CN109387751B - 一种线路故障监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种线路故障监测装置，其包括直流电源输入端、脉冲输出端、中央处理器模块以及设置于直流电源输入端与脉冲输出端之间的脉冲信号发生模块、信号采样模块以及匹配阻抗模块；脉冲信号发生模块包括脉冲发生电路和脉冲变压器；中央处理器模块控制脉冲发生器输出脉冲信号，脉冲信号经脉冲变压器输出至线路电缆；线路电缆反射信号至脉冲输出端，进而由脉冲变压器的副边耦合至原边，信号采样模块获取线路电缆反射信号的耦合信号，并输出至中央处理器模块；中央处理器模块根据获取到的线路电缆反射信号的耦合信号，判断故障类型，并确定故障位置。本发明可实现对直流输电接地极线路的在线准确定性故障类型、精确定位故障位置。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统线路线缆故障监测技术领域，特别是一种针对直流接地极线路电缆的故障测距应用场合的线路故障监测装置。
背景技术
直流输电工程为了避免直流地电流对站接地网和换流变压器的影响，接地极通常都设置在离换流站几十公里甚至一百多公里的地方，因此换流站和接地极之间需要接地极线路相连接，在形式上通常采用双根架空线的方式。
直流站的接地极线路有两种运行工况：
1）直流单极大地回线运行工况：接地极线路流过负荷电流，一般为300A~4000A；
2）直流单极金属回线和双极大地回线平衡运行工况：接地极只作为接地参考点，在接地极线路中基本没有电流流过。
目前直流站的接地极线路配置的保护，如接地极线路不平衡报警（ELUS）、接地极线路过负荷（ELOS）、接地极线路开路保护（ELOCP）、接地极线路差动保护（ELPLD）等相关保护装置，都是针对接地极线路上通过较大电流的情况。而对于前述直流单极金属回线和双极大地回线平衡运行工况中，需要配置单独的监测装置。
目前配置的直流接地极单独监测装置都存在定位不准或者灵敏度不高等问题。
发明内容
本发明的目的是，提供一种可用于直流接地极线路电缆故障监测的线路故障监测装置，其可向被监视线路电缆发射高压脉冲信号，并采集线路电缆反射的脉冲信号，进而根据采集到的脉冲信号确定故障类型以及定位故障位置。
本发明采取的技术方案为：一种线路故障监测装置，包括直流电源输入端、脉冲输出端、中央处理器模块以及设置于直流电源输入端与脉冲输出端之间的脉冲信号发生模块、信号采样模块以及匹配阻抗模块；
脉冲信号发生模块包括脉冲发生电路和脉冲变压器；脉冲变压器的原边一端连接直流电源输入端负极，脉冲发生电路串联在直流电源输入端正极与脉冲变压器原边另一端之间；脉冲变压器的副边两端即为脉冲输出端；
信号采样模块并联在脉冲变压器的原边两端上；匹配阻抗模块并联在脉冲变压器原边两端之间或副边两端之间；
脉冲发生电路包括至少1个可控开关，中央处理器模块控制脉冲发生电路中可控开关的开关状态，从而使得脉冲发生电路向脉冲变压器输出脉冲信号；脉冲信号经脉冲变压器从脉冲输出端输出至线路电缆；
线路电缆反射信号至脉冲输出端，进而由脉冲变压器的副边耦合至原边；中央处理器控制信号采样模块获取线路电缆反射信号的耦合信号，并传输至中央处理器模块；
中央处理器模块根据获取到的线路电缆反射信号的耦合信号，判断故障类型以及确定故障位置。
进一步的，本发明还包括开关电源模块，开关电源模块的输出端即为直流电源输入端；中央处理器模块控制开关电源模块的运行。可使得开关电源模块能够输出多档不同电压，从而可以根据估计的线路故障点距离远近选择合适的电压等级，确保可采集到较清晰的反射信号。
优选的，所述脉冲发生电路为绝缘栅双极型晶体管，绝缘栅双极型晶体管的漏极连接直流电源输入端的正极，源极连接脉冲变压器的原边一端，栅极连接中央处理器模块。
优选的，信号采样模块包括并联在脉冲变压器原边两端之间的多个相互串联的分压电阻，以及电阻分压网络，所述电阻分压网络包括并联在其中一个分压电阻两端上的多个电阻调节电路，各电阻调节电路由电阻和可控开关串接组成，各可控开关的控制端连接中央处理器，与电阻调节电路并联的分压电阻的高电位一端连接中央处理器模块。中央处理器模块可通过控制各可控开关的开断状态，控制相应电阻的接入或断开，从而调节电阻分压网络的分压阻值，以适应线路反射信号的大小。
进一步的，信号采样模块还包括箝位保护电路；箝位保护电路包括反向并接的两个二极管，两二极管阴极和阳极相连的一端接在分压电阻与中央处理器模块之间相连的线路上，其中一个二极管的阴极连接正电源，另一个二极管的阳极连接负电源。箝位保护电路可以箝位采样电压，避免过高电压输入到调理电路以及中央处理器内部，造成器件损坏。
更进一步的，信号采样模块中还包括调理电路，调理电路包括滤波电路和阻抗隔离电路。调理电路用于对采样信号进行滤波和阻抗隔离。
优选的，匹配阻抗模块并联在脉冲变压器原边两端之间。匹配阻抗用于匹配线路的阻抗，可根据线路阻抗以及脉冲变压器变比进行折算确定匹配阻抗取值；同时匹配阻抗还充当脉冲变压器的磁复位阻抗。理论上，匹配阻抗模块设置在原边、副边或者第三绕组效果相同，但是由于变压器漏感的影响，放置在脉冲变压器原边最优。
本发明上述线路故障监测装置的信号采样方法，包括：
中央处理器模块中预设有控制初始值，所述控制初始值包括开关电源输出电压初始值、脉冲发生电路输出脉冲的频率初始值和脉宽初始值，以及电阻分压网络中接入电阻的阻值；
中央处理器模块根据控制初始值控制开关电源、脉冲发生电路以及电阻分压网络的运行；
中央处理器模块通过信号采样模块获取线路反馈信号的耦合信号，根据获取到的信号初步判断线路故障点的距离；
中央处理器模块根据初步判断的线路故障点距离，调整开关电源的输出电压以及脉冲发生电路输出脉冲的频率和脉宽；
中央处理器模块根据获取到的反馈信号的耦合信号的幅值大小，控制电阻分压网络中接入数量，以调整信号采样模块输出的信号电压幅值。
当线路出现故障时，故障点距离远近可能不同，预设模式下，返回的信号可能很大或者很小，如果返回的信号过大，可能导致信号采样不完整，如果过小，可能会被噪声湮没，影响判断，此时即可通过中央处理器模块控制开关电源以及脉冲发生电路的工作，以调节输出脉冲大小；或者通过调节电阻分压网络，选择合适的采样档位。
有益效果
本发明故障监测装置结构简单可靠，集成度高，充分利用了脉冲变压器既可以发出脉冲信号，又能够充当隔离采样设备的特点，通过向被监视线路电缆发射高压脉冲信号，并采集线路电缆反射的脉冲信号，进而可根据采集到的脉冲信号确定故障类型以及定位故障位置。能够为后续准确定性线路故障类型、精确定位线路故障位置提供可靠的信号分析基础。
附图说明
图1所示为本发明线路故障监测装置原理结构示意框图；
图2所示为信号采样模块电路结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例进一步描述。
参考图1所示，本发明的线路故障监测装置，包括直流电源输入端、脉冲输出端、中央处理器模块以及设置于直流电源输入端与脉冲输出端之间的脉冲信号发生模块、信号采样模块以及匹配阻抗模块；
脉冲信号发生模块包括脉冲发生电路和脉冲变压器；脉冲变压器的原边一端连接直流电源输入端负极，脉冲发生电路串联在直流电源输入端正极与脉冲变压器原边另一端之间；脉冲变压器的副边两端即为脉冲输出端；
信号采样模块并联在脉冲变压器的原边两端上；匹配阻抗模块并联在脉冲变压器原边两端之间或副边两端之间；
脉冲发生电路包括至少1个可控开关，中央处理器模块控制脉冲发生电路中可控开关的开关状态，从而使得脉冲发生电路向脉冲变压器输出脉冲信号；脉冲信号经脉冲变压器从脉冲输出端输出至线路电缆；
线路电缆反射信号至脉冲输出端，进而由脉冲变压器的副边耦合至原边；中央处理器控制信号采样模块获取线路电缆反射信号的耦合信号，并传输至中央处理器模块；
中央处理器模块根据获取到的线路电缆反射信号的耦合信号，判断故障类型以及确定故障位置。
本发明中，中央处理器对线路电缆反射信号的耦合信号进行的分析，包括解析信号的相位和延时，进而根据解析结果判断故障类型和计算故障位置。根据信号的相位和延时进行故障判别的技术可采用现有技术。
实施例
本发明还包括开关电源模块，开关电源模块的输出端即为直流电源输入端；中央处理器模块控制开关电源模块的运行。可使得开关电源模块能够输出多档不同电压，从而可以根据估计的线路故障点距离远近选择合适的电压等级，确保可采集到较清晰的反射信号。
结合图1和图2，本发明的直流电源输入端为高压直流电源输入端，以适应直流输电工程中直流接地极线路电缆的故障监测。
脉冲发生电路为绝缘栅双极型晶体管，绝缘栅双极型晶体管的漏极连接直流电源输入端的正极，源极连接脉冲变压器的原边一端，栅极连接中央处理器模块。
参考图2，信号采样模块包括并联在脉冲变压器原边两端之间的多个相互串联的分压电阻，以及电阻分压网络1，所述电阻分压网络1包括并联在其中一个分压电阻两端上的多个电阻调节电路，各电阻调节电路由电阻和可控开关串接组成，各可控开关的控制端连接中央处理器，与电阻调节电路并联的分压电阻的高电位一端连接中央处理器模块。中央处理器模块可通过控制各可控开关的开断状态，控制相应电阻的接入或断开，从而调节电阻分压网络的分压阻值，以适应线路反射信号的大小。
信号采样模块还包括箝位保护电路2；箝位保护电路包括反向并接的两个二极管，两二极管阴极和阳极相连的一端接在分压电阻与中央处理器模块之间相连的线路上，其中一个二极管的阴极连接正电源，另一个二极管的阳极连接负电源。箝位保护电路可以箝位采样电压，避免过高电压输入到调理电路以及中央处理器内部，造成器件损坏。
信号采样模块中还包括调理电路，调理电路包括滤波电路和阻抗隔离电路。调理电路用于对采样信号进行滤波和阻抗隔离。
匹配阻抗模块并联在脉冲变压器原边两端之间。匹配阻抗用于匹配线路的阻抗，可根据线路阻抗以及脉冲变压器变比进行折算确定匹配阻抗取值；同时匹配阻抗还充当脉冲变压器的磁复位阻抗。理论上，匹配阻抗模块设置在原边、副边或者第三绕组效果相同，但是由于变压器漏感的影响，放置在脉冲变压器原边最优。
本发明上述线路故障监测装置的信号采样方法，包括：
中央处理器模块中预设有控制初始值，所述控制初始值包括开关电源输出电压初始值、脉冲发生电路输出脉冲的频率初始值和脉宽初始值，以及电阻分压网络中接入电阻的阻值；
中央处理器模块根据控制初始值控制开关电源、脉冲发生电路以及电阻分压网络的运行；
中央处理器模块通过信号采样模块获取线路反馈信号的耦合信号，根据获取到的信号初步判断线路故障点的距离；
中央处理器模块根据初步判断的线路故障点距离，调整开关电源的输出电压以及脉冲发生电路输出脉冲的频率和脉宽；
中央处理器模块根据获取到的反馈信号的耦合信号的幅值大小，控制电阻分压网络中接入数量，以调整信号采样模块输出的信号电压幅值。
当线路出现故障时，故障点距离远近可能不同，预设模式下，返回的信号可能很大或者很小，如果返回的信号过大，可能导致信号采样不完整，如果过小，可能会被噪声湮没，影响判断，此时即可通过中央处理器模块控制开关电源以及脉冲发生电路的工作，以调节输出脉冲大小；或者通过调节电阻分压网络，选择合适的采样档位。根据反馈信号的大小或远近，来调整相应模块工作模式的控制逻辑为现有技术，或者可通过多次试验总结经验获得。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种线路故障监测装置，其特征是，包括直流电源输入端、脉冲输出端、中央处理器模块以及设置于直流电源输入端与脉冲输出端之间的脉冲信号发生模块、信号采样模块以及匹配阻抗模块；
脉冲信号发生模块包括脉冲发生电路和脉冲变压器；脉冲变压器的原边一端连接直流电源输入端负极，脉冲发生电路串联在直流电源输入端正极与脉冲变压器原边另一端之间；脉冲变压器的副边两端即为脉冲输出端；
信号采样模块信号采样模块包括并联在脉冲变压器原边两端之间的多个相互串联的分压电阻，以及电阻分压网络，所述电阻分压网络包括并联在其中一个分压电阻两端上的多个电阻调节电路，各电阻调节电路由电阻和可控开关串接组成，各可控开关的控制端连接中央处理器，与电阻调节电路并联的分压电阻的高电位一端连接中央处理器模块；
匹配阻抗模块并联在脉冲变压器原边两端之间或副边两端之间；
脉冲发生电路包括至少1个可控开关；
中央处理器模块中预设有控制初始值，所述控制初始值包括脉冲发生电路输出脉冲的频率初始值和脉宽初始值，以及电阻分压网络中接入电阻的阻值；
中央处理器模块根据控制初始值控制脉冲发生电路以及电阻分压网络的运行，控制脉冲发生电路中可控开关的开关状态，从而使得脉冲发生电路向脉冲变压器输出脉冲信号；脉冲信号经脉冲变压器从脉冲输出端输出至线路电缆；
线路电缆反射信号至脉冲输出端，进而由脉冲变压器的副边耦合至原边；中央处理器控制信号采样模块获取线路电缆反射信号的耦合信号，并传输至中央处理器模块；
中央处理器模块根据线路电缆反射信号的耦合信号初步判断线路故障点的距离后，调整脉冲发生电路输出脉冲的频率和脉宽；根据获取到的反馈信号的耦合信号的幅值大小，控制电阻分压网络中接入数量，以调整信号采样模块输出的信号电压幅值；进而根据获取到的线路电缆反射信号的耦合信号，判断故障类型以及确定故障位置。
2.根据权利要求1所述的线路故障监测装置，其特征是，还包括开关电源模块，开关电源模块的输出端即为直流电源输入端；中央处理器模块控制开关电源模块的运行。
3.根据权利要求1所述的线路故障监测装置，其特征是，所述脉冲发生电路为绝缘栅双极型晶体管，绝缘栅双极型晶体管的漏极连接直流电源输入端的正极，源极连接脉冲变压器的原边一端，栅极连接中央处理器模块。
4.根据权利要求1所述的线路故障监测装置，其特征是，信号采样模块还包括箝位保护电路；箝位保护电路包括反向并接的两个二极管，两二极管阴极和阳极相连的一端接在分压电阻与中央处理器模块之间相连的线路上，其中一个二极管的阴极连接正电源，另一个二极管的阳极连接负电源。
5.根据权利要求1所述的线路故障监测装置，其特征是，信号采样模块中还包括调理电路，调理电路包括滤波电路和阻抗隔离电路。
6.根据权利要求1所述的线路故障监测装置，其特征是，匹配阻抗模块并联在脉冲变压器原边两端之间。
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Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109884450B (zh) * | 2019-03-19 | 2024-04-16 | 卡斯柯信号有限公司 | 一种检测应答器电缆状态的装置及方法 |
| CN110189011B (zh) * | 2019-05-23 | 2021-06-01 | 国电南瑞科技股份有限公司 | 自然灾害下密集输电通道故障评估方法及系统 |
| CN113671320B (zh) * | 2021-09-13 | 2024-10-11 | 重庆华网智能传感器研究院股份有限公司 | 一种电力线路故障隐患监测装置及其工作方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101127928A (zh) * | 2007-09-11 | 2008-02-20 | 电子科技大学 | 用于网络线缆故障测试的方法及其装置 |
| CN103954886A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-07-30 | 华南理工大学 | 一种时域反射法电缆故障定位仿真方法 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7358745B1 (en) * | 2002-06-07 | 2008-04-15 | Marvell International Ltd. | Cable tester |
| CN101435848A (zh) * | 2008-12-25 | 2009-05-20 | 西安四方机电有限责任公司 | 一种基于二次脉冲方式测试电力电缆故障的方法 |
| CN103926441B (zh) * | 2014-04-25 | 2017-03-22 | 湖南银河电气有限公司 | 一种新型分压器 |
| CN204086454U (zh) * | 2014-08-12 | 2015-01-07 | 云南电网公司楚雄供电局 | 一种配网线路故障定位系统 |
| CN204044280U (zh) * | 2014-08-22 | 2014-12-24 | 中国石油天然气集团公司 | 一种电缆检测系统 |
| CN206132912U (zh) * | 2016-09-07 | 2017-04-26 | 中国南方电网有限责任公司超高压输电公司检修试验中心 | 一种用于直流接地极线路故障探测的行波脉冲发生装置 |
-
2017
- 2017-08-02 CN CN201710651502.4A patent/CN109387751B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101127928A (zh) * | 2007-09-11 | 2008-02-20 | 电子科技大学 | 用于网络线缆故障测试的方法及其装置 |
| CN103954886A (zh) * | 2014-04-24 | 2014-07-30 | 华南理工大学 | 一种时域反射法电缆故障定位仿真方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| A novel and comprehensive single terminal ANN based decision support for relaying of VSC based HVDC links;Ricardo C. Santo;《Electric Power Systems Research》;20161231;第333-343页 * |
| 基于脉冲反射法电缆故障定位脉冲源的设计;周 封;《哈尔滨理工大学学报》;20141231;第74-79页 * |
| 电力电缆故障低压脉冲自动测距方法研究;白春涛;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技辑》;20070715;第23页 * |
| 电力电缆故障测距方法研究;王耀亚;《无线互联科技》;20110415;第34-35页 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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