CN204044291U - 基于gps和3g通信电缆在线故障定位装置 - Google Patents
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Abstract
基于GPS和3G通信电缆在线故障定位装置，它涉及定位装置技术领域，高频脉冲电流互感器通过同轴线与前置信号处理装置连接，前置信号处理装置与模数信号转换模块连接，模数信号转换模块分别与卫星对时信号接收模块、无线数据传输模块连接，卫星对时信号接收模块与天线连接，无线数据传输模块通过Internet与3G通信装置连接，3G通信装置与母站连接；而且4个子站则通过3G网络将故障位置信号发送和汇集到安装在另外的母站，母站可以通过电脑保存相关数据。它可以保存相关数据，同时自动计算出故障点的位置，定位测试为自动化，无须解开该线路的任何结线和设备，节省时间，降低了在抢修过程中的安全风险，能够实现快速恢复供电，提高供电可靠性，人力物力投入也减少。
Description
技术领域：
本实用新型涉及定位装置技术领域，具体涉及一种基于GPS和3G通信电缆在线故障定位装置。
背景技术：
城市中10～35kV配电系统庞大，电缆数量不断增加，敷设路径错综复杂，常见的10kV电缆故障主要是本体击穿或接头击穿等造成的电缆接地。为了处理故障，一般先根据开关动作状况（跳闸）确定故障线路，然后使用电桥或脉冲电压回波定位仪寻找和确认故障点。定位测试作业必须解开该线路的电缆终端才可以进行，由于现场临时做实验常常遇到条件的限制，结果整个过程所花费时间较长，恢复供电时间为2～3天或者更长的时间，而且人力物力投入比较大。
目前，高压电力电缆故障定位技术主要是采用基于离线测试的电桥法,单端（回波）定位法，行波两端时间差定位法。电阻电桥法线路连接如图3所示，被测电缆末端无故障相与故障相短接，电桥两输出臂接无故障相与故障相。电桥法的重要缺点是不适用于高阻与闪络性故障。因为在故障电阻很高的情况下，电桥回路电流很小，一般电桥检流计灵敏度较低，很难判断电桥平衡与否。实际上电缆故障大部分属于高阻与闪络性故障。在用普通电桥法测量故障距离之前，需用高压设备将故障点烧穿，使其故障电阻值降到可以使用电桥法进行测量的范围，而故障点烧穿是件十分困难的工作，往往要花费数小时、甚至几天的时间，十分不方便，有时会出现故障点烧断，故障电阻反而升高的现象（这在交联电缆故障中常见），或是故障电阻烧得太低，呈金属性短路，以至不能用放电声测法进行最后定点。电桥法的另一缺点是需要知道电缆的准确长度等原始技术资料，当一条电缆线路内是由两种以上导体材料或截面不同的两段以上电缆组成时，还要进行换算。电桥法还不能测量三相短路或断路故障。传统的测试方法，设备很复杂，需要专业的技术人员的水平要高，而且定位的精度又差，当电缆长度越长时，故障行波的高频成分衰减越大，造成故障行波的幅值变小，波形变宽，这样上升时刻会提前，造成定位误差加大。所以如何去缩短定位时间，提高恢复送电的效率。
单端回波定位法只在故障电缆线路的一个终端安装传感器，需要调动故障点定位仪到作业现场。为了取到脉冲波在故障电缆的实际传播速度，会首先注入一个小的脉冲信号，注入端为安装了传感器的终端。脉冲信号注入后传感器会立即捕获到注入信号，经过一段时间的传播到另一个终端，由于阻抗发生了变化（开路），会有一个反射波又传回信号注入端，再被传感器捕获，由于电缆线路长度是已知量，通过对比得到捕获的两个信号的时间差，再通过计算公式得出该故障电缆线路的行波速度：设故障传播速度为V，恒速。故障电缆线路长度为L，距离/时间=波速，即V=2L/△t；V=2L/（t2-t1）。已知该故障电缆线路的行波速度后，故障点定位仪会注入高压（如图4），高压会让故障点再次发生击穿故障，从而在故障点产生一个故障电流脉冲波信号，向注入端传输的信号称为第一回波，传感器捕获时间为t1；故障电流脉冲波信号经另一头终端反射回注入端的信号，称为第二回波，传感器捕获时间为t2，得出如图4的波形图，通过计算公式得出该故障电缆线路的故障点位置：设故障点与传感器距离为X,故障传播速度V和线路总长L已知，距离=波速*时间差，即2(L-X)= △t*V；X=L-△t*V/2；X=L-(t2-t1)*V/2。
综上所述，单端回波定位法存在如下缺陷：1、电缆放生击穿故障时，需要较长时间才能定位出故障点位置；2、整个造作需要断电，操作麻烦。3、定位时间长、人力物力上的投入大，增加了抢修过程的安全风险。
行波两端时间差定位法（如图5），该方法在脉冲电压回波定位法的基础上做了改进，但该方法只能依靠两个测试点之间的时间差来判定故障点的位置，只能依靠一组时间差数据来标定故障点位置。由于故障点与两个测试点间距离不能保证相等，所以两个测试点接收到的故障波信号会因衰减不同而不同，导致得到的时间差Δt与真实时间差Δt′不相等，往往得到的定位结果误差较大，不能起到快捷、准确、可靠的定位功能。
综上所述，行波两端时间差定位法存在如下缺陷：1、电缆发生绝缘故障时，需要较长时间才能定位出故障点位置；2、整个系统运作需要须解开电缆线路，操作麻烦；3、定位时间长、人力物力上的投入大，增加了抢修过程的安全风险。
实用新型内容：
本实用新型的目的是提供一种基于GPS和3G通信电缆在线故障定位装置，它可以保存相关数据，同时自动计算出故障点的位置，定位测试为自动化，无须解开该线路的任何结线和设备，节省时间，降低了在抢修过程中的安全风险，能够实现快速恢复供电，提高供电可靠性，人力物力投入也减少。
为了解决背景技术所存在的问题，本实用新型是采用如下技术方案：它包含每个子站由一组安装在一回电缆线路的三相电缆终端部位的三只高频脉冲电流互感器、前置信号处理装置、模数信号转换模块、无线数据传输模块、卫星对时信号接收模块和天线；高频脉冲电流互感器通过同轴线与前置信号处理装置连接，前置信号处理装置与模数信号转换模块连接，模数信号转换模块分别与卫星对时信号接收模块、无线数据传输模块连接，卫星对时信号接收模块与天线连接，无线数据传输模块通过Internet与3G通信装置连接，3G通信装置与母站连接。而且4个子站则通过3G网络将故障位置信号发送和汇集到安装在另外的母站，母站可以通过电脑保存相关数据。
本实用新型实现了在线监控，实时定位故障点位置的功能。整个系统的工作都是带电监测的，无须解开电缆线路的任何结线和设备。故障发生时，这套系统的可靠运行就大大减少了抢修人员的抢修时间，减少因故障而引起的间接损失。一般情况下，电缆接地故障瞬间的波头峰值大约100A，可以沿着电缆线路传输几公里（最少2公里），在几公里的线路里有3到6个环网柜，环网柜一般500m分布一个。当环网柜之间的电缆发生接地故障时，安装在电缆终端的HFCT传感器就能检测到故障脉冲信号，同时这个脉冲波的波形及其到达的时间均会全部被记存在与该传感器相连接的子站上，这些子站接收到信号，并且达到设定的触发值，就会通过数据传输单元DTU发送这个信号的数据信息到母站，母站会通过计算机计算分析所有接收到的数据信息，对故障点两端所有的信号触发时刻成对计算时间差，以此多重定位，并在计算机上标定故障点位置。
本实用新型具有如下有益效果：一旦出现击穿故障时，可以在几分钟内可以找出故障所在位置，用更短的时间恢复供电。本装置可以保存相关数据，同时自动计算出故障点的位置，定位测试为自动化，无须解开该线路的任何结线和设备。因此，整个过程所需时间少，降低了在抢修过程中的安全风险，能够实现快速恢复供电，提高供电可靠性，人力物力投入也可以大大减少。
附图说明：
图1为本实用新型的装置工作示意图；
图2为本实用新型的系统图；
图3为现有技术中电桥定位法示意图；
图4为现有技术中单端回波定位法示意图；
图5为现有技术中行波双端时间差定位法示意图；
图6为本实用新型多重定位法工作原理图；
图7为本实用新型多重定位法示意图；
图8为本实用新型的工作原理图；
图9为本实用新型的前视图；
图10为本实用新型的后视图。
具体实施方式：
参看图1、图2、图6-图10，本具体实施方式采用如下技术方案：它包含每个子站LS由一组安装在一回电缆线路的三相电缆终端部位的三只高频脉冲电流互感器HFCT、前置信号处理装置APC、模数信号转换模块ADC、无线数据传输模块DTU、卫星对时信号接收模块GPS和天线；高频脉冲电流互感器HFCT通过同轴线与前置信号处理装置APC连接，前置信号处理装置APC与模数信号转换模块ADC连接，模数信号转换模块ADC分别与卫星对时信号接收模块GPS、无线数据传输模块DTU连接，卫星对时信号接收模块GPS与天线连接，无线数据传输模块DTU通过Internet与3G通信装置连接，3G通信装置与母站MS连接。而且4个子站LS则通过3G网络将故障位置信号发送和汇集到安装在另外的母站MS，MS可以通过电脑保存相关数据。
LS1和LS2即各LS之间实现同步检测，在MS就可以实现行波时间差法的多重精确定位。电力电缆的行波波速V通常是160m～180m/μS。而为了精确定位，可以已知电缆长L的条件，在S1处打入一个大脉冲信号，然后在一个（侧）传感器上测出注入波与反射波的时间差，即可以V=2L/Δt，求取该电缆的实际行波速。
所述的就地处理装置LS的工作原理为：通过HFCT传感器CT检测到故障信号，送到就地处理装置LS处理，然后经过高速AD转换得到可以使DTU接受到的信号，通过GPS模块卫星对时，把串口数据转换为IP数据或者把IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送。
GPS电缆故障定位系统主要应用于10kV电缆故障定位，就地站安装于10kV环网柜内，定位测试自动化，无须解开该线路的任何接线和设备。
检测器发出检测故障信号，就地站储存数据、计算、结果、数据发送，中央站MS显示数据。
就地站通过GPS同步系统检测到故障脉冲波时间，基于故障脉冲波到两个或两个以上检测点的时间差进行行波定位计算。定位精度稳定在10m（最大平均定位误差）范围内。
由于故障脉冲电流的波形是在纳秒(ns)到微秒（us）的范围，所以，要求信号处理器必须具备足够大的记存容量，能够至少连续5件故障发生的脉冲电流波形信息；处理器对各种直接波和反射波的识别，及其时间差读取和计算都必须能搞自动进行。在此，尤其是反射波的极性会反射点的结构，阻抗大小而改变，这就对处理器的波形分辨能力有更高的要求；具备对雷击波的入侵、开关操作过电压等非故障的信号的抗干扰能力。利用3G、GPRS等无线通信技术，使分散在不同地点故障定位装置系统联网通信，实现定位功能。
如图9-图10所示，本装置上设置有通道一信号输入端口1、通道一增益调节2、通道二信号输入端口3、通道二增益调节4、通道三信号输入端口5、通道三增益调节6、3G天线端口7、SIM卡端口8、GPS端口9、通信端口10、通电源指示灯11、电源开关12、220V电源13、前端构造14、后端构造15。
本具体实施方式具有如下有益效果：一旦出现电缆绝缘击穿故障时，可以在几分钟内可以找出故障所在位置，这个位置信息可以帮助电力公司在更短的时间内恢复供电。本装置可以保存相关数据，同时自动计算出故障点的位置，定位测试为自动化，无须解开该线路的任何结线和设备。因此，整个过程所需时间少，降低了在抢修过程中的安全风险，能够实现快速恢复供电，提高供电可靠性，人力物力投入也可以大大减少。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (1)
1.基于GPS和3G通信电缆在线故障定位装置，其特征在于它包含每个子站(LS)包含一组安装在一回电缆线路的三相电缆终端部位的三只高频脉冲电流互感器(HFCT)、前置信号处理装置(APC)、模数信号转换模块(ADC)、无线数据传输模块(DTU)、卫星对时信号接收模块(GPS)和天线；高频脉冲电流互感器(HFCT)通过同轴线与前置信号处理装置(APC)连接，前置信号处理装置(APC)与模数信号转换模块(ADC)连接，模数信号转换模块(ADC)分别与卫星对时信号接收模块(GPS)、无线数据传输模块(DTU)连接，卫星对时信号接收模块(GPS)与天线连接，无线数据传输模块(DTU)通过Internet与3G通信装置连接，3G通信装置与母站(MS)连接。
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