CN114397532A - 一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法和装置，方法包括：在混合线路中的各个终端站和中间转接站中均设置探测点，在每个探测点中分别获取行波电压信号、行波电流信号和工频电流信号，混合线路包括电缆线路和架空线路；根据整个混合线路中工频电流信号的变化，确定初步故障定位区间，并判断属于电缆线路故障还是架空线路故障；若为电缆线路故障，则在初步故障定位区间附件的探测点中，通过行波电压信号确定故障点位置；若为架空线路故障，则在初步故障定位区间附件的探测点中，通过行波电流信号确定故障点位置。与现有技术相比，本发明能精确地实现故障点的定位、且成本低、安装方便安全、能有效缩短故障查找时间。

Description

一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法及装置

技术领域

本发明涉及输电网故障诊断技术领域，尤其是涉及一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法及装置。

背景技术

对于城市输电网络来说，电缆－架空线混合线路的故障分段、定位，仅仅依靠变电站站内测距方法难以准确判断故障区段和位置。故障区段的确定主要是要区分故障发生在哪一区段，对于混合线路的故障位于架空线路还是电缆线路。

随着电子技术进步和通信技术的发展，站端线路测距装置的成本在降低，卫星对时技术日趋完善，取自系统二次侧的电压、电流方便可靠，基于阻抗法和行波发的测距装置越来越完善可靠，单纯电缆线路或者架空线路可以利用站端的行波法和阻抗法测距来实现单纯线路的故障精确定位。故障位置的确定要尽可能准确地测出故障点的位置，从而在线路发生故障时，指导运行、检修人员迅速找到故障点，排除故障。

公开号为CN103983885A的发明公开了一种配电台区的低压线路故障定位终端及定位方法，包括配电变压器监测无线通信模块、配电变压器监测告警模块、电压传感器、电流传感器等；配电变压器监测采集模块中设置电源电路、故障鉴别电路和信号指示电路，电源电路、故障鉴别电路和信号指示电路之间互相连接，信号指示电路与配电变压器监测无线通信模块、配电变压器监测告警模块互相连接，电压传感器之二次侧绕组通过信号电缆连接到电源电路和故障鉴别电路，电流传感器的二次侧绕组通过信号电缆连接到故障鉴别电路。

该方案通过探测线路中的电压和电流信号，进行故障鉴别和定位，能同时对架空线路和电缆线路进行故障定位，但该方案仅针对于单一的架空线路和电缆线路，无法对电缆架空混合线路进行精确的故障定位。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在无法对电缆架空混合线路进行精确的故障定位的缺陷而提供一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法及装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法，包括以下步骤：

在混合线路中的各个终端站和中间转接站中均设置探测点，在每个探测点中分别获取行波电压信号、行波电流信号和工频电流信号，所述混合线路包括电缆线路和架空线路；

根据整个混合线路中工频电流信号的变化，确定初步故障定位区间，并判断属于电缆线路故障还是架空线路故障；

若为电缆线路故障，则在所述初步故障定位区间附件的探测点中，通过行波电压信号确定故障点位置；若为架空线路故障，则在所述初步故障定位区间附件的探测点中，通过行波电流信号确定故障点位置。

进一步地，所述混合线路为三相电路，各个探测点分别获取每相线路的行波电压信号、行波电流信号和工频电流信号。

进一步地，所述初步故障定位区间为混合线路中相邻的终端站和中间转接站之间的一段线路。

进一步地，所述行波电压信号和行波电流信号均带有时标。

本发明还提供一种基于如上所述的一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法的故障定位装置，包括行波电压信号传感器、行波电流信号传感器、工频电流信号传感器和数据处理主机，所述行波电压信号传感器、行波电流信号传感器和工频电流信号传感器均接入混合线路中进行数据采集，所述行波电压信号传感器、行波电流信号传感器和工频电流信号传感器均连接所述数据处理主机。

进一步地，所述混合线路为三相线路，所述混合线路的每一相均安装有一个行波电压信号传感器、行波电流信号传感器和工频电流信号传感器。

进一步地，所述行波电压信号传感器为基于电场感应原理的非接触式传感器，用于采集故障暂态行波的电压信号。

进一步地，所述行波电流信号传感器为基于罗氏线圈原理的非接触式传感器，用于采集故障暂态行波的电流信号。

进一步地，混合线路中的各个终端站和中间转接站中均设有一个故障定位装置。

进一步地，每个故障定位装置中的数据处理主机均连接有后台服务器，该后台服务器根据如上所述的一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法，确定故障点位置。

进一步地，所述数据处理主机通过无线传输模块或光纤通信连接所述后台服务器。

进一步地，所述无线传输模块为GPRS无线终端。

进一步地，所述数据处理主机设有GPS/北斗授时模块，用于对各传感器采集的波形数据做时标。

与现有技术相比，本发明首先根据混合线路中的工频电流信号，确定初步故障定位区间，由于混合线路中的各个终端站和中间转接站中均设置探测点，而各个终端站和中间转接站一般作为电缆线路和架空线路的分界，因此根据各探测点的工频电流信号的变化，可确定初步故障定位区间内属于电缆线路故障还是架空线路故障；

然后，本发明考虑到工频电流信号属于低频信号，难以准确定位故障点位置，因此在确定初步故障定位区间后，再通过高频的故障行波信号进行故障点的精确定位，提升定位结果的准确性；

另外，还考虑到：

当电缆线路发生故障时，故障行波由电缆线路传向架空线路，行波反射是由小阻抗传向大阻抗，相当于开路反射，电流微弱，电压翻倍，适合使用行波电压信号传感器；当架空线路发生故障时，故障行波由架空线路传向电缆线路，行波反射是由大阻抗传向小阻抗，相当于短路反射，电压微弱，电流翻倍，适合使用行波电流信号传感器；

基于上述原理，本发明对确定的电缆线路故障，则通过行波电压信号确定故障点位置；对确定的架空线路故障，则通过行波电流信号确定故障点位置，最大化的提取明显的故障行波信号，提升故障点定位的准确性，具有以下优点：

(1)采用的行波电压信号传感器和行波电流信号传感器为并行输入，不论是电缆线路故障还是架空线路故障，总有传感器可以有效、准确识别出电缆故障行波信号；使用一台主机可监控两种线路，节省成本；传感器及主机安装均为非接触式，均可带电安装，且安装方便、安全。

(2)本发明可实时监测电缆架空混合线路的运行，当发生故障时可根据定位结果快速找到故障点位置，可有效缩短故障查找时间，减少停电损失，提高用电可靠性和效益。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的一种故障定位装置的应用状态示意图。

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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

实施例1

本实施例提供一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法，包括以下步骤：

在混合线路中的各个终端站和中间转接站中均设置探测点，在每个探测点中分别获取行波电压信号、行波电流信号和工频电流信号，混合线路包括电缆线路和架空线路；

根据整个混合线路中工频电流信号的变化，确定初步故障定位区间，并判断属于电缆线路故障还是架空线路故障；初步故障定位区间为混合线路中相邻的终端站和中间转接站之间的一段线路；

若为电缆线路故障，则在初步故障定位区间附件的探测点中，通过行波电压信号确定故障点位置；若为架空线路故障，则在初步故障定位区间附件的探测点中，通过行波电流信号确定故障点位置。

本方案首先根据混合线路中的工频电流信号，确定初步故障定位区间，由于混合线路中的各个终端站和中间转接站中均设置探测点，而各个终端站和中间转接站一般作为电缆线路和架空线路的分界，因此根据各探测点的工频电流信号的变化，可确定初步故障定位区间内属于电缆线路故障还是架空线路故障；

然后，本方案考虑到工频电流信号属于低频信号，难以准确定位故障点位置，因此在确定初步故障定位区间后，再通过高频的故障行波信号进行故障点的精确定位，提升定位结果的准确性；

另外，还考虑到：

当电缆线路发生故障时，故障行波由电缆线路传向架空线路，行波反射是由小阻抗传向大阻抗，相当于开路反射，电流微弱，电压翻倍，适合使用行波电压信号传感器；当架空线路发生故障时，故障行波由架空线路传向电缆线路，行波反射是由大阻抗传向小阻抗，相当于短路反射，电压微弱，电流翻倍，适合使用行波电流信号传感器；

基于上述原理，本方案对确定的电缆线路故障，则通过行波电压信号确定故障点位置；对确定的架空线路故障，则通过行波电流信号确定故障点位置，最大化的提取明显的故障行波信号，提升故障点定位的准确性。

作为一种优选的实施方式，针对三相的混合线路，本实施例中，各个探测点分别获取每相线路的行波电压信号、行波电流信号和工频电流信号。

行波电压信号和行波电流信号均带有时标，可根据时标进行故障定位。

本实施例还提供一种基于如上所述的一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法的故障定位装置，包括行波电压信号传感器、行波电流信号传感器、工频电流信号传感器和数据处理主机，行波电压信号传感器、行波电流信号传感器和工频电流信号传感器均接入混合线路中进行数据采集，行波电压信号传感器、行波电流信号传感器和工频电流信号传感器均连接数据处理主机。

混合线路中的各个终端站和中间转接站中均设有一个故障定位装置。每个故障定位装置中的数据处理主机均连接有后台服务器，该后台服务器根据如上所述的电缆架空混合线路的故障在线定位方法，确定故障点位置。

其整体工作原理为电缆线路如一端连接至变压器母线，另一端连接架空线，当电缆线段发生故障时，电缆击穿产生的故障行波由故障点向线路两端传输，在变压器端设置行波电流信号传感器和工频信号传感器，在架空线端设置行波电压信号传感器和工频信号传感器，分别采集故障信号；架空线一般两端连接电缆，当架空线路发生故障时，在架空和电缆终端连接处设置的行波电流信号传感器和工频信号传感器，分别采集故障信号。传感器采集到的故障信号送至数据处理主机，通过4G或5G无线网络或者光纤连接将故障数据传输至后台服务器，经软件处理平台进行分析、判断，来达到电缆故障在线定位的目的。

在电缆架空混合线路的每个变电站终端头和终端站终端头分别安装行波电压信号传感器和行波电流信号传感器。

在电缆架空混合线路的每个变电站终端头和终端站终端头的每一相上分别安装工频电流信号传感器。根据不同端头工频电流信号传感器采集到的故障录波波形，分析、判断该次动作属于扰动或是故障。

具体为：在电缆架空混合线路的每个变电站终端头和终端站终端头分别安装3套行波电压信号传感器(A，B，C三相)、3套行波电流信号传感器(A，B，C三相)、3套工频电流信号传感器(A，B，C三相)和一台数据处理主机。

当电缆线路发生故障时，故障行波由电缆线路传向架空线路，行波反射是由小阻抗传向大阻抗，相当于开路反射，电流微弱，电压翻倍，适合使用行波电压信号传感器；当架空线路发生故障时，故障行波由架空线路传向电缆线路，行波反射是由大阻抗传向小阻抗，相当于短路反射，电压微弱，电流翻倍，适合使用行波电流信号传感器。

行波电压信号传感器、行波电流信号传感器和工频信号传感器采集故障信号，连接至数据处理主机，通过无线或光纤传输至后台服务器，波形数据经分析、处理、判断，得到故障位置信息，经WEB或信息推送方式传送至监护人员。

数据主机配置高精度GPS/北斗授时模块，对各传感器采集的波形数据做时标，依靠工频电流信号传感器的故障录波数据来分析、判断事件属于线路扰动还是线路故障。对于线路故障，依靠带时标的故障行波数据可计算得到故障点距离。

数据处理主机通过GPRS无线或光纤方式传送数据至后台服务器。

行波电压信号传感器为基于电场感应原理的非接触式传感器，用于采集故障暂态行波的电压信号，可不停电安装和调试。

行波电流信号传感器为基于罗氏线圈原理的非接触式传感器，用于采集故障暂态行波的电流信号，可不停电安装和调试。

本实施例中的具体应用如下：

线路起端为1#变电站，经电缆线路连接到1#终端站；1#终端站和2#终端站之间采用架空线连接；2#终端站和3#终端站之间采用电缆线连接；3#终端站和4#终端站之间采用架空线连接，4#终端站和2#变电站之间采用电缆线连接。在该设计线路上，可以增加或减少电缆线路或架空线路，也可以用于单一的架空线路或者单一的电缆线路。

在1#变电站、1#终端站、2#终端站、3#终端站、4#终端站和2#变电站分别安装一套装置，每台装置配三组行波电流传感器、三组行波电压传感器和三组工频电流传感器。

当故障发生在架空线路段1#终端站和2#终端站之间时，该混合线路上所有装置都会触发动作，但显示结果不同。1#变电站和1#终端站监控的是电缆线路段，该监控区段1#终端站的装置先触发，1#变电站的装置后触发，两台装置作为一个监控区段，显示的故障距离为该段电缆线路的长度，并且两端工频电流都变大；1#终端站和2#终端站监控的是架空线路段，该监控区段的1#终端站和2#终端站装置分别触发，两台装置作为一个监控区段，显示的故障距离小于架空线路全长，为距离1#终端站或者2#终端站的故障点距离，其中1#终端站工频电流变大，2#终端站工频电流变小；2#终端站和3#终端站监控的是电缆线路段，该监控区段2#终端站的装置先触发，3#终端站的装置后触发，两台装置作为一个监控区段，显示的故障距离为该段电缆线路的长度，并且两端工频电流都变小；3#终端站和4#终端站监控的是架空线路段，该监控区段3#终端站的装置先触发，4#终端站的装置后触发，两台装置作为一个监控区段，显示的故障距离为该段架空线路的长度，并且两端工频电流都变小；4#终端站和2#变电站监控的是电缆线路段，该监控区段4#终端站的装置先触发，2#变电站的装置后触发，两台装置作为一个监控区段，显示的故障距离为该段电缆线路的长度，并且两端工频电流都变小。

根据工频电流变大和变小的突变情况，可确定初步故障定位区间架空线路段1#终端站和2#终端站之间，此后通过1#终端站和2#终端站中探测的行波电流信号，进一步可确定故障点的精确位置，实现故障定位。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (13)

1.一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

在混合线路中的各个终端站和中间转接站中均设置探测点，在每个探测点中分别获取行波电压信号、行波电流信号和工频电流信号，所述混合线路包括电缆线路和架空线路；

根据整个混合线路中工频电流信号的变化，确定初步故障定位区间，并判断属于电缆线路故障还是架空线路故障；

若为电缆线路故障，则在所述初步故障定位区间附件的探测点中，通过行波电压信号确定故障点位置；若为架空线路故障，则在所述初步故障定位区间附件的探测点中，通过行波电流信号确定故障点位置。

2.根据权利要求1所述的一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法，其特征在于，所述混合线路为三相电路，各个探测点分别获取每相线路的行波电压信号、行波电流信号和工频电流信号。

3.根据权利要求1所述的一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法，其特征在于，所述初步故障定位区间为混合线路中相邻的终端站和中间转接站之间的一段线路。

4.根据权利要求1所述的一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法，其特征在于，所述行波电压信号和行波电流信号均带有时标。

5.一种基于如权利要求1所述的一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法的故障定位装置，其特征在于，包括行波电压信号传感器、行波电流信号传感器、工频电流信号传感器和数据处理主机，所述行波电压信号传感器、行波电流信号传感器和工频电流信号传感器均接入混合线路中进行数据采集，所述行波电压信号传感器、行波电流信号传感器和工频电流信号传感器均连接所述数据处理主机。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述混合线路为三相线路，所述混合线路的每一相均安装有一个行波电压信号传感器、行波电流信号传感器和工频电流信号传感器。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述行波电压信号传感器为基于电场感应原理的非接触式传感器，用于采集故障暂态行波的电压信号。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述行波电流信号传感器为基于罗氏线圈原理的非接触式传感器，用于采集故障暂态行波的电流信号。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，混合线路中的各个终端站和中间转接站中均设有一个故障定位装置。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，每个故障定位装置中的数据处理主机均连接有后台服务器，该后台服务器根据如权利要求1所述的一种电缆架空混合线路的故障在线定位方法，确定故障点位置。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述数据处理主机通过无线传输模块或光纤通信连接所述后台服务器。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述无线传输模块为GPRS无线终端。

13.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述数据处理主机设有GPS/北斗授时模块，用于对各传感器采集的波形数据做时标。

Images