CN113884808A - 一种电缆故障检测系统及其故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电缆故障检测系统及其故障定位方法，系统包括：变压器T1、变压器T2、连接变压器T1与变压器T2的被测电缆以及安装在被测电缆一端的监测装置，被测电缆上有接头b，变压器T1靠近被测电缆的一侧连接有第一电缆，第一电缆上有接头a，变压器T2靠近被测电缆的一侧连接有第二电缆，第二电缆上有接头c，监测装置包括信号注入单元、信号检测单元和控制单元，信号注入单元和信号检测单元分别与控制单元电性连接，信号检测单元内有电压行波检测模块和电流行波检测模块。本发明提供的电缆故障检测系统及其故障定位方法，无需时钟同步单元且仅在电缆一端安装监测装置即可实现故障在线定位，具有反应及时、结构简单、成本低的特点。

Description

一种电缆故障检测系统及其故障定位方法

技术领域

本发明涉及电缆检测技术领域，特别是涉及一种电缆故障检测系统及其故障定位方法。

背景技术

配电电缆是指电压级别为10kV/35kV的电缆，其数量多、维护工作量大。电缆故障的快速精确定位是提高电缆运维效率的关键技术之一，当前电缆故障定位技术主要有阻抗法和行波法，其中行波法因其定位精度高而广泛被使用。行波法故障定位主要有两种：一种是离线方法，需要电缆故障后将其从电网断开，在不带电的情况下进行测量，如低压脉冲法；另一种是在线的方法，将监测装置安装在带电电缆的线路上，实时监测电缆状态并定位其故障，这种方法一般需要在电缆两端安装传感器，通过卫星信号(GPS或北斗)或光纤，实现时间同步，通过故障行波达到两个传感器的时间差定位其位置。显然，在线定位的方法优于离线方式。然而，目前在线的方案需要在被监测电缆两端安装传感器和时钟同步单元，其结构较为复杂，且成本高。

发明内容

本发明的目的是提供一种电缆故障检测系统及其故障定位方法，无需时钟同步单元且仅在电缆一端安装监测装置即可实现故障在线定位，具有反应及时、结构简单、成本低的特点。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种电缆故障检测系统，包括：变压器T1、变压器T2、连接所述变压器T1与所述变压器T2的被测电缆以及安装在所述被测电缆一端的监测装置，所述被测电缆上有接头b，所述变压器T1靠近所述被测电缆的一侧连接有第一电缆，所述第一电缆上有接头a，所述变压器T2靠近所述被测电缆的一侧连接有第二电缆，所述第二电缆上有接头c，所述监测装置包括信号注入单元、信号检测单元和控制单元，所述信号注入单元和所述信号检测单元分别与所述控制单元电性连接，所述信号检测单元内有电压行波检测模块和电流行波检测模块。

一种电缆故障定位方法，应用于上述的电缆故障检测系统，包括如下步骤：

S1)由所述控制单元控制所述信号注入单元生成脉冲信号，通过电磁耦合注入到所述被测电缆并以行波的方式沿所述被测电缆传播，遇到阻抗变化的电缆接头或终端会形成反射，最终在所述信号检测单元处的所述电流行波检测模块形成带有电缆线路特征的波形图，记录波形x如下：

其中，V表示注入脉冲信号，V₁-V_n表示反射脉冲信号，N₁-N₃表示注入脉冲信号间的时间间隔；

S2)若电缆发生故障，则通过对比所述信号检测单元中所述电压行波检测模块和所述电流行波检测模块的脉冲极性，对故障电缆是否为所述被测电缆进行判断；当所述监测装置安装在靠近所述变压器T1的所述被测电缆一端的情况下，规定电流行波从变压器T1靠近所述被测电缆一端流入所述变压器T1为正方向，设故障行波极性与电压极性一致；

S3)若判断故障电缆为所述被测电缆，则提取所述检测单元中的所述电流行波y如下：

所述电流行波y中含有所述波形x所有特征，除此外，还有故障行波特有的信号V_x，V_y，对比所述波形x和所述电流行波y，提取故障特征，即可实现故障点定位。

可选的，步骤S2)中所述对故障电缆是否为所述被测电缆进行判断，具体包括：

当存在以下所述故障行波情况时，判定所述故障电缆为所述被测电缆：

所述变压器T1靠近所述被测电缆一侧电压极性为正，电流极性为正；

或所述变压器T1靠近所述被测电缆一侧电压极性为负，电流极性为正。

可选的，步骤S3)中所述提取故障特征，即可实现故障点定位，具体包括：

设故障来自所述接头b，所述故障行波和所述变压器T2脉冲信号之间的时差对应着所述故障行波从所述接头b传播到所述变压器T2再反射回所述变压器T1所需的时间与所述接头b到所述变压器T1所需时间差，所述时间差对应着所述接头b距离所述变压器T1的距离的2倍。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1、本发明简化了监测装置，只在被测电缆一端安装即可实现电缆故障的在线定位；

2、本发明不需要时间同步装置，进一步简化系统结构，降低系统成本。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例电缆故障检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中波形图；

图3为本发明实施例中故障范围检测图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性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。

本发明的目的是提供一种电缆故障检测系统及其故障定位方法，无需时钟同步单元且仅在电缆一端安装监测装置即可实现故障在线定位，具有反应及时、结构简单、成本低的特点。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1和图3所示，本发明实施例提供的电缆故障检测系统，包括：变压器T1、变压器T2、连接所述变压器T1与所述变压器T2的被测电缆以及安装在所述被测电缆一端的监测装置，所述被测电缆上有接头b，所述变压器T1靠近所述被测电缆的一侧连接有第一电缆，所述第一电缆上有接头a，所述变压器T2靠近所述被测电缆的一侧连接有第二电缆，所述第二电缆上有接头c，所述监测装置包括信号注入单元、信号检测单元和控制单元，所述信号注入单元和所述信号检测单元分别与所述控制单元电性连接，所述信号检测单元内有电压行波检测模块和电流行波检测模块。

本发明实施例还提供了电缆故障定位方法，应用于上述的电缆故障检测系统，包括如下步骤：

S1)由所述控制单元控制所述信号注入单元生成脉冲信号，通过电磁耦合注入到所述被测电缆并以行波的方式沿所述被测电缆传播，遇到阻抗变化的电缆接头或终端会形成反射，最终在所述信号检测单元处的所述电流行波检测模块形成带有电缆线路特征的波形图，记录波形x如下：

其中，V表示注入脉冲信号，V₁-V_n表示反射脉冲信号，N₁-N₃表示注入脉冲信号间的时间间隔；

以图1为应用案例，则波形x如图2所示，注入脉冲信号和变压器T2脉冲信号之间的时差对应着行波从变压器T1传播到变压器T2电缆长度所需时间的2倍；

S2)当线路中发生故障，故障以行波的方式沿电缆传播，该故障可能发生在线路任何地方；若故障发生在所述变压器T1靠近所述第一电缆一侧，则不属于监测范围，该控制系统被忽略；若电缆发生故障，则通过对比所述信号检测单元中所述电压行波检测模块和所述电流行波检测模块的脉冲极性，对故障电缆是否为所述被测电缆进行判断；当所述监测装置安装在靠近所述变压器T1的所述被测电缆一端的情况下，规定电流行波从变压器T1靠近所述被测电缆一端流入所述变压器T1为正方向，由于故障行波极性与电压极性一致，即正极性波对应电压极性为正，负极性波对应电压极性为负；

当存在以下所述故障行波情况时，判定所述故障电缆为所述被测电缆：

所述变压器T1靠近所述被测电缆一侧电压极性为正，电流极性为正；

或所述变压器T1靠近所述被测电缆一侧电压极性为负，电流极性为正；

S3)若判断故障电缆为所述被测电缆，则提取所述检测单元中的所述电流行波y如下：

所述电流行波y中含有所述波形x所有特征，除此外，还有故障行波特有的信号V_x，V_y等，对比所述波形x和所述电流行波y，提取故障特征，即可实现故障点定位；

以图1为应用案例，设故障来自所述接头b，得到图2所示波形，所述故障行波和所述变压器T2脉冲信号之间的时差对应着所述故障行波从所述接头b传播到所述变压器T2再反射回所述变压器T1所需的时间与所述接头b到所述变压器T1所需时间差，所述时间差对应着所述接头b距离所述变压器T1的距离的2倍，即v×(t1-t2)/2对应了所述变压器T1到故障点(接头b)的距离，其中v是行波波速。

本发明提供的电缆故障检测系统及其故障定位方法产生了以下技术效果：

1、本发明简化了监测装置，只在被测电缆一端安装即可实现电缆故障的在线定位；

2、本发明不需要时间同步装置，进一步简化系统结构，降低系统成本。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种电缆故障检测系统，其特征在于，包括：变压器T1、变压器T2、连接所述变压器T1与所述变压器T2的被测电缆以及安装在所述被测电缆一端的监测装置，所述被测电缆上有接头b，所述变压器T1靠近所述被测电缆的一侧连接有第一电缆，所述第一电缆上有接头a，所述变压器T2靠近所述被测电缆的一侧连接有第二电缆，所述第二电缆上有接头c，所述监测装置包括信号注入单元、信号检测单元和控制单元，所述信号注入单元和所述信号检测单元分别与所述控制单元电性连接，所述信号检测单元内有电压行波检测模块和电流行波检测模块。

2.一种电缆故障定位方法，应用于权利要求1所述的电缆故障检测系统，其特征在于，包括如下步骤：

S1)由所述控制单元控制所述信号注入单元生成脉冲信号，通过电磁耦合注入到所述被测电缆并以行波的方式沿所述被测电缆传播，遇到阻抗变化的电缆接头或终端会形成反射，最终在所述信号检测单元处的所述电流行波检测模块形成带有电缆线路特征的波形图，记录波形x如下：

其中，V表示注入脉冲信号，V₁-V_n表示反射脉冲信号，N₁-N₃表示注入脉冲信号间的时间间隔；

S2)若电缆发生故障，则通过对比所述信号检测单元中所述电压行波检测模块和所述电流行波检测模块的脉冲极性，对故障电缆是否为所述被测电缆进行判断；当所述监测装置安装在靠近所述变压器T1的所述被测电缆一端的情况下，规定电流行波从变压器T1靠近所述被测电缆一端流入所述变压器T1为正方向，设故障行波极性与电压极性一致；

S3)若判断故障电缆为所述被测电缆，则提取所述检测单元中的所述电流行波y如下：

所述电流行波y中含有所述波形x所有特征，除此外，还有故障行波特有的信号V_x，V_y，对比所述波形x和所述电流行波y，提取故障特征，即可实现故障点定位。

3.根据权利要求2所述的电缆故障定位方法，其特征在于，步骤S2)中所述对故障电缆是否为所述被测电缆进行判断，具体包括：

当存在以下所述故障行波情况时，判定所述故障电缆为所述被测电缆：

所述变压器T1靠近所述被测电缆一侧电压极性为正，电流极性为正；

或所述变压器T1靠近所述被测电缆一侧电压极性为负，电流极性为正。

4.根据权利要求2所述的电缆故障定位方法，其特征在于，步骤S3)中所述提取故障特征，即可实现故障点定位，具体包括：

设故障来自所述接头b，所述故障行波和所述变压器T2脉冲信号之间的时差对应着所述故障行波从所述接头b传播到所述变压器T2再反射回所述变压器T1所需的时间与所述接头b到所述变压器T1所需时间差，所述时间差对应着所述接头b距离所述变压器T1的距离的2倍。

Images