CN111999603A - 一种电缆线路分布式故障精确定位方法以及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电缆线路分布式故障精确定位方法以及装置，包括以下步骤：步骤S1：在电缆屏蔽层直接接地点或者电缆头拨开屏蔽层线芯处安装高频传感器；步骤S2：在云服务端或当地主站部署系统平台；步骤S3：在电缆屏蔽层上安装有多个三轴加速器以及多个热电偶。采用本专利方法行波测距技术，能够快速的精确定位电缆线路故障位置，判别故障点为架空线故障还是电缆故障，并根据精确故障点定位，为相关运维人员在故障排查方面提供相应的技术支持，快速高效的进行故障排查，缩短电力行业维修供电时间，减少因停电导致的社会经济效益损失并极大降低经济损失，确保运维单位在相应工作考核中满足国家相关政策规范要求。
Description
技术领域
本发明涉及高压电缆行业领域，特别是一种电缆线路分布式故障精确定位方法以及装置。
背景技术
随着电网建设的不断发展，110/220Kv电力电缆供电线路被越来越多的应用到城市电网建设当中。目前电缆出现接地故障后，因供电半径大，可能造成的影响也比较大。因此研究110/220Kv 电力电缆故障的快速在线定位方法以及环流的实时在线监测对提高供电质量具有重要意义。
目前电力行业架空线及电缆混合线路逐渐增多，在日常运维过程中出现故障时，很难快速确定故障点及故障位置，为日常运维保电工作带来巨大的麻烦。以往对于故障查找采用离线检测装置及人工排查方式，效率很低且故障点无法精准确定。因此对于行业内急需一种在线监测装置，能够实时在线监测电缆运行中出现故障时，快速确定故障点及故障类型，并通过装置进行存储和发送，软件设备能够进行报警提醒和短信推送。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，设计了一种电缆线路分布式故障精确定位方法以及装置。
实现上述目的本发明的技术方案为，一种电缆线路分布式故障精确定位方法，包括以下步骤：
步骤S1：在电缆屏蔽层直接接地点或者电缆头拨开屏蔽层线芯处安装高频传感器；
步骤S2：在云服务端或当地主站部署系统平台；
步骤S3：在电缆屏蔽层上安装有多个三轴加速器以及多个热电偶；
所述步骤S1中：在电缆屏蔽层直接接地点或者电缆头拨开屏蔽层线芯处安装高频传感器后，电缆在发生故障时，采集高频暂态行波电流信号(电缆屏蔽层)或者高频暂态电压行波信号(电缆线芯)，通过系统平台分析处理，将信号上传到系统后台。
所述步骤S2中：系统平台由主控单元(CPU板)、高速数据采集单元(DAU板)、GPS授时模块、4G通讯模块及电源模块等部分构成，装置通过专门研制的电流传感器获取电缆接地线电流信号采集时的时间标签；并且装置具有远程无线通信功能，通过4G无线模块将采集信息实施上传系统软件平台，系统平台具有实时监测环流功能，可以设置环流报警门限，及时发现因护层损毁造成的电缆故障隐患。
所述步骤S3中：多个三轴加速器等距离分别套装在线缆上，三轴加速器采用压阻式、压电式和电容式工作原理，产生的加速度正比于电阻、电压和电容的变化，通过相应的放大和滤波电路进行采集，之后三轴加速器与系统平台筒数据端口连接，所以三轴加速器将采集的信号传递给系统平台。
所述步骤S3中：多个热电偶等距离套装在线缆上，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，由于多个热电偶通过数据线与系统平台数据端口连接，便于达到信号传输。
所述系统平台内电源模块处于热备份状态，当AC220V供电电源断电后，系统平台可持续工作2-3h，确保断电瞬间采集的数据完整性。
一种电缆线路分布式故障精确定位装置，包括：
高频传感器，其安置在电缆两端的屏蔽层；
多个三轴加速器，其等距离套装在电缆上；
多个电热偶，其等距离套装在电缆上；
防护箱，其安装在被监测高压电缆双端及交叉互联点护层接地点合适位置。
铅蓄电池，其安装于防护箱内部。
还包括：系统监控主机，所述系统监控主机安装在变电站内或调度室内，负责访问系统云平台。
所述高频传感器通过防护箱下穿管走线至电缆金属屏蔽层处，按照正确方向进行悬挂固定，并做好传感器绝缘及防水防潮等防护工作，
所述防护箱内设有GPS天线、4G天线，通过防护箱下壁面穿管走线至防护箱的顶部加以固定，4G天线安装要求无遮挡。
利用本发明的技术方案制作的一种电缆线路分布式故障精确定位方法以及装置，采用本专利方法行波测距技术，能够快速的精确定位电缆线路故障位置，判别故障点为架空线故障还是电缆故障，并根据精确故障点定位，为相关运维人员在故障排查方面提供相应的技术支持，快速高效的进行故障排查，缩短电力行业维修供电时间，减少因停电导致的社会经济效益损失并极大降低经济损失，确保运维单位在相应工作考核中满足国家相关政策规范要求。
附图说明
图1是本发明所述一种电缆线路分布式故障精确定位方法以及装置的结构示意图；
图2是本发明所述一种电缆线路分布式故障精确定位方法以及装置的防护箱内部剖视图。
图3是本发明所述一种电缆线路分布式故障精确定位方法以及装置的高频传感器安装的主视图。
图4是本发明所述一种电缆线路分布式故障精确定位方法以及装置的现代D型行波测距原理图。
图中，1、高频传感器；2、三轴加速器；3、三轴加速器；4、防护箱；5、铅蓄电池。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-3所示，一种电缆线路分布式故障精确定位方法以及装置，系统利用D型测距原理进行故障点测距，具体方法是在线路上安装高速的高频传感器1以及GPS及北斗授时装置，在故障发生时运用这些装置快速读取并记录下故障初始行波浪涌到达采集装置的时间来进行测距计算。
由图4可知，假定以一样的传播速度v传送至M端和N端母线所需要的时间一个是TM另一个TN，那么就存在下面这种关系式。
式中:M端和N端母线到故障点的长度分别用DMF和DNF来表示； L为线路MN的长度。
联立求解可求得DMF和DNF
式中，v表示行波在配电线路中的传播速度。
为了更加精确地获得故障初始行波浪涌运动至两端母线的时间点，线路两端就一定要安装具有良好的精确度以及良好的稳定度的实时时钟，另外一点也必须做到的是两端时钟一定要维系在同步运行。不仅如此，每刻都要对线路两端的各种数据进行同步采集，另外把故障暂态波形积累保存起来并且进行相应的处理也是必不可少的。
通过高精度A/D采样，实现故障波形采集，通过GPS及北斗定位实现20ns精度授时，通过400MHz采样频率实现波形采样。
基于D型行波原理的故障定位方法直接将D型原理应用供电电缆监测中，一方面消除了行波复杂折反射过程的影响，另一方面可以直接确定故障点所在的线路，实现线路故障点行波定位。从而实现电缆故障位置精确定位，判别混合线路中故障点及故障位置，为运维人员极大缩短运维时间，保证电力供电安全性和时效性。
本实施方案的特点为，包括以下步骤：
步骤S1：在电缆屏蔽层直接接地点或者电缆头拨开屏蔽层线芯处安装高频传感器；
步骤S2：在云服务端或当地主站部署系统平台；
步骤S3：在电缆屏蔽层上安装有多个三轴加速器以及多个热电偶，采用本专利方法行波测距技术，能够快速的精确定位电缆线路故障位置，判别故障点为架空线故障还是电缆故障，并根据精确故障点定位，为相关运维人员在故障排查方面提供相应的技术支持，快速高效的进行故障排查，缩短电力行业维修供电时间，减少因停电导致的社会经济效益损失并极大降低经济损失，确保运维单位在相应工作考核中满足国家相关政策规范要求。
在本实施方案中：
步骤S1：在电缆屏蔽层直接接地点或者电缆头拨开屏蔽层线芯处安装高频传感器；
步骤S2：在云服务端或当地主站部署系统平台；
步骤S3：在电缆屏蔽层上安装有多个三轴加速器以及多个热电偶；
所述步骤S1中：在电缆屏蔽层直接接地点或者电缆头拨开屏蔽层线芯处安装高频传感器1后，电缆在发生故障时，采集高频暂态行波电流信号(电缆屏蔽层)或者高频暂态电压行波信号(电缆线芯)，通过系统平台分析处理，将信号上传到系统后台，系统后台通过波形分析自动通过双端测距技术计算故障点距离，通过系统后台指示故障点位置，采用双端自动测距技术，实现故障点距离测算，并且在系统后台界面明确指示故障点位置，对故障点进行标注，故障定位精度可达10m。
所述步骤S2中：系统平台由主控单元(CPU板)、高速数据采集单元(DAU板)、GPS授时模块、4G通讯模块及电源模块等部分构成，装置通过专门研制的电流传感器获取电缆接地线电流信号采集时的时间标签；并且装置具有远程无线通信功能，通过4G无线模块将采集信息实施上传系统软件平台，系统平台具有实时监测环流功能，可以设置环流报警门限，及时发现因护层损毁造成的电缆故障隐患。实时监测电缆线路的外护套绝缘情况，并绘制环流曲线，对于外护套绝缘异常电缆进行故障报警，利用接地线稳态电流的电缆在线监测原理:对于金属护层采用单端接地方式的单芯电力电缆，金属护层在正常情况下的接地电流极小，主要是稳态的容性电流。而一旦金属护层出现多点接地，与大地形成回路后的稳态接地电流(环流)将显著增大。
因此，通过实时监测电缆金属护层的稳态接地电流及其变化量，可以及时发现电缆金属护层的绝缘故障，从而消除电缆主绝缘故障隐患，并且系统平台部署在云服务端或当地主站后，维护人员也可通过互联网访问、账号登录方式实现系统远程监控，实时了解电缆运行状况信息。使维护人员在线路故障时进行快速正确处理，大幅提高电网自动化程度，保证电网的安全性和可靠性，减少了大量的人力物力消耗，节约了运行成本。
所述步骤S3中：多个三轴加速器等距离分别套装在线缆上，三轴加速器采用压阻式、压电式和电容式工作原理，产生的加速度正比于电阻、电压和电容的变化，通过相应的放大和滤波电路进行采集，之后三轴加速器与系统平台筒数据端口连接，所以三轴加速器将采集的信号传递给系统平台。
所述步骤S3中：多个热电偶等距离套装在线缆上，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，由于多个热电偶通过数据线与系统平台数据端口连接，便于达到信号传输。
所述系统平台内电源模块处于热备份状态，当AC220V供电电源断电后，系统平台可持续工作2-3h，确保断电瞬间采集的数据完整性。具有断电保护效果。
需要特殊说明的是：针对每个用户提供足够的用户空间，用户可在任何时间地点随意通过浏览器访问现场的系统监测情况，并且系统历史数据永久存储，方便历史查看，实现无人值守，报警信息及工作状态可通过发送短信息、APP推送的方式至相关人员，实现实时存储信息，可进行历史数据查询，报警信息打印等。
一种电缆线路分布式故障精确定位装置，包括：
高频传感器1，其安置在电缆两端的屏蔽层；
多个三轴加速器2，其等距离套装在电缆上；
多个电热偶3，其等距离套装在电缆上；
防护箱4，其安装在被监测高压电缆双端及交叉互联点护层接地点合适位置；通过使用防护箱4，便于本装置使用高频传感器1、多个三轴加速器2以及多个热电偶的连接，便于对电缆进行实时监测，让电缆收到撞击晃动，或高温影响导致电缆高温升高原因破损能够及时运输到系统平台，能够合理的对电缆进行监测。
铅蓄电池5，其安装于防护箱4内部；
防护箱4上安装太阳能板；
一种电缆线路分布式故障精确定位装置，还包括：系统监控主机，所述系统监控主机安装在变电站内或调度室内，负责访问系统云平台，系统监控主机需接入能访问互联网的网线或通过 4G无线路由器访问互联网，系统软件设置在云服务器端，负责数据处理以及线路运行情况报警，并对故障点进行自动定位，以手机短信、APP推送、报警弹窗等多种方式提示运维人员，所述高频传感器1通过防护箱4下穿管走线至电缆金属屏蔽层处，按照正确方向进行悬挂固定。
所述防护箱4内设有GPS天线、4G天线，每回电缆线路的两端各安装一套高频传感器1，装置安装方式如下：
防护箱安装在被监测高压电缆双端及交叉互联点护层接地点合适位置。传感器、天线连接线从防护箱下穿管进入；
高频传感器1，通过防护箱4下穿管走线至电缆金属屏蔽层处，按照正确方向进行悬挂固定，并做好传感器绝缘及防水防潮等防护工作；
GPS天线、4G天线，通过防护箱4下穿管走线至防护箱4的顶部加以固定，天线安装要求无遮挡。
高频传感器1依靠太阳能供电，监测位置需安装太阳能板以及铅蓄电池等附件。蓄电池安装在防护箱内部，太阳能板安装在防护箱顶端；铅蓄电池提供24V稳定电源，无阳光条件下电池持续供电能力>10天。
在本实施方案中，需要说明的是：高频传感器1与系统云服务平台间通过4G无线网络进行通讯。
上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电缆线路分布式故障精确定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤 S1：在电缆屏蔽层直接接地点或者电缆头拨开屏蔽层线芯处安装高频传感器；
步骤 S2：在云服务端或当地主站部署系统平台；
步骤 S3：在电缆屏蔽层上安装有多个三轴加速器以及多个热电偶。
2.根据权利要求 1 所述的一种电缆线路分布式故障精确定位方法，其特征在于，所述步骤 S1 中：在电缆屏蔽层直接接地点或者电缆头拨开屏蔽层线芯处安装高频传感器后，电缆在发生故障时，采集高频暂态行波电流信号（电缆屏蔽层）或者高频暂态电压行波信号（电缆线芯），通过系统平台分析处理，将信号上传到系统后台。
3.根据权利要求 1 所述的一种电缆线路分布式故障精确定位方法， 其特征在于，所述步骤 S2 中：系统平台由主控单元（CPU 板）、高速数据采集单元（DAU 板）、GPS 授时模块、4G 通讯模块及电源模块等部分构成，装置通过专门研制的电流传感器获取电缆接地线电流信号采集时的时间标签；并且装置具有远程无线通信功能，通过4G无线模块将采集信息实施上传系统软件平台，系统平台具有实时监测环流功能，可以设置环流报警门限，及时发现因护层损毁造成的电缆故障隐患。
4.根据权利要求 1 所述的一种电缆线路分布式故障精确定位方法， 其特征在于，所述步骤 S3 中：多个三轴加速器等距离分别套装在线缆上，三轴加速器采用压阻式、压电式和电容式工作原理，产生的加速度正比于电阻、电压和电容的变化，通过相应的放大和滤波电路进行采集，之后三轴加速器与系统平台筒数据端口连接，所以三轴加速器将采集的信号传递给系统平台。
5.根据权利要求 1 所述的一种电缆线路分布式故障精确定位方法， 其特征在于，所述步骤 S3 中：多个热电偶等距离套装在线缆上，直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，由于多个热电偶通过数据线与系统平台数据端口连接，便于达到信号传输。
6.根据权利要求 1 所述的一种电缆线路分布式故障精确定位方法， 其特征在于，所述系统平台内电源模块处于热备份状态，当 AC220V 供电电源断电后，系统平台可持续工作 2-3h，确保断电瞬间采集的数据完整性。
7.一种电缆线路分布式故障精确定位装置，其特征在于，包括：
高频传感器（1），其安置在电缆两端的屏蔽层；
多个三轴加速器（2），其等距离套装在电缆上；
多个电热偶（3），其等距离套装在电缆上；
防护箱（4），其安装在被监测高压电缆双端及交叉互联点护层接地点合适位置；
铅蓄电池（5），其安装于防护箱（4）内部。
8.根据权利要求 7 所述的一种电缆线路分布式故障精确定位装置， 其特征在于，还包括：所述系统监控主机，所述系统监控主机安装在变电站内或调度室内，负责访问系统云平台。
9.根据权利要求 7 所述的一种电缆线路分布式故障精确定位装置， 其特征在于，所述高频传感器（1）通过防护箱（4）下穿管走线至电缆金属屏蔽层处，按照正确方向进行悬挂固定，并做好传感器绝缘及防水防潮等防护工作。
10.根据权利要求 7 所述的一种电缆线路分布式故障精确定位装置，其特征在于，所述防护箱（4）内设有 GPS 天线、4G 天线，通过防护箱（4）下壁面穿管走线至防护箱（4）的顶部加以固定，4G 天线安装要求无遮挡。
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