CN116125196A - 一种高压电缆故障行波测距系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高压电缆故障行波测距系统及方法，该系统包括：至少一个高压电缆故障检测设备和高压电缆在线检测服务器；其中，所述高压电缆故障检测设备包括采集单元，高频屏蔽层电流传感器，屏蔽层环流传感器以及显示器；所述高压电缆故障检测设备，用于对高压电缆短路故障、高压电缆接地故障以及高压电缆主缆芯线对地绝缘损坏故障进行行波测距，还用于对高压电缆屏蔽层环流进行监测；所述显示器，用于显示所述高压电缆故障检测设备需要输出的各种信息；所述高压电缆在线检测服务器，用于存储和管理所述高压电缆的相关数据，并为授权的接入设备提供访问服务；本发明对经过渡电阻故障、雷击等造成的故障均能准确定位，提高准定位的准确率。
Description
技术领域
本发明属于高压电缆故障检测领域，特别涉及高压电缆故障行波测距系统及方法。
背景技术
高压电缆是电力电缆的一种，是指用于传输1kv-1000kv之间的电力电缆，多应用于电力传输和分配。
高压电缆是供电设备与用电设备之间的桥梁，起传输电能的作用。应用广泛，因此故障也经常发生，目前常用的高压电缆故障点检测方法是高压电桥法，该方法其检测原理是通过高压电桥恒流电源击穿引起的电缆故障，在一定程度上保障了流量较大的电桥电流，然后在整个线路两侧形成一定的电流。在协调桥梁平衡的基础上，计算了故障测距的间隙，但是该方法的要求比较高，需要利用高压电桥恒流电源，并且识别精度较低。
为了解决上述技术问题，需要提出一种高压电缆故障行波测距系统及方法。
发明内容
为了解决所述现有技术的不足，本发明提供了一种高压电缆故障行波测距系统及方法，采用综合测距原理，测距精度应不受线路参数、线路互感、互感器误差、电网运行方式变化、故障位置、故障类型、大地电阻率及一些较强干扰因素的影响，对经过渡电阻故障、雷击等造成的故障均能准确定位，提高准定位的准确率。
本发明所要达到的技术效果通过以下方案实现：
第一方面，本发明实施例提供一种高压电缆故障行波测距系统，包括：至少一个高压电缆故障检测设备和高压电缆在线检测服务器；其中，所述高压电缆故障检测设备包括采集单元，高频屏蔽层电流传感器，屏蔽层环流传感器以及显示器；
所述高压电缆故障检测设备，用于对高压电缆短路故障、高压电缆接地故障以及高压电缆主缆芯线对地绝缘损坏故障进行行波测距，还用于对高压电缆屏蔽层环流进行监测；
所述采集单元，配置有多个低速工频量采集通道和多个高速采集通道，用于接入多路行波或者其他高速采集通道；
所述高频屏蔽层电流传感器，用于采集高速的故障行波信号和绝缘层放电信号，所述高频屏蔽层电流传感器安装在所述高压电缆屏蔽层接地线处，并且所述高频屏蔽层电流传感器通过小于10m的高频屏蔽电缆与所述采集单元相连接；
所述屏蔽层环流传感器的工作频率设置为50Hz-400Hz；
所述显示器，用于显示所述高压电缆故障检测设备需要输出的各种信息；
所述高压电缆在线检测服务器，用于存储和管理所述高压电缆的相关数据，并为授权的接入设备提供访问服务。
进一步地，所述高压电缆故障检测设备，还用于：对小电流接地进行选线，支持波形回放以及自动分析。
进一步地，所述系统还包括：高频零序电流传感器，所述高频零序电流传感器用于获取所述高压电缆故障时的零序暂态电流信号，所述高频零序电流传感器安装在所述高压电缆的主缆上，并所述高频零序电流传感器通过小于10m的高频屏蔽电缆与所述采集单元相连接。
进一步地，所述高压电缆故障检测设备还用于：使用第一算法对故障点进行初步定位，获得所述故障点的初始范围，以便在所述初始范围内对行波波头的到达时刻进行筛选，筛选出目标故障行波波头和线路对端的反射波头；其中，所述第一算法包括阻抗测距法。
第二方面，本发明实施例提供一种高压电缆故障行波测距方法，所述方法包括：
使用第一算法对故障点进行初步定位，获得所述故障点的初始范围；
在所述初始范围内对行波波头的到达时刻进行筛选，筛选出目标故障行波波头和线路对端的反射波头；
通过所述采集单元获取所述高压电缆的目标故障行波波头和线路对端的反射波头分别对应的电流行波信号；
基于所述电流行波信号计算出所述高压电缆的故障点位置。
进一步地，所述通过所述采集单元获取所述高压电缆的目标故障行波波头和线路对端的反射波头分别对应的电流行波信号，包括：
通过所述采集单元获取所述高压电缆的目标故障行波波头对应的第一电流行波信号，其中，所述第一电流行波信号表示所述高压电缆发生线路故障后采集到的第一个电流行波信号；
通过所述采集单元获取所述高压电缆的线路对端的反射波头对应的第二电流行波信号，其中，所述第一电流行波信号表示经过所述高压电缆故障点反射后采集到的电流行波信号。
进一步地，所述基于所述电流行波信号计算出所述高压电缆的故障点位置，包括：
基于所述第一电流行波信号和所述第二电流行波信号，以及电流速度和所述第一电流行波信号与所述第二电流行波信号之间的时间差，计算出所述高压电缆的故障点位置。
进一步地，所述第一算法包括阻抗测距法。
通过本发明的实施例提供的高压电缆故障行波测距方法，通过高灵敏度行波传感器和多级放大整形电路，能够在二次侧提取识别出极其微弱的故障信号的同时抑制高频干扰，大大提高信噪比；无需新增传感器和铺设新线路，利用站内已有的二次回路就可以安装使用并进行有效的故障定位和预警，降低使用成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有的技术方案，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中记载的一些实施例，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为本发明一实施例中的高压电缆故障行波测距系统的示意图一；
图2为本发明一实施例中的高压电缆故障行波测距系统的示意图二；
图3为本发明一实施例中的高压电缆故障行波测距系统的示意图三；
图4为本发明一实施例中的高压电缆故障行波测距方法的流程图；
图5为本发明一实施例中的高压电缆故障行波测距方法的示意图。
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，下面将结合具体实施例及相应的附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例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。
需要说明的是，除非另外定义，本公开一个或多个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。本公开一个或多个实施例中使用的“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。
本发明提供一种高压电缆故障行波测距系统及方法，所述系统包括：高压电缆故障检测设备和高压电缆在线检测服务器；其中，所述高压电缆故障检测设备包括采集单元，高频屏蔽层电流传感器，屏蔽层环流传感器以及显示器；
所述方法利用所述高压电缆故障行波测距系统，采用如下方法进行行波测距，具体包括：通过所述采集单元获取所述高压电缆的电流行波信号；
基于所述电流行波信号计算出所述高压电缆的故障点位置。
采用本发明提供的一种高压电缆故障行波测距系统及方法，采用综合测距原理，测距精度应不受线路参数、线路互感、互感器误差、电网运行方式变化、故障位置、故障类型、大地电阻率及一些较强干扰因素的影响，对经过渡电阻故障、雷击等造成的故障均能准确定位，提高准定位的准确率。
下面结合附图，详细说明本发明的各种非限制性实施方式。
首先，参照图1，对本发明的高压电缆故障行波测距系统进行详细说明，图1为本发明一实施例中的高压电缆故障行波测距系统的示意图一；
如图1所述，本发明的高压电缆故障行波测距系统，包括：
高压电缆故障检测设备；
高压电缆在线检测服务器；
示例性地，所述高压电缆故障检测设备用于对高压电缆短路故障、高压电缆接地故障以及高压电缆主缆芯线对地绝缘损坏故障进行行波测距，还用于对高压电缆屏蔽层环流进行监测；以及对小电流接地进行选线，支持波形回放以及自动分析。
示例性地，所述高压电缆故障检测设备还用于：使用第一算法对故障点进行初步定位，获得所述故障点的初始范围，以便在所述初始范围内对行波波头的到达时刻进行筛选，筛选出目标故障行波波头和线路对端的反射波头；其中，所述第一算法包括阻抗测距法。
具体地，例如通过阻抗测距法对故障点进行初步定位，获得高压电缆的故障点的初始范围，比如在15km-16km之间，然后在这个范围内进一步确定对行波波头的到达时刻进行筛选，找到目标故障行波波头和线路对端的反射波头，其中目标故障行波波头表示真实故障点的行波波头，线路对端的反射波头则表示该目标故障行波波头对应的该高压电缆的对端的反射波头。
具体地，还可以建立故障点查找数据库，把历史故障点初步定位的相关数据存储下来，利用相关数据基于多个模型确定初始范围，从而多角度的确定目标故障行波波头和线路对端的反射波头，对求得的结果进行验证，从而确定最终的目标故障行波波头和线路对端的反射波头，提高准确率。
下面具体对每个功能进行详细介绍：
1)针对高压电缆故障检测设备的电缆短路故障行波测距功能
对电缆短路时在高压电缆的屏蔽层上感应的行波电流信号进行高速采集，采集位置位于电缆的首端，支持单端和双端行波测距原理，最大支持电缆长度大于20Km，测距精度优于0.1％，测距死区小于20m，短路过渡电阻为0～1000欧。
2)针对高压电缆故障检测设备的电缆接地故障行波测距功能
对高压电缆接地时在其屏蔽层上感应的行波电流信号进行高速采集，采集位置位于电缆的首端，支持单端和双端行波测距原理，最大支持电缆长度大于20Km，测距精度优于0.1％，测距死区小于20m，接地电阻为0～1000欧。
3)针对高压电缆故障检测设备的电缆主缆芯线对地绝缘损坏故障预警和测距功能
示例性地，对高压电缆的屏蔽层对地电流进行高频采样，采样速度不小于25M点/秒，监测灵敏度：50mA放电电流，可对放电位置进行行波测距，最大支持电缆长度大于20Km，测距精度优于0.1％，测距死区小于20m。可设置告警门槛定值，当放电的波形特征和放电的频率满足定值要求后发出绝缘故障预警信号。
示例性地，对高压电缆的屏蔽层对地泄露电流进行高频采样，采样速度100M点/秒～200M点/秒，监测灵敏度：10PC，可对放电位置进行行波测距，最大支持电缆长度大于100Km，测距精度优于5m，测距死区小于5m。可设置告警门槛定值，当放电的波形特征和放电的频率满足定值要求后发出绝缘故障预警信号。
4)针对高压电缆故障检测设备的电缆屏蔽层环流进行监测功能
对高压电缆的屏蔽层环流进行采集，采集速度为10K点/秒，测量范围0～500A；可设置告警门槛定值，当屏蔽层环流满足定值要求后发出故障告警信号。
5)针对高压电缆故障检测设备的小电流接地选线功能
具备小电流接地选线功能，适应中性点接地、不接地和经消弧线圈接地等多种形式，最大支持电缆长度大于20Km，接地电阻为0～1000欧。
6)针对高压电缆故障检测设备支持的波形回放功能
对于采集到的高频行波信号、低频电流电压信号波形具备存储回访功能，存储次数大于2000次。
7)针对高压电缆故障检测设备支持的自动分析及故障报警功能，支持离线人工波形回放和分析功能。
显示器，用于显示所述高压电缆故障检测设备需要输出的各种信息；可以便于使用者的管理与操作；提升用户体验。
高压电缆在线检测服务器，用于存储和管理所述高压电缆的相关数据，并为授权的接入设备提供访问服务；具体地，高压电缆故障检测设备可以将采集或者计算获得的相关数据信息上传至服务器进行共享，当需要的时候，也可以高压电缆在线检测服务器获取相关的有用信息，以便更好地实现数据的采集以及计算。
具体地，所述高压电缆故障检测设备包括采集单元，高频屏蔽层电流传感器，屏蔽层环流传感器以及显示器；
采集单元，配置有多个低速工频量采集通道和多个高速采集通道，用于接入多路行波或者其他高速采集通道；
示例性地，采集单元是高压电缆故障检测设备的核心部件，采用6U高度的标准19英寸机箱结构；每个采集单元最多配置有56个低速工频量采集通道和16个高速采集通道，可接入56个PT(电流互感器)、CT(电压互感器)的二次侧信号和16路行波采集通道。
示例性地，每个采集单元最多配置有8个低速工频量采集通道和8个高速采集通道，可接入1个PT、7个CT的二次侧信号和最多8路行波或其他高速采集通道。采集单元带有3个以太网通信接口，一个GPS天线接口，一个4G或5G无线网络天线接口。
示例性地，每个采集单元最多配置有3个低速工频量采集通道和6个高速采集通道，可接入6个CT信号和3路行波和3路局放电流高速采集通道。采集单元带有1个以太网通信接口，2个光纤以太网接口，一个GPS天线接口，一个4G或5G无线网络天线接口。
高频屏蔽层电流传感器，用于采集高速的故障行波信号和绝缘层放电信号，所述高频屏蔽层电流传感器安装在所述高压电缆屏蔽层接地线处，并且所述高频屏蔽层电流传感器通过小于10m的高频屏蔽电缆与所述采集单元相连接；
示例性地，高频屏蔽层电流传感器可以是高灵敏度的开口卡钳式电流传感器，为能够采集高速的故障行波信号和绝缘层放电信号，传感器具备0～50MHz的带宽，能够获取电缆接地线暂态电流信号。传感器需安装在电缆屏蔽层接地线处，并要求传感器通过小于10m高频屏蔽电缆与采集单元连接，减少信号衰减。
屏蔽层环流传感器的工作频率设置为50Hz-400Hz；
示例性地，还可以设置屏蔽层环流传感器的其他参数为：
额定输入：0-500A；
额定输出:100mA
上述的对屏蔽层环流传感器的参数设置是示例性地，其他的设定方式也可以应用与此，对此并做限定。
示例性地所述高压电缆故障行波测距系统还可以包括高频零序电流传感器，高频屏蔽层局放电流传感器以及高频相电流及工频相电流二合一传感器，CT取电装置等；
具体地：
高频零序电流传感器，所述高频零序电流传感器用于获取所述高压电缆故障时的零序暂态电流信号，所述高频零序电流传感器安装在所述高压电缆的主缆上，并所述高频零序电流传感器通过小于10m的高频屏蔽电缆与所述采集单元相连接。
示例性地，对高压电缆短路和接地故障测距精度要求高时，可选择安装高频零序电流传感器，相比从CT二次侧获取的零序行波信号，通过高频零序电流传感器直接获取一次信号有更好的行波传输特性。高频零序电流传感器可以选择高灵敏度的开口卡钳式电流传感器，主要用于3芯的10千伏电缆，传感器具备0～50MHz的带宽，能够获取电缆故障时的零序暂态电流信号。传感器需安装在电缆主缆上，并要求传感器通过小于10m高频屏蔽电缆与采集单元连接，减少信号衰减。
示例性地，高频屏蔽层局放电流传感器可以是高灵敏度的开口卡钳式电流传感器，为能够采集高速的故障行波信号和绝缘层放电信号，传感器具备0～100MHz的带宽，能够获取电缆接地线暂态电流信号。传感器需安装在电缆屏蔽层接地线处，并要求传感器通过小于10m高频屏蔽电缆与采集单元连接，减少信号衰减。
示例性地，高频相电流及工频相电流二合一传感器具有两组输出，一组是高频行波电流输出，用于行波测距；一组是工频电流输出，用于短路故障识别和局放信号同步。该传感器是一款高灵敏度的开口卡钳式电流传感器，具备0-100MHz的带宽，能够获取电缆故障时的高频暂态电流信号。该传感器需安装在电缆主缆上，并要求传感器通过小于10m高频屏蔽电缆与采集单元连接，减少信号衰减。
示例性地，所述CT取电装置分为两部分，一部分为感应取电CT，另一部分为电能转换装置。工作原理是取电CT卡在带电电缆上，感应电缆中的能量后给电能转换装置，电能转换装置将CT感应的交流电能转换为标准、稳定的直流电源。
下面通过多个示例来对本发明做进一步的描述：
示例1
本发明中的高压电缆故障行波测距系统可以采用罗氏线圈感应获取故障信号和CT感应取电，用于户外35千伏及以上电压等级电缆在线监测。
该系统采用故障时高频暂态信号、屏蔽层放电电流及行波原理对电缆运行状态进行实时在线监测，可实现电缆短路、绝缘老化损坏等故障监测、故障定位等功能，为电缆状态检修和故障排除提供可靠依据。
该高压电缆故障行波测距系统内置的在线局放监测功能实时监测电缆绝缘层的损坏情况，并给出故障预警信号。
可采用小型一体化机箱结构，对所有进出线电缆进行监测，适用于开关站、环网柜等场合；
该高压电缆故障行波测距系统的采集单元采用例如linux(此为示例)实时系统，具备行波数据采集、数据存储、处理、分析等功能，实时接收各监测终端的数据，实现电缆线路的在线监测。
该高压电缆故障行波测距系统的后台采用基于C/S方式的系统管理软件，运行于linux系统之上，并采用互联网方式与其他监测终端通讯。系统可部署云端访问功能，通过任意一台联网主机，即可访问高压电缆在线监测系统运行情况，设备运行情况以及告警情况等。该系统采用QT架构，使得整个系统的可靠性、可扩展性得到保证，实现了系统的跨平台应用。
本发明通过高灵敏度行波传感器和多级放大整形电路，能够在二次侧提取识别出极其微弱的故障信号的同时抑制高频干扰，大大提高信噪比。无需新增传感器和敷设新线路，利用站内已有的二次回路就可以安装使用并进行有效的故障定位和预警，降低使用成本。
下面根据图2来对本发明的另一实施例进行详细描述：
图2为本发明一实施例中的高压电缆故障行波测距系统的示意图二；
如图2所示，高压电缆故障行波测距系统包括多个电缆故障监测单元，云平台，无线网络以及高压电缆在线行波测距服务器(图2中为高压电缆在线行波测距和局放监测服务器)；
示例性地，多个电缆故障监测单元中的每一电缆故障监测单元都连接多根10千伏电缆，每个电缆故障监测单元通过无线网络或者以太网与高压电缆在线行波测距服务器通信，其中所述高压电缆在线行波测距服务器与前文中所述的高压电缆在线检测服务器指代相同，能实现同样的功能。
示例性地，无线网络可以是4G或者5G无线网络(图中未示出)；
示例性地，高压电缆在线行波测距服务器，用于存储和管理所述高压电缆的相关数据，并为授权的接入设备提供访问服务，并且实现高压电缆在线行波测距检测。
示例2
参照图3，下面对本发明的另一实施例所公开的高压电缆故障行波测距系统进行详细描述；
图3为本发明一实施例中的高压电缆故障行波测距系统的示意图二；
如图3所示，高压电缆故障行波测距系统包括多个电缆故障监测单元和高压电缆在线行波测距和局放监测服务器，其中电缆故障监测单元与多相电缆相连，高压电缆在线行波测距和局放监测服务器与前文所述的高压电缆故障检测设备以及高压电缆在线行波测距服务器结构和功能相同或相似。
示例性地，所述多相电缆包括A相电缆、B相电缆以及C相电缆；
示例性地，每一相电缆都分别通过局放传感器连接至接地箱和电缆故障监测单元；
示例性地，每个电缆故障检测单元分别通过行波传感器与每一相电缆相连，其中，电缆故障检测单元还通过CT感应取电单元进行取电，每个电缆故障检测单元包括GPS；
示例性地，每个电缆故障检测单元通过无线网络和云平台与高压电缆在线行波测距服务器相连。
示例3
参照图4，下面对本发明的一实施例所公开的高压电缆故障行波测距方法进行详细描述；
图4为本发明一实施例中的高压电缆故障行波测距方法的流程图；
基于上述高压电缆故障行波测距系统的高压电缆故障行波测距方法，包括：
S100：使用第一算法对故障点进行初步定位，获得所述故障点的初始范围；
S200：在所述初始范围内对行波波头的到达时刻进行筛选，筛选出目标故障行波波头和线路对端的反射波头；S300：通过所述采集单元获取所述高压电缆的电流行波信号；
S400：基于所述电流行波信号计算出所述高压电缆的故障点位置。
具体地，通过所述采集单元获取所述高压电缆的电流行波信号，包括：
使用第一算法对故障点进行初步定位，获得所述故障点的初始范围；
在所述初始范围内对行波波头的到达时刻进行筛选，筛选出目标故障行波波头和线路对端的反射波头；
通过所述采集单元获取所述高压电缆的第一电流行波信号，所述第一电流行波信号表示所述高压电缆发生线路故障后采集到的第一个电流行波信号；
通过所述采集单元获取所述高压电缆的第二电流行波信号，所述第一电流行波信号表示经过所述高压电缆故障点反射后采集到的电流行波信号；
其中，所述高压电缆的第一电流行波信号，表示所述高压电缆的目标故障行波波头对应的行波信号；第二电流行波信号，表示所述高压电缆的线路对端的反射波头对应的行波信号。示例性地，基于所述电流行波信号计算出所述高压电缆的故障点位置，包括：
基于所述第一电流行波信号和所述第二电流行波信号，以及电流速度和所述第一电流行波信号与所述第二电流行波信号之间的时间差，计算出所述高压电缆的故障点位置。
示例性地，所述第一算法包括阻抗测距法；
高压电缆故障行波测距方法包括采用如下算法之一或其组合进行所述高压电缆的测距计算：
阻抗法；
单端行波测距算法；
双端行波测距算法。
具体地，单端行波测距算法的原理是高压电缆线路发生故障后产生的故障暂态信号形成行波，此行波信号到达电力电缆的阻抗不连续处发生反射和折射，利用线路测量端取得的首次行波和反射行波信号，根据发射行波的时间与收到反射行波的时间及行波的传播速度的关系，计算出故障距离。
该方法的优点是原理简单，不依赖GPS同步时间，测量精度较高。但是当故障类型为高阻抗故障，此时故障点处的电流反射波很微弱难以清楚的测量，此时单端测量法就失去效果。
单端行波测距算法采用故障发生时产生的暂态行波的初始行波分量和对端母线反射波的分量实现故障测距，这种方法优点是利用了故障发生时刻所产生的暂态信号，具有较高的时效性。
具体地，双端行波测距算法的原理是利用故障发生时产生的暂态行波进行测距，无需停电外加仪器重新发射高压信号击穿故障点进行数据采集，并且只需要识别到达两端测量点处的第一个波头，消除了单端测距法对二次行波反射波的分辨难题。
本发明可以通过GPS或北斗进行高精度时间同步，采用多装置分布式工作模式，结合多个装置测采样信息可采用单端和双端行波进行综合测距计算，提高测距的有效性和精度，这种综合测距方法既消除了近端故障测距的盲区,又提高测距的有效性和精度。
另外，考虑到故障点的不确定性,事先无法得知故障位置,在具体运用时,可以根据测量端获取的暂态行波信号特征以及进行消噪、小波分析等信号处理后先进行双端测距得到初始位置，然后以此位置作为初始参数迭代处理得到精确故障位置。此测距方法的关键在于有效的信号处理手段,已有的研究和应用表明小波分析在非平稳信号检测中具备很高的分辨率,可解决故障行波的信号处理问题。
具体地，阻抗法是利用故障回路阻抗或电抗与测量点到故障点阻抗成正比的原理，通过采集故障时电压、电流来计算故障点距离。“行波测距算法”则是利用故障时故障点电压突变产生暂态行波以光速才故障点向线路两端传播的特性，通过计算行波到达两端的时间差来计算故障点距离。
本发明采用结合故障行波采集的系统动态波形进行“行波及阻抗综合测距”的测距算法；对系统线路故障的动态过程中高频暂态信号进行全程高精度无死区高速记录，使用阻抗测距法对故障点进行初步定位，利用得到的故障点大致范围对行波波头到达时刻进行有选择性的过滤，选出真实的故障行波波头和线路对端反射波头，不需要依赖对端装置，就可以得出精确的故障点位置，实现单端测距。
示例4
参照图5，下面对本发明的一实施例所公开的高压电缆故障行波测距方法进行详细描述；
图5为本发明一实施例中的高压电缆故障行波测距方法的示意图；
如图5中所示，单端行波测距算法是在线路的一端安装测量设备，利用线路故障时测量到的第一个行波与反射的第二个行波的时间差计算测量点和故障点之间的距离。图5中,在M点安装行波测量设备，M点测量到的第一个行波为i 1，i 1在M点和故障点F发生两次反射，再次被M点测量到为i3，那么时间差△t为M与F之间的距离的两倍，因此故障点位置如下：
其中，v表示行波速度,△t表示时间差，DMF表示M与F之间的距离。
本发明中的实施例中，高压电缆故障行波测距系统以及方法的相关技术指标可以是如下设置：
1)监测电缆数：每个高压电缆故障检测设备(也称为分布式装置)，可支持一条高压线路3条主缆监测，每套系统最大支持256个分布式装置。
2)每个采集单元输入信号：
a)一条线路的3相电流，采集速度200K点/秒，AD采集精度16BIT，输入范围：0-10000A，精度0.5级。
b)一条线路3相主缆屏蔽层高频局放电流，采集速度100M点/秒-200M点/秒，AD采集精度12BIT，输入范围10PC-2000PC，检测带宽300KHz-100MHz。
c)一条线路的3相电流高频行波电流，采集速度100M点/秒-200M点/秒，AD采集精度12BIT，输入范围0.2A-200A，精度1级,检测带宽100KHz-100MHz。
3)可分辨相间故障和接地故障，故障选线准确率>99％。
4)测距算法：采用阻抗法和单端行波测距算法及双端行波测距算法。
5)故障测距精度5米；
6)故障测距盲区5米；
7)同步对时精度16ns；
8)系统通信方式：RJ45网口，光纤以太网口，4G/5G无线网络；
9)通信规约：IEC61850，国网104；
10)供电：直流12V/CT取电；
本发明的主要改进点：
1)采用综合测距原理，测距精度应不受线路参数、线路互感、互感器误差、电网运行方式变化、故障位置、故障类型、大地电阻率及一些较强干扰因素的影响，对经过渡电阻故障、雷击等造成的故障均能准确定位。
2)通过特制的高灵敏度行波传感器和多级放大整形电路，能够在二次侧提取识别出极其微弱的故障信号的同时抑制高频干扰，大大提高信噪比。无需新增传感器和敷设新线路，利用站内已有的二次回路就可以安装使用并进行有效的故障定位和预警，降低使用成本。
需要说明的是，本发明一个或多个实施例的方法可以由单个设备执行，例如一台计算机或服务器等。本实施例的方法也可以应用于分布式场景下，由多台设备相互配合来完成。在这种分布式场景的情况下，这多台设备中的一台设备可以只执行本发明一个或多个实施例的方法中的某一个或多个步骤，这多台设备相互之间会进行交互以完成所述的方法。
需要说明的是，上述对本发明特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
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，并非旨在暗示本发明的范围(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一个或多个实施例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一个或多个实施例难以理解，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，以便避免使本发明一个或多个实施例难以理解，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一个或多个实施例的平台的(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一个或多个实施例。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。
本发明一个或多个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，凡在本发明一个或多个实施例的精神和原则之内，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)
1.一种高压电缆故障行波测距系统，其特征在于，所述系统包括：至少一个高压电缆故障检测设备和高压电缆在线检测服务器；其中，所述高压电缆故障检测设备包括采集单元，高频屏蔽层电流传感器，屏蔽层环流传感器以及显示器；
所述高压电缆故障检测设备，用于对高压电缆短路故障、高压电缆接地故障以及高压电缆主缆芯线对地绝缘损坏故障进行行波测距，还用于对高压电缆屏蔽层环流进行监测；
所述采集单元，配置有多个低速工频量采集通道和多个高速采集通道，用于接入多路行波或者其他高速采集通道；
所述高频屏蔽层电流传感器，用于采集高速的故障行波信号和绝缘层放电信号，所述高频屏蔽层电流传感器安装在所述高压电缆屏蔽层接地线处，并且所述高频屏蔽层电流传感器通过小于10m的高频屏蔽电缆与所述采集单元相连接；
所述屏蔽层环流传感器的工作频率设置为50Hz-400Hz；
所述显示器，用于显示所述高压电缆故障检测设备需要输出的各种信息；
所述高压电缆在线检测服务器，用于存储和管理所述高压电缆的相关数据，并为授权的接入设备提供访问服务；
所述高压电缆故障检测设备还用于：使用第一算法对故障点进行初步定位，获得所述故障点的初始范围，以便在所述初始范围内对行波波头的到达时刻进行筛选，筛选出目标故障行波波头和线路对端的反射波头；其中，所述第一算法包括阻抗测距法。
2.如权利要求1所述的高压电缆故障行波测距系统，其特征在于，所述高压电缆故障检测设备，还用于：对小电流接地进行选线，支持波形回放以及自动分析。
3.如权利要求2所述的高压电缆故障行波测距系统，其特征在于，所述系统还包括：高频零序电流传感器，所述高频零序电流传感器用于获取所述高压电缆故障时的零序暂态电流信号，所述高频零序电流传感器安装在所述高压电缆的主缆上，并所述高频零序电流传感器通过小于10m的高频屏蔽电缆与所述采集单元相连接。
4.一种基于权利要求1-3任一所述高压电缆故障行波测距系统的高压电缆故障行波测距方法，其特征在于，所述方法包括：
使用第一算法对故障点进行初步定位，获得所述故障点的初始范围；
在所述初始范围内对行波波头的到达时刻进行筛选，筛选出目标故障行波波头和线路对端的反射波头；
通过所述采集单元获取所述高压电缆的目标故障行波波头和线路对端的反射波头分别对应的电流行波信号；
基于所述电流行波信号计算出所述高压电缆的故障点位置；
所述通过所述采集单元获取所述高压电缆的目标故障行波波头和线路对端的反射波头分别对应的电流行波信号，包括：
通过所述采集单元获取所述高压电缆的目标故障行波波头对应的第一电流行波信号，其中，所述第一电流行波信号表示所述高压电缆发生线路故障后采集到的第一个电流行波信号；
通过所述采集单元获取所述高压电缆的线路对端的反射波头对应的第二电流行波信号，其中，所述第一电流行波信号表示经过所述高压电缆故障点反射后采集到的电流行波信号；
所述基于所述电流行波信号计算出所述高压电缆的故障点位置，包括：
基于所述第一电流行波信号和所述第二电流行波信号，以及电流速度和所述第一电流行波信号与所述第二电流行波信号之间的时间差，计算出所述高压电缆的故障点位置。
5.如权利要求4所述的高压电缆故障行波测距方法，其特征在于，所述第一算法包括阻抗测距法。
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