CN113484695A - 一种输电线路故障定位方法、记录媒体及数据处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于电工检测技术领域，公开了一种输电线路故障定位方法，包括：分别将两个磁场传感器和两个同步脉冲发生器安装于输电线路的首末端接地线上；首端的同步脉冲发生器向末端发射同步脉冲，末端的磁场传感器感知到该同步脉冲后，末端的同步脉冲发生器向首端发送相同的脉冲；分别记录首末端同步脉冲发出及收到的时间点，计算该段输电线路传递一次同步脉冲所经历的时间t_c；计算首末端磁场传感器接收到接地线上电流畸变形成的电磁场突变信号的时间差t_o；用t_o、t_c及已知的线路长度来表征故障点的位置。本发明还提供了存储有输电线路故障定位程序的一种非暂态可读记录媒体及包含该媒体的装置，通过处理电路可以调用该程序来执行前述方法，适于解决隐蔽线路故障点定位问题。

Description

一种输电线路故障定位方法、记录媒体及数据处理装置

技术领域

本发明属于电工检测技术领域，具体公开了一种输电线路故障定位方法、非暂态可读记录媒体及数据处理装置。

背景技术

城市综合管廊在城市地下建造的市政公用隧道空间，将电力、通信、供水等市政公用管线，根据规划的要求集中敷设在一个构筑物内，实施统一规划、设计、施工和管理。彻底改变以往各个管道各自建设、各自管理的零乱局面。管线需要维修时不用开挖道路，维修人员和工程车只需要从检修通道进入地下管廊就可施工，既不影响路面交通，又能减少反复开挖导致的浪费，同时还有利于节约集约用地，减少路面井盖设施，降低管线维护成本，延长管线使用寿命。

地下输电线路是城市综合综合管廊电力仓内的输电主体，主要包括电力电缆、GIL等。电力综合管廊设备的运行可靠性直接关系到电网的本质安全。由于敷设于地下的特殊敷设方式，其状态可观性较差，内部隐患难以被及时发现和排查，尤其是地下通信信号受到制约，故障定位精度受到严重制约。目前，供电企业多采取被动防护的措施解决地下输电线路隐患问题，如安装防水、防火/防爆封堵等、极端情况下还需要人员蹲守看护，缺乏源头性、系统性的针对电力综合管廊设备本体安全的技术解决手段。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供一种输电线路故障定位方法、非暂态可读记录媒体及数据处理装置，能够方便快捷的对地下管网进行故障监测和定位。

一方面本发明提供了一种输电线路故障定位方法，包括以下步骤：

S1，分别将两个磁场传感器和两个同步脉冲发生器安装于输电线路的首末端接地装置上；

S2，首端的同步脉冲发生器向末端发射同步脉冲，末端的磁场传感器感知到该同步脉冲后，末端的同步脉冲发生器向首端发送相同的脉冲；分别测量所述同步脉冲在输电线路首、末端发出及收到的时间点，计算该段输电线路传递一次同步脉冲所经历的时间t_c；

S3，测量首、末端磁场传感器接收到接地线上同一电流畸变触发的电磁场突变信号的时间点，并计算两时间点差值t_o；

S4，用t_o、t_c及已知的线路长度来表征故障点的位置。

为了更好的匹配不同的输电线路介质和长度，优选的，S1步骤中包括定制所述同步脉冲的步骤。

进一步的，所述定制同步脉冲的步骤包括定制每分钟发出所述同步脉冲的个数、脉冲宽度和周期。

为了减少“零点漂移”带来的测量误差，优选的，在S2和S3步骤中测量后插入使磁场传感器归零的步骤，计算前插入零点校正的步骤。

优选的，所述步骤S4中计算步骤为先获取待测的输电线路长度L_c，再用(t_o/t_c+1)/2的值乘以所述L_c,即得到故障点距所述输电线路首端的距离L_j。

这种将时间比转化为路程比的方法简单易用，在与上位机通讯遇到障碍时，现场工程技术人员可以自行估算出故障的大致位置。

优选的，所述步骤S3中将接收到的电磁场突变信号模/数转换为计算机可识别与存储的数字信号，并将该信号上传给上位机处理。

这样，上位计算机可以录入该故障数据，更方便与历史数据进行对比、分析，快速作出故障排除预案，也方便上位机不断接收新的案例进行自我学习，更新自身信息库。

本发明的另一方案在于提供一种非暂态可读记录媒体，用以存储包含多个指令的一个或多个程序，当执行指令时，将致使处理电路执行所述一种输电线路故障定位方法之S1-S4步骤。

本发明的又一方案在于提供一种数据处理装置，包括含有磁场传感器和同步脉冲发生器的处理电路及与其电性耦接的存储器，其特征在于，所述存储器配置储存至少一程序，所述程序包含多个指令，所述处理电路运行所述程序，能执行所述一种输电线路故障定位方法之S1-S4步骤。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

本发明中地下输电线路接地电流监测及故障定位方法和对应的装置采用同步脉冲发生器进行系统同步，将时间参数转换为距离参数，解决了地下管廊内GPS无法定位的问题；

本发明采用磁场检测元件，建立了防止零点漂移电路，提高了地下输电线路运行状态的检测分辨力及准确预测评估能力，此外装置具有信号存储模块，实现了测量数据就地缓存、分析和选择性上传，减少了服务器的数据冗余，该方法或对应装置的应用可显著降低地下输电线路维护技术门槛，从而使维护人员可以提前做好维护工作，减少故障带来的损失。

附图说明

图1为本发明实施例中输电线路故障定位方法的信息传输示意图；

图2是本发明实施例中磁场传感器结构示意图；

图3是本发明实施例中非暂态可读记录媒体及数据处理装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创新劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1～3所示，本发明所述的一种地下输电线路的接地电流监测及故障定位系统，包括：

电源，用于提供系统工作所需电压。

电源可通过互感器取自地下输电线路本体，也可为市电或电池等。

磁场传感器，用于检测地下输电线路接地电流。磁场传感器包括磁场检测芯片、聚磁环、退磁线圈、屏蔽壳、引出线及固定元件。磁场检测芯片可为巨磁电阻效应(GMR)、隧道磁阻效应(TMR)的芯片，安装于聚磁环空气隙处，退磁线圈为铜线，缠绕于聚磁环外部，屏蔽壳为坡莫合金与铜的双层结构。典型地，坡莫合金厚度0.2～1mm，铜的厚度为1～5mm。磁场传感器检测信号为地下输电线路接地电流，输出的信号为电压信号。

同步脉冲发生器，用于故障定位提供同步时间基准。安装于需定位的地下输电线路区段的两端。脉冲发生器发出的脉冲具有可定制的特点，典型地，可为单个脉冲或具有振荡衰减特性的脉冲波。典型地，为实现系统实时同步，每分钟同步脉冲发生器发出的脉冲次数不少于100次，脉冲宽度为纳秒级，脉冲时间间隔为1/10～1/5脉冲宽度。

可将磁场传感器与同步脉冲发生器一体化，便于现场安装。

信号处理电路模块，用于接收磁场传感器及同步脉冲发生器的信号，同时为磁场传感器及同步脉冲发生器提供工作所需电压，对磁场传感器测量信号进行调理、滤波、放大处理，并对磁环进行退磁。

由于磁场传感器容易受外界温度、测试时间的干扰，产生零点漂移，因此本发明设计的信号处理模块包含零点校正电路。校正电路由可变电阻、固定电阻及运算放大器构成。可变电阻与测试温度或测试时间具有高度的相关性，典型地为线性相关。其中可变电阻接入运算放大器的输入端，固定电阻跨接运算放大器输入与输出端，运算放大器输出的电压即为温度补偿后的电压，可为磁场传感器的磁场检测芯片提供工作电压。

AD采样模块，用于接收信号处理电路模块输出的模态检测信号、并将信号进行A/D转换，输出数字信号。

信号缓存模块，用于将AD采样模块的数字信号进行缓存，缓存数据量大于512MB，至少保证3个月的监测数据就地存储和查询。信号缓存模块包含数据比较单元，当监测数据变化量大于等于预设值时，立刻通过通信模块向服务器发送本次监测数据信息，当监测数据变化量小于预设值时，按照预设发送时间间隔(如1小时)发送该间隔时间内的监测数据最大值或平均值。

通信模块，用于将监测数据传送到数据分析载体。典型地可采用4G、5G或电力专网通信。

服务器，用于汇集接地电流监测数据，并进行存储。

数据处理终端，用于提取服务器内接地电流监测数据，获得接地电流或故障位置相关参数。相关参数至少包括：接地电流幅值、监测时间和故障位置、故障时间。

以一条具有首末两端的地下输电线路为例，本发明实施例工作时，对地下输电线路的接地电流监测及故障定位装置工作方法包括：

将地下输电线路的磁场传感器1、2和同步脉冲发生器1、2分别安装于首末端接地线上；

电源1、2开始供电，为信号处理模块1、2供电，装置开始工作；

地下输电线路首末两端安装的同步脉冲发生器，由首端向末端发射同步脉冲，经过地下输电线路的传输时间，末端的磁场传感器测量到该同步脉冲后，经过一定时间间隔后，向首端发送相同的脉冲，被首端的磁场传感器测量到。

地下输电线路首末两端安装的同步脉冲发生器，由首端向末端发射同步脉冲，经过地下输电线路的传输时间t_c，末端的磁场传感器感知到该同步脉冲后，经过一定时间间隔t_w后，向首端发送相同的脉冲，被首端的磁场传感器测量到。首端检测到两个脉冲的时间差为t_s，因此电缆传播时间t_c＝(t_s-t_w)/2。

在故障定位测量过程中，测量首、末端磁场传感器接收到接地线上同一电流畸变触发的电磁场突变信号的时间点，并计算两时间点差值to；从系统中调出该段线路长度L_c，故障位置位置L_j可由下式确定：

L_j＝L_c(t_o/t_c+1)/2

接地电流流过首端接地线与末端接地线，磁场传感器1与磁场传感器2测量到接地电流引起的磁场突增，并被转换成电压信号；

磁场传感器输出电压信号通过信号处理电路模块的调理、滤波及放大后，得到电压模拟信号输出；

AD采样模块将电压模拟信号转换为数字信号，并进入信号缓存模块缓存、比较；

信号处理电路模块对磁场传感器的退磁线圈施加反向电流信号，使磁场传感器归零；

磁场传感器再次测量，重复上述步骤；

监测数据通过通信模块汇集到服务器存储，由数据处理终端进行信号特征提取、分析与展示，展示信息包括接地电流幅值、监测时间和故障位置、故障时间。

本领域技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算设备可读存储介质中，该程序在执行时，运行包括上述方法实施例的步骤。

通过以上实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可通过软件编程加上通用计算机硬件设备方式来实现，也可以全部通过硬件实现。基于该理解，上述技术方案对现有技术贡献的内容可以通过软件产品的形式实现，改软件产品可以存储在计算设备可读介质中，例如硬盘、光盘等，包含若干指令用来让一台计算设备执行实施例或其中部分方法。

最后应说明的是：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，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (8)

1.一种输电线路故障定位方法，其特征在于包括以下步骤：

S1，分别将两个磁场传感器和两个同步脉冲发生器安装于输电线路的首末端接地装置上；

S2，首端的同步脉冲发生器向末端发射同步脉冲，末端的磁场传感器感知到该同步脉冲后，末端的同步脉冲发生器向首端发送相同的脉冲；分别测量所述同步脉冲在输电线路首、末端发出及收到的时间点，计算该段输电线路传递一次同步脉冲所经历的时间t_c；

S3，测量首、末端磁场传感器接收到接地线上同一电流畸变触发的电磁场突变信号的时间点，并计算两时间点差值t_o；

S4，用所述t_o、t_c及已知的线路长度来表征故障点的位置。

2.根据权利要求1所述的一种输电线路故障定位方法，其特征在于，S1步骤中包括定制所述同步脉冲的步骤。

3.根据权利要求2所述的一种输电线路故障定位方法，其特征在于，所述定制所述同步脉冲的步骤具体包括定制每分钟发出所述同步脉冲的个数、脉冲宽度和周期。

4.根据权利要求1所述的一种输电线路故障定位方法，其特征在于，在S2和S3步骤中测量后插入使磁场传感器归零的步骤；计算前插入零点校正的步骤。

5.根据权利要求1所述的一种输电线路故障定位方法，其特征在于，所述步骤S4中计算步骤为先获取待测的输电线路长度L_c，再用(t_o/t_c+1)/2的值乘以所述L_c,即得到故障点距所述输电线路首端的距离L_j。

6.根据权利要求1所述的一种输电线路故障定位方法，其特征在于，所述步骤S3中将接收到的电磁场突变信号模/数转换为计算机可识别与存储的数字信号，并将该信号上传给上位机处理。

7.一种非暂态可读记录媒体，用以存储包含多个指令的一个或多个程序，其特征在于，所述程序包括权利要求1-6中任一项所述的一种输电线路故障定位方法中所包含的步骤。

8.一种数据处理装置，包括含有磁场传感器和同步脉冲发生器的处理电路及与其电性耦接的存储器，其特征在于，所述存储器配置储存至少一程序，所述程序包含多个指令，所述处理电路运行所述程序，能执行权利要求1-6中任一项所述的一种电磁能系统业务时序数据压缩方法。

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