CN113759204A - 一种电力线路损耗测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力线路损耗测试装置及方法，包括甲机和至少一个乙机；所述甲机包括第一信号处理模块、故障定位模块、第一电参数采集模块、第一电流传感器、第一电压传感器、语音产生模块、信号发生器和第一通信模块；所述乙机包括第二电参数采集模块、第二信号处理模块、第二电压传感器、第二电流传感器和第二通信模块。本发明考虑了采集电力线路两端电参数是直接测量或经互感器测量的情况；通过甲机和乙机的配合可以完成多段电力线路的线损测试和通信，在电力线路损耗超过规定值后能够进行线路的故障定位。

Description

一种电力线路损耗测试装置及方法

技术领域

本发明涉及线路损耗测试，特别是涉及一种电力线路损耗测试装置及方法。

背景技术

互感器和线路是一个有机整体，互感器为测量电路的首端的电压和输出电能提供了必要的测试标准化条件。

互感器自身或互感器二次输出到电能表的二次低压回路一旦出现问题，会影响计量误差和保护系统。

同样当输送电力的高压线路出现问题，也会导致互感器输出的计量信号异常，最终导致电能计费出现异常值。比如线路如果中间点短路会导致输送给用户的电能减少，但互感器计费端是总的计费，因此又需要考核用户端（线路末端）的互感器输出端的电能值。因此当线路出现故障时，线路的损耗及压降出现异常，会导致线路首端和末端的电能计量值严重偏离正常水平。

目前的互感器误差及线路损耗测试存在以下问题：

（1）测试线路损耗时，从线路两侧的互感器采集信号，然后计算相关功率的差值，却忽略了互感器本身存在的误差。如线路损耗比为7%，但两端的互感器存在2%的负偏差，导致实测线损结果为5%，被误认为线路损耗良好。

（2）当前的线损测试装置还有直接从电能表获取数据计算线路两侧的能量或功率差，这种方式不仅将互感器误差忽略了，还忽略了互感器二次回路，即互感器到电表之间的回路如果出现问题，电表的计数自然存在偏差，这种数据用于计算线路损耗是不准确的。

（3）线损一旦被认为出现了超标，线损的测试装置没有快速诊断故障位置方案。

（4）由于缺乏一种既能测试互感器误差、互感器二次回路、电力线路损耗的一体化装置，造成多个装置使用效率不高，协同性差，数据管理效率低等问题。

因此，需要既能测试互感器的工作误差，又能测试线路的损耗并及时处理线路损耗异常的线路，这样才能确保电力正常输送给终端用户，确保供电方和用电方的双方利益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电力线路损耗测试装置及方法, 考虑了采集电力线路两端电参数是直接测量或经互感器测量的情况；通过甲机和乙机的配合可以完成多段电力线路的线损测试和通信，在电力线路损耗超过规定值后能够进行线路的故障定位。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种电力线路损耗测试装置，包括甲机和至少一个乙机；

所述甲机包括第一信号处理模块、故障定位模块、第一电参数采集模块、第一电流传感器、第一电压传感器、语音产生模块、信号发生器、GPS模块和第一通信模块；所述第一电流传感器和第一电压传感器分别与第一电参数采集模块连接，所述第一电参数采集模块和故障定位模块均与第一信号处理模块连接，所述第一信号处理模块还分别与语音产生模块和信号发生器连接，所述语音产生模块和信号发生器各连接有一个探测模块；所述第一信号处理模块通过第一通信模块与乙机连接；

所述乙机包括第二电参数采集模块、GPS模块、第二信号处理模块、第二电压传感器、第二电流传感器和第二通信模块，所述第二电压传感器和第二电流传感器均与第二电参数采集模块连接，所述第二电参数采集模块与第二信号处理模块连接；所述第二信号处理模块通过第二通讯模块与甲机中的第一通信模块连接。

优选地，所述故障定位模块为时域反射仪、扫频仪、阻抗频谱仪、矢量网络分析仪、频域反射仪中一种或多种的组合；

所述第一信号处理模块和第二信号处理模块均采用微处理器或工控机；

所述第一电参数采集模块和第二电参数采集模块均采用相同的采集结构，所述采集结构包括带微处理器的模数转换器、计量芯片、带微处理器的计量芯片、微处理器和计量芯片组合模块、单相电能表和三相电能表中的一种。

优选地，所述甲机还包括与第一信号处理模块分别连接的第一GPS模块、第一数字温湿度传感器、第一显示器和第一语音播放模块；

所述乙机还包括与第二信号处理模块分别连接的第二GPS模块、第二数字温湿度传感器、第二语音播放模块和第二显示器；

所述信号发生器为单通道或多通道信号源；语音产生模块包括数模转换器和放大器，所述数模转换器的输入端与第一信号处理模块连接，输出端与放大器连接，由放大器对外输出放大后的信号给语音产生模块连接探测模块；

所述语音播放模块包括数模转换器、放大器和语音单元，所述数模转换器的输入端与第一信号处理模块连接，输出端通过放大器与语音单元连接；所述语音单元为MIC耳麦接口或扬声器。

优选地，所述探测模块为耦合CT、线夹或信号探针；

所述第一通信模块和第二通讯模块类型相同，采用RS232、RS485、3G/4G/5G、WIFI、LORA、无线透明串口、蓝牙或以太网模块；

所述第一显示器和第二显示器均采用串口屏、LCD、OLED和TFT屏中的一种。

一种电力线路损耗测试方法，测试过程包括如下两种情况：

测试情况A、直接通过高压测量方式获得线路两侧电参数，或通过互感器测量线路两侧的电参数但互感器误差可忽略；

在测试情况A下，所述测试方法包括以下步骤：

A1、甲机和乙机通过GPS或互联网进行对时；

A2、甲机和乙机分别采集被测量线路首段和末端的电参数；

A3、甲机通过网络接收乙机数据，或乙机通过网络接收甲机数据，或互联网平台接收同一时刻获得的甲机乙机数据的方式，计算甲机和乙机的电参数之差值，通过差值获得线路的损耗；

A4、当A3获得的甲机和乙机电参数之差超过设定值时，通过甲机对线路进行测试和故障定位；

测试情况B、通过互感器测量线路两侧的电参数，且互感器误差不可忽略；

在测试情况B下，所述测试方法包括：

B1、甲机和乙机通过GPS或互联网进行对时；

B2、甲机和乙机分别采集被测量线路首段和末端的电参数；

B3、甲机通过互感器二次电参数和接地电流参数计算互感器的误差或通过历史数据输入互感器误差；

B4、甲机通过网络接收乙机数据，或乙机通过网络接收甲机数据，或互联网平台接收同一时刻获得的甲机乙机数据的方式，计算甲机和乙机的电参数之差值∆W，通过互感器误差对∆W进行修正后获得线路的损耗；

B5、当B4获得的甲机和乙机电参数之差超过设定值时，通过甲机对线路进行测试和故障定位。

其中，计算甲机和乙机电参数差值的过程如下：

甲机采集电力线路的首端电压、电流和功率因数值，计算有功功率，无功功率，有功电能，无功电能, 谐波；

乙机采集电力线路末端的电压、电流和功率因数值，计算有功功率，无功功率，有功电能，无功电能, 谐波；

计算甲机和乙机的有功电能差作为有功能量损耗；计算甲机和乙机的无功电能差作为无功能量损耗，或计算有功功率差作为有功功率损耗，或计算无功功率差作为无功功率损耗，或计算甲机和乙机的电压差作为线路压降；或计算首端和末端的功率因数差作为绝缘介质损耗；或计算首端和末端的谐波量差值作为谐波损耗；

当发现存在电压降或有功功率损耗或无功损耗或有功能量损耗或无功能量损耗或谐波损耗超过设计值或管理值时，认为线路损耗过大；根据线路的不同长度要求不同，从首端到用户端的总线路典型损耗为5-11%，超过则认为线路损耗过大；

当被测电力线路为分支线路的一部分导致通过计算值无法确定是否超过设计值时，估算总长度与被测电力线路长度的倍数关系K，损耗值的K倍超过设计值或管理值时，认为线路损耗过大；典型为的设计值或管理值为5-11%。

当认为线路损耗过大时，对互感器二次回路或电力线路进行故障缺陷定位：线路两侧任意一端没有不可拆卸的并联设备时，具备故障定位测试信号接入条件，采取单端测试法，否则采取双端测试法；

所述单端测试法，即采用单端注入信号实现故障定位，过程如下：

当故障定位模块为时域反射仪或时域反射模块，在被测线路两侧端点的任意一个端点发射脉冲信号，测试反射脉冲信号与反射脉冲信号的时差，基于L= vr×△t/2进行故障定位；

当故障定位模块为矢量网络分析仪或频域反射仪或扫频仪或阻抗频谱仪，将矢量网络分析仪或频域反射仪或扫频仪或阻抗频谱仪从线路两侧任意一个端点发射扫频信号以扫频方式获得反射频谱、阻抗频谱、相位频谱、回波损耗频谱中至少一种，然后对获得的频谱进行傅立叶变换得到时域图谱，然后基于L=vr×△t/2对时域图谱的时域坐标进行变换；观察时域图谱上的突变点为中间接头或故障点；vr为电磁波波速，通常为0.2到0.9被光速，△t为时间差；

所述双端测试法，即采用双端监测注入的波形信号实现故障定位：

通过信号发生器产生的信号注入到线路首端，启动电参数采集模块采集线路首端甲机和末端乙机的波形，分析注入端和末端的波形时差进行故障定位；

所述双端测试法线路注入信号的方式为：当线路停电时且首端有金属件可连接时，直接通过线夹注入电压信号；当线路停电不具备金属连接件直接注入信号，或线路带电时，通过信号发生器注入到CT中，并将CT卡接到被测线路中产生耦合电流的方式注入信号。

进一步地，所述甲机与乙机的通讯方式包括：

通过甲机和乙机分别连接互联网，通过互联网服务器进行数据交互实现通信；

通过在首端的甲机和末端的乙机之间添加至少一个乙机作为中继模块实现数据通信；

甲机和乙机通过有线或无线通信实现点对点通信。

优选地，当被测线路停电时，通过信号发生器注入直流或交流信号给被测线路使其带电工作，然后采集注入端和末端的有功电能、无功电能、功率因数，计算被测线路的有功功率损耗、无功功率损耗、有功电能损耗、无功电能损耗、绝缘介质损耗。

信号发生器，用于线缆路径核对时，通过甲机信号发生器直接与停电线路相连注入音频信号或语音信号，或通过穿心或开合式的耦合变压器或耦合电流互感器以耦合方式给带电线路注入音频信号或语音信号； 然后通过乙机在停电线路或带电线路任意所需核对线路路径的位置以开合式电流互感器或穿心电流互感器采集甲机注入的信号，在乙机显示屏上显示对应信号的波形、频率值，以及在乙机上对采集的信号以模拟音频方式输出到耳麦或扬声器。只有当乙机采集的信号特征与甲机在频率上完全相同，或乙机语音播放的信号与甲机注入的语音广播信号相同，认为是相同线路。

本发明的有益效果是：本发明能够在停电状态和带电状态进行线路损耗测试，考虑了采集电力线路两端电参数是直接测量或经互感器测量的情况；如包含互感器则考虑了采集监测互感器误差所需的关键二次量和接地量；通过甲机和乙机的配合可以完成多段线路的线损测试和通信，在线路损耗超过规定值后利用甲机内置的故障测试模块可以核对线路、故障定位。本发明还能通过损耗发现线路老化，诊断线路寿命。

附图说明

图1为甲机的原理示意图；

图2为乙机的原理示意图；

图3为本发明的方法流程图；

图4为甲机-和乙机点对点通信示意图；

图5为甲机和乙机通过互联网通信的示意图；

图6为利用中间点的乙机作为通信中继站进行通信的示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，一种电力线路损耗测试装置，包括甲机和至少一个乙机；

所述甲机包括第一信号处理模块、故障定位模块、第一电参数采集模块、第一电流传感器、第一电压传感器、语音产生模块、信号发生器、GPS模块和第一通信模块；所述第一电流传感器和第一电压传感器分别与第一电参数采集模块连接，所述第一电参数采集模块和故障定位模块均与第一信号处理模块连接，所述第一信号处理模块还分别与语音产生模块和信号发生器连接，所述语音产生模块和信号发生器各连接有一个探测模块；所述第一信号处理模块通过第一通信模块与乙机连接；

如图2所示，所述乙机包括第二电参数采集模块、GPS模块、第二信号处理模块、第二电压传感器、第二电流传感器和第二通信模块，所述第二电压传感器和第二电流传感器均与第二电参数采集模块连接，所述第二电参数采集模块与第二信号处理模块连接；所述第二信号处理模块通过第二通讯模块与甲机中的第一通信模块连接。

在本申请的实施例中，所述故障定位模块为时域反射仪、扫频仪、阻抗频谱仪、矢量网络分析仪、频域反射仪中一种或多种的组合；所述第一信号处理模块和第二信号处理模块均采用微处理器或工控机；所述第一电参数采集模块和第二电参数采集模块均采用相同的采集结构，所述采集结构包括带微处理器的模数转换器、计量芯片、带微处理器的计量芯片、微处理器和计量芯片组合模块、单相电能表和三相电能表中的一种。

在本申请的实施例中，所述甲机还包括与第一信号处理模块分别连接的第一GPS模块、第一数字温湿度传感器、第一显示器和第一语音播放模块；

所述乙机还包括与第二信号处理模块分别连接的第二GPS模块、第二数字温湿度传感器、第二语音播放模块和第二显示器；

所述信号发生器为单通道或多通道信号源；语音产生模块包括数模转换器和放大器，所述数模转换器的输入端与第一信号处理模块连接，输出端与放大器连接，由放大器对外输出放大后的信号给语音产生模块连接探测模块；

所述语音播放模块包括数模转换器、放大器和语音单元，所述数模转换器的输入端与第一信号处理模块连接，输出端通过放大器与语音单元连接；所述语音单元为MIC耳麦接口或扬声器。

在本申请的实施例中，所述探测模块为耦合CT、线夹或信号探针；

所述第一通信模块和第二通讯模块类型相同，采用RS232、RS485、3G/4G/5G、WIFI、LORA、无线透明串口、蓝牙或以太网模块；

所述第一显示器和第二显示器均采用串口屏、LCD、OLED和TFT屏中的一种。

如图3所示，一种电力线路损耗测试方法，包括：

测试情况A、直接通过高压测量方式获得线路两侧电参数，或通过互感器测量线路两侧的电参数但互感器误差可忽略；

在测试情况A下，所述测试方法包括以下步骤：

A1、甲机和乙机通过GPS或互联网进行对时；

A2、甲机和乙机分别采集被测量线路首段和末端的电参数；

A3、甲机通过网络接收乙机数据，或乙机通过网络接收甲机数据，或互联网平台接收同一时刻获得的甲机乙机数据的方式，计算甲机和乙机的电参数之差值，通过差值获得线路的损耗；

A4、当A3获得的甲机和乙机电参数之差超过设定值时，通过甲机对线路进行测试和故障定位；

测试情况B、通过互感器测量线路两侧的电参数，且互感器误差不可忽略；

在测试情况B下，所述测试方法包括：

B1、甲机和乙机通过GPS或互联网进行对时；

B2、甲机和乙机分别采集被测量线路首段和末端的电参数；

B3、甲机通过互感器二次电参数和接地电流参数计算互感器的误差或通过历史数据输入互感器误差；

B4、甲机通过网络接收乙机数据，或乙机通过网络接收甲机数据，或互联网平台接收同一时刻获得的甲机乙机数据的方式，计算甲机和乙机的电参数之差值∆W，通过互感器误差对∆W进行修正后获得线路的损耗；

在本申请的实施例中，典型的修正方法为：∆Wc=∆W×（1+Ex）

Ex=Ve×Ie×cos(δv-δI)。∆Wc为修正后的损耗值。

Ve为电压互感器比值误差，Ie为电流互感器比值误差，δv为电压互感器相角差，δv为电流互感器相角差。

以上∆W在此处均指功率损耗为修正前的功率损耗值，∆Wc为修正后的功率损耗值，Ex指因电流互感器和电压互感器自身的误差导致的功率偏差值。

在另一些实施例中，同样的计算方法如果需要进行电能损耗修正时，需要功率偏差值Ex乘以时间△t，Ex2= （Ex）×△t =Ve×Ie×cos(δv-δI)×△t。此时对应的∆W，∆Wc为修正前后的电能值。△t根据所需要考核的时间段设定。

可见，修正后的功率损耗和修正后的电能损耗仅差一个乘积系数：时间△t。

B5、当B4获得的甲机和乙机电参数之差超过设定值时，通过甲机对线路进行测试和故障定位。

其中，计算甲机和乙机电参数差值的过程如下：

甲机采集电力线路的首端电压、电流和功率因数值，计算有功功率，无功功率，有功电能，无功电能，谐波量；

乙机采集电力线路末端的电压、电流和功率因数值，计算有功功率，无功功率，有功电能，无功电能，谐波量；

计算甲机和乙机的有功电能差作为有功能量损耗；计算甲机和乙机的无功电能差作为无功能量损耗，或计算有功功率差作为有功功率损耗，或计算无功功率差作为无功功率损耗，或计算甲机和乙机的电压差作为线路压降；或计算首端和末端的功率因数差作为绝缘介质损耗；或计算首端和末端的谐波量差值作为谐波损耗；

当发现存在电压降或有功功率损耗或无功损耗或有功能量损耗或无功能量损耗或谐波损耗超过设计值或管理值时，认为线路损耗过大；根据线路的不同长度要求不同，从首端到用户端的总线路典型损耗为5-11%，超过则认为线路损耗过大；

当被测电力线路为分支线路的一部分导致通过计算值无法确定是否超过设计值时，估算总长度与被测电力线路长度的倍数关系K，损耗值的K倍超过设计值或管理值时，认为线路损耗过大；典型为的设计值或管理值为5-11%。

当认为线路损耗过大时，对互感器二次回路或电力线路进行故障缺陷定位：线路两侧任意一端没有不可拆卸的并联设备时，具备故障定位测试信号接入条件，采取单端测试法，否则采取双端测试法；

所述单端测试法，即采用单端注入信号实现故障定位，过程如下：

当故障定位模块为时域反射仪或时域反射模块，在被测线路两侧端点的任意一个端点发射脉冲信号，测试反射脉冲信号与反射脉冲信号的时差，基于L= vr×△t/2进行故障定位；

当故障定位模块为矢量网络分析仪或频域反射仪或扫频仪或阻抗频谱仪，将矢量网络分析仪或频域反射仪或扫频仪或阻抗频谱仪从线路两侧任意一个端点发射扫频信号以扫频方式获得反射频谱、阻抗频谱、相位频谱、回波损耗频谱中至少一种，然后对获得的频谱进行傅立叶变换得到时域图谱，然后基于L=vr×△t/2对时域图谱的时域坐标进行变换；观察时域图谱上的突变点为中间接头或故障点；vr为电磁波波速，通常为0.2到0.9被光速，△t为时间差；

所述双端测试法，即采用双端监测注入的波形信号实现故障定位：

通过信号发生器产生的信号注入到线路首端，启动电参数采集模块采集线路首端甲机和末端乙机的波形，分析注入端和末端的波形时差进行故障定位；

所述双端测试法线路注入信号的方式为：当线路停电时且首端有金属件可连接时，直接通过线夹注入电压信号；当线路停电不具备金属连接件直接注入信号，或线路带电时，通过信号发生器注入到CT中，并将CT卡接到被测线路中产生耦合电流的方式注入信号。

进一步地，所述甲机与乙机的通讯方式包括：

通过甲机和乙机分别连接互联网，通过互联网服务器进行数据交互实现通信；

通过在首端的甲机和末端的乙机之间添加至少一个乙机作为中继模块实现数据通信；

甲机和乙机通过有线或无线通信实现点对点通信。

具体地，如图4所示，甲机-和乙机点对点通信，通信方式：无线透明串口或有线通信。甲机和乙机各自通过GPS对时；如图5所示，甲机和乙机通过互联网通信和对时；如图6所示，甲机与多套乙机配合，完成多段线路的损耗测量；并且利用中间点的乙机作为通信中继站，完成远程线路的通信。

优选地，当被测线路停电时，通过信号发生器注入直流或交流信号给被测线路使其带电工作，然后采集注入端和末端的有功电能、无功电能、功率因数，计算被测线路的有功功率损耗、无功功率损耗、有功电能损耗、无功电能损耗、绝缘介质损耗。

信号发生器，用于线缆路径核对时，通过甲机信号发生器直接与停电线路相连注入音频信号或语音信号，或通过穿心或开合式的耦合变压器或耦合电流互感器以耦合方式给带电线路注入音频信号或语音信号； 然后通过乙机在停电线路或带电线路任意所需核对线路路径的位置以开合式电流互感器或穿心电流互感器采集甲机注入的信号，在乙机显示屏上显示对应信号的波形、频率值，以及在乙机上对采集的信号以模拟音频方式输出到耳麦或扬声器。只有当乙机采集的信号特征与甲机在频率上完全相同，或乙机语音播放的信号与甲机注入的语音广播信号相同，认为是相同线路。

在本申请的第一个实施例中，甲乙机同步采集。正常情况下，同一线路的电压互感器只可能是同一种类型，如电磁式或电容式。为了全面体现本专利硬件的用途，下面分别对电压互感器为电容式电压互感器（CVT）和电磁式电压互感器两种情况进行误差计算例举，电流互感器则为电磁式电流互感器一种。具体算法如下：

(一)测试CVT线路电压、CVT高低压电容端的电压、CVT的比差和角差；甲机和乙机经过GPS对时后（如果已经确认甲机和乙机短时处于同一精确时间下也可以不经过GPS对时步骤），分别同时开展线路两侧的互感器带电误差测试。甲机和乙机的具体接线为：

甲乙机的电压传感器连接被测CVT二次电压端子测量CVT二次电压U2，通过电流传感器获取低压电容C2电容接地端电流IC2和总接地电流Ig，通过相关算法计算电容式电压互感器CVT的比差和角差，算法如下；

（a）输入高压和低压电容的电容值C1，C2，系统额定工作频率或f，根据测量的总接地电流值Ig, CVT二次电压U2计算线路电压UL

UL=Uc1+Uc2=

,|UL|为幅度，

为相位。Uc1为高压电容两端的电压值，Uc2为低压电容两端的电压值；

其中C1的容抗Xc1=1(2*3.1415*f*C1),

C2的容抗Xc2=1(2*3.1415*f*C2),

为总接地电流向量，

为低压电容接地电流向量，f为互感器工作系统的电源频率或通过CVT二次电压U2频谱分析计算出的基波频率，C1为高压电容总值的出厂数据或历史测试值，当高压电容为多只电容串联时，C1为多只电容出厂数据或历史测试值的串联值；C2为低压电容的出厂数据或历史测试值。

以上计算的线路UL指甲机和乙机同步测量和计算获得的数据（甲机和乙机接线和计算相同）。计算电容的目的在于可以体现本专利仅需通过一组测量二次电压的传感器，测量低压电容C2接地电流的电流传感器，测量总接地电流的电流传感器的硬件配置即可获得这些参数，并且这些参数可诊断CVT绝缘的电容参数是否异常，如果已经严重异常，比如C2偏离正常值后，IC2会严重异常，从而导致UL严重异常，而正常运行时UL是可以通过其他回路的各种监测手段获得是正常的，因此可以反推出电容C2异常。如C2异常超过10%，则认为绝缘出现问题，此时计量误差肯定出现严重超差，即使不计算精确的误差值，也可以立即进行异常处理，比如停电维修等。

(b) 计算比差和角差

设二次电压向量U2=|U2|

额定变比：N=Ur/U2r,U2r为额定二次电压，通常为57.7或60V

Ur为线路一次额定电压，

通常为110kV,220kV,330kV,500kV,750kV,1000kV。

比差:

（|U2|*N-|UL|）/|UL|，无单位,|UL|，|U2|分别为UL，U2向量模值或多个向量膜值的均值。

为甲机和乙机监测装置的系统误差；

角差：

，单位分。

以上计算的比差和角差指甲机和乙机同步测量和计算获得的数据（甲机和乙机接线和计算相同）。

(二) 测试电磁式电压互感器绝缘及误差：

步骤（二）和步骤（一）为“或”的关系，即针对同一线路，计算了步骤（一）就不存在计算步骤（二）的情况，反之亦然。

(a) 监测接地总电流Ig, 对Ig的工频基波信号进行提取，当Ig的工频基波稳定且超过要求值时认为绝缘存在异常。当Ig信号出现额定值120%以上短时抖动，放弃采集的Ig数据，并在时间超过30秒以上再考虑重新采集Ig并获得稳定的工频基波接地电流信号Igb。

或利用甲机的电流传感器监测电磁式电压互感器二次回路电流Ip2。当Ip2信号出现额定值200%以上短时抖动，认为存在铁磁谐振或暂态过电压，并在时间超过30秒以上再考虑重新采集Ig并获得稳定的工频基波接地电流信号Igb。

(b) 甲机的电压互感器接入端分别与电磁式电压互感器的二次电压端并联，测量电磁式电压互感器二次电压值Vp2。

(d) 计算多个时间点下的电流电压比Irg=Igb/Vp2，Vp2序列，设序列点数N不少于8个，对Irg, Vp2序列的幅度、相角差分别进行傅立叶变换，获得各自最大成分：

幅度量最大成分记作Irgmax, Vp2max，计算占傅立叶变换总成分比例分别记λa,λb

相位量最大成分记作

，计算占傅立叶变换总成分比列分别记作δa,δb。

(e)计算比差为λa-λb, 角差为：δa-δb；

（三）测试电流互感器比差和角差：

通过甲机和乙机的电流传感器获取被测互感器的二次电流I2和接地回路的总接地电流Iga，通过以下计算电流互感器的比差和角差；

（1）第一次采集二次电流波形I2、接地电流波形Iga；

（2）计算K=Iga/I2=（Igs+Ie）/I2；

（3）当没有历史输入时进入步骤（4），否则带入历史误差数据，如果历史误差数据没有对应实测的I2的数据，则采用插值或最接近I2负荷点数值下的误差带入误差方程e=Ie/N*I2, δ=输入历史相角差，N为电流互感器变比；Ie为励磁电流；

因此对应采集值I2附近的误差电流及相位计算如下：

Ie的幅度估算Ie=e*I2；

Ie的相位估算=øct2+δ；

øct2 为电流互感器二次电流I2的相位

进一步计算绝缘泄漏电流Igs=Iga-Ie;此处为向量计算，具体算法如下

幅度量：|Igs|=|Iga|-|Ie|

角度δg=δga-δe；

再进一步，第二次采集新的二次电流记作I2x，接地电流记作Igax值，只要I2x≠I2，基于向量计算误差电流Iex：

Iex（向量）=Iga（向量）-Igs（向量）;

获得Iex的幅度和相位。

然后基于向量计算误差ex=Iex/(I2x); 获得比差=|Iex|/(|I2x|)，角差

Φex为Iex的相位角，

为I2x的相位角；

如果步骤（3）的数据不理想，比如出现不稳定现象，可进入步骤（4）。

（4）对单只电流互感器多次采集的Iga的幅度和相位序列进行统计计算正态分布，获得设定置信区间（1-α）下的序列Igs=(1-α)*Iga，此次的Igs, Iga为向量，均代表幅度和相位；

如果无法设定置信区间，则对多个Iga序列或Iga/I2序列进行傅立叶变换，获得最大成分Igs_max和总成分之和Igs_sum，计算kgs=Igs_max/Igs_sum作为最优置信区间kgs=（1-α）；

将该最优置信区间kgs设置为Igs/Iga;或Igs=kgs*Iga;

然后基于向量计算对应多次测量的Iga,I2序列的电流误差序列Ie=Iga-Igs;

基于向量获得对应I2序列的比值误差序列

e=|Ie|/(|I2)); 角差

；

|Ie|，|I2|分别为Ie,I2取绝对值；

相位角，

的相位角。

显然，最终评价线路损耗时，因为测量线路两端的甲机和乙级机经过了互感器才能获得线路的电压和电流波形，此时互感器已经存在误差，应该将不包括互感器时的纯线路损耗加上以上步骤（一）或步骤（二）的电压互感器误差和步骤（三）电流互感器的误差综合考虑计算，即互感器综合误差+线路误差。

显然，如果认为互感器的误差不需要考虑或直接通过高精度的便携式测量传感器直接采集的高压线路的电压电流时，以上计算互感器的误差步骤可以忽略。

线路的损耗可参考以下实施例说明：

在本申请的第二个实施例中，测试互感器带电二次回路的压降和损耗；甲乙机采用GPS模块对时，甲机采集电压互感器的二次电压波形或幅度，电流互感器的二次电流波形或幅度，乙机采集电压互感器二次回路末端的电压波形或幅度，电流互感器的二次电流波形或幅度；

甲机通过无线网络与乙机通信并接收乙机的波形数据或幅度，计算电压互感器回路的压降或根据波形对比分析接地或绝缘故障；

其中压降△V=V甲机-V乙机，V甲机为甲机的电压，V乙机为乙机的电压

当压降比kv1=△V/（V甲机）大于0.5%时认为压降异常，当kv>1%时认为有接地故障。

或压降比kv2=△V/（V标准值）大于0.5%时认为压降异常，当kv>1%时认为有接地故障。

当发现存在互感器二次回路异常或接地故障后，按照第四个实施例进行后续处理；

在本申请的第三个实施例中，测试输电线路的压降和损耗

甲机和乙机通过GPS对时；

甲机采集电力线路首端电压、电流和功率因数值，计算有功功率，无功功率，有功电能，无功电能，谐波量，乙机采集电力线路末端的电压、电流和功率因数值，计算有功功率，无功功率，有功电能，无功电能，谐波量；计算首端和末端的有功电能差作为有功能量损耗；计算首端和末端的无功电能差作为无功能量损耗，或计算有功功率差作为有功功率损耗，或计算无功功率差作为无功功率损耗，或计算首端和末端的电压差作为线路压降；或计算首端和末端的功率因数差作为绝缘介质损耗；或计算首端和末端的谐波量差值作为谐波损耗；

当发现存在电压降或有功功率损耗或无功损耗或有功能量损耗或无功能量损耗或谐波损耗超过设计值或管理值时（根据线路的不同长度要求不同，一般从首端到用户端的总线路典型损耗为5-11%）认为线路损耗过大。当被测电力线路为分支线路的一部分导致通过计算值无法确定是否超过设计值时，估算总长度与被测电力线路长度的倍数关系K，损耗值的K倍超过设计值或管理值时（不同长度要求不同，一般总线路典型为5-11%），认为线路损耗过大。

判定线路损耗过大后按照第四个实施例进行后续处理。

在本申请的第四个实施例中，针对第二个实施例判定的二次回路异常或接地故障和第三个实施例判定的线路损耗过大，对互感器二次回路或电力线路进行故障缺陷定位的单端法定位。方法为：

当故障定位模块为时域反射仪或时域反射模块，在被测线路两侧端点的任意一个端点发射脉冲信号，测试反射脉冲信号与反射脉冲信号的时差，基于L= vr×△t/2进行故障定位。矢量网络分析仪或频域反射仪或扫频仪或阻抗频谱仪，将矢量网络分析仪或频域反射仪或扫频仪或阻抗频谱仪从线路两侧任意一个端点发射扫频信号以扫频方式获得反射频谱、反射系数、阻抗频谱、相位频谱、回波损耗频谱中至少一种，然后对获得的频谱进行傅立叶变换得到时域图谱，然后基于L=vr×△t/2对时域图谱的时域坐标进行变换。观察时域图谱上的突变点为中间接头或故障点；vr为电磁波波速，通常为0.2到0.9被光速，△t为时间差。

在本申请的第五个实施例中，当因为现场避雷器无法拆除或在线路测试端存在分流的监测模块或装置时，第四个实施例不具备现场接入条件，采用双端定位法：通过甲机自带的信号发生器（也可采用外部信号发生器或信号源）产生的信号注入到线路首端，启动电参数采集模块采集线路首端甲机和末端乙机的波形，分析注入端（首端）和末端的波形时差进行故障定位。

针对权利第五个实施例中给被测线路注入信号的方式：当线路停电时且首端有金属件可连接时，直接通过线夹注入电压信号；当线路停电不具备金属连接件直接注入信号，或线路带电时，通过信号发生器注入到CT中，并将CT卡接到被测线路中产生耦合电流的方式注入信号；

在本申请的第六个实施例中，所述甲机和乙机距离较远无法点对点无线传输时，采用以下任意一种方式实现通信：

第一、通过甲机和乙机分别连接互联网，通过互联网服务器进行数据交互实现通信。

第二、通过在首端的甲机和末端的乙机之间添加至少一个乙机作为中继模块实现数据通信；

在本申请的第七个实施例中，被测线路停电时，通过甲机的信号发生器或外部信号源给被测线路注入直流或交流信号给被测线路使其带电工作，然后采集注入端（首端）和末端的有功电能、无功电能、功率因数，计算被测线路的有功功率损耗、无功功率损耗、有功电能损耗、无功电能损耗、绝缘介质损耗。

所述的信号发生器，当用于线缆路径核对时，通过甲机信号发生器直接与停电线路相连注入音频信号或语音信号，或通过穿心或开合式的耦合变压器或耦合电流互感器以耦合方式给带电线路注入音频信号或语音信号； 然后通过乙机在停电线路或带电线路任意所需核对线路路径的位置以开合式电流互感器或穿心电流互感器或音频天线或耦合电容电极等采集甲机注入的信号，在乙机显示屏上显示对应信号的波形、频率值，以及在乙机上对采集的信号以模拟音频方式输出到耳麦或扬声器。只有当乙机采集的信号特征与甲机在频率上完全相同，或乙机语音播放的信号与甲机注入的语音广播信号相同，认为是相同线路。

显然，本实施例与实施例四、实施例五、实施例六所述的故障定位测试的信号源不同，本实施例需要稳定的低频或直流信号，其任务是保证线路带电工作可满足损耗测试条件，比如要求有带负载能力，有一定电压值，具有稳定的频率和电压幅度等；或其任务是保证线路能够正常传输音频信号用于线路识别时，确保信号有稳定或高度可识别的信号特征；这里不做具体分析。

需要补充说明的是：本实施例二是针对互感器二次回路的损耗进行测量，计算方法与实施例三四五是相同的，但实施例二的用途可作为互感器误差超差的一个查找原因，比如二次回路负荷过大或短路，当查找到故障点后，恢复二次回路正常运行后，互感器的误差也恢复到正常合格范围，那么通过互感器二次电压、二次电流和接地参数的采集计算的输电线路的损耗就恢复正常水平。另外，实施例二还可作为电能表计量误差的修正，当二次回路损耗过大时，电能表的数据比真实数据偏少，可基于二次回路损耗的测量和二次回路故障的查找对电能数据进行合理的修正和管理，因此本专利的用途不仅仅限于所例举范围。

当然，从原理上，二次回路和架空线路没有实质区别，仅仅是工作电压的不同，也可以直接以电力线路通称。因此本专利的算法和硬件接线具有通用性。

当被测线路结构复杂，由多端线路组成或线路出现了多个分支线路，直接测量两个端点的线路损耗并不能完全解决问题时，可分段测量，或一套甲机多套乙机测量的方式（图6），然后甲机获得所有乙机数据并与之比较，或通过互联网平台同步获取甲机和多级乙机的数据进行比较核算，或多个乙机之间通过网络互联实现线损测量，或多个甲机和多个乙机联合的方式，可清晰的观测到线路各节点的损耗或发现异常的线路节点。

当发现了损耗非常严重的线路（如某两个节点之间的一段线路），但又查找不到该线路非常准确的故障点，有可能是该段线路长期高负荷，高温，或紫外线辐射，或因材质问题导致的线路老化。显然，如果通过两个节点之间的谐波损耗也可以诊断线路是否已经老化，或根据谐波损耗的数据进行统计归类等数学算法预估线路寿命。

显然，本专利架构同样适用于大规模的区域电网或复杂厂矿或装备的区域化电力线路损耗、线路节点的监测或带电巡测，如结合可视化首段，可对区域电网结构的异常节点进行实时观测和统筹管理; 本专利的硬件结构（如参考实施例的算法）也可用于对线路节点中运行的电压和（或）电流互感器的误差、电压和（或）电流互感器的二次回路进行测量和诊断。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种电力线路损耗测试装置，其特征在于：包括甲机和至少一个乙机；

所述甲机包括第一信号处理模块、故障定位模块、第一电参数采集模块、第一电流传感器、第一电压传感器、语音产生模块、信号发生器、GPS模块和第一通信模块；所述第一电流传感器和第一电压传感器分别与第一电参数采集模块连接，所述第一电参数采集模块和故障定位模块均与第一信号处理模块连接，所述第一信号处理模块还分别与语音产生模块和信号发生器连接，所述语音产生模块和信号发生器各连接有一个探测模块；所述第一信号处理模块通过第一通信模块与乙机连接；

所述乙机包括第二电参数采集模块、GPS模块、第二信号处理模块、第二电压传感器、第二电流传感器和第二通信模块，所述第二电压传感器和第二电流传感器均与第二电参数采集模块连接，所述第二电参数采集模块与第二信号处理模块连接；所述第二信号处理模块通过第二通讯模块与甲机中的第一通信模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种电力线路损耗测试装置，其特征在于：所述故障定位模块为时域反射仪、扫频仪、阻抗频谱仪、矢量网络分析仪、频域反射仪中一种或多种的组合；

所述第一信号处理模块和第二信号处理模块均采用微处理器或工控机；

所述第一电参数采集模块和第二电参数采集模块均采用相同的采集结构，所述采集结构包括带微处理器的模数转换器、计量芯片、带微处理器的计量芯片、微处理器和计量芯片组合模块、单相电能表和三相电能表中的一种。

3.根据权利要求1所述的一种电力线路损耗测试装置，其特征在于：所述甲机还包括与第一信号处理模块分别连接的第一GPS模块、第一数字温湿度传感器、第一显示器和第一语音播放模块；

所述乙机还包括与第二信号处理模块分别连接的第二GPS模块、第二数字温湿度传感器、第二语音播放模块和第二显示器；

所述信号发生器为单通道或多通道信号源；语音产生模块包括数模转换器和放大器，所述数模转换器的输入端与第一信号处理模块连接，输出端与放大器连接，由放大器对外输出放大后的信号给语音产生模块连接探测模块；

所述语音播放模块包括数模转换器、放大器和语音单元，所述数模转换器的输入端与第一信号处理模块连接，输出端通过放大器与语音单元连接；所述语音单元为MIC耳麦接口或扬声器。

4.根据权利要求3所述的一种电力线路损耗测试装置，其特征在于：所述探测模块为耦合CT、线夹或信号探针；

所述第一通信模块和第二通讯模块类型相同，采用RS232、RS485、3G/4G/5G、WIFI、LORA、无线透明串口、蓝牙或以太网模块；

所述第一显示器和第二显示器均采用串口屏、LCD、OLED和TFT屏中的一种。

5.一种电力线路损耗测试方法，基于权利要求1~4中任意一项所述的装置，其特征在于：测试过程包括如下两种情况：

测试情况A、直接通过高压测量方式获得线路两侧电参数，或通过互感器测量线路两侧的电参数但互感器误差可忽略；

在测试情况A下，所述测试方法包括以下步骤：

A1、甲机和乙机通过GPS或互联网进行对时；

A2、甲机和乙机分别采集被测量线路首段和末端的电参数；

A3、甲机通过网络接收乙机数据，或乙机通过网络接收甲机数据，或互联网平台接收同一时刻获得的甲机乙机数据的方式，计算甲机和乙机的电参数之差值，通过差值获得线路的损耗；

A4、当A3获得的甲机和乙机电参数之差超过设定值时，通过甲机对线路进行测试和故障定位；

测试情况B、通过互感器测量线路两侧的电参数，且互感器误差不可忽略；

在测试情况B下，所述测试方法包括：

B1、甲机和乙机通过GPS或互联网进行对时；

B2、甲机和乙机分别采集被测量线路首段和末端的电参数；

B3、甲机通过互感器二次电参数和接地电流参数计算互感器的误差或通过历史数据输入互感器误差；

B4、甲机通过网络接收乙机数据，或乙机通过网络接收甲机数据，或互联网平台接收同一时刻获得的甲机乙机数据的方式，计算甲机和乙机的电参数之差值∆W，通过互感器误差对∆W进行修正后获得线路的损耗；

B5、当B4获得的甲机和乙机电参数之差超过规定值时，通过甲机对线路进行测试和故障定位。

6.根据权利要求5所述的一种电力线路损耗测试方法，其特征在于：计算甲机和乙机电参数差值的过程如下：

甲机采集电力线路的首端电压、电流和功率因数值，计算有功功率，无功功率，有功电能，无功电能，谐波；

乙机采集电力线路末端的电压、电流和功率因数值，计算有功功率，无功功率，有功电能，无功电能，谐波；

计算甲机和乙机的有功电能差作为有功能量损耗；计算甲机和乙机的无功电能差作为无功能量损耗，或计算有功功率差作为有功功率损耗，或计算无功功率差作为无功功率损耗，或计算甲机和乙机的电压差作为线路压降；或计算首端和末端的功率因数差作为绝缘介质损耗；或计算首端和末端的谐波量差值作为谐波损耗；

当发现存在电压降或有功功率损耗或无功损耗或有功能量损耗或无功能量损耗或谐波损耗超过设计值或管理值时，认为线路损耗过大；

当被测电力线路为分支线路的一部分导致通过计算值无法确定是否超过设计值时，估算总长度与被测电力线路长度的倍数关系K，损耗值的K倍超过设计值或管理值时，认为线路损耗过大。

7.根据权利要求6所述的一种电力线路损耗测试方法，其特征在于：当认为线路损耗过大时，对互感器二次回路或电力线路进行故障缺陷定位：

线路两侧任意一端没有不可拆卸的并联设备时，具备故障定位测试信号接入条件，采取单端测试法，否则采取双端测试法；

所述单端测试法，即采用单端注入信号实现故障定位，过程如下：

当故障定位模块为时域反射仪或时域反射模块，在被测线路两侧端点的任意一个端点发射脉冲信号，测试反射脉冲信号与反射脉冲信号的时差，基于L= vr×△t/2进行故障定位；

当故障定位模块为矢量网络分析仪或频域反射仪或扫频仪或阻抗频谱仪，将矢量网络分析仪或频域反射仪或扫频仪或阻抗频谱仪从线路两侧任意一个端点发射扫频信号以扫频方式获得反射频谱、阻抗频谱、相位频谱、回波损耗频谱中至少一种，然后对获得的频谱进行傅立叶变换得到时域图谱，然后基于L=vr×△t/2对时域图谱的时域坐标进行变换；观察时域图谱上的突变点为中间接头或故障点；vr为电磁波波速，通常为0.2到0.9被光速，△t为时间差；

所述双端测试法，即采用双端监测注入的波形信号实现故障定位：

通过信号发生器产生的信号注入到线路首端，启动电参数采集模块采集线路首端甲机和末端乙机的波形，分析注入端和末端的波形时差进行故障定位；

所述双端测试法线路注入信号的方式为：当线路停电时且首端有金属件可连接时，直接通过线夹注入电压信号；当线路停电不具备金属连接件直接注入信号，或线路带电时，通过信号发生器注入到CT中，并将CT卡接到被测线路中产生耦合电流的方式注入信号。

8.根据权利要求5所述的一种电力线路损耗测试方法，其特征在于：所述甲机与乙机的通讯方式包括：

通过甲机和乙机分别连接互联网，通过互联网服务器进行数据交互实现通信；

通过在首端的甲机和末端的乙机之间添加至少一个乙机作为中继模块实现数据通信；

甲机和乙机通过有线或无线通信实现点对点通信。

9.根据权利要求5所述的一种电力线路损耗测试方法，其特征在于：当被测线路停电时，通过信号发生器注入直流或交流信号给被测线路使其带电工作。

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