CN112611939B - 地下电缆线路的故障定位系统和方法 - Google Patents

地下电缆线路的故障定位系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种地下电缆线路的故障定位系统和方法，所述系统包括：沿地下电缆线路布设的二次电器设备；设置于地下电缆线路端处的传感器，用于实时采集高频暂态行波、工频电流信号；与所述传感器相连的监测终端，用于将所述传感器采集的信号进行发送；系统主站，用于接收到监测终端发送的信号的数据后，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；根据计算的距离，以及预先存储的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。应用本发明可以便于运维检修人员快速查找到地下电缆线路的故障点位置，出现故障后可以及时进行维修，提高了供电可靠性。

Description

地下电缆线路的故障定位系统和方法
技术领域
本发明涉及电网故障监测技术领域，特别是指一种地下电缆线路的故障定位系统和方法。
背景技术
行波测距技术广泛应用于电力电缆线路故障在线监测及精准定位场景，其利用线路发生故障时所产生的高频暂态行波信号沿着线路沿线传播。通过电力线路一端或两端加装行波监测装置，实时监测高频暂态行波信号，通过行波达到行波监测装置的时间和行波在电缆线路中传播的速度计算出故障点位置。此时，计算出的位置为故障点到行波监测装置的距离。
城网电缆线路接线方式错综复杂、环网柜进出线数量较多，对供电可靠性的要求极高，一旦配电线路发生故障，需要快速准确的找到故障点位置从而对其进行检修，恢复供电。但是，通过现有行波测距技术及装置分辨率为数百米，运维检修人员很难查找到故障点发生准确位置；现有设备主要用于高压线路，成本较高，因此需要以行波监测装置作为起始点，对环网柜、开闭所、分支箱等出线进行监测，快速、准确找到故障点位置。
目前，对于城网的地下电缆线路小电流接地、电缆绝缘状态分析等相关技术还不够成熟，导致配电线路故障后停电时间长，人工查找费时费力，运检任务越来越繁重，大大降低了供电可靠性。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种地下电缆线路的故障定位系统和方法，可以便于运维检修人员快速查找到地下电缆线路的故障点位置，出现故障后可以及时进行维修，提高了供电可靠性。
基于上述目的，本发明提供一种地下电缆线路的故障定位系统，包括：
沿地下电缆线路布设的二次电器设备；
设置于所述地下电缆线路端处的传感器，用于实时采集地下电缆线路的高频暂态行波电流信号和工频电流信号；
与所述传感器相连的监测终端，用于获取所述传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号后，将获取的信号的数据进行发送；
系统主站，用于接收到所述监测终端发送的传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据后，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出与所述故障点相邻的两个二次电器设备；将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。
其中，所述沿地下电缆线路布设的二次电器设备具体包括：环网开关柜、开闭所，或分支箱。
其中，所述地下电缆线路具体为单芯电缆线路；以及
所述地下电缆线路端处的传感器具体包括两个，分别布设于所述单芯电缆线路的两端。
或者，所述地下电缆线路具体为三芯电缆线路；以及
所述地下电缆线路端处的传感器具体包括4个，其中，一个布设于所述三芯电缆线路的首端，其余三个分别布设于所述三芯电缆线路尾端的三个电芯线上。
本发明还提供一种地下电缆线路的故障定位方法，包括：
接收到监测终端发送的传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据后，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；其中，所述传感器设置于地下电缆线路端处；
根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出与所述故障点相邻的两个二次电器设备；
将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。
较佳地，所述根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出所述故障点相邻的两个二次电器设备，具体包括：
确定各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度中，小于所述距离的最大电缆线路长度、以及大于所述距离的最小电缆线路长度；
将确定的电缆线路长度所对应的二次电器设备，确定为所述故障点相邻的两个二次电器设备。
本发明还提供一种系统主站，包括：
监测终端通信模块，用于与所述监测终端通信，接收所述监测终端发送的由所述传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据；
故障距离计算模块，用于根据接收的所述传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；
故障排查线路确定模块，用于根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出与所述故障点相邻的两个二次电器设备；将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。
本发明的技术方案的地下电缆线路的故障定位系统中，包括沿地下电缆线路布设的二次电器设备；设置于所述地下电缆线路端处的传感器，用于实时采集地下电缆线路的高频暂态行波电流信号和工频电流信号；与所述传感器相连的监测终端，用于获取所述传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号后，将获取的信号的数据进行发送；系统主站，用于接收到所述监测终端发送的传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据后，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出与所述故障点相邻的两个二次电器设备；将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。这样，运维检修人员可以仅对两个二次电器设备之间的故障点排查线路进行故障排查，大大便利了运维检修人员快速查找到地下电缆线路的故障点位置，出现故障后可以及时进行维修，提高了供电可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种地下电缆线路的故障定位系统的架构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种地下电缆线路的故障定位方法流程图；
图3为本发明实施例提供的故障点距离计算方法原理示意图；
图4为本发明实施例提供的一种系统主站的功能模块框图；
图5为本发明实施例提供的监测终端的一种电子设备硬件结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。
本发明实施例提供的一种地下电缆线路的故障定位系统，架构如图1所示，包括：设置于地下电缆线路103端处的传感器105、与传感器105相连的监测终端104，以及沿地下电缆线路103布设的二次电器设备(图中未标)，以及与监测终端104通信的系统主站102。
整个系统架构设计结合现场复杂工况条件及系统软硬件设计需求，采用分布安装、集中监测的方式，监测终端104安装于电缆沟(或引线外置)中，通过网线经交换机(或者通过4G网络)将采集到的行波数据传输至系统主站102，系统主站102可对数据进行分析、存储。供电公司可通过专有网络访问系统主站102，实时监控调阅行波数据。
具体地，沿地下电缆线路布设的二次电器设备具体可以包括：环网开关柜、开闭所，或分支箱。
传感器105为特制电流传感器依据电磁感应原理研制，能够采集单芯/三芯电缆线路接地线和芯线上的高频暂态行波电流信号和工频电流信号，采用超低损耗的微波电缆将采集到的电流信号传输至监测终端104的信号采集板卡。
监测终端104由采集板卡和控制板卡组成，主要功能是获取传感器105采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号；并暂存采集到的信号数据，将信号数据上传至系统主站102。监测终端104采用防水结构设计，适应复杂、恶劣的现场运行环境，可视现场环境分布安装或者集中安装。
系统主站102接收到所述监测终端104发送的传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据后，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出与所述故障点相邻的两个二次电器设备；将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。
这样，运维检修人员可以仅对两个二次电器设备之间的故障点排查线路进行故障排查，大大便利了运维检修人员快速查找到地下电缆线路的故障点位置，出现故障后可以及时进行维修，提高了供电可靠性。
上述的地下电缆线路103，如图1所示，可以是单芯电缆线路；以及设置于地下电缆线路103端处的传感器具体可以包括两个，分别布设于所述单芯电缆线路的两端；
或者，地下电缆线路103可以是三芯电缆线路；以及设置于地下电缆线路103端处的传感器具体可以包括4个，其中，一个布设于所述三芯电缆线路的首端，其余三个分别布设于所述三芯电缆线路尾端的三个电芯线上。
在地下电缆线路的故障定位系统中，系统主站102对地下电缆线路的故障定位的具体方法流程如图2所示，包括如下步骤：
步骤S201：系统主站102接收到监测终端发送的传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据后，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离。
具体地，在如图3所示的地下电缆线路中，M、N分别为该地下电缆线路两端，该地下电缆线路的长度为L，当电缆线路上发生故障时(F点发生故障)，产生故障高频暂态行波，暂态行波信号将以速度v(为已知量，在电缆中行波的传输速度)从F点向电缆线路两端传播，同时在两端及故障点发生折射和透射；
M端和N端安装的传感器可以实时监测故障时的暂态行波信号，并将监测的信号发送给监测终端104进行故障录波，并由监测终端104将监测的信号的数据发送给系统主站102；设系统主站102根据接收的信号的数据确定出M端采集到的初始行波时间为TM，N端采集到的初始行波时间为TN，则可利用如下速度、时间和距离公式计算出故障点距离：
Figure BDA0002821475290000071
其中，DMF、表示故障点与M端的传感器之间的电缆线路长度，DNF表示故障点与N端的传感器之间的电缆线路长度。
步骤S202：系统主站102根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出两个二次电器设备之间的故障点排查线路。
本步骤中，系统主站102根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与所述传感器之间的电缆线路长度，确定出所述故障点相邻的两个二次电器设备：确定各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度中，小于所述距离的最大电缆线路长度、以及大于所述距离的最小电缆线路长度；将确定的电缆线路长度所对应的二次电器设备，确定为所述故障点相邻的两个二次电器设备；进而，系统主站102将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。
这样，运维检修人员可以仅对两个二次电器设备之间的故障点排查线路进行故障排查，大大便利了运维检修人员快速查找到地下电缆线路的故障点位置，出现故障后可以及时进行维修，提高了供电可靠性。
基于上述的地下电缆线路的故障定位的方法，系统主站102的一种功能模块框图，如图4所示，包括如下模块：监测终端通信模块401、故障距离计算模块402、故障排查线路确定模块403。
监测终端通信模块401用于与所述监测终端通信，接收所述监测终端发送的由所述传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据；
故障距离计算模块402用于根据接收的所述传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；
故障排查线路确定模块403用于根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出与所述故障点相邻的两个二次电器设备；将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。
其中，故障排查线路确定模块403具体可以包括：故障点相邻设备确定单元411、排查线路确定单元412。
故障点相邻设备确定单元411确定各二次电器设备与所述传感器之间的电缆线路长度中，小于所述距离的最大电缆线路长度、以及大于所述距离的最小电缆线路长度；将确定的电缆线路长度所对应的二次电器设备，确定为所述故障点相邻的两个二次电器设备；
排查线路确定单元412将确定的两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。
图5示出了本实施例所提供的一种监测终端作为电子设备的硬件结构示意图，该设备可以包括：信号保护板、信号采集处理模块、北斗(或GPS)授时模块、通信模块、电源模块及电源管理模块等部分构成。
监测终端通过专门研制的电流传感器获取电缆线路的高频暂态行波电流信号和工频信号，并通过通信模块上传到系统主站。
监测终端的主要功能包括如下：1)高频暂态行波电流信号采集；2)故障(行波)录波；3)远程通信；4)北斗授时；5)可配置后备电源。
监测终端的主要技术指标包括：1)采样频率：0～50MHz；2)低速采样频率：2kHz；3)高低频监测：8路；4)故障测距分辨率：<10m；5)故障选线准确率：≥95％；6)北斗授时精度：50ns；7)功耗：≤10W；8)通信接口：4G无线/以太网/光纤；9)供电方式：AC220V/DC40～100V/CT耦合取电/太阳能供电；10)环境温度：-40℃～+70℃；11)电磁兼容：符合电力自动化终端国家标准。
需要说明的是，尽管上述设备仅示出了信号保护板、信号采集处理模块、北斗(或GPS)授时模块、通信模块、电源模块及电源管理模块，但是在具体实施过程中，该设备还可以包括实现正常运行所必需的其他组件。此外，本领域的技术人员可以理解的是，上述设备中也可以仅包含实现本说明书实施例方案所必需的组件，而不必包含图中所示的全部组件。
本发明的技术方案的地下电缆线路的故障定位系统中，包括沿地下电缆线路布设的二次电器设备；设置于所述地下电缆线路端处的传感器，用于实时采集地下电缆线路的高频暂态行波电流信号和工频电流信号；与所述传感器相连的监测终端，用于获取所述传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号后，将获取的信号的数据进行发送；系统主站，用于接收到所述监测终端发送的传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据后，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出与所述故障点相邻的两个二次电器设备；将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。这样，运维检修人员可以仅对两个二次电器设备之间的故障点排查线路进行故障排查，大大便利了运维检修人员快速查找到地下电缆线路的故障点位置，出现故障后可以及时进行维修，提高了供电可靠性。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、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 (5)

1.一种地下电缆线路的故障定位系统，其特征在于，包括：
沿地下电缆线路布设的二次电器设备；
设置于所述地下电缆线路端处的传感器，用于实时采集地下电缆线路的高频暂态行波电流信号和工频电流信号；
与所述传感器相连的监测终端，所述监测终端由采集板卡和控制板卡组成，用于获取所述传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号后，将获取的信号的数据进行发送；
系统主站，用于接收到所述监测终端发送的传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据后，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出与所述故障点相邻的两个二次电器设备；将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点；
其中，所述沿地下电缆线路布设的二次电器设备具体包括：环网开关柜、开闭所或分支箱；
所述地下电缆线路具体为三芯电缆线路；以及
所述地下电缆线路端处的传感器具体包括4个，其中，一个布设于所述三芯电缆线路的首端，其余三个分别布设于所述三芯电缆线路尾端的三个电芯线上。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统主站包括：
监测终端通信模块，用于与所述监测终端通信，接收所述监测终端发送的由所述传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据；
故障距离计算模块，用于根据接收的所述传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；
故障排查线路确定模块，用于根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出与所述故障点相邻的两个二次电器设备；将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述故障排查线路确定模块，包括：
故障点相邻设备确定单元，确定各二次电器设备与所述传感器之间的电缆线路长度中，小于所述距离的最大电缆线路长度、以及大于所述距离的最小电缆线路长度；将确定的电缆线路长度所对应的二次电器设备，确定为所述故障点相邻的两个二次电器设备；
排查线路确定单元，将确定的两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。
4.一种地下电缆线路的故障定位方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1-3任一项所述的系统执行，所述方法包括：
接收到监测终端发送的传感器采集的高频暂态行波电流信号和工频电流信号的数据后，通过双端行波测距技术，计算出故障点到该传感器的距离；其中，所述传感器设置于地下电缆线路端处；
根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出与所述故障点相邻的两个二次电器设备；
将所述两个二次电器设备之间的电缆线路作为故障点排查线路以定位故障点。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据计算的距离，以及预先存储的所述地下电缆线路沿线的各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度，确定出所述故障点相邻的两个二次电器设备，具体包括：
确定各二次电器设备与该传感器之间的电缆线路长度中，小于所述距离的最大电缆线路长度、以及大于所述距离的最小电缆线路长度；
将确定的电缆线路长度所对应的二次电器设备，确定为所述故障点相邻的两个二次电器设备。
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