CN110161377A - 一种电缆故障点定位方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电缆故障点定位方法和设备。其中，该方法利用行波监测终端和声波监测终端，采集待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，其中，行波监测终端和声波监测终端安装在待测电缆的相同位置，且行波监测终端和声波监测终端的时钟是同步的；根据初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，定位待测电缆的故障点。通过本发明，解决了相关技术中的双端行波定位方法依赖于GPS的精确授时的问题，避免了双端行波定位方法定位电缆故障依赖于GPS的精确授时。

Description

一种电缆故障点定位方法和设备

技术领域

本发明涉及电缆故障定位领域，具体而言，涉及一种电缆故障点定位方法和设备。

背景技术

目前电缆故障在线定位方法主要基于行波方法，包括单端行波定位、双端行波定位。

如图1所示，相关技术中的单端行波定位根据行波在故障点的反射波进行定位：行波从B点传输，第一次到A点的时间为t1，反射后到达B点，再次反射，第二次到A点的时间为t2，已知t1、t2以及行波波速V，得到L。这种方法不需要GPS同步授时，但是行波来回故障点多次折反射后，波形畸变衰减严重，难以辨识。

如图2所示，公开号为CN106291230A的中国发明专利申请采用的是双端行波定位方法：行波从B点向线路两端传输，到达A、C两个采集装置的时间分别为t1、t2，已知t1、t2以及行波波速V，得到L。该方法需要双端安装的行波监测终端由GPS精确授时，如果授时不准确将导致故障定位失败。而电缆和行波监测终端多埋设于地下，GPS信号无法穿透地面无法获得精确授时而导致故障定位失败。

发明内容

本发明提供了一种电缆故障点定位方法和设备，以解决相关技术中的单端行波定位依赖首波和反射波，而反射波难以识别的问题；以及双端行波定位方法依赖于GPS的精确授时的问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种电缆故障点定位方法，包括：

利用行波监测终端和声波监测终端，采集待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，其中，所述行波监测终端和所述声波监测终端安装在所述待测电缆的相同位置，且所述行波监测终端和所述声波监测终端的时钟是同步的；

根据所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差，定位所述待测电缆的故障点。

可选地，所述行波监测终端和所述声波监测终端共用相同的时钟同步信号。

可选地，所述行波监测终端和所述声波监测终端均安装在所述待测电缆的首端和/或末端。

可选地，在利用所述行波监测终端和所述声波监测终端，采集所述待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差之后，所述方法还包括：

将采集到的所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差通过无线网络发送给服务器端；

其中，所述服务器端根据所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差，定位所述待测电缆的故障点。

可选地，根据所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差，定位所述待测电缆的故障点包括：

根据下列公式计算所述待测电缆的故障点与所述行波监测终端和所述声波监测终端的安装位置的距离L：

其中，V₁表示行波在所述待测电缆中的传播速度；V₂表示声波在所述待测电缆中的传播速度；Δt表示初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差。

第二方面，本发明实施例提供了一种电缆故障点定位设备，包括：行波监测终端和声波监测终端、处理器和同步时钟源，其中，

所述行波监测终端和所述声波监测终端，用于采集待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差；

所述处理器，用于根据所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差，定位所述待测电缆的故障点；

所述同步时钟源，用于为所述行波监测终端和所述声波监测终端提供同步时钟信号。

可选地，所述电缆故障点定位设备还包括：通信模块，用于将所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差发送给服务器端。

可选地，所述电缆故障点定位设备还包括：通信模块，用于将所述待测电缆的故障点的定位结果，发送给服务器端。

可选地，所述处理器包括：

计算模块，用于根据下列公式计算所述待测电缆的故障点与所述行波监测终端和所述声波监测终端的安装位置的距离L：

其中，V₁表示行波在所述待测电缆中的传播速度；V₂表示声波在所述待测电缆中的传播速度；Δt表示初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差。

通过本发明实施例提供的电缆故障点定位方法和设备，采用利用行波监测终端和声波监测终端，采集待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，其中，行波监测终端和声波监测终端安装在待测电缆的相同位置，且行波监测终端和声波监测终端的时钟是同步的；根据初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，定位待测电缆的故障点的方式，解决了相关技术中的双端行波定位方法依赖于GPS的精确授时的问题，避免了双端行波定位方法定位电缆故障依赖于GPS的精确授时。相对于相关技术中的单端行波定位方法而言，提高了故障定位的速度和准确度。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据相关技术的单端行波定位方法的示意图；

图2是根据相关技术的双端行波定位方法的示意图；

图3是根据本发明实施例的电缆故障点定位方法的流程图；

图4是根据本发明实施例的电缆故障点定位方法的示意图；

图5是根据本发明实施例的电缆故障点定位设备的结构示意图。

具体实施方式

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例，为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细描述。应理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。对于本领域技术人员来说，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明更好的理解。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实施例中提供了一种电缆故障点定位方法，图3是根据本发明实施例的电缆故障点定位方法的流程图，如图3所示，该流程包括如下步骤：

步骤S301，利用行波监测终端和声波监测终端，采集待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，其中，行波监测终端和声波监测终端安装在待测电缆的相同位置，且行波监测终端和声波监测终端的时钟是同步的；

步骤S302，根据初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，定位待测电缆的故障点。

通过上述步骤，利用行波和声波在电缆中传输速度不同的特点，根据在待测电缆的相同位置采集到的待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，实现对待测电缆的故障点的定位。由于在上述步骤中，不涉及绝对时间的采集，而仅涉及时间差的采集，因此不再需要利用时间同步信号来确定精确的时间，而仅通过时钟同步信号就可以精确采集时间差。同时，时钟同步信号不同于时间同步信号之处在于时间同步信号需要有基准时间作为参考，因此时间同步信号一般不能离线使用，例如在利用GPS授时时则必须接收到GPS信号才能够确定绝对时间。而时钟同步信号则不关心基准时间，只考虑相对时间即可，因此时钟同步信号可以离线使用。常见的离线时钟同步信号有时钟发生器产生。可见，采用上述步骤的单端故障定位方法解决了相关技术中的双端行波定位方法依赖于GPS的精确授时的问题，避免了双端行波定位方法定位电缆故障依赖于GPS的精确授时。相对于相关技术中的单端行波定位方法而言，上述步骤只需要进行行波和声波波形的各一次采集就能够定位故障点，波形识别难度显著降低，因此也提高了故障定位的速度和准确度。

可选地，行波监测终端和声波监测终端共用相同的时钟同步信号。

可选地，由于利用初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差定位得到的故障点的位置实际上是故障点距离信号监测点的距离，而行波和声波信号是沿待测电缆向两端扩散出去的，因此，在行波监测终端和声波监测终端都安装在待测电缆的中间时，可能出现得知故障点距离信号监测点的距离但不清楚故障点位于监测点的首端方向还是末端方向的问题。为了解决该问题，行波监测终端和声波监测终端均安装在待测电缆的首端和/或末端，这样定位得到的故障点的位置是唯一的，并且也便于安装行波监测终端和声波监测终端。

可选地，在利用行波监测终端和声波监测终端，采集待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差之后，将采集到的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差通过无线网络发送给服务器端；其中，服务器端根据初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，定位待测电缆的故障点。通过上述方式，实现了服务器端对故障定位点的集中监控。

可选地，根据初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，定位待测电缆的故障点时，可以根据下列公式计算待测电缆的故障点与行波监测终端和声波监测终端的安装位置的距离L：

其中，V₁表示行波在待测电缆中的传播速度；V₂表示声波在待测电缆中的传播速度；Δt表示初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差。V₁和V₂都可以通过查表得到，与待测电缆采用的介质有关。例如，在待测电缆的缆芯为铜介质时声波的传播速度约为3.75×10³m/s，行波的传播速度约为2.3×10⁸m/s。

上述的公式是通过下列方式推导出来的：

如图4所示，假设一条电缆线路AC，在A端安装了行波监测终端和声波监测终端，电缆在t₀时刻在B点发生了故障，故障点B与监测点A距离设为L，故障发生后，行波和声波同时从故障点电缆线路两端传播，首次到达A点的时间经采集装置记录分别为t₁、t₂，已知行波及声波的传播速度V₁、V₂，即可计算出故障点距离监测点的距离：

L＝V₁(t₁-t₀) 公式(1)

L＝V₂(t₂-t₀) 公式(2)

根据式(1)、(2)消去t₀可以推导出：

故障点位置

其中，V₁表示行波在待测电缆中的传播速度；V₂表示声波在待测电缆中的传播速度；Δt表示初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差。

在本发明实施例中还提供了一种电缆故障点定位设备，图5是根据本发明实施例的电缆故障点定位设备的结构示意图，如图5所示，该设备包括：行波监测终端和声波监测终端51、处理器52和同步时钟源53，其中，

行波监测终端和声波监测终端51，用于采集待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差；

处理器52，用于根据初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，定位待测电缆的故障点；

同步时钟源53，用于为行波监测终端和声波监测终端提供同步时钟信号。

可选地，电缆故障点定位设备还包括：通信模块，用于将初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差发送给服务器端；或者用于将待测电缆的故障点的定位结果，发送给服务器端。该通信模块优选为移动通信模块。

可选地，处理器52包括：计算模块，用于根据下列公式计算待测电缆的故障点与行波监测终端和声波监测终端的安装位置的距离L：

其中，V₁表示行波在待测电缆中的传播速度；V₂表示声波在待测电缆中的传播速度；Δt表示初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差。

综上所述，通过本发明实施例提供的基于声波、行波结合的故障点定位方法和设备，该方法和设备只需单端安装行波监测终端和声波监测终端，行波与声波在同一装置内时钟相同，不存在双端定位需要不同设备时间同步的问题，该方法和装置只依赖初始的声波波头时间和行波波头时间，声波及行波通过传感器采集，通过读取采集时刻的时间就可以得到声波波头及行波波头到达监测装置的时间。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电缆故障点定位方法，其特征在于，包括：

利用行波监测终端和声波监测终端，采集待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差，其中，所述行波监测终端和所述声波监测终端安装在所述待测电缆的相同位置，且所述行波监测终端和所述声波监测终端的时钟是同步的；

根据所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差，定位所述待测电缆的故障点。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述行波监测终端和所述声波监测终端共用相同的时钟同步信号。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述行波监测终端和所述声波监测终端均安装在所述待测电缆的首端和/或末端。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在利用所述行波监测终端和所述声波监测终端，采集所述待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差之后，所述方法还包括：

将采集到的所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差通过无线网络发送给服务器端；

其中，所述服务器端根据所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差，定位所述待测电缆的故障点。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，根据所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差，定位所述待测电缆的故障点包括：

根据下列公式计算所述待测电缆的故障点与所述行波监测终端和所述声波监测终端的安装位置的距离L：

其中，V₁表示行波在所述待测电缆中的传播速度；V₂表示声波在所述待测电缆中的传播速度；Δt表示初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差。

6.一种电缆故障点定位设备，其特征在于，包括：行波监测终端和声波监测终端、处理器和同步时钟源，其中，

所述行波监测终端和所述声波监测终端，用于采集待测电缆发生故障后产生的初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差；

所述处理器，用于根据所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差，定位所述待测电缆的故障点；

所述同步时钟源，用于为所述行波监测终端和所述声波监测终端提供同步时钟信号。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述电缆故障点定位设备还包括：

通信模块，用于将所述初始行波波头到达时间和所述初始声波波头到达时间的时间差发送给服务器端。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述电缆故障点定位设备还包括：

通信模块，用于将所述待测电缆的故障点的定位结果，发送给服务器端。

9.根据权利要求6至8中任一项所述的设备，其特征在于，所述处理器包括：

计算模块，用于根据下列公式计算所述待测电缆的故障点与所述行波监测终端和所述声波监测终端的安装位置的距离L：

其中，V₁表示行波在所述待测电缆中的传播速度；V₂表示声波在所述待测电缆中的传播速度；Δt表示初始行波波头到达时间和初始声波波头到达时间的时间差。