CN109738765A - 一种非侵入式输电线路故障定位系统 - Google Patents

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欧阳勇
邓长飞
庄池杰
耿屹楠
曾嵘
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Abstract

本发明公开了一种非侵入式输电线路故障定位系统，包括用于监测和发送故障信号的信号监测装置，以及用于接收和处理故障信号的中央服务器，所述信号监测装置设置于输电线路两端的变电站，所述中央服务器设置于监控中心，所述信号监测装置通过无线或有线网络与中央服务器连接。当信号监测装置采集到故障信号后，发送至中央服务器，中央服务器对两端数据进行数据分析处理，得到故障距离，储存于数据库。可通过WEB访问页面查看输电线路的所有故障信息，包括故障位置、故障类型、故障线相，故障波形等。本发明提高了故障定位精度，同时该系统安装安全方便，无需停电安装，对输电线路电网无任何侵入，不需要连接电网系统内部信号，对电网运行无任何影响。

Description

一种非侵入式输电线路故障定位系统
技术领域
本发明涉及一种输电线路故障定位系统，尤其涉及一种带电安装，非侵入式输电线路故障定位系统。
背景技术
长期以来，高压输电线路故障定位技术受到普遍重视。尤其是20世纪70年代以来，随着计算机技术的普遍应用，基于微机和微处理器的故障定位算法研究已成为国内外继电保护工作者的热门研究课题之一。迄今为止，国内外己有大量探讨输电线路故障定位问题的文献发表，有些故障定位装置己投入现场运行。
输电线路故障定位方法按照定位原理可分为故障分析法和行波法两大类，按信息来源又可分为单端法和双端法。故障分析法原理简单可靠，但定位精度不足。行波测距定位理论精度高，适应性强，但目前的受制于线路实际长度、行波波速和信号频响等限制，定位准确性较差，且上述两种方法均为侵入式安装，需连接电网内部信号或停电安装，为电网稳定运行附加不可控因素。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种非侵入式输电线路故障定位系统，以解决目前输电线路故障定位中出现的定位精度低、侵入式安装、稳定性较差的问题。
一种非侵入式输电线路故障定位系统，包括用于监测和发送故障信号的信号监测装置，以及用于接收和处理故障信号的中央服务器，所述信号监测装置设置于输电线路两端的变电站，所述中央服务器设置于监控中心，所述信号监测装置通过无线或有线网络与中央服务器连接。
所述信号监测装置包括至少一个用于进行模拟电压信号采集的信号采集前端，以及用于A/D转换和数据处理的数据处理后端，所述信号采集前端非接触地设置于变电站输电线路下方，所述信号采集前端和数据处理后端通过保偏光纤连接。
所述中央服务器包括数据分析存储后端和数据显示查询前端，所述数据分析存储后端用于接收来自监测装置的数据后进行分析和存储，所述数据显示查询前端的数据查询结果包括故障位置、故障类型、故障线相和故障波形。所述数据分析存储后端接收到信号监测装置的数据处理后端发送的双端暂态信号后，对双端暂态波形进行数据处理及分析，其分析步骤如下：
S1.抓取文件：从数据库中抓取被识别为同一个故障导致双端触发的数据；
S2.数据清洗：滤除数据静态偏置，进行归一化计算；
S3.暂态数据分析：进行数据触发点计算，并进行后续振荡分析；
S4.稳态数据计算：计算稳态工频电压、有效值和频率；
S5.故障计算：通过双端数据触发点波形进行故障位置计算，通过稳态波形计算过电压倍数，通过故障波形极性进行故障类型识别。
进一步的，所述信号监测装置的信号采集前端包括绝缘支撑杆和探头，所述绝缘支撑杆设置于信号采集位置附近杆塔，所述探头设置于绝缘支撑杆顶部且处于输电线路下方；所述探头包括于集成光学传感器，所述集成光学传感器设置于探头内部，通过保偏光纤和数据处理后端连接。
进一步的，所述信号监测装置的数据处理后端包括高偏激光源、探测器、数据采集卡和GPS模块，所述高偏激光源产生的线偏振光经保偏光纤入射到集成光学传感器，所述探测器通过保偏光纤接收集成光学传感器发送的光信号，所述数据采集卡采集探测器的输出波形并通过GPS模块获取精确时间戳，再通过暂态触发获取双端暂态信号并保存，发送至中央服务器。
进一步的，高偏激光源产生的线偏振光经保偏光纤入射集成光学传感器，在光波导中传输的线偏振光受到待测电场的相位调制，携带相位信息的偏振光经干涉后转化为光强度信号，经过保偏光纤传输到探测器转换为电信号，该电信号反映待测电场的大小，该传输路径的传递函数为：
其中，Uout为探测器输出，A为光路功率损耗及探测器光电转换系数，b为传感器的消光比，为静态偏置点，Eπ为传感器的半波电场。通过上述传递函数可知，测量探测器输出电平波形即可得到线路电场波形，由于线路电场波形和线路电压波形线性相关，即可得到线路电压波形，即双端暂态波形。
上述通过集成光学传感器测量电场的方法获取电压波形无需进行侵入安装，和整个电网系统无任何物理连接，可实现非侵入式安装。
本系统简单的工作流程是：当信号监测装置采集到故障信号后，发送至中央服务器，中央服务器对两端数据进行数据分析处理，得到故障距离，储存于数据库。此外，用户可通过WEB访问页面查看输电线路的所有故障信息，包括故障位置、故障类型、故障线相，故障波形等。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明信号监测装置的信号采集前端放置于变电站输电线路下方，和高压线路无任何接触，实现非侵入式安装；
(2)本发明采用GPS进行授时，提高了授时精度；
(3)本发明采用集成光学传感器，频率响应可达GHz；
(4)本发明采用高速数据采集卡，采样率达到80MHz，可监测到高频信号，降低后续故障识别提高稳定性。
附图说明
图1是本发明的系统示意图；
图2是本发明的中央服务器数据分析步骤；
图3是本发明信号监测装置安装示意图；
图4是集成光学传感器数据测量示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
一种非侵入式输电线路故障定位系统信号监测装置，如图1所示，包括用于监测和发送故障信号的信号监测装置，以及用于接收和处理故障信号的中央服务器，信号监测装置设置于输电线路两端的变电站，中央服务器设置于监控中心，信号监测装置通过无线或有线网络与中央服务器连接。信号监测装置包括至少一个用于进行模拟电压信号采集的信号采集前端，以及用于A/D转换和数据处理的数据处理后端，信号采集前端非接触地设置于变电站输电线路下方，信号采集前端和数据处理后端通过保偏光纤连接。
中央服务器包括数据分析存储后端和数据显示查询前端，数据分析存储后端用于接收来自监测装置的数据后进行分析和存储，数据显示查询前端的数据查询结果包括故障位置、故障类型、故障线相和故障波形。数据分析存储后端接收到信号监测装置的数据处理后端发送的双端暂态信号后，对双端暂态波形进行数据处理及分析，如图2所示，其分析步骤如下：
S1.抓取文件：从数据库中抓取被识别为同一个故障导致双端触发的数据；
S2.数据清洗：滤除数据静态偏置，进行归一化计算；
S3.暂态数据分析：进行数据触发点计算，并进行后续振荡分析；
S4.稳态数据计算：计算稳态工频电压、有效值和频率；
S5.故障计算：通过双端数据触发点波形进行故障位置计算，通过稳态波形计算过电压倍数，通过故障波形极性进行故障类型识别。
在本发明的具体实施例中，如图3所示，现场安装时，信号采集前端安装于避雷器与围墙之间，处于避雷线正下方，与各相线对应，高度平行于避雷器零电位点。传感器信号传输光纤通过穿入预埋钢管走线至数据处理后端，数据处理后端放置于电缆沟附近，方便取电及通讯。此外，还设置有用于支撑固定避雷线和各相线的支撑桁架。
基于上述具体实施例的优化实施例中，信号采集前端采用抱箍方式设置于信号采集位置附近的杆塔。
在本发明的另一具体实施例中，如图4所示，三个集成光学传感器分别放置于三相导线下方，三相导线对各个传感器产生的电场分量各不相同。高偏激光源产生的线偏振光经保偏光纤入射集成光学传感器，在光波导中传输的线偏振光受到待测电场的相位调制，携带相位信息的偏振光经干涉后转化为光强度信号，经过保偏光纤传输到探测器转换为电信号，该电信号反映待测电场的大小，该传输路径的传递函数为：其中，Uout为探测器输出，A为光路功率损耗及探测器光电转换系数，b为传感器的消光比，为静态偏置点，Eπ为传感器的半波电场。通过上述传递函数可知，测量探测器输出电平波形即可得到线路电场波形，由于线路电场波形和线路电压波形线性相关，即可得到线路电压波形，即双端暂态波形。上述通过集成光学传感器测量电场的方法获取电压波形无需进行侵入安装，和整个电网系统无任何物理连接，可实现非侵入式安装。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。

Claims (4)

1.一种非侵入式输电线路故障定位系统，其特征在于，包括用于监测和发送故障信号的信号监测装置，以及用于接收和处理故障信号的中央服务器，所述信号监测装置设置于输电线路两端的变电站，所述中央服务器设置于监控中心，所述信号监测装置通过无线或有线网络与中央服务器连接；
所述信号监测装置包括至少一个用于进行模拟电压信号采集的信号采集前端，以及用于A/D转换和数据处理的数据处理后端，所述信号采集前端非接触地设置于变电站输电线路下方，所述信号采集前端和数据处理后端通过保偏光纤连接；
所述中央服务器包括数据分析存储后端和数据显示查询前端，所述数据分析存储后端用于接收来自监测装置的数据后进行分析和存储，所述数据显示查询前端的数据查询结果包括故障位置、故障类型、故障线相和故障波形；所述数据分析存储后端接收到信号监测装置的数据处理后端发送的双端暂态信号后，对双端暂态波形进行数据处理及分析，其分析步骤如下：
S1.抓取文件：从数据库中抓取被识别为同一个故障导致双端触发的数据；
S2.数据清洗：滤除数据静态偏置，进行归一化计算；
S3.暂态数据分析：进行数据触发点计算，并进行后续振荡分析；
S4.稳态数据计算：计算稳态工频电压、有效值和频率；
S5.故障计算：通过双端数据触发点波形进行故障位置计算，通过稳态波形计算过电压倍数，通过故障波形极性进行故障类型识别。
2.根据权利要求1所述的一种非侵入式输电线路故障定位系统，其特征在于，所述信号监测装置的信号采集前端包括绝缘支撑杆和探头，所述绝缘支撑杆设置于信号采集位置附近杆塔，所述探头设置于绝缘支撑杆顶部且处于输电线路下方；所述探头包括于集成光学传感器，所述集成光学传感器设置于探头内部，通过保偏光纤和数据处理后端连接。
3.根据权利要求2所述的一种非侵入式输电线路故障定位系统，其特征在于，所述信号监测装置的数据处理后端包括高偏激光源、探测器、数据采集卡和GPS模块，所述高偏激光源产生的线偏振光经保偏光纤入射到集成光学传感器，所述探测器通过保偏光纤接收集成光学传感器发送的光信号，所述数据采集卡采集探测器的输出波形并通过GPS模块获取精确时间戳，再通过暂态触发获取双端暂态信号并保存，发送至中央服务器。
4.根据权利要求3所述的一种非侵入式输电线路故障定位系统，其特征在于，高偏激光源产生的线偏振光经保偏光纤入射集成光学传感器，在光波导中传输的线偏振光受到待测电场的相位调制，携带相位信息的偏振光经干涉后转化为光强度信号，经过保偏光纤传输到探测器转换为电信号，该电信号反映待测电场的大小，该传输路径的传递函数为：
其中，Uout为探测器输出，A为光路功率损耗及探测器光电转换系数，b为传感器的消光比，为静态偏置点，Eπ为传感器的半波电场；通过上述传递函数可知，测量探测器输出电平波形即可得到线路电场波形，由于线路电场波形和线路电压波形线性相关，即可得到线路电压波形，即双端暂态波形。
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