CN112611937A - 一种基于无人机的配电网架空线路故障定位系统及定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于无人机的配电网架空线路故障定位系统及定位方法，系统包括：无人机；配电网接地故障仪，包括：一信号发生器；一信号探测器，设置于所述无人机上；机载通信单元，设置于所述无人机上，并且，所述无人机和所述信号探测器均与所述机载通信单元电气连接；远程监控终端，与所述机载通信单元通信连接；其中，工作状态下，由所述信号发生器向故障线路注入特征交流信号，由所述无人机携带所述信号探测器在配电网架空线路上感应所述特征交流信号，并将感应信息通过所述机载通信单元发送给所述远程监控终端。本发明利用无人机搭载配电网接地故障仪可对架空线路故障进行快速检测定位。

Description

一种基于无人机的配电网架空线路故障定位系统及定位方法

技术领域

本发明涉及一种基于无人机的配电网架空线路故障定位系统及定位方法，属于配电网架空线路故障检测技术领域。

背景技术

10kV配电线路在实际运行中，经常发生单相接地故障，严重影响了变电设备和配电网的安全、经济运行。配电线路分支众多，往往存在多级分支，而且线路上安装有大量配电变压器，故障指示器可以有效判断短路故障，但对接地故障的判断准确率还不理想，并且安装及后期维护费用较高。

低压配电网的实际运行中，单相接地故障主要发生在以下情况中：①导线断线并掉落；②导线电线松动并掉落；③风使并掉落偏斜并且离建筑物太近；④配电变压器的高压引下线已断开；⑤配电变压器平台上的10kV避雷器或10kV保险丝绝缘击穿；⑥-配电变压器的高压绕组单相绝缘故障或接地；⑦-绝缘子的破裂导致绝缘子的接地或污染；⑧同杆导线架一端下并放在下部导线上；⑨落雷导致导线烧断；⑩刮风时，障碍物未完全清除，树枝撞到电线。在上述原因中，断线、绝缘子击穿是配电线路单相接地故障的主要原因。

单相接地故障的危害和影响如下：

（1）对变电站设备的危害：发生单相接地故障后，变电站10kV母线上的电压互感器将检测到零序电流，并且在空三角形中将产生零序电压。电压互感器的铁芯饱和，励磁电流增加。长期运行时，电压互感器会烧坏。在单相接地故障后，还会发生谐振过电压，可能会导致谐振过电压几倍于正常电压，这将危及变电站设备的绝缘，在严重的情况下，还会损坏变电站设备的绝缘，造成极大的伤害。

（2）配电设备损坏：单相接地故障后，可能会出现间歇性电弧接地，从而导致谐振过电压。过电压将进一步导致线路上绝缘子的绝缘击穿，并导致严重的短路事故。同时，一些配电变压器可能会烧坏。

（3）对人类和动物的危害：在单相接地故障（例如接地线）中，如果不停止接地的配电线，则行人和巡逻人员（尤其是在夜间）会导致触电和死亡，以及电击和牲畜死亡。

（4）对线损的影响：当发生单相接地故障时，配电线路的接地相将直接或间接将大地放电，从而导致大量的功率损耗。如果按照规定使用一定时间（不超过2小时），将会导致大量的电能损耗。

目前对单相接地故障的检测，仍然没有行之有效的设备。依靠现阶段的人工巡线存在极大的安全隐患并且也已远远不能满足当今配网运检故障排查的需求。随着国家电网对智能电网的大力推广，电网的快速自愈功能极为重要，而快速自愈的前提便是快速故障定位，而接地故障定位尤其是高阻接地故障定位技术是其中的研究重点。

发明内容

基于上述，本发明提供一种基于无人机的配电网架空线路故障定位系统，利用无人机搭载配电网接地故障仪对架空线路故障进行快速检测定位，以克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：一种基于无人机的配电网架空线路故障定位系统，其中，所述系统包括：

无人机；

配电网接地故障仪，包括：

一信号发生器；

一信号探测器，设置于所述无人机上；

机载通信单元，设置于所述无人机上，并且，所述无人机和所述信号探测器均与所述机载通信单元电气连接；

远程监控终端，与所述机载通信单元通信连接；

其中，工作状态下，由所述信号发生器向故障线路注入特征交流信号，由所述无人机携带所述信号探测器在配电网架空线路上感应所述特征交流信号，并将感应信息通过所述机载通信单元发送给所述远程监控终端。

在其中一个例子中，所述信号探测器安装在电磁屏蔽板内，所述电磁屏蔽板设置在所述无人机上。

在其中一个例子中，所述信号探测器包括感应线圈、信号调理电路、A/D转换电路、微处理器和信号传输单元；

其中，所述感应线圈与所述信号调理电路电气连接，所述信号调理电路与所述A/D转换电路，所述A/D转换电路与所述微处理器电气连接，所述微处理器与所述信号传输单元电气连接，所述信号传输单元与所述机载通信单元连接。

在其中一个例子中，所述信号调理电路包括依次连接的放大电路、滤波电路和峰值检测器；

其中，所述放大电路用于放大电磁信号，所述滤波电路用于滤除干扰信号，所述峰值检测器用于实现电磁信号的脉冲峰值保持。

在其中一个例子中，所述远程终端为电脑或智能手机。

在其中一个例子中，所述系统还包括：

巡检位置检测装置，包括：

一光发射器，设置于所述无人机上；

一光检测器，设置于所述无人机上；

一位置判断器，分别与所述光发射器和所述光检测器电连接；

其中，随着所述无人机本体沿配电网架空线路的飞行，在所述光检测器接收到所述光发射器发出并被电网架空线路反射回来的信号处于预定阈值时，所述位置判断器判定所述无人机与待测电缆处于稳定可检状态，并由所述信号探测器感应所述特征交流信号。

在其中一个例子中，所述位置判断器与所述信号探测器电气连接；在所述位置判断器判定所述无人机与电网架空线路处于稳定可检状态时，所述位置判断器发送信号给所述信号探测器，由所述信号探测器启动检测。

本发明还提供一种所述基于无人机的配电网架空线路故障定位系统的定位方法，其中，所述定位方法包括：

控制所述信号发生器向已经停运的故障线路故障相注入一定特征交流信号，在信号发生器与故障点之间形成故障回路，并保持一段时间；

控制所述无人机沿故障线路飞行，由所述信号探测器追踪感应所述特征交流信号，并确定故障点位置。

本发明的有益效果是：配电网接地故障仪搭载无人机的实际应用过程中为接地故障巡查提供了解决方案，将极大的丰富配电运维人员的故障检测手段，提高配电运维中心的技术储备水平；可以在故障发生后帮助运行人员迅速准确定位故障点，快速隔离、快速排除故障，恢复正常供电，大大提高供电可靠性，同时大大减少故障巡线人员的劳动强度，避免了一些潜在的安全隐患，提高了故障巡查效率、节省了可观的运检成本。全面提升了配网运行管理水平，更具有很大的推广价值。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种故障检测无人机的结构示意图；

图2为系统结构示意图；

图3为巡查定位事宜原理图；

附图标记说明：

1无人机， 2信号探测器，3光发射器，4光检测器，5电磁屏蔽板。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图3，本发明实施例一种基于无人机的配电网架空线路故障定位系统，该系统包括无人机1、配电网接地故障仪、机载通信单元和远程监控终端。

无人机1，主要用来装载配电网接地故障仪和机载通信单元，并带动以上部件飞行，其可通过地面控制系统对无人机1本体的飞行姿态、轨迹等进行控制。无人机1本体可以是共轴多旋翼无人机。

配电网接地故障仪，主要用于对配电网架空线路进行检测。配电网接地故障仪，包括信号发生器和信号探测器2，信号发生器用于向配电网架空线路注入特征交流信号，而信号发生器安装在无人机1上，用于感应特征交流信号。

机载通信单元，主要用于通信。机载通信单元安装在无人机1上，并且，无人机1和信号探测器2均与机载通信单元电气连接。

远程监控终端，与机载通信单元通信连接，用于接收机载通信单元传输过来的探测信号。远程终端可以为联网的电脑或智能手机。

远程监控终端可以将控制命令数据发送给机载通信单元，由机载通信单元将数据发送给信号探测器2，进而实现对信号探测器2的控制，例如开始、停止等命令，开始指的是该信号探测器2开始探测，而停止指的是该信号探测器2停止探测，如此可以从远程监控终端处实现对信号探测器2的简单控制。

工作状态下，由信号发生器向故障线路注入特征交流信号，由无人机1携带信号探测器2在配电网架空线路上感应特征交流信号，并将感应信息通过机载通信单元发送给远程监控终端。在本实施例中，信号发生器注入的信号为60HZ交流信号，输出电压范围为0---3000V，输出电流为100mA。

进一步的，信号探测器2安装在电磁屏蔽板5上，电磁屏蔽板5设置在无人机1上。电磁屏蔽板5可有效屏蔽无人机1及周边环境的电磁干扰、噪声干扰，实现对小信号的准确检测。

进一步的，信号探测器2包括感应线圈、信号调理电路、A/D转换电路、微处理器和信号传输单元；其中，感应线圈与信号调理电路电气连接，信号调理电路与A/D转换电路，A/D转换电路与微处理器电气连接，微处理器与信号传输单元电气连接，信号传输单元与机载通信单元连接。信号调理电路包括依次连接的放大电路、滤波电路和峰值检测器；其中，放大电路用于放大电磁信号，滤波电路用于滤除干扰信号，峰值检测器用于实现电磁信号的脉冲峰值保持。本实施例中，滤波电路为窄带滤波电路，用于对放大后的信号实现中心频率滤波。

巡检位置检测装置，主要用于判断无人机1与配电网架空线路的位置是否处于稳定可检状态。位置检测装置包括光发射器3、光检测器4和位置判断器，光发射器3和光检测器4均安装在无人机1上，并且，位置判断器分别与光发射器3和光检测器4电连接。工作状态下，随着无人机1沿配电网架空线路的飞行，在光检测器4接收到光发射器3发出并被待测电缆反射回来的信号处于预定阈值时，位置判断器判定无人机1本体与配电网架空线路处于稳定可检状态，并由信号探测器2感测待测电缆的特征交流信号。

具体而言，在工作过程中，控制无人机1飞行于架空线路正上方，并且沿电缆延伸方向飞行，光发射器3发出光，发出的光经待测电缆反射后被光检测器4接收，如果光检测器4接收到的光能量与光发射器3发出的光能量比例比值在设定阈值范围内，则飞行位置判断器判断无人机1的飞行状态稳定，适合进行检测工作；可以理解的是，设定阈值可根据各个器件参数进行预先标定，本领域技术人员可由光发射器3的光功率、光束束腰半径、光发射器3、电缆距离和电缆反射率确定设定阈值。飞行位置判断器可以为比较电路、单片机、处理器等，主要用于判断光检测器4所检测到的光能量和光发射器3所发出的光能量的比例比值，例如预先设定两个光能量的比值的阈值范围为2:1 - 2:1.2之间，即探测到的两者光能量比值处于该范围内，均表示飞行状态稳定，即为稳定可检状态。若飞行位置判断器判断无人机1的飞行状态稳定适合进行检测工作，则检测装置进入感测工作状态。

进一步的，位置判断器与信号探测器2电气连接；在位置判断器判定无人机1与电网架空线路处于稳定可检状态时，位置判断器发送信号给信号探测器2，由信号探测器2启动检测。

具体而言，信号探测器2的检测与否由位置判断器进行控制。当位置判断器判定无人机1处于稳定可检状态时，则位置判断器发送信号给信号探测器2后，信号探测器2再启动检测。当位置判断器判定无人机1处于非稳定可检状态时，即此时无人机1的飞行状态不稳定不适合进行检测工作，则位置判断器发送信号给信号探测器2后，信号探测器2停止检测工作。该种结构将信号探测器2与位置判断器关联起来，能够避免探头的感应信号出错或不稳定对故障判断造成影响。

本发明实施例一种基于无人机的配电网架空线路故障定位系统的定位方法，包括：控制信号发生器向已经停运的故障线路故障相注入一定特征交流信号，在信号发生器与故障点之间形成故障回路，并保持一段时间；控制无人机1沿故障线路飞行，由信号探测器2追踪感应特征交流信号，并确定故障点位置。

具体的，本系统工作时，信号发生器向已经停运的故障线路故障相注入一定特征交流信号，在信号发生器与故障点之间形成故障回路，并保持一段时间，机载信号探测器2沿故障线路上方采用二分法原则沿故障线路选点检测追踪这个信号电流，直到达到最终定位故障点为目的。机载信号探测器2对接收到的各种信号和信息进行感应，以此为依据就可以准确定位接地故障点。整个故障定位过程非常简单，只需一名飞手操控无人机1对故障线路进行选点检测，按二分法原则根据线路实际情况决定无人机1是否选点悬停，并进行检测，将检测数据传回地面，操控人员根据数据分析结果，来判断故障点方向决定飞行巡检路径，最终定位接地故障点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种基于无人机的配电网架空线路故障定位系统，其中，所述系统包括：

无人机(1)；

配电网接地故障仪，包括：

一信号发生器；

一信号探测器(2)，设置于所述无人机(1)上；

机载通信单元，设置于所述无人机(1)上，并且，所述无人机(1)和所述信号探测器(2)均与所述机载通信单元电气连接；

远程监控终端，与所述机载通信单元通信连接；

其中，工作状态下，由所述信号发生器向故障线路注入特征交流信号，由所述无人机(1)携带所述信号探测器(2)在配电网架空线路上感应所述特征交流信号，并将感应信息通过所述机载通信单元发送给所述远程监控终端。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的配电网架空线路故障定位系统，其中，所述信号探测器(2)安装在电磁屏蔽板(5)上，所述电磁屏蔽板(5)设置在所述无人机(1)上。

3.根据权利要求1所述的基于无人机的配电网架空线路故障定位系统，其中，所述信号探测器(2)包括感应线圈、信号调理电路、A/D转换电路、微处理器和信号传输单元；

其中，所述感应线圈与所述信号调理电路电气连接，所述信号调理电路与所述A/D转换电路，所述A/D转换电路与所述微处理器电气连接，所述微处理器与所述信号传输单元电气连接，所述信号传输单元与所述机载通信单元连接。

4.根据权利要求3所述的基于无人机的配电网架空线路故障定位系统，其中，所述信号调理电路包括依次连接的放大电路、滤波电路和峰值检测器；

其中，所述放大电路用于放大电磁信号，所述滤波电路用于滤除干扰信号，所述峰值检测器用于实现电磁信号的脉冲峰值保持。

5.根据权利要求1所述的基于无人机的配电网架空线路故障定位系统，其中，所述远程终端为电脑或智能手机。

6.根据权利要求1所述的基于无人机的配电网架空线路故障定位系统，其中，所述系统还包括：

巡检位置检测装置，包括：

一光发射器(3)，设置于所述无人机(1)上；

一光检测器(4)，设置于所述无人机(1)上；

一位置判断器，分别与所述光发射器(3)和所述光检测器(4)电连接；

其中，随着所述无人机(1)本体沿配电网架空线路的飞行，在所述光检测器(4)接收到所述光发射器(3)发出并被电网架空线路反射回来的信号处于预定阈值时，所述位置判断器判定所述无人机(1)与待测电缆处于稳定可检状态，并由所述信号探测器(2)感应所述特征交流信号。

7.根据权利要求6所述的基于无人机的配电网架空线路故障定位系统，其中，所述位置判断器与所述信号探测器(2)电气连接；在所述位置判断器判定所述无人机(1)与电网架空线路处于稳定可检状态时，所述位置判断器发送信号给所述信号探测器(2)，由所述信号探测器(2)启动检测。

8.如权利要求1至7任一项所述基于无人机的配电网架空线路故障定位系统的定位方法，其中，所述定位方法包括：

控制所述信号发生器向已经停运的故障线路故障相注入一定特征交流信号，在信号发生器与故障点之间形成故障回路，并保持一段时间；

控制所述无人机(1)沿故障线路飞行，由所述信号探测器(2)追踪感应所述特征交流信号，并确定故障点位置。

Images