CN203084144U - 一种分布式输电线路故障精确定位系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种分布式输电线路故障精确定位系统，它包括分布式安装于输电线路上的故障数据采集前端，所述故障数据采集前端包括CT取电模块、CPU主控单元模块、暂态行波提取模块、高速数据采集模块和通讯模块，暂态行波提取模块、高速数据采集模块和通讯模块均与CT取电模块相连，暂态行波提取模块的输出端通过高速数据采集模块连接至CPU主控单元模块，CPU主控单元模块输出端连接至通讯模块，故障数据采集前端连接3G通讯平台。本实用新型首次采用HHT与3G通讯平台结合，利用前端Rogowski线圈监测、提取故障行波信号，并进行综合分析，实现输电线路故障测距精确定位。
Description
技术领域
本实用新型属于电网运行检测与监控技术领域，特别涉及一种分布式输电线路故障精确定位系统。
背景技术
本实用新型输电线路故障跳闸是电网最频发的事故之一，为减少电网故障跳闸及其影响，我们需要准确地确定故障点，并明确故障发生的原因以采取针对性的防治措施。输电线路智能故障监测系统采用分布式监测技术，实现故障的精确定位与故障原因的智能识别。输电线路翻山越岭，极易遭受雷电、污秽、动植物、风吹舞动、覆冰等各种自然因素的影响而发生跳闸事故。每一次跳闸事故，除给系统带来冲击外，都会给绝缘子、导线等设施带来损坏，给系统运行留下安全隐患。因此，及时准确地找到故障点，并对线路进行修复是线路运行维护的一项重要工作。经研究发现：在线路发生故障时，故障点会产生向线路两端传播的行波，行波保护原理和行波故障测距原理都是根据故障时的特征检出故障的。捕捉故障初期的行波电压、行波电流或两者的组合中含有的故障信息，因此它可以在极短的时间内检出故障。但目前基于工频量的距离保护和故障测距存在着许多无法解决的矛盾。传统行波定位技术，易受波形畸变、弧垂等因素的影响，还没有一种安全可行的测试方法及原理，故有必要提出一种新型的行波测量技术实现输电线路故障的精确定位。CN 101162833 A公开了一种输电线路雷击跳闸事故性质识别系统，它包括故障数据采集前端和上位机，现场监测装置包括电源单元、电流传感器单元、数据采集与处理单元以及通信单元，电流传感器单元、数据采集与处理单元、通信单元均与电源单元相连，电流传感器单元的输出端接至数据采集与处理单元的输入端，数据采集与处理单元的输出端接至通信单元的输入端;现场监测装置通过无线通讯平台与上位机建立通信连接。上述输电线路雷击跳闸事故性质识别系统是对两种电流进行模数转换成数字波形信号，然后将数字波形信号上传到上位机管理系统，再利用小波分析的方法来分析该雷电流波形的特征，同时根据现场监测装置监测到的工频故障电流的方向判断雷击事故发生的区间，这种方法核心是采用小波分析，但是小波变换虽然在理论上能处理非线性非平稳信号，实际算法实现中却只能处理线性非平稳信号，并且容易受到Heisenberg测不准原理制约，所以并不是很适合突变信号的处理；加之波形信号上传到上位机管理系统才进行处理，会造成繁杂数据处理麻烦，浪费资源，可靠性降低。
实用新型内容
本实用新型目的在于解决上述问题，提供一种使用方便、舒适安全的分布式输电线路故障精确定位系统。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种分布式输电线路故障精确定位系统，它包括分布式安装于输电线路上的故障数据采集前端，所述故障数据采集前端包括CT取电模块、CPU主控单元模块、暂态行波提取模块、高速数据采集模块和通讯模块，所述暂态行波提取模块、高速数据采集模块和通讯模块均与所述CT取电模块相连，所述暂态行波提取模块的输出端连接至高速数据采集模块的输入端，所述高速数据采集模块的输出端连接至所述CPU主控单元模块，所述CPU主控单元模块输出端连接至所述通讯模块的输入端，所述故障数据采集前端连接3G通讯平台。
所述CPU主控单元模块设置希尔伯特—黄理论（HHT）处理程序。
所述故障数据采集前端采用良导体和磁导体双层屏蔽设计。
所述暂态行波提取模块包括罗柯夫斯基线圈。
所述CPU主控单元模块和通讯模块设置冗余设计。
所述故障数据采集前端的工作电路的内腔密封等级达到IP55。
本实用新型分布式输电线路故障精确定位系统的工作原理：
本实用新型首次采用希尔伯特一黄理论（HHT）与3G通讯平台结合，利用前端罗柯夫斯基线圈（Rogowski）线圈监测、提取故障行波信号，并根据HHT理论进行综合分析，从而实现输电线路故障测距精确定位。
本实用新型根据Rogow ski线圈微分特性提出了故障采样触发方案：利用线模、零模传播速度不同提出了新的故障定位算法，不需要GPS授时系统，不需要测量波速，可靠性和定位精度都有了很大保证。利用外积分型Rogowski线圈的微分特性的判断方法来触发故障电流采样，同时结合希尔伯特-黄变换（HHT）理论分析了故障产生的行波在线路上传输的时频特性，辨识出从故障点反射的行波和对从对端母线反射的行波，根据故障初始行波和反射性波达到线路两端的时刻，消除波速的影响，实现高精度故障定位。
本实用新型分布式输电线路故障精确定位系统的使用方法为：
（a）将所述故障数据采集前端安装于输电线路上，安装方式采用分布式；
（b）根据所述故障数据采集前端处理后传输的反馈信号确定故障区间；
（c）在确定的故障区进一步间实施行波精确定位；
（d）对于复杂网路结构的输电线路，在电路分支点处安装所述故障数据采集前端，将复杂网路划分为一些简单的单线结构，之后仍采用上述（b）、（c）步骤，进行精确定位。
本实用新型的有益效果：
（1）利用线模、零模传播速度不同提出了新的故障定位算法，故障定位方法上创新性地将区间定位与故障点定位相结合，使得定位的可靠性和准确性都得到提升；
（2）设计的所述故障数据采集前端直接从导线上提取故障行波信号和故障工频电流信号，使得监测点的设置灵活，可根据线路长短和是否有分支灵活设置监测点；
（3）故障数据采集前端可靠性高，免维护时间长达5年：本实用新型所述故障数据采集前端采用良导体和磁导体双层屏蔽设计，即在原有基础上再设置一层屏蔽层，具有很强的抗电磁干扰能力；本实用新型所述暂态行波提取模块包括罗柯夫斯基线圈，既能在很宽的负荷电流范围下，保障系统的工作，又能抵御故障电流的冲击，并同时可靠的采集信号；本实用新型所述CPU主控单元模块和通讯模块设置冗余设计，提高了所述故障数据采集前端的可靠性，并有效延长使用寿命；本实用新型所述故障数据采集前端的工作电路的内腔密封等级达到IP55，不受长期暴露户外工作的影响。
本实用新型分布式线路故障精确定位系统首次采用希尔伯特一黄理论（HHT）与3G通讯平台结合，能实现故障的精确定位与故障原因的智能识别，并且系统可靠性高，为线路管理人员不定期巡线减轻了工作量，很大程度减少了输电线路故障跳闸事故的发生，因此本实用新型具有较好的经济效益和社会效益，具有广阔的应用前景，便于普遍推广使用。
附图说明
下面结合附图对本实用新型作进一步地说明：
图1是本实用新型的系统结构图；
图2是本实用新型的故障数据采集前端的原理框图；
图3是本实用新型具体实施例示意图。
具体实施方式
如图1和图2所述，一种分布式输电线路故障精确定位系统，它包括分布式安装于输电线路上的故障数据采集前端，所述故障数据采集前端包括CT取电模块、CPU主控单元模块、暂态行波提取模块、高速数据采集模块和通讯模块，所述暂态行波提取模块、高速数据采集模块和通讯模块均与所述CT取电模块相连，所述暂态行波提取模块的输出端连接至高速数据采集模块的输入端，所述高速数据采集模块的输出端连接至所述CPU主控单元模块，所述CPU主控单元模块输出端连接至所述通讯模块的输入端，所述故障数据采集前端连接3G通讯平台。
所述CPU主控单元模块设置希尔伯特—黄理论（HHT）处理程序。
所述故障数据采集前端采用良导体和磁导体双层屏蔽设计。
所述暂态行波提取模块包括罗柯夫斯基线圈。
所述CPU主控单元模块和通讯模块设置冗余设计。
所述故障数据采集前端的工作电路的内腔密封等级达到IP55。
本实用新型首次采用希尔伯特一黄理论（HHT）与3G通讯平台结合，利用前端罗柯夫斯基线圈（Rogowski）线圈监测、提取故障行波信号，并根据HHT理论进行综合分析，从而实现输电线路故障测距精确定位。
本实用新型根据Rogow ski线圈微分特性提出了故障采样触发方案：利用线模、零模传播速度不同提出了新的故障定位算法，不需要GPS授时系统，不需要测量波速，可靠性和定位精度都有了很大保证。利用外积分型Rogowski线圈的微分特性的判断方法来触发故障电流采样，同时结合希尔伯特-黄变换（HHT）理论分析了故障产生的行波在线路上传输的时频特性，辨识出从故障点反射的行波和对从对端母线反射的行波，根据故障初始行波和反射性波达到线路两端的时刻，消除波速的影响，实现高精度故障定位。
本实用新型分布式输电线路故障精确定位系统的使用方法为：
（a）将所述故障数据采集前端安装于输电线路上，安装方式采用分布式；
（b）根据所述故障数据采集前端处理后传输的反馈信号确定故障区间；
（c）在确定的故障区进一步间实施行波精确定位；
（d）对于复杂网路结构的输电线路，在电路分支点处安装所述故障数据采集前端，将复杂网路划分为一些简单的单线结构，之后仍采用上述（b）、（c）步骤，进行精确定位。
具体实施例1
分布式输电线路故障精确定位系统的体系结构不同于传统行波定位系统，先把核心部件，即故障数据采集前端安装于输电线路导线上，可以近距离地捕捉故障瞬间的行波信号。如图3所示，分布式的故障数据采集前端每隔20公里左右安装于线路导线上，其故障定位基本过程描述如下：
（1）根据所述故障数据采集前端处理后传输的反馈信号确定故障区间
设定输电线路在i、j、m、n等杆塔处装设了所述故障数据采集前端，现在第j基塔至第m基塔间发生了跳闸事故。此时，i、j处的工频故障电流相位与m、n处的工频故障电流相位是相反的（在单端供电时，m、n处无工频故障电流），利用这一简单逻辑原理，可以十分准确地确定故障发生在j、m间。区间的准确定位也可排除各种可能引起较大误差的干扰信息的影响。
（2）在确定的故障区进一步间实施行波精确定位
由于行波定位的故障区间变短，地形弧垂所引起的误差按比例线性缩小。在故障区间确定在j、m间后，只需对j、m段实施行波定位。对于一条60公里的线路，5%意味着3公里的误差，考虑到两部分误差的相消作用，误差约为1公里。与此同时分布式行波波速在线测量，减小行波波速的影响。分布式安装所述故障数据采集前端，为行波的在线测量提供了实现工具：根据同一行波经过相邻两个所述故障数据采集前端的时间，可准确计算出行波速度，消除了行波波速对行波定位精度的影响，进一步提高了故障行波定位精度。
（3）对于复杂网路结构的输电线路，在分支点处可安装所述故障数据采集前端，将复杂网路划分为一些简单的单线结构，之后仍采用上述方法：先利用工频故障区间，再在故障区间内实施行波定位。
[技术指标]
故障区间定位可靠性：>99%
故障点定位精度：<300米
设备免维护时间：>5年
实时性指标：故障信号上传时间< 60秒 故障诊断分析：<10 秒
容量指标：数据中心监测线路容量 > 10000条
具体实施例2
与具体实施例1区别仅在于，分布式的故障数据采集前端每隔10公里左右安装于线路导线上，故障点定位精度：<170米，其他各项技术指标也有微小提升。
本实用新型的有益效果：
（1）利用线模、零模传播速度不同提出了新的故障定位算法，故障定位方法上创新性地将区间定位与故障点定位相结合，使得定位的可靠性和准确性都得到提升；
（2）设计的所述故障数据采集前端直接从导线上提取故障行波信号和故障工频电流信号，使得监测点的设置灵活，可根据线路长短和是否有分支灵活设置监测点；
（3）故障数据采集前端可靠性高，免维护时间长达5年：本实用新型所述故障数据采集前端采用良导体和磁导体双层屏蔽设计，即在原有基础上再设置一层屏蔽层，具有很强的抗电磁干扰能力；本实用新型所述暂态行波提取模块包括罗柯夫斯基线圈，既能在很宽的负荷电流范围下，保障系统的工作，又能抵御故障电流的冲击，并同时可靠的采集信号；本实用新型所述CPU主控单元模块和通讯模块设置冗余设计，提高了所述故障数据采集前端的可靠性，并有效延长使用寿命；本实用新型所述故障数据采集前端的工作电路的内腔密封等级达到IP55，不受长期暴露户外工作的影响。
本实用新型分布式线路故障精确定位系统首次采用希尔伯特一黄理论（HHT）与3G通讯平台结合，能实现故障的精确定位与故障原因的智能识别，并且系统可靠性高，为线路管理人员不定期巡线减轻了工作量，很大程度减少了输电线路故障跳闸事故的发生，因此本实用新型具有较好的经济效益和社会效益，具有广阔的应用前景，便于普遍推广使用。
Claims (1)
1.一种分布式输电线路故障精确定位系统，其特征在于：它包括分布式安装于输电线路上的故障数据采集前端，所述故障数据采集前端包括CT取电模块、CPU主控单元模块、暂态行波提取模块、高速数据采集模块和通讯模块，所述暂态行波提取模块、高速数据采集模块和通讯模块均与所述CT取电模块相连，所述暂态行波提取模块的输出端连接至高速数据采集模块的输入端，所述高速数据采集模块的输出端连接至所述CPU主控单元模块，所述CPU主控单元模块输出端连接至所述通讯模块的输入端，所述故障数据采集前端连接3G通讯平台。
2. 如权利要求1所述分布式输电线路故障精确定位系统，其特征在于：所述故障数据采集前端采用良导体和磁导体双层屏蔽设计。
3. 如权利要求1所述分布式输电线路故障精确定位系统，其特征在于：所述暂态行波提取模块包括罗柯夫斯基线圈。
4. 如权利要求1所述分布式输电线路故障精确定位系统，其特征在于：所述CPU主控单元模块和通讯模块设置冗余设计。
5. 如权利要求1所述分布式输电线路故障精确定位系统，其特征在于：所述故障数据采集前端的工作电路的内腔密封等级达到IP55。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20130724 Termination date: 20141204 |
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| EXPY | Termination of patent right or utility model |