发明的进一步限定方案，光纤时延测量器为光时域反射仪。

作为本发明的进一步限定方案，光路切换单元由第一可控1×2光开关、第二可控1×2光开关以及第三可控1×2光开关构成；第一可控1×2光开关和第二可控1×2光开关的1端口通过两根连接光纤分别连接至两个电流信号调制终端的输出端，第一可控1×2光开关和第二可控光1×2开关的2端口中均有一端口连接至对应的电流信号解调终端的输入端；第三可控1×2光开关的2端口分别连接至第一可控1×2光开关和第二可控光1×2开关的2端口中的另一端口，第三可控1×2光开关的1端口连接至光纤时延测量器的测量端。采用三个可控1×2光开关能够实现光路的可控切换，并利用第三可控1×2光开关将输入的两路光纤依次切换至光纤时延测量器，能够避免使用昂贵的多输入端的光纤时延测量器，有效降低了系统成本。

作为本发明的进一步改进方案，还包括一个与微处理器相连的显示屏。利用显示屏能够实时显示故障位置。

本发明还提供了一种采用本发明的高压电缆线路故障在线定位系统的定位方法，包括如下步骤：

步骤1，利用光路切换单元将两根连接光纤切换连接至光纤时延测量器，由光纤时延测量器分别测量两根连接光纤L1和L2各自造成的信号传输时延T1和T2；

步骤2，利用光路切换单元将两根连接光纤切换分别连接至两个电流信号解调终端，由电流信号解调终端进行光信号解调后送入微处理器进行故障分析，获得故障行波从故障点左侧高压电缆和连接光纤L1传输至微处理器的时长t1以及从故障点右侧高压电缆和连接光纤L2传输至微处理器的时长t2；

步骤3，根据如下公式计算故障点距离待测高压电缆左侧检测点的距离为：

X=（L-V×（t1－t2＋T2-T1））/2

式中，L为待测高压电缆左右两个检测点之间的线缆长度，V为故障行波的传播速度。

该定位方法相比于现有的定位方法有效剔除了连接光纤造成的信号时延，从而有效提高故障点定位的精度。

本发明的有益效果在于：（1）采用电流信号调制终端能够实时在线检测电流信号，而无需将电缆接口退出运行，能够提高电缆检测的实时性和检测效率；（2）采用光路切换单元能够根据检测需要先用光纤时延测量器测量两路光纤的时延，后用电流信号解调终端进行电流信号的解调，从而使延时检测和故障检测共用连接光纤，节省了系统成本；（3）采用光纤时延测量器能够根据需要检测由连接光纤造成的信号时延，从而有效提高故障点定位的精度。

附图说明

图1为本发明的电路结构示意图；

图2为本发明的光路切换单元的结构示意图；

图3为本发明检测获得的故障行波示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明提供的高压电缆线路故障在线定位系统包括：两个电流信号调制终端、两个电流信号解调终端、两根连接光纤、光路切换单元、光纤时延测量器、显示屏以及微处理器。

其中，两个电流信号调制终端用于连接至待检测电缆的两端进行电流信号采集，并将采集到的两路电流信号调制为两路光信号，再通过两根连接光纤传输至光路切换单元的两个光信号输入端；微处理器控制光路切换单元将两根连接光纤依次切换连接至光纤时延测量器的测量端或切换连接至两个电流信号解调终端的输入端；光纤时延测量器对接入的两根连接光纤进行时延分析获得两根连接光纤的时延信息，并将时延信息发送至微处理器；而后两个电流信号解调终端将输入的光信号解调为电信号，再将电信号AD转换后送入微处理器；微处理器根据输入的延时信息和AD转换的电信号进行分析计算，获得故障位置信息；显示屏与微处理器相连。

电流信号调制终端一般包括电流传感器以及电光转换器；电流传感器用于对待测电缆的电流信号进行采集，并将采集到的电流信号发送至电光转换器；电光转换器将电流信号转换为光信号，并通过连接光纤传输至光路切换单元的光信号输入端。

电流信号解调终端一般包括光电转换器、信号调理电路和AD转换器。光电转换器将光路切换单元输出的光信号转换为电信号，并由AD转换器进行AD转换后送入微处理器；信号调理电路连接在光电转换器与AD转换器之间；信号调理电路将光电转换器输出的电信号调整至适应于AD转换器的工作范围。

该高压电缆线路故障在线定位系统在工作时，首先利用光路切换单元将两根连接光纤切换连接至光纤时延测量器，由光纤时延测量器分别测量两根连接光纤L1和L2各自造成的信号传输时延T1和T2；

再利用光路切换单元将两根连接光纤切换分别连接至两个电流信号解调终端，由电流信号解调终端进行光信号解调后送入微处理器进行故障分析，获得故障行波从故障点左侧高压电缆和连接光纤L1传输至微处理器的时长t1以及从故障点右侧高压电缆和连接光纤L2传输至微处理器的时长t2；

最后根据如下公式计算故障点距离待测高压电缆左侧检测点的距离为：

X=（L-V×（t1－t2＋T2-T1））/2

式中，L为待测高压电缆左右两个检测点之间的线缆长度，V为故障行波的传播速度。

如图2所示，光路切换单元由第一可控1×2光开关、第二可控1×2光开关以及第三可控1×2光开关构成；第一可控1×2光开关和第二可控1×2光开关的1端口通过两根连接光纤分别连接至两个电流信号调制终端的输出端，第一可控1×2光开关和第二可控光1×2开关的2端口中均有一端口连接至对应的电流信号解调终端的输入端；第三可控1×2光开关的2端口分别连接至第一可控1×2光开关和第二可控光1×2开关的2端口中的另一端口，第三可控1×2光开关的1端口连接至光纤时延测量器的测量端。

如图1和3所示，在定位故障测量前，微处理器控制光路切换单元的第一可控1×2光开关、第二可控1×2光开关以及第三可控1×2光开关，将两根连接光纤依次切换连接至光纤延时测量器，从而对两根连接光纤L1和L2造成的时延进行测量，分别得到时延值为T1和T2，并由光纤延时测量器将T1和T2发送至微处理器进行存储记录；然后再控制光路切换单元将两路光信号切换分别输入至两个电流信号调制终端。时延测量完毕后，微处理器控制光路切换单元，将光路切换至故障行波信号监测状态。

当待检测电缆发生故障时，会出现图3中所示的故障行波。此时电流传感器将对待检测电缆上的故障行波信号进行实时采集，并由电光转换器将采集的故障行波信号转换为光信号，并通过连接光纤传输至光路切换单元的第一可控1×2光开关和第二可控1×2光开关的1端口光信号输入端；再由微处理器控制光路切换单元的第一可控1×2光开关和第二可控1×2光开关，将两根连接光纤L1和L2输送的光信号切换输入至光电转换器，由光电转换器将接收到的光信号转换为电信号；再由信号调理电路对光电转换器输出的电信号进行调理，使该电信号能够被AD转换器完全采集；微处理器对AD转换后的信号进行处理。假设微处理器根据AD转换后的信号分析获得故障行波分别从故障点左右两边的高压电缆和两根连接光纤L1和L2传输至微处理器的时长为t1和t2，故障行波的传播速度为V，待检测电缆的长度为L，由微处理器计算故障点C至左侧的电流信号调制终端检测点距离为：

X=V×（t1-T1）(1)

计算故障点C至右侧的电流信号调制终端检测点距离为：

L-X=V×(t2-T2)(2)

再根据式（1）和（2）可得：

X=（L-V×（t1－t2＋T2-T1））/2（3）

从而计算得出故障点C至左侧的电流信号调制终端检测点距离X的大小，并由显示屏进行实时显示。

Claims (8)

1.一种高压电缆线路故障在线定位系统，其特征在于：包括两个电流信号调制终端、两个电流信号解调终端、两根连接光纤、光路切换单元、光纤时延测量器以及微处理器；两个电流信号调制终端用于连接至待检测电缆的两端进行电流信号采集，并将采集到的两路电流信号调制为两路光信号，再通过两根连接光纤传输至光路切换单元的两个光信号输入端；微处理器控制光路切换单元将两根连接光纤切换连接至光纤时延测量器的测量端或两个电流信号解调终端的输入端；光纤时延测量器对接入的两根连接光纤进行时延分析获得两根连接光纤的时延信息，并将时延信息发送至微处理器；两个电流信号解调终端将输入的光信号解调为电信号，再将电信号AD转换后送入微处理器。

2.根据权利要求1所述的高压电缆线路故障在线定位系统，其特征在于：电流信号调制终端包括电流传感器以及电光转换器；电流传感器用于对待测电缆的电流信号进行采集，并将采集到的电流信号发送至电光转换器；电光转换器将电流信号转换为光信号，并通过连接光纤传输至光路切换单元的光信号输入端。

3.根据权利要求1或2所述的高压电缆线路故障在线定位系统，其特征在于：电流信号解调终端包括光电转换器和AD转换器；光电转换器将光路切换单元输出的光信号转换为电信号，并由AD转换器进行AD转换后送入微处理器。

4.根据权利要求3所述的高压电缆线路故障在线定位系统，其特征在于：电流信号解调终端还包括一个连接在光电转换器与AD转换器之间的信号调理电路；信号调理电路将光电转换器输出的电信号调整至适应于AD转换器的工作范围。

5.根据权利要求1或2所述的高压电缆线路故障在线定位系统，其特征在于：光纤时延测量器为光时域反射仪。

6.根据权利要求1所述的高压电缆线路故障在线定位系统，其特征在于：光路切换单元由第一可控1×2光开关、第二可控1×2光开关以及第三可控1×2光开关构成；第一可控1×2光开关和第二可控1×2光开关的1端口通过两根连接光纤分别连接至两个电流信号调制终端的输出端，第一可控1×2光开关和第二可控光1×2开关的2端口中均有一端口连接至对应的电流信号解调终端的输入端；第三可控1×2光开关的2端口分别连接至第一可控1×2光开关和第二可控光1×2开关的2端口中的另一端口，第三可控1×2光开关的1端口连接至光纤时延测量器的测量端。

7.根据权利要求1所述的高压电缆线路故障在线定位系统，其特征在于：还包括一个与微处理器相连的显示屏。

8.根据权利要求1所述的高压电缆线路故障在线定位系统的定位方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，利用光路切换单元将两根连接光纤切换连接至光纤时延测量器，由光纤时延测量器分别测量两根连接光纤L1和L2各自造成的信号传输时延T1和T2；

步骤2，利用光路切换单元将两根连接光纤切换分别连接至两个电流信号解调终端，由电流信号解调终端进行光信号解调后送入微处理器进行故障分析，获得故障行波从故障点左侧高压电缆和连接光纤L1传输至微处理器的时长t1以及从故障点右侧高压电缆和连接光纤L2传输至微处理器的时长t2；

步骤3，根据如下公式计算故障点距离待测高压电缆左侧检测点的距离为：

X=（L-V×（t1－t2＋T2-T1））/2

式中，L为待测高压电缆左右两个检测点之间的线缆长度，V为故障行波的传播速度。