CN110333429A - 一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统 - Google Patents

一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统 Download PDF

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Abstract

一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，涉及输电线路故障识别技术领域。本发明的目的是能够在线路故障后迅速找到故障点。本发明所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，绝缘框架内部开有光纤通道，绝缘棒的末端伸入至光纤通道内部，n个光学电流传感器均固定在绝缘框架上，光学电流传感器用于采集流过传输线路的行波信号，光学电流传感器的光信号输出端通过光纤与处理装置的光信号输入端连接，光学电流传感器与处理装置之间的光纤穿过光纤通道、并从绝缘棒的末端螺旋缠绕至绝缘棒的顶端，当n＝2时，两个光学电流传感器分别位于传输线路的两侧。

Description

一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测 系统
技术领域
本发明属于输电线路故障识别技术领域。
背景技术
随着电力系统容量的不断扩大、电压等级的不断升高、新的输配线路不断建成，致使电网结构变得日益复杂，电力系统对电网故障的检测和继电保护的速动性也提出了更高的要求，其中，以电缆线路的故障检测定位最为复杂。
输电线路作为能量传输的纽带，是各大型电力系统之间的联络线，同时也是整个系统安全稳定运行的基础。一旦输电线路上发生故障，必须尽快找到故障点，排除故障，恢复供电。但是，由于高压和超高压输电线路往往暴露在不同的环境并分布在广大的地理区域，运行环境恶劣，如险峻山区，不良地质，严寒气候，交通困难等，因此，它也是电力系统中发生故障最多的地方。
因此，如何在线路故障后迅速找到故障点，就成为了本领域技术人员函待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是能够在线路故障后迅速找到故障点，为此提供一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统。
一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，包括至少一个前端采集装置和一个处理装置，所述前端采集装置包括n个光学电流传感器、绝缘框架和绝缘棒，n＝1或2，
绝缘框架内部开有光纤通道，绝缘棒的末端伸入至光纤通道内部，n个光学电流传感器均固定在绝缘框架上，
光学电流传感器用于采集流过传输线路的行波信号，光学电流传感器的光信号输出端通过光纤与处理装置的光信号输入端连接，光学电流传感器与处理装置之间的光纤穿过光纤通道、并从绝缘棒的末端螺旋缠绕至绝缘棒的顶端，
当n＝2时，两个光学电流传感器分别位于传输线路的两侧。
当n＝2时，光学电流传感器为差分式光学电流传感器。
上述系统还包括温度传感器，温度传感器用于采集传输线路的温度，
温度传感器固定在绝缘框架上，温度传感器的光信号输出端也通过光纤与处理装置的光信号输入端连接，温度传感器与处理装置之间的光纤也穿过光纤通道、并从绝缘棒的末端螺旋缠绕至绝缘棒的顶端。
上述绝缘框架为下部开口的矩形框架结构，绝缘框架的两端通过光纤通道连通，n个光学电流传感器均位于绝缘框架的一端，温度传感器位于绝缘框架的另一端。
上述绝缘棒的外壁设有沿其长度方向螺旋延伸的凹槽，光纤嵌入凹槽中。
上述绝缘棒外部套有绝缘套管。
上述绝缘框架的材料为聚四氟乙烯。
上述绝缘套管末端通过绝缘子支持构架固定在绝缘框架顶部。
上述绝缘套管顶端设有绝缘子连接元件。
上述绝缘框架通过金属圆柱环支撑，并通过支撑绝缘子与绝缘子支持构架的底端固定连接。
本发明的有益效果为通过前端采集装置获取故障信息，然后处理器通过分析故障信息能够分析出输电线的故障位置和故障类型，该输电线路故障定位在线监测系统不仅能有助于及时修复故障线路，确保整个电网的安全稳定运行，减少因输电线路故障带来的经济损失，而且能大量节省巡线的人力和物力，减轻巡线人员繁重的体力劳动。从技术上保证电网的安全、稳定和经济运行，具有巨大的社会和经济效益。
附图说明
图1为本发明所述一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统的结构示意图；
图2为绝缘棒的局部结构示意图；
图3为绝缘棒在绝缘套管内的剖面图；
图4为2个光学电流传感器安装在绝缘框架上的结构示意图；
图5为多功能输电线路故障行波监测系统安装在输电线路上的示意图；
图6为输电线路的行波传递过程示意图；
图7为具体实施方式五所述的绝缘框架的示意图，(a)光纤在绝缘框架内与传感材料连接，(b)两个绝缘框架分布在输电线路两侧。
具体实施方式
具体实施方式一：参照图1至6具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，包括至少一个前端采集装置和一个处理装置，前端采集装置安装在输电线线路(母线)上，用于获取故障及输电线路信息并通过光纤传输信息至处理装置，所述处理装置用于获取故障信息，还能够通过故障信息分析输电线故障位置以及故障类型。
具体的，所述前端采集装置包括n个光学电流传感器2、绝缘框架3、绝缘棒8和温度传感器5，n＝1或2。
绝缘框架3为下部开口的矩形框架结构，绝缘框架3的材料为聚四氟乙烯。绝缘框架3内部开有光纤通道13，绝缘框架3的两端通过光纤通道13连通，n个光学电流传感器2均位于绝缘框架3的一端，温度传感器5位于绝缘框架3的另一端，绝缘棒8的末端伸入至光纤通道13内部，绝缘棒8外部套有绝缘套管7。
温度传感器5用于采集传输线路1的温度，温度传感器5固定在绝缘框架3上，温度传感器5的光信号输出端也通过光纤12与处理装置的光信号输入端连接，温度传感器5与处理装置之间的光纤12也穿过光纤通道13、并从绝缘棒8的末端螺旋缠绕至绝缘棒8的顶端。
光学电流传感器2用于采集流过传输线路1的行波信号，光学电流传感器2的光信号输出端通过光纤12与处理装置的光信号输入端连接，光学电流传感器2与处理装置之间的光纤12穿过光纤通道13、并从绝缘棒8的末端螺旋缠绕至绝缘棒8的顶端。
若线路位置干扰磁场较强，则采用差分式光学电流传感器原理，采用两个相同的光学电流传感器2，利用空间布置的对称性，对传导电流得到两个完全相反的测量结果，外界电磁干扰成为共模干扰，利用差分方法去除共模干扰。即n＝2时，两个光学电流传感器2分别位于传输线路1的两侧，光学电流传感器2为差分式光学电流传感器。两个光学电流传感器2的高低压之间由光纤实现信息传输，光纤12通过位于绝缘套管7中的绝缘棒8与光纤接线盒和处理装置连接，实现光源信号的发送和传感信号的解调。所述差分式光学电流互感器解决了传统闭合光路光学电流互感器在线性双折射影响下，灵敏度和抗干扰能力大大下降的问题。
若输电线路处于磁场干扰不强的环境下可采用一个光学电流传感器2放置在绝缘框架3内。即n＝1时，光学电流传感器2直接采集线路行波信号并通过光纤发送至处理装置。
在实际应用时，在输电线线路上，每隔一段距离安装一个前端采集装置，采用多点电流检测方法，如图6所示，通过相邻的多个所述前端采集装置相互配合来确定所述母线的故障地点，测距方程为：
其中，LA-f为A点到故障点的距离，LA-C为A点到C点的距离，LB-C为B点到C点的距离，tA和tC分别为行波到达A和C点的时间。
具体的，提取暂态电流行波的时域特征，包括：平均过零率、积分标准差、波形相似度与时域近似熵值等，对信号频域的小波能量比值与信息熵值等特征进行了研究，处理装置综合时频域特征，通过分析信号的小波时频能量矩方差与奇异信息熵值完成雷击扰动与短路故障的区分。
具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统作进一步说明，本实施方式中，绝缘棒8的外壁设有沿其长度方向螺旋延伸的凹槽14，光纤12嵌入凹槽14中。
本实施方式将光纤埋入绝缘子内部，有效防止输电线路产生的电磁场对传输结果的影响。
具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一或二所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统作进一步说明，本实施方式中，温度传感器5采用光纤光栅，当光纤光栅受到轴向外力及温度的影响时，其光栅周期和纤芯折射率将会发生变化，光纤光栅反射波长也会发生变化。应用时必须对光纤光栅进行封装从而达到对光纤光栅的灵敏度进行温度增敏的目的。
具体实施方式四：本实施方式是对具体实施方式一、二或三所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统作进一步说明，本实施方式中，进一步的，绝缘套管7末端通过绝缘子支持构架9固定在绝缘框架3顶部。绝缘套管7顶端设有绝缘子连接元件10。绝缘框架3通过金属圆柱环4支撑，并通过支撑绝缘子6与绝缘子支持构架9的底端固定连接。
具体实施方式五：参照图7具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统与具体实施方式一的区别在于，本实施方式中，绝缘框架3为水滴形聚四氟乙烯客体，内部设有传感材料，用于测量输电线路上的行波。
本实施方式在实际应用时，光纤缠绕至绝缘棒8末端后仍需继续延长3米～5米，从绝缘框架3的尖端伸入绝缘框架3内部，并与其内部的传感材料连接，然后再从传感材料伸出一光纤，并从绝缘框架3的尖端伸出，继续缠绕至绝缘棒8顶端。操作时，在绝缘框架3内部和进出绝缘框架3时的光纤，需要尽量保持水平设置。
在线路位置干扰磁场较强时，两个绝缘框架3水平分布在输电线路两侧，且二者之间通过连接件相互固定，目的是可以把绝缘框架3安置于输电线上。这种情况是绝缘框架与绝缘子无直接连接，这种情况绝缘框架要改成封闭结构。这样做是为了满足在不同类型杆塔安装该系统的需要。从两个绝缘框架3伸出的光纤汇聚到一起共同缠绕在绝缘棒8上。绝缘框架3与绝缘棒8之间的光纤外部通过光纤铠甲继续进行包裹。

Claims (10)

1.一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，其特征在于，包括至少一个前端采集装置和一个处理装置，所述前端采集装置包括n个光学电流传感器(2)、绝缘框架(3)和绝缘棒(8)，n＝1或2，
绝缘框架(3)内部开有光纤通道(13)，绝缘棒(8)的末端伸入至光纤通道(13)内部，n个光学电流传感器(2)均固定在绝缘框架(3)上，
光学电流传感器(2)用于采集流过传输线路(1)的行波信号，光学电流传感器(2)的光信号输出端通过光纤(12)与处理装置的光信号输入端连接，光学电流传感器(2)与处理装置之间的光纤(12)穿过光纤通道(13)、并从绝缘棒(8)的末端螺旋缠绕至绝缘棒(8)的顶端，
当n＝2时，两个光学电流传感器(2)分别位于传输线路(1)的两侧。
2.根据权利要求1所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，其特征在于，当n＝2时，光学电流传感器(2)为差分式光学电流传感器。
3.根据权利要求1或2所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，其特征在于，它还包括温度传感器(5)，温度传感器(5)用于采集传输线路(1)的温度，
温度传感器(5)固定在绝缘框架(3)上，温度传感器(5)的光信号输出端也通过光纤(12)与处理装置的光信号输入端连接，温度传感器(5)与处理装置之间的光纤(12)也穿过光纤通道(13)、并从绝缘棒(8)的末端螺旋缠绕至绝缘棒(8)的顶端。
4.根据权利要求3所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，其特征在于，绝缘框架(3)为下部开口的矩形框架结构，绝缘框架(3)的两端通过光纤通道(13)连通，n个光学电流传感器(2)均位于绝缘框架(3)的一端，温度传感器(5)位于绝缘框架(3)的另一端。
5.根据权利要求3所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，其特征在于，绝缘棒(8)的外壁设有沿其长度方向螺旋延伸的凹槽(14)，光纤(12)嵌入凹槽(14)中。
6.根据权利要求5所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，其特征在于，绝缘棒(8)外部套有绝缘套管(7)。
7.根据权利要求4所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，其特征在于，绝缘框架(3)的材料为聚四氟乙烯。
8.根据权利要求6所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，其特征在于，绝缘套管(7)末端通过绝缘子支持构架(9)固定在绝缘框架(3)顶部。
9.根据权利要求6所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，其特征在于，绝缘套管(7)顶端设有绝缘子连接元件(10)。
10.根据权利要求8所述的一种应用悬式光纤绝缘子的多功能输电线路故障行波监测系统，其特征在于，绝缘框架(3)通过金属圆柱环(4)支撑，并通过支撑绝缘子(6)与绝缘子支持构架(9)的底端固定连接。
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