CN103983901A - 环网柜电缆线路在线故障定位方法 - Google Patents

Abstract

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***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***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。

Description

环网柜电缆线路在线故障定位方法

  

技术领域：

    本发明涉及电力电缆故障定位方法技术领域，具体涉及一种应用于10kV—35kV配电***电缆在线故障定位装置的定位方法。

背景技术：

10kV—35kV电缆配电***庞大，电缆数量多，敷设路径错综复杂，一旦发生绝缘故障，很难找到故障点。现场做故障点定位，现在一般的办法是，故障发生后调动故障点定位仪作定位测试,使用的是脉冲电压回波定位法。而使用这种装置需要解开故障电缆的终端，并将电缆的一端与定位装置的脉冲电压输出端相连接，才可以开始做定位测试作业。由于现场临时做实验，常常遇到许多施工条件的限制，结果需花费大量的时间，以及人力和附属器材。

脉冲电压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。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1），高压会让故障点再次发生绝缘故障，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2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)= t₁₂*V；X=L- t₁₂*V/2。 

基于电缆两端的双端定位法（如图3），该方法在脉冲电压回波定位法的基础上做了改进，但该方法使用光纤对时，只能依靠两个测试点之间的时间差来判定故障点的位置，即只能使用一组时间差数据来标定故障点位置，往往得到的定位结果误差较大。如图4，设故障传播速度为V，恒速。距离/时间=波速，即：ΔL/Δt=V；X=(L－t₁₂*V)/2。而且，还有信号汇集的问题：现实中的10kV—35kV配电***电缆分布复杂，敷设光纤困难较大，不能起到快捷、准确、可靠的定位效果。 

综上所述，脉冲电压回波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***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。双端定位法存在如下缺陷：1、定位误差大，实用性差，可靠性不高。 

发明内容：

本发明的目的是提供一种环网柜电缆线路在线故障定位方法，它当10kV—35kV配电***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，操作简便、快捷，实用性好，可靠性高，减少人力物力的投入，降低抢修过程中的安全风险。

为了解决背景技术所存在的问题，本发明是采用以下技术方案：它的故障定位方法为：故障电流监视检测***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(HFCT)组成，三只高频脉冲电流传感器(HFCT)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(HFCT)与就地信号处理主机(LS)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；故障定位结果由母站自动计算并标定。当线路里有绝缘故障产生时，故障点会产生一个具有一定幅值的脉冲信号，此脉冲信号会传输至各个相连接的环网柜，如达到环网柜检测点所设定的触发值，就会被子站记录波形和触发时刻，并通过3G无线数据传输单元将数据传输到母站，母站通过3G无线数据接收单元接收到信号触发时刻并记录波形，然后母站的计算机程序能自动快捷地计算并定位出故障点所在位置，误差范围不超过20m。 

本发明的故障定位原理为：运用在在线故障定位装置中，对10kV—35kV电力电缆的运行状态进行实时在线监测，在电力电缆的某一点出现故障时，借助线路本身能量在故障点产生的脉冲波信号会沿着线路传输到与其相连接的线路，能在故障点相连接的多个环网柜中第一时间检测到故障电流脉冲，并将各个监测点检测到故障信号触发时刻汇集到母站，计算机程序可以根据来自各个监测点的故障信号触发时刻，即复数个子站间的多组时间差数据，然后得到多重定位结果，并自动计算出故障点位置后标示。 

本发明具有以下有益效果： 

1、电缆发生击穿故障时，几分钟内就能自动定位出故障点位置；

2、整个***运作无须解开电缆线路的任何结线和使用电缆故障点定位仪；

3、高效、可靠地自动定位出故障点，误差范围小于20m，安全达到运行单位实用要求，并减少定位时间和人力物力上的投入，还降低抢修过程的安全风险。

附图说明： 

图1为背景技术中故障点定位仪定位原理图，

图2为背景技术中故障点定位仪定位波形图，

图3为背景技术中双端定位法定位原理图，

图4为背景技术中双端定位法定位波形图，

图5为本发明应用的在线故障定位***结构框图，

图6为实施例一环网柜电缆线路在线故障定位***四站应用图，

图7为实施例一多重定位计算方式波形图。

具体实施方式： 

参照图5，本具体实施方式采用以下技术方案：它的故障定位***包含高频脉冲电流传感器（HFCT）；就地信号处理主机（以下称为子站，也简称LS）；信号集中定位处理主机（以下称为母站，也简称MS），高频脉冲电流传感器（HFCT）分别安装在三相电缆上，子站与母站通过网络连接。子站包括前置信号处理模块（APC）、模数信号转换模块（ADC）、卫星对时信号接收模块（GPS）和3G无线数据传输单元（DTU），前置信号处理模块（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）和3G无线数据传输单元（DTU）连接；母站包括相互连接的计算机和3G无线数据接收单元。

本具体实施方式的故障定位原理为：运用在在线故障定位装置中，对10kV—35kV电力电缆的运行状态进行实时在线监测，在电力电缆的某一点出现故障时，借助线路本身能量在故障点产生的脉冲波信号会沿着线路传输到与其相连接的线路，能在故障点相连接的多个环网柜中第一时间检测到故障电流脉冲，并将各个监测点检测到故障信号触发时刻汇集到母站，计算机程序可以根据来自各个监测点的故障信号触发时刻，即复数个子站间的多组时间差数据，然后得到多重定位结果，并自动计算出故障点位置后标示。 

本具体实施方式的计算公式为： ， 

（参照图7，X为故障点与最近测试点的距离，L为两个测试点间长度，△t为接收到的任意两个故障信号触发时间差，V为所检测线路电缆的行波速度，设故障传播速度为V，恒速。距离/时间=波速，即：ΔL/Δt=V）。这个过程就实现在线监测、多重定位故障点的功能。

本具体实施方式实现了在线监控，实时定位故障点位置的功能。整个***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***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。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，以此得到多重定位结果，并在计算机上标定故障点位置。 

实施例： 

实施例一：参照图6，本实施例为环网柜电缆线路在线故障定位***四站应用，它包括：分别设于10kV—35kV配网电力电缆两端的#1环网柜/终端、#2环网柜/终端、#3环网柜/终端和 #4环网柜/终端，就地信号处理主机LS1、就地信号处理主机LS2、就地信号处理主机LS3、就地信号处理主机LS4分别设于#1环网柜/终端、#2环网柜/终端、#3环网柜/终端和 #4环网柜/终端。

#1环网柜/终端包括就地信号处理主机LS1，以及高频脉冲电流传感器S1；#2环网柜/终端包括就地信号处理主机LS2，以及高频脉冲电流传感器S2；#3环网柜/终端包括就地信号处理主机LS3，以及高频脉冲电流传感器S3；#4环网柜/终端包括就地信号处理主机LS4，以及高频脉冲电流传感器S4。 

高频脉冲电流传感器（HFCT）与10kV电力电缆连接；就地信号处理主机LS1的GPS时钟、就地信号处理主机LS2的GPS时钟、就地信号处理主机LS3的GPS时钟和就地信号处理主机LS4的GPS时钟通过GPS卫星对时；就地信号处理主机LS1的DTU、就地信号处理主机LS2的DTU、就地信号处理主机LS3的DTU和就地信号处理主机LS4的DTU通过3G无线网络与信号集中定位处理主机MS进行数据连接。 

其主要工作原理是： 

就地信号处理主机LS1接收故障点产生的故障行波1；就地信号处理主机LS1的GPS时钟记录接收到故障行波1的时刻，同时通过DTU发送数据至信号集中定位处理主机MS进行数据分析；

就地信号处理主机LS2接收故障点产生的故障行波1；就地信号处理主机LS2的GPS时钟记录接收到故障行波1的时刻，同时通过DTU发送数据至信号集中定位处理主机MS进行数据分析；

就地信号处理主机LS3接收故障点产生的故障行波1； LS3的GPS时钟记录接收到故障行波1的时刻，同时通过DTU发送数据至信号集中定位处理主机MS进行数据分析；

就地信号处理主机LS4接收故障点产生的故障行波1；就地信号处理主机LS4的GPS时钟记录接收到故障行波1的时刻，同时通过DTU发送数据至信号集中定位处理主机MS进行数据分析；

信号集中定位处理主机MS数据分析根据就地信号处理主机LS1中DTU发送的触发时刻数据、就地信号处理主机LS2中DTU发送的触发时刻数据、就地信号处理主机LS3中DTU发送的触发时刻数据和就地信号处理主机LS4中DTU发送的触发时刻数据计算故障点在配网电力电缆中的具***置。

如图7，在一个实施例中，信号集中定位处理主机(母站)进行数据分析计算故障点在10kV电力电缆中的具***置的计算公式是： 

 

式中，t₁为就地信号处理主机LS1接收到故障行波1的时刻，t₂为就地信号处理主机LS2接收到故障行波1的时刻， L为两个子站间10kV—35kV配网电力电缆的长度，V为故障行波在所测配网电力电缆线路中的传播速度。

绝缘故障产生的瞬间，故障脉冲波会沿着配网线路传输到与其相连接的环网柜，而我们的高频脉冲电流传感器（HFCT）第一时间检测到故障电流脉冲，并将所有检测到的故障信号触发时刻汇集到母站，母站的计算机程序会计算t₁与t₂的时间差，t₁与t₃的时间差，t₁与t₄的时间差；t₂与t₃的时间差，t₂与t₄的时间差；t₃与t₄的时间差。每个子站之间的距离和波速在***装置安装时已通过校正得到的。母站会自动重复计算上述计算公式，对于同一个故障信号得到多组时间差数据，从而对此故障点进行多重性定位，保证定位的精确性和可靠性。 

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许的变动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。 

Claims (3)

1.环网柜电缆线路在线故障定位方法，其特征在于它的故障定位方法为：故障电流监视检测***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(HFCT)组成，三只高频脉冲电流传感器(HFCT)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(HFCT)与就地信号处理主机(LS)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；故障定位结果由母站自动计算并标定。

2.环网柜电缆线路在线故障定位方法，其特征在于故障定位原理为：运用在在线故障定位装置中，对10kV—35kV电力电缆的运行状态进行实时在线监测，在电力电缆的某一点出现故障时，借助线路本身能量在故障点产生的脉冲波信号会沿着线路传输到与其相连接的线路，能在故障点相连接的多个环网柜中第一时间检测到故障电流脉冲，并将各个监测点检测到故障信号触发时刻汇集到母站，计算机程序可以根据来自各个监测点的故障信号触发时刻，即复数个子站间的多组时间差数据，然后得到多重定位结果，并自动计算出故障点位置后标示。 

3.根据权利要求1所述的环网柜电缆线路在线故障定位方法，其特征在于它的故障定位***包含高频脉冲电流传感器（HFCT）；就地信号处理主机，以下称为子站；信号集中定位处理主机，以下称为母站，高频脉冲电流传感器（HFCT）分别安装在三相电缆上，子站与母站通过网络连接；子站包括前置信号处理模块（APC）、模数信号转换模块（ADC）、卫星对时信号接收模块（GPS）和3G无线数据传输单元（DTU），前置信号处理模块（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）和3G无线数据传输单元（DTU）连接；母站包括相互连接的计算机和3G无线数据接收单元。