CN108152661A - 基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***及方法 - Google Patents

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田飞龙
詹乐贵
陈稳
黄旭波
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks
    • G01R31/088—Aspects of digital computing

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Abstract

本发明涉及一种基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***及方法，属于电力监测领域。该***包括监测装置、监测装置传感器、上位机和传感器走线；所述监测装置传感器安装在电缆屏蔽线的直接接地端上，通过传感器走线用于采集环网的暂态电流信号；所述监测装置包括电路连接的传感器、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，上述设备依次相连；所述上位机用于访问***平台。本发明可实现值班人员通过浏览器访问的方式或者程序窗口的方式登录***后台软件，直观查看***故障电缆的情况。当监测线路出现异常时***会自动发送报警短信给相关人员，并在***后台弹出报警弹窗，并展示故障的定位信息。

Description

基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***及方法
技术领域
本发明属于电力监测领域，涉及一种基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***及方法。
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。配电网自动化是指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。目前的故障定位自动化程度较低，定位不准确。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***及方法，在城市环网供电***的环网柜干线设置监测装置，通过高速数据采集的方法，记录供电线路发生故障时的故障时刻，采用卫星时钟同步方法，形成双端测距，在***平台实现故障点定位。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***，包括监测装置、监测装置传感器、上位机和传感器走线；
所述监测装置传感器安装在电缆屏蔽线的直接接地端上，通过传感器走线用于采集环网的暂态电流信号；
所述监测装置包括电路连接的传感器、信号调理器、高速A/D转换器、高速比较器、卫星授时模块、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array,FPGA)、高端精简指令集机器(Acorn RISC Machine,ARM)和动态存储器，上述设备依次相连；
所述电路连接的传感器用于接收监测装置传感器传来的电流信号；
所述信号调理器用于信号去噪；
所述高速A/D转换器用于信号的模数转换；
所述高速比较器用于判断两个信号是否相等；
所述卫星授时模块用于使监测时标一致；
所述现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array,FPGA)用于完成所需要的逻辑功能；
所述高端精简指令集机器(AcornRISC Machine,ARM)用于信号的分析和处理；
所述动态存储器用于存储采集和处理的数据；
所述上位机用于访问***平台。
进一步，所述ARM的通讯端通过4G路由器连接上位机。
进一步，所述上位机根据用户需要安装在变电站监控室内或调度室内，展示监测线路的拓扑图以及故障监测的定位信息。
进一步，所述监测装置的采样频率为100MHz，传感器通频带为125MHz。
基于所述***的环网电缆早期故障预警和定位方法，包括以下步骤：
S1：利用监测装置传感器进行电流信号的实时采集，并通过监测装置进行记录，再通过监测装置将信号传至上位机；
S2：上位机将接收到的监测信号上传至***平台；
S3：***平台根据每个监测装置数据的时间标签进行同步并且显示，得到两个监测装置检测到的时间差，根据双端测距原理计算故障点位置；
设故障初始行波浪涌以相同的传播速度v到达M端和N端母线的绝对时间分别为TM和TN，形成各端第1个反向行波浪涌，则存在关系：
式中：DMF和DNF分别为M端和N端母线到故障点的距离；L为线路MN的长度。
求解获得M端和N端母线到故障点的距离：
S4：上位机展示监测线路的拓扑图以及故障监测的定位信息。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明可实现值班人员通过浏览器访问的方式或者程序窗口的方式登录***后台软件，直观查看***故障电缆的情况。
(2)当监测线路出现异常时***会自动发送报警短信给相关人员，并在***后台弹出报警弹窗，并展示故障的定位信息，方便了工作人员对电力电缆日常的监测和维护。
(3)相较于其他故障定位方法，本发明故障定位更准确。
(4)本发明采用分布式安装，容易更改位置，配置灵活。
(5)本发明不接入电网，避免了干扰。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：
图1为本发明实施例结构示意图；
图2为双端多次现代行波故障测距原理示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。
如图1所示，基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***，包括监测装置、监测装置传感器、上位机和传感器走线；监测装置传感器安装在电缆屏蔽线的直接接地端上，通过传感器走线用于采集环网的暂态电流信号。
监测装置包括电路连接的传感器、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，上述设备依次相连。
电路连接的传感器用于接收监测装置传感器传来的电流信号；信号调理器用于信号去噪；高速A/D转换器用于信号的模数转换；高速比较器用于判断两个信号是否相等；卫星授时模块用于使监测时标一致；FPGA用于完成所需要的逻辑功能；ARM用于信号的分析和处理；动态存储器用于存储采集和处理的数据；上位机用于访问***平台。ARM的通讯端通过4G路由器连接上位机。上位机根据用户需要安装在变电站监控室内或调度室内，展示监测线路的拓扑图以及故障监测的定位信息。
当1#环网柜和2#环网柜之间的电缆发生暂态接地故障时，监测装置均检测到暂态电流信号，通过上位机上传至***平台，***平台根据每个监测装置数据的时间标签进行同步并且显示，可以得到两监测装置检测到的时间差，根据双端测距原理计算故障点位置。
双端测距原理是利用记录故障点产生的行波到达线路两端的时间，然后借助于通讯联系实现测距的。由于这种测距原理是利用故障产生后到达母线端的第一次行波的信息，因此不存在区分故障点的反射波和对侧母线端反射波在故障点的透射波的问题。但是它要求在线路两端有通讯联系，而且两边时标要一致，利用GPS技术加以实现。
如图2所示，设故障初始行波浪涌以相同的传播速度v到达M端和N端母线的绝对时间分别为TM和TN，形成各端第1个反向行波浪涌，则存在关系：
式中：DMF和DNF分别为M端和N端母线到故障点的距离；L为线路MN的长度。
求解获得M端和N端母线到故障点的距离：
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***，其特征在于：该***包括监测装置、监测装置传感器、上位机和传感器走线；
所述监测装置传感器安装在电缆屏蔽线的直接接地端上，通过传感器走线用于采集环网的暂态电流信号；
所述监测装置包括电路连接的传感器、信号调理器、高速A/D转换器、高速比较器、卫星授时模块、现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array,FPGA)、高端精简指令集机器(Acorn RISC Machine,ARM)和动态存储器，上述设备依次相连；
所述电路连接的传感器用于接收监测装置传感器传来的电流信号；
所述信号调理器用于信号去噪；
所述高速A/D转换器用于信号的模数转换；
所述高速比较器用于判断两个信号是否相等；
所述卫星授时模块用于使监测时标一致；
所述现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array,FPGA)用于完成所需要的逻辑功能；
所述高端精简指令集机器(Acorn RISC Machine,ARM)用于信号的分析和处理；
所述动态存储器用于存储采集和处理的数据；
所述上位机用于访问***平台。
2.根据权利要求1所述基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***，其特征在于：所述ARM的通讯端通过4G路由器连接上位机。
3.根据权利要求1所述基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***，其特征在于：所述上位机根据用户需要安装在变电站监控室内或调度室内，展示监测线路的拓扑图以及故障监测的定位信息。
4.根据权利要求1所述基于暂态扰动的环网电缆早期故障预警和定位***，其特征在于：所述监测装置的采样频率为100MHz，传感器通频带为125MHz。
5.基于权利要求1-4中任一项所述***的环网电缆早期故障预警和定位方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：
S1：利用监测装置传感器进行电流信号的实时采集，并通过监测装置进行记录，再通过监测装置将信号传至上位机；
S2：上位机将接收到的监测信号上传至***平台；
S3：***平台根据每个监测装置数据的时间标签进行同步并且显示，得到两个监测装置检测到的时间差，根据双端测距原理计算故障点位置；
设故障初始行波浪涌以相同的传播速度v到达M端和N端母线的绝对时间分别为TM和TN，形成各端第1个反向行波浪涌，则存在关系：
式中：DMF和DNF分别为M端和N端母线到故障点的距离；L为线路MN的长度；
求解获得M端和N端母线到故障点的距离：
S4：上位机展示监测线路的拓扑图以及故障监测的定位信息。
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