CN106646102B - 电缆故障点定位方法 - Google Patents

Abstract

为了降低电缆故障点监测方法对监控节点自身物理属性的依赖性，并提高输电线路监测与输电线路所在环境和地理位置的融合程度，为电缆故障点的维护工作带来更有利的便利性支持，本发明提供了一种电缆故障点定位方法，包括如下步骤：在输电线路上按照第一非等间距方式设置若干第一监控节点；在每两个相邻的第一监控节点之间，按照第二非等间距方式设置至少一个第二监控节点；在输电线路的一端到另一端传输参考信号；在至少一部分第二监控节点之间传输补偿信号；定期去除各传输补偿信号的第二监控节点的补偿信号，同时监测第一监控节点的传输结果是否发生变化；确定电缆故障点位置。本发明为监控节点的维护提供了巨大的便利。

Description

电缆故障点定位方法

技术领域

本发明涉及电力***中的故障监控技术领域，更具体地，涉及一种电缆故障点定位方法。

背景技术

随着经济的发展，各地的高压输电线越来越多，然而由于高压输电线路的距离长，布置地理形势复杂及测试设备的局限性，现在对高压输电线路尤其是位于原始森林、海洋等偏僻或不易进入地域的线路没有有效、及时、简单、可靠的日常检修方法，只有在产生故障后再寻找故障点对其进行维修，不能做到防范于未燃，非常危险，产生问题后反应修复的时间长，由停电等造成的损失也大。为此，输电线路故障监测显得越来越有必要。

目前国内外用于电力***输电线路故障定位的方法主要有两类：阻抗法和行波法。阻抗法需要建立输电线路的数学模型，通过采集故障时的电压和电流信号，利用求解故障点的阻抗以及线路长度与阻抗的关系方程，进而求得故障点的距离。由于受到故障点的过渡电阻、线路参数的精确度、电压和电流变换器误差等因素的影响，以及难以适用于T型等接线结构复杂的线路，使得阻抗法存在测距误差大、适应能力差的缺点。行波法是根据行波传输理论进行故障测距的方法，当输电线路发生故障时，在故障点会产生沿输电线路传播的暂态行波，其传播速度很快、接近光速，借助于GPS时标，通过测量和计算故障时的电压或电流行波在线路上传播的时间，进而利用行波波速、传播时间和距离的函数关系来计算故障点的位置。行波测距法的关键是要需要准确地识别来自故障点的行波波头并确定其对应的时刻。

然而，一方面，上述输电线路故障点定位方法基本上都依赖于平均分布的多个监控节点，这些节点在有些受实际环境条件限制的区域是不便于被布置的，而且监测信息基本只是依靠一条链路得到的监测信息，一旦链路中的某个或者某些监控节点发生故障，则由于难以被在短时间内维修好而导致无法稳定地监测线路的故障。另外，线路上的监控节点本身也被作为现有技术中的监测算法的考虑因素。一旦因损坏等原因被替换的监控节点数量较多，则整个***的算法的参数都需要调整。

另一方面，根据故障点的位置的故障维护作业存在如下不便：虽然线路的故障监测点可以被平均距离地设置并且在维护时仅替换这种预定距离的长度的电缆，但在实际作业时，这种理想化的电缆长度往往受到实际地形地貌等环境条件的限制，从而导致所带的电缆长度过长或不够，影响维修施工的效率和质量。

发明内容

为了降低电缆故障点监测方法对监控节点自身物理属性(主要是阻抗)的依赖性，并提高输电线路监测与输电线路所在环境和地理位置的融合程度，为电缆故障点的维护工作带来更有利的便利性支持，本发明提供了一种电缆故障点定位方法，用于对输电线路由线路内部以及外部环境造成的故障进行监测，包括如下步骤：

(1)在输电线路上按照第一非等间距方式设置若干第一监控节点；

(2)在每两个相邻的第一监控节点之间，按照第二非等间距方式设置至少一个第二监控节点，所述第二非等间距方式中的间距比第一非等间距方式中的间距小；

(3)在输电线路的一端到另一端传输参考信号；

(4)根据所述参考信号在第一监控节点之间的传输结果，在至少一部分第二监控节点之间传输补偿信号，以补偿谐波信号和电阻率；

(5)定期去除各传输补偿信号的第二监控节点的补偿信号，同时监测第一监控节点的传输结果是否发生变化；

(6)根据第一监控节点的传输结果是否发生预定的变化，确定电缆故障点位置。

进一步地，所述第一监控节点包括温度传感器、湿度传感器、磁场传感器、信号发生器、存储器、信号处理单元、通信单元和地理定位单元。

进一步地，所述第二监控节点包括信号发生器、存储器、信号处理单元、通信单元、定时器以及地理定位单元。

进一步地，所述参考信号与该输电线路实际传输的电力信号相同。

进一步地，所述步骤(3)包括：从输电线路的一端开始发送参考信号，距离该端最近的第一监控节点接收并处理该信号，然后该第一监控节点将该处理得到的结果发送到参考信号传输方向上最接近的下一个第一监控节点，并将接收到的参考信号继续转发到上述下一个第一监控节点。

进一步地，所述步骤(4)包括：各第一监控节点向在参考信号传输方向相反的方向上、位于与其相邻的另一个第一监控节点之间的第二监控节点传输所述的处理得到的结果，接收到该结果的第二监控节点根据该结果，对这些第二监控节点在参考信号传输过程中接收到的信号进行补偿，并将该补偿信号作为补偿信号。

进一步地，所述步骤(6)包括：

判断故障点发生在哪些所述第二监控节点之间；

根据地理定位单元返回与故障点相关的第二监控节点的地理位置。

进一步地，所述信号处理单元包括瞬时电压采集单元、AD转换器、FFT运算器以及谐波分析单元。

本发明的有益效果是：第一，能够根据输电线路布设条件因地制宜地设置监控节点，为监控节点的维护提供了巨大的便利；第二，采用节点间传输信号监测信息的方式降低了电缆故障点定位方法对监控节点自身对输电线路的影响，提高了故障监测的准确度；第三，这种定位方法能够通过补偿信号提高电缆输送电力时的输送质量，降低电缆因环境和自身质量等因素对电力造成的损耗；第四，能够在不需要发送测试信号，即降低了功率损耗的前提下查找到故障点，节省了采用传统方法监测故障点所消耗的能源。

附图说明

图1示出了根据本发明的电缆故障点定位方法的流程框图。

具体实施方式

本发明的各个实施例中的第一监控节点和第二监控节点构成分别为：

第一监控节点包括温度传感器、湿度传感器、磁场传感器、信号发生器、存储器、信号处理单元、通信单元和地理定位单元(例如GPS模块)，其中，所述各个传感器用于检测该监控节点处的温度、湿度和磁场信息，并利用信号处理单元根据温度和湿度的信息计算此处的环境对此处输电线路的电阻率的影响。当该影响超过预设的值时，通过通信单元传输到远端的输电线路故障监控端。所述信号处理单元包括瞬时电压采集单元、AD转换器、FFT运算器以及谐波分析单元。瞬时电压采集单元采集通过该第一监控节点的瞬时电压信号，该电压信号经过AD转换变为数字信号，再通过FFT运算器进行傅里叶级数展开，得到所述的瞬时电压信号所在的信号，即输电线路上的信号，的零序电压信号和/或其他次谐波信号。展开后的信号被通过谐波分析单元得到这些谐波信号的补偿信号(通常采用同幅值、同频率且相位相反的方式得到所述补偿信号)，以抵消输电线路上的信号的相位偏差。这些补偿信号的数字化信息被保存在存储器中。所述的信号发生器用于在信号处理单元的控制下根据存储器中存储的所述数字化信息生成相应的补偿信号。此外，存储器还保存有第一监控节点在电力传输未被人为干预的前提下的衰减范围，此衰减范围作为后续判断步骤中的阈值。

第二监控节点包括信号发生器、存储器、信号处理单元、定时器以及地理定位单元(例如GPS模块)。该第二监控节点与第一监控节点相同的组件的工作原理均相同，在此为了简洁起见不再赘述。不同的是，第二监控节点的存储器不保存上述阈值，且第二监控节点的定时器用于计时并以预定的间隔时间段之间断开信号发生器与电缆的连接。

如图1所示，根据本发明的实施例，输电线路故障监测方法包括如下步骤：

(1)在输电线路上按照第一非等间距方式设置若干第一监控节点。这些节点设置的位置根据输电线路所需铺设的区域和路线的自然条件而定，例如但不限于：气温、湿度、海拔、陆地/水域、地磁场或其他磁场干扰的强弱。优选地，将上述自然条件相同或相近的区域的一段输电线路设置为两个第一监控节点之间的一段。这种方案的优势是为两个相邻的第一监控节点之间的输电线路提供了相对稳定的外部环境，从而有利于这两个相邻的第一监控节点之间对输电线路上的电力信号进行监测时的稳定性和第二监控节点进行补偿时的最终补偿效果的可靠性。

(2)在每两个相邻的第一监控节点之间，按照第二非等间距方式设置至少一个第二监控节点，所述第二非等间距方式中的间距比第一非等间距方式中的间距小。这些第二监控节点设置的标准与第一监控节点的设置标准类似，只是将外部环境划分得更细化，从而有助于在对零序电流或电压信号补偿时减小电阻率的影响。

(3)在输电线路的一端到另一端传输电力信号；该电力信号与该输电线路实际传输的电力信号相同，优选地是一种正弦波信号。

在该步骤中，从输电线路的一端开始发送电力信号，距离该端最近的第一监控节点接收并处理该信号，然后该第一监控节点将该处理得到的结果发送到电力信号传输方向上最接近的下一个第一监控节点，并将接收到的电力信号继续转发到上述下一个第一监控节点。所述的处理包括根据该第一监控节点接收到的电力信号获得该电力信号的零序电压/零序电流信号及其谐波分量，从而通过第一监控节点的通信单元将该谐波分量的特征传输给与电力信号传输方向相反的方向上的、与相邻的第一监控节点之间的多个第二监控节点，供这个或这些第二监控节点进行补偿。同时还传输给远端监控室，以供监控人员判断此时的线路是否发生短路、断路、接地等故障。本领域技术人员应当清楚的是，这些故障的判断所依据的信号都可以由第一监控节点根据其对信号处理单元的设置或配置而获得。

(4)根据所述电力信号的传输结果，在至少一部分第二监控节点之间传输补偿信号，以补偿谐波信号和电阻率。

具体地，该步骤包括：各第一监控节点向在电力信号传输方向相反的方向上、位于与其相邻的另一个第一监控节点之间的第二监控节点传输所述的处理得到的结果，接收到该结果的第二监控节点根据该结果，对这些第二监控节点在电力信号传输过程中接收到的信号进行补偿，并将该补偿信号作为补偿信号。这样，在传输的过程中，电缆上传输的电力的质量将不受环境(温度、湿度、磁场)等的影响而被消耗，从而保证了高质量电力的传输。

(5)第二监控节点的定时器发出到时间信号，从而使得第二监控节点的信号发生器定时地与电缆断开连接，同时监测第一监控节点的传输结果是否发生变化。具体地，该步骤包括：

各相邻的第一监控节点之间的第二监控节点的定时器被设置为依次延长的延时时间，从而能够得到到底是哪两个第二监控节点之间的电缆出现了故障点。应当说明的是：当两个第一监控节点之间具有多个第二监控节点且在一个故障点被检测到时，如果仍然有第二监控节点的定时器未到时，则仍然继续对这些未与电缆断开过连接的第二监控节点进行定时断开处理，且下一个第二监控节点的信号发生器被与电缆断开时，上一个刚被监测过的第二监控节点的信号发生器将恢复其与电缆的连接。也就是说，在此步骤中，所有第二监控节点的定时器应依次发出到时间信号，从而使得相应的第二监控节点与电缆断开连接。这样做的目的是提供对电缆故障的全面检测。

在断开第二监控节点发出的补偿信号的前提下，电缆将由于外界环境(温度、湿度、磁场等)或内部(例如电阻率等)的影响而造成电力信号的衰减。第一监控节点监测该衰减是否发生变化。

(6)根据第一监控节点的传输结果是否发生预定的变化，确定电缆故障点位置。

第一监控节点根据对上述衰减的监测结果是否超出预定的阈值，结合此时被断开的第二监控节点可以判断出到底是哪个第二监控节点相关的电缆段出现故障。所述的阈值被保存在第一监控节点的存储器中。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种电缆故障点定位方法，包括如下步骤：

(1)在输电线路上按照第一非等间距方式设置若干第一监控节点；

(2)在每两个相邻的第一监控节点之间，按照第二非等间距方式设置至少一个第二监控节点，所述第二非等间距方式中的间距比第一非等间距方式中的间距小；

(3)在输电线路的一端到另一端传输参考信号；

(4)根据所述参考信号在第一监控节点之间的传输结果，在至少一部分第二监控节点之间传输补偿信号，以补偿谐波信号和电阻率；

(5)定期去除各传输补偿信号的第二监控节点的补偿信号，同时监测第一监控节点的传输结果是否发生变化；

(6)根据第一监控节点的传输结果是否发生预定的变化，确定电缆故障点位置。

2.根据权利要求1的电缆故障点定位方法，其特征在于，所述第一监控节点包括温度传感器、湿度传感器、磁场传感器、信号发生器、存储器、信号处理单元、通信单元和地理定位单元。

3.根据权利要求1的电缆故障点定位方法，其特征在于，所述第二监控节点包括信号发生器、存储器、信号处理单元、通信单元、定时器以及地理定位单元。

4.根据权利要求1的电缆故障点定位方法，其特征在于，所述参考信号与该输电线路实际传输的电力信号相同。

5.根据权利要求1的电缆故障点定位方法，其特征在于，所述步骤(3)包括：从输电线路的一端开始发送参考信号，距离该端最近的第一监控节点接收并处理该信号，然后该第一监控节点将该处理得到的结果发送到参考信号传输方向上最接近的下一个第一监控节点，并将接收到的参考信号继续转发到下一个第一监控节点。

6.根据权利要求5的电缆故障点定位方法，其特征在于，所述步骤(4)包括：各第一监控节点向在参考信号传输方向相反的方向上、位于与其相邻的另一个第一监控节点之间的第二监控节点传输所述的处理得到的结果，接收到该结果的第二监控节点根据该结果，对这些第二监控节点在参考信号传输过程中接收到的信号进行补偿，并将补偿得到的信号作为补偿信号。

7.根据权利要求4的电缆故障点定位方法，其特征在于，所述步骤(6)包括：

判断故障点发生在哪些所述第二监控节点之间；

根据地理定位单元返回与故障点相关的第二监控节点的地理位置。

8.根据权利要求2的电缆故障点定位方法，其特征在于，所述信号处理单元包括瞬时电压采集单元、AD转换器、FFT运算器以及谐波分析单元。