CN204462307U - 基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位*** - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，包括故障测巡采集器，其与综合数据管理平台相互进行数据交换；所述故障测巡采集器还与第一故障高频电流互感器、第二故障高频电流互感器以及工频电流互感器分别相连；所述工频电流互感器设置于第一故障高频电流互感器和第二故障高频电流互感器之间；及感应取电互感器，其与第一故障高频电流互感器、第二故障高频电流互感器以及工频电流互感器均设置在三相线路的同一相线路上，且与电缆感应取电装置相连；及后备电池，其为电缆感应取电装置充电，电缆感应取电装置为故障测巡采集器供电。

Description

基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***

技术领域

本实用新型涉及一种电缆-架空线混合线路故障区段定位***，尤其是涉及一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***。

技术背景

随着城市的发展，架空线缆化率的不断提高，建设了大量的架空线-高压电缆混合线路。混合线路结构复杂，具备很高的传输可靠性，而且有利于城市的整体形象提升。但是同时也面临着架空线路雷击、空气污染绝缘下降、覆冰，电缆外力损坏、电缆老化、接头不良、击穿短路等多种故障合一的复杂问题。其中架空线路故障绝大部分为瞬时性故障，而电缆故障大部分是由于制造上的瑕疵或长期运行后绝缘性能下降导致的永久性故障。为了提高供电可靠性，对于架空线路故障一般可以采用自动重合闸，而电缆段故障则不允许采用自动重合闸，假如对存在故障的电缆线路进行重合闸操作送电，可能会导致电缆多点绝缘击穿、故障范围扩大，严重时造成电缆报废，因此对于电缆故障，不能轻易进行重合闸操作送电，首先要对供电电缆线路进行故障原因查找，在故障性质检查确认后，采取相应的措施进行处理，故障排除后，再进行合闸送电。

要想在某些瞬时故障发生后符合设备安全和可靠性的前提条件下投入重合闸，就必须能够定位出故障发生在架空段还是地下高压电缆段，从而缩短故障停电时间，减少经济损失；因此有必要研发一种能够对混合线路故障区段定位的方法，从而为电力生产综合决策提供必要的技术手段和量化条件。目前国内外对混合线路故障区段定位也进行了深入的研究，

专利号为CN101762775A的专利《A型架空线-电缆混合线路行波故障定位方法》和专利号为CN101930048A的专利《B型架空线-电缆混合线路行波故障定位方法》,采用行波法对故障进行定位，采用双端故障测距，缺点是电缆-架空线两端的监测设备时钟同步比较困难，时钟误差要小于几十纳秒。

目前混合线路故障区段的方法大多采用单端法和双端法，是以反射波头波的到达时间与距离成正比而推算得出故障点位置。行波法受线路影响较小，测距精度相对较高；但对高精度时间的同步及高速信号采样等要求很高，尤其双端法对时间的同步要求更高，目前的GPS同步及光纤同步等方法成本高、易受环境外力干扰、补偿算法复杂，造成故障定位精度大打折扣。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提供了一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，当电缆-架空线混合线路发生故障时，采用单相自同步原理，实现混合线路的故障区段，排除干扰，准确定位故障的方向，故障线路，以及故障类型。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，包括综合数据管理平台；及

故障测巡采集器，其与综合数据管理平台相互进行数据交换；

所述故障测巡采集器还与第一故障高频电流互感器、第二故障高频电流互感器以及工频电流互感器分别相连；所述第一故障高频电流互感器、第二故障高频电流互感器以及工频电流互感器均设置在三相线路的同一相线路上；及

电源模块，其为故障测巡采集器供电。

所述故障测巡采集器通过天线模组将其采集的数据通过无线网络发送到综合数据管理平台，在综合数据管理平台中对故障测巡采集器上传的数据进行存储，分析和展示。

所述工频电流互感器设置于第一故障高频电流互感器和第二故障高频电流互感器之间。

所述电源模块，包括：电缆感应取电装置；及感应取电互感器，其与第一故障高频电流互感器、第二故障高频电流互感器以及工频电流互感器均设置在三相线路的同一相线路上，且与电缆感应取电装置相连；及后备电池，其为电缆感应取电装置充电，电缆感应取电装置为故障测巡采集器供电。

所述故障测巡采集器设置于电缆-架空线回路靠近终端塔一侧的线路上。

所述第一故障高频电流互感器和第二故障高频电流互感器均采用柔性罗氏线圈，用来监测故障行波电流传播方向和传播速度，及传播起始方向。

所述工频电流互感器依据电磁原理制成，其一次绕组是电力电缆回路相线，二次侧由磁性铁芯和漆包线按额定电流比、额定负载和要求的准确度等级绕制。

所述故障测巡采集器均包括高速处理器，其与触发捕捉电路和多通道高带宽高速A/D转换电路分别相连；及补偿衰减网络，其接收传感器的信号，并进行补偿衰减后输出至多通道高带宽高速A/D转换电路的输入端；所述多通道高带宽高速A/D转换电路的输出端连接互感器接口电路，互感器接口电路将电流信号转换为电压信号后传送至高速处理器；

所述高速处理器还通过一通信接口与无线调制解调器通信；所述互感器接口电路由阻抗匹配电阻及气体放电管及TVS二极管组成；故障测巡采集器完成电力电缆故障行波信号和相位信号的采样捕捉、滤波处理、分析比对、与平台无线通信、数据上传及指令设置和配置的功能。

本实用新型的有益效果为：

通过本实用新型的实施，当电缆-架空线混合线路发生故障时，采用单相自同步原理，实现混合线路的故障区段，排除干扰，准确定位故障的方向，故障线路，以及故障类型。

附图说明

图1是本实用新型***组成示意图；

图2是故障测巡采集器组成逻辑框图。

其中：1、故障测巡采集器；2、综合数据管理平台；3、天线模组；4、后备电池；5、电缆感应取电装置；6、第一故障高频电流互感器；7、第二故障高频电流互感器；8、工频相位互感器；9、感应取电互感器；11、高速处理器，12、多通道高带宽高速A/D转换电路，13、互感器接口电路，14、补偿衰减网络，15、触发捕捉电路，16、通信接口，17、无线调制解调器。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

下面以A相线路为例：

如图1所示，一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，包括：在电缆-架空线回路靠近终端塔一侧的A相线路上设置有一故障测巡采集器1，在架空线三相线路的A相线路上间隔s＝50～100米设置两个采样点，这两个采样点分别采用第一故障高频电流互感器6和第二故障高频电流互感器7耦合，第一故障高频电流互感器6以及第二故障高频电流互感器7均与故障测巡采集器1连接，实现对故障行波传播方向和传播速度的监测，先监测到故障行波电流的采样点为故障电流的起始源头方向。其中，一个故障测巡采集器1与两个故障电流互感器同时连接，克服了传统的数据采集难同步以及同步误差大的缺点，实现了单相同步采样，结合传播速度，可以准确的判定是故障电流还是干扰。

在架空线三相线路的A相线路上所设置的两个采样点之间，再选择一个采样点，用工频相位互感器8耦合采样，工频相位互感器8也连接至故障测巡采集器1，通过工频相位互感器8实时采集相位数据，当采集到故障行波时，一方面确定暂态故障发生的相位，另一方面是判断短路故障，通过判断零序、正序、负序的相位关系确定故障类型，如相间短路和单相对地短路故障；并且通过采样故障行波的传播方向和传播速度，结合线路拓扑可以判断出故障发生的位置，比如在架空线或电缆侧。

其中，假设行波信号在电缆中的传播速度为v＝170m/μs，故障发生时，故障行波会以该速度依次通过A相线路上两个采样点，两个采样点监测到故障波头的时间相隔T＝s/v＝300～600ns，通过以上时间的计算，结合两个高频电流互感器所采集信号的时间点，可以判断是故障行波电流还是干扰信号。结合先监测到的采样点数据，故障发生在首先监测到行波波头的采样点一侧，可以判断行波电流的方向。同时结合工频相位互感器采集的数据，可以分析故障类型。

综合数据管理平台2与故障测巡采集器1之间通过天线模组3进行数据交换，天线模组3将故障测巡采集器1的数据通过GPRS/3G无线网络发送到综合数据管理平台2。其中，综合数据管理平台2对故障测巡采集器1上传的数据进行存储，分析和展示。

在架空线三相线路的A相线路上还设有三个感应取电互感器，感应取电互感器9与电缆感应取电装置5相耦合；后备电池4为电缆感应取电装置5供电，电缆感应取电装置5、感应取电互感器9和后备电池4三者组成为故障测巡采集器1供电的电源，从而保障***工作的稳定性和连续性和可靠性。

高频故障电流传感器采用柔性罗氏线圈，故障发生时故障信号的耦合拾取装置，具有体积小、不饱和、频带宽、频率响应快、安装及维护方便、没有二次开路危险等优点。

工频相位互感器9依据电磁原理制成，一次绕组是电力电缆回路相线，二次侧由磁性铁芯和漆包线按额定电流比、额定负载和要求的准确度等级绕制。

对于电缆-架空线混合线路，在架空线靠近终端塔一侧的三相上分别安装一个故障测巡采集器，每个故障测巡采集器分别与两个高频故障电流互感器和一个工频相位互感器连接。

如图2所示，故障测巡采集器1均包括高速处理器11，其与触发捕捉电路15以及多通道高带宽高速A/D转换电路12分别相连；其中，触发捕捉电路15采用LINEAR公司高速电压比较器，当故障行波信号超过设定阈值时产生触发脉冲，通知高速处理器进行数据采集；及

补偿衰减网络13，其接收传感器的信号，并进行补偿衰减，将信号幅值限制在A/D转换电路输入范围内，再输出至多通道高带宽高速A/D转换电路12的输入端；

多通道高带宽高速A/D转换电路12，采用4片ADI双通道高速A/D转换芯片，采样速率65MHz,负责故障行波及工频相位信号的模数转换，其输出信号传输至互感器接口电路14中；

互感器接口电路14，互感器接口电路由阻抗匹配电阻及气体放电管及TVS二极管组成，将电流信号转换为电压信号，同时防止雷击浪涌损坏后级电路，最后互感器接口电路14将信号输出至高速处理器11；

高速处理器11，高速处理器采用TI高速DSP处理器，负责故障行波信号以工频相位信号的AD采集过程控制，对采集结果进行分析，并将采集数据及分析结果通过无线调制解调器17上传至综合数据管理平台；

其中，高速处理器与无线调制解调器之间通过通信接口16负责两者之间的电平匹配；所述无线调制解调器17采用西门子工业级无线模块，负责故障测寻采集器与综合数据管理平台之间的远程数据传输。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，其特征在于，包括综合数据管理平台；及

故障测巡采集器，其与综合数据管理平台相互进行数据交换；

所述故障测巡采集器还与第一故障高频电流互感器、第二故障高频电流互感器以及工频电流互感器分别相连；所述第一故障高频电流互感器、第二故障高频电流互感器以及工频电流互感器均设置在三相线路的同一相线路上；及

电源模块，其为故障测巡采集器供电。

2.如权利要求1所述的一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，其特征在于，所述故障测巡采集器通过天线模组将其采集的数据通过无线网络发送到综合数据管理平台。

3.如权利要求1所述的一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，其特征在于，所述工频电流互感器设置于第一故障高频电流互感器和第二故障高频电流互感器之间。

4.如权利要求1所述的一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，其特征在于，所述电源模块，包括：

电缆感应取电装置；及

感应取电互感器，其与第一故障高频电流互感器、第二故障高频电流互感器以及工频电流互感器均设置在三相线路的同一相线路上，且与电缆感应取电装置相连；及

后备电池，其为电缆感应取电装置充电，电缆感应取电装置为故障测巡采集器供电。

5.如权利要求1所述的一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，其特征在于，所述故障测巡采集器设置于电缆-架空线回路靠近终端塔一侧的线路上。

6.如权利要求1所述的一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，其特征在于，所述第一故障高频电流互感器和第二故障高频电流互感器均采用柔性罗氏线圈。

7.如权利要求1所述的一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，其特征在于，所述工频电流互感器依据电磁原理制成，其一次绕组是电力电缆回路相线，二次侧由磁性铁芯和漆包线按额定电流比、额定负载和要求的准确度等级绕制。

8.如权利要求1所述的一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，其特征在于，所述故障测巡采集器包括高速处理器，其与触发捕捉电路以及多通道高带宽高速A/D转换电路分别相连；及

补偿衰减网络，其接收传感器的信号，并进行补偿衰减后输出至多通道高带宽高速A/D转换电路的输入端；所述多通道高带宽高速A/D转换电路的输出端连接互感器接口电路，互感器接口电路将电流信号转换为电压信号后传送至高速处理器。

9.如权利要求8所述的一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，其特征在于，所述高速处理器还通过一通信接口与无线调制解调器通信。

10.如权利要求8所述的一种基于同步采样的电缆-架空线混合线路故障区段定位***，其特征在于，所述互感器接口电路由阻抗匹配电阻及气体放电管及TVS二极管组成。