CN207281225U - 暂态电流采集装置及配电网供电电缆线路故障定位系统 - Google Patents

Abstract

一种暂态电流采集装置及配电网供电电缆线路故障定位系统，属于电力线缆故障在线监测领域。暂态电流采集装置包括电路连接的电流传感器、信号调理器、高速A/D转换器、高速比较器、卫星授时模块、FPGA、ARM和动态存储器，ARM的通讯端连接上位机。配电网供电电缆线路故障定位系统，在连接环网柜的干线电缆设置若干暂态电流采集装置，该装置通过上位机连接系统平台。通过高速采集、监测和记录单相接地故障发生时故障回路产生的流经各条电缆金属屏蔽层接地线的暂态电流信号，通过系统平台识别信号的波头方向，识别故障线路，系统平台采用卫星时钟同步，对接收到的故障线路的波形进行比对，通过波头时间差，多个波形两两双端测距，实现故障点测距定位。

Description

暂态电流采集装置及配电网供电电缆线路故障定位系统

技术领域

本实用新型属于电力线缆故障在线监测领域，具体说是一种暂态电流采集装置及配电网供电电缆线路故障定位系统

背景技术

随着自动化技术的发展，配电网自动化运行已经越来越重要。配电网自动化是运用各种技术及配电设备,对配电网进行监控管理,使配电网处于安全、可靠、优质、经济、高效的运行状态。故障定位是配电自动化的关键技术之一，它要求故障发生时能够快速定位故障点，并及时通知电力部门检修人员，为电力部门检修人员排查故障和恢复供电节约时间。

环网供电是指把用于供电的电源或供电变压器连接成一个环网供电网络，对每条线路进行分段并设置控制开关，线路的连接点设置联络开关，利用设备的延时进行停电区间的负荷转换。当供电线路的某一区段发生故障时，配网自动化系统具备隔离故障区段、恢复非故障区段供电的能力，从而达到缩小停电范围和减少用户停电时间、提高对用户供电可靠性的目的。为了达到以上目的，环网供电系统通常会加装线路故障指示器和馈线终端等自动化设施。

为了及时定位环网供电系统中的故障位置，故障定位方法目前有基于矩阵计算法、基于神经网络的算法、基于遗传算法的方法、基于专家系统等多种方法，但由于电网结构复杂，这些算法并不能通用，各种算法适用于不同类型的电网模型，而且这类算法通常计算量大，处理时间长，需要借助大量的终端设备和复杂的主站系统来支撑。

目前有一种依靠故障指示器来进行故障定位的方法：为每个故障指示器建立一个链路表，链路表中记录电流方向前端的故障指示器地址，电流方向中第一级故障指示器的前端故障指示器地址设置为空。当线路发生接地或者相间短路时，在电源点和故障点之间会构成回路，该区段线路上会产生故障电流。故障指示器监测到故障电流后将信息上报给通讯终端，由通讯终端上报给主站系统。主站系统等待一个时间周期让所有监测到的故障信息的故障指示都上报完成，等待的时间周期根据通讯情况一般设置为几十秒到几分钟，主站收集该时间周期内所有上报的故障信息，根据故障指示器链路表查找到上述故障指示器中处于链路末端的故障指示器，故障位置即处于末端指示器和该指示器电流后端未检测到故障的故障指示器之间，并将故障定位结果通知电力部门。

但是，该方法的故障指示器链路表在系统建立时初始化完成以后不再变化，而实际情况中由于电力需求、现实环境等因素，引起环网供电中开关的分合，从而导致线路中电流方向变化，此时仍按照此前的链路表进行故障定位，会给检修人员造成错误的判断；故障定位方法相对简单，没有自我调整的能力，只适应单一供电电源的电网，不具备适应性和通用性；链路表没有经过重复验证，故障指示器链路表建立时由于人为失误等原因存在录入错误的风险，一旦链路表录入错误，后续定位都将出错，没有充分利用故障指示器等现有条件去弥补不足。

中国专利申请CN201510584460.8公开了一种环网供电条件下的故障定位方法，包括如下步骤：S1：获取现有环形供电网的主站系统在初始化时建立的环网线路树形结构模型； S2：当环形供电网发生故障时，主站系统利用故障指示器上报的各线路的负载电流信号的大小，判断环形供电网各开关的状态，重新修正步骤S1中的环网线路树形结构模型；S3：主站系统利用步骤S2中修正后的环网线路树形结构模型和故障指示器上报的故障电流的大小，定位故障点。其存在的不足是定位不准确。

中国专利申请CN201410236346.1公开了一种环网柜电缆线路在线故障定位方法,它涉及电力电缆故障定位方法技术领域，它的故障定位方法为：故障电流监视检测系统由多个环网柜监测点组成。一个监测点的故障电流检测由一组三相三只高频脉冲电流传感器组成，三只高频脉冲电流传感器分别安装在任意一回路电缆的三相电缆上。高频脉冲电流传感器与就地信号处理主机通过同轴线连接；接收的故障信号触发时刻由GPS卫星时间精确对时； 3G无线数据传输单元与3G无线数据接收单元通过3G无线网络连接。当10kV—35kV配电系统电缆发生绝缘故障时，可以在第一时间检测到故障电流脉冲并可以根据分布在多个环网柜的子站所检测到的故障信号触发时刻，自动计算出故障点的位置，定位时间短，定位精度高，可靠性强。其存在的不足之处是，不能精确定位支路故障点。

另外，以上技术还存在不能在大规模故障发生前，预警和定位暂态故障的问题。

实用新型内容

根据以上现有技术中的不足，本实用新型的目的在于提供一种能通过电缆屏蔽层精确检测暂态故障信号的暂态电流采集装置和能够定位环网暂态故障点和环网柜支路暂态故障点的城市配电网供电电缆线路故障定位系统。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：暂态电流采集装置，其特征在于：包括电路连接的电流传感器、信号调理器、高速A/D转换器、高速比较器、卫星授时模块、FPGA、ARM和动态存储器，电流传感器的输出端连接信号调理器的输入端，信号调理器的输出端分别通过高速A/D转换器和高速比较器连接FPGA的信号输入端，卫星授时模块连接FPGA的通讯端，FPGA的数据端设置连接动态存储器，FPGA的输出端连接ARM的数据端，ARM的通讯端设置通讯模块。

所述的通讯模块为无线路由器连接上位机。

所述的电流传感器设置在环网供电电缆线路的金属屏蔽层接地线上。

所述的电流传感器为高频电流互感器或罗氏线圈中的一种。

一种基于上述暂态电流采集装置的配电网供电电缆线路故障定位系统，包括配电网供电系统的环网柜和电缆，其特征在于：在连接环网柜的电缆设置若干暂态电流采集装置，若干暂态电流采集装置连接设置一台上位机，若干上位机的通讯端分别连接系统平台。

所述的环网柜的多条电缆分别设置暂态电流采集装置，多台暂态电流采集装置集中设置在环网柜内，暂态电流采集装置的电流传感器分别设置在电缆屏蔽线的直接接地端上。

所述的暂态电流采集装置分布式安装在多条支路用户侧电缆末端，暂态电流采集装置的电流传感器分别设置在用户侧电缆屏蔽线的直接接地端上。

所述的若干暂态电流采集装置的电流传感器同名端一致，安装方法一致。

本实用新型暂态电流采集装置及配电网供电电缆线路故障定位系统所具有的有益效果是：在城市环网供电系统的若干环网柜干线电缆和环网柜的多条电缆设置暂态电流采集装置，通过高速采集的方法，监测和记录供电线路发生故障时故障回路产生的流经各条电缆金属屏蔽层接地线的暂态电流行波，系统平台通过识别暂态电流行波的波头方向，识别故障线路，采用卫星时钟同步方法，对接收到的故障线路的行波进行比对，通过波头时间差，形成双端测距，实现故障点测距定位。

设置方便，定位精度高。

附图说明

图1本实用新型的暂态电流采集装置的原理方框图；

图2本实用新型的配电网供电电缆线路故障定位系统的原理方框图；

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1所示，暂态电流采集装置，包括电路连接的电流传感器、信号调理器、高速A/D 转换器、高速比较器、卫星授时模块、FPGA、ARM和动态存储器，电流传感器的输出端连接信号调理器的输入端，信号调理器的输出端分别通过高速A/D转换器和高速比较器连接FPGA 的信号输入端，卫星授时模块连接FPGA的通讯端，FPGA的数据端设置连接动态存储器，FPGA 的输出端连接ARM的数据端，ARM的通讯端设置通讯模块。

所述的通讯模块为无线路由器连接上位机。

卫星授时模块精确度为0-100ns。

所述的电流传感器设置在环网供电电缆线路的金属屏蔽层接地线上。

所述的高速A/D转换器采用LT2260系列芯片。

所述的电流传感器为电流互感器、罗氏线圈中的一种。暂态电流采集装置的实时在线高速采集的截止频率≥100KHz，电流传感器通频带为100KHz-100MHz。

处理器的通讯端还可以通过以太网芯片连接网络。通过以太网将数据以网络通讯方式上传到上位机。

当故障发生时，电流传感器将采集到的电磁暂态信号，经信号调理电路进行增益调整和低通滤波送给高速A/D转换器和高速比较器。在现场可编程逻辑门阵FPGA的控制下根据高速比较器的输出决定是否启动高速模数转换和存储，ARM中央处理器通过中断得到数据有效信息，经过算法处理，通过无线路由器将数据以无线通讯方式上传到上位机。

暂态电流采集装置，可以有两种安装方式：可以安装在城市环网柜内，在环网柜内成集中式装置，可同时监测6条环网供电电缆，装置安装在环网柜内二次侧室或电气距离允许的其他位置，电流传感器卡扣在电缆直接接地端的屏蔽层接地线上，电流传感器走线通过环网柜地下夹层，连接到装置上。还可以安装在环网柜内出线末端用户侧变压器前的直接接地处，装置采用分布式安装方式，可监测1条电缆，装置安装在环网柜电缆出线末端的直接接地侧附近，户外安装，外壳采用户外防护设计。电流传感器卡扣在电缆直接接地端的屏蔽层接地线上，电流传感器走线通过户外穿管与装置连接。

实施例2：

如图2所示，在实施例1的基础上，一种基于上述暂态电流采集装置的配电网供电电缆线路故障定位系统，包括配电网供电系统的环网柜和电缆，在连接环网柜的电缆设置若干暂态电流采集装置，若干暂态电流采集装置连接设置一台上位机，若干上位机的通讯端分别连接系统平台。

1#环网柜-7#环网柜与电缆构成城市环网供电系统，2#环网柜-7#环网柜分别设置IP： 64-IP:70的暂态电流采集装置。

上位机连接系统平台，可根据用户需要安装在变电站监控室内或调度室内等。系统平台包含系统软件，具有存储数据和判据、存储程序的功能，系统软件可展示监测线路的拓扑图，线路长度等多个参数。此为普通现有技术。

所述的环网柜的多条电缆分别设置暂态电流采集装置，多台暂态电流采集装置集中设置在环网柜内，暂态电流采集装置的电流传感器分别设置在电缆屏蔽线的直接接地端上。

所述的暂态电流采集装置分布式安装在多条支路用户侧电缆末端，暂态电流采集装置的电流传感器分别设置在用户侧电缆屏蔽线的直接接地端上。

所述的若干暂态电流采集装置的电流传感器同名端一致，安装方法一致。

在城市环网供电系统的若干环网柜干线电缆和环网柜的多条支路电缆设置暂态电流采集装置，通过高速采集的方法，监测和记录供电线路发生故障时故障回路产生的流经各条电缆金属屏蔽层接地线的暂态电流行波，系统平台通过识别暂态电流行波的波头方向，识别故障线路，采用卫星时钟同步方法，对接收到的故障线路的行波进行比对，通过波头时间差，形成双端测距，实现故障点测距定位。通过故障点两侧每一对监测点的波头时间差就能计算出故障距离，即利用故障点一侧的任意一个监测点和故障点另一侧的任意一个监测点构成双端测距。

本实用新型中提及的高速比较器、ARM、FPGA和系统平台的设置、输入、存储和使用，为普通计算机专业人员所掌握。

Claims (7)

1.暂态电流采集装置，其特征在于：包括电路连接的电流传感器、信号调理器、高速A/D转换器、高速比较器、卫星授时模块、FPGA、ARM和动态存储器，电流传感器的输出端连接信号调理器的输入端，信号调理器的输出端分别通过高速A/D转换器和高速比较器连接FPGA的信号输入端，卫星授时模块连接FPGA的通讯端，FPGA的数据端设置连接动态存储器，FPGA的输出端连接ARM的数据端，ARM的通讯端设置通讯模块，所述的电流传感器设置在环网供电电缆线路的金属屏蔽层接地线上。

2.根据权利要求1所述的暂态电流采集装置，其特征在于：所述的通讯模块为无线路由器连接上位机。

3.根据权利要求1所述的暂态电流采集装置，其特征在于：所述的电流传感器为高频电流互感器或罗氏线圈中的一种。

4.一种基于权利要求1-3之一的暂态电流采集装置的配电网供电电缆线路故障定位系统，包括配电网供电系统的环网柜和电缆，其特征在于：在连接环网柜的电缆设置若干暂态电流采集装置，若干暂态电流采集装置连接设置一台上位机，若干上位机的通讯端分别连接系统平台。

5.根据权利要求4所述的配电网供电电缆线路故障定位系统，其特征在于：所述的环网柜的多条电缆分别设置暂态电流采集装置，多台暂态电流采集装置集中设置在环网柜内，暂态电流采集装置的电流传感器分别设置在电缆屏蔽线的直接接地端上。

6.根据权利要求4或5所述的配电网供电电缆线路故障定位系统，其特征在于：所述的暂态电流采集装置分布式安装在多条支路用户侧电缆末端，暂态电流采集装置的电流传感器分别设置在用户侧电缆屏蔽线的直接接地端上。

7.根据权利要求4或5所述的配电网供电电缆线路故障定位系统，其特征在于：所述的若干暂态电流采集装置的电流传感器同名端一致，安装方法一致。