高压电缆线路在线故障定位装置及其定位方法
【专利摘要】高压电缆线路在线故障定位装置及其定位方法，它涉及电力电缆故障定位【技术领域】。高压电力电缆的两端如各配置一个故障波形信号采集单元，则两端均连接有高频脉冲电流传感器HFCT，两端的高频脉冲电流传感器HFCT均通过高频线与两组模拟电光信号转换装置E/O连接，两组模拟电光信号转换装置E/O均通过光纤与O/E信号集合处理装置连接，O/E信号集合处理装置通过串口线与PC自动定位装置连接。每套故障定位装置至少包含两个故障波形信号采集单元。它能长期在线监测电缆线路，在电缆线路发生故障第一时间获得故障波形信号，从而自动计算出故障点的位置。无须解开该线路的任何接线和设备，该定位方法可靠，精度高。
【专利说明】高压电缆线路在线故障定位装置及其定位方法
[0001]【技术领域】:
本发明涉及电力电缆故障定位【技术领域】，具体涉及一种应用于IlOkV以上高压电力电缆故障在线定位装置及其定位技术。
[0002]【背景技术】:
目前，高压电力电缆故障定位技术主要是采用基于离线测试的电桥法和脉冲法。电阻电桥法线路连接如图1所示，被测电缆末端无故障相与故障相短接，电桥两输出臂接无故障相与故障相。电桥法的重要缺点是不适用于高阻与闪络性故障。因为在故障电阻很高的情况下，电桥回路电流很小，一般电桥检流计灵敏度较低，很难判断电桥平衡与否。实际上电缆故障大部分属于高阻与闪络性故障。在用普通电桥法测量故障距离之前，需用高压设备将故障点烧穿，使其故障电阻值降到可以使用电桥法进行测量的范围，而故障点烧穿是件十分困难的工作，往往要花费数小时、甚至几天的时间，十分不方便，有时会出现故障点烧断，故障电阻反而升高的现象(这在交联电缆故障中常见)，或是故障电阻烧得太低，呈金属性短路，以至不能用放电声测法进行最后定点。电桥法的另一缺点是需要知道电缆的准确长度等原始技术资料，当一条电缆线路内是由两种以上导体材料或截面不同的两段以上电缆组成时，还要进行换算。电桥法还不能测量三相短路或断路故障。
[0003]冲击高压闪络法的特点是首先使电缆故障点在直流高压或脉冲高压信号的作用下击穿，然后通过观察放电电压脉冲在观察点与故障点之间往返一次的时间进行测距。典型的测试原理线路如图2所示。冲击高压闪络法的缺点:(1)安全性差。仪器通过一电容电阻分压器分压测量电压脉冲信号，仪器与高压回路有电耦合，高压信号很容易串入测试设备，造成仪器损坏。电缆故障测试仪地线的接地点选择不当也是仪器经常在冲击高压作用瞬间损坏的重要原因。(2)在利用闪测法测距时，高压电容对脉冲信号呈短路状态，需要串一电阻或电感以产生电压信号，增加了接线和波形的复杂性，且降低了电容放电时加在故障电缆上的电压，使故障点不容易击穿。(3)在故障放电时，特别是进行冲闪测试时，分压器耦合的电压波形变化不尖锐，难以分辨。
[0004]传统的测试方法，设备很复杂，需要专业的技术人员的水平要高，而且定位的精度又差。当电缆长度越长时，故障行波的高频成分衰减越大，造成故障行波的幅值变小，波形变宽，如图3所示，这样上升时刻会提前，造成定位误差加大。所以如何去缩短定位时间，提高恢复送电的效率，就成为超高压电缆故障定位技术的一大课题。
[0005]
【发明内容】
:
本发明的目的是提供高压电缆线路在线故障定位装置及其定位方法，它具有自动和手动定位功能，记录实时波形，数据存储，产品小型化、易携带、易操作，无须解开该线路的任何接线和设备，就能完成自动定位，精确的展示出故障发生点。克服现有的故障定位技术复杂、花费时间长、恢复供电慢、经济损失大等不足，能长期在线监测电缆线路，在电缆线路发生故障第一时间获得故障波形信号，从而自动计算出故障点的位置，无须解开该线路的任何接线和设备，该定位方法可靠，精度高。
[0006]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:它的故障定位装置至少两个故障波形信号采集单元和一个信号集中处理定位单元构成，各个单元之间采取光纤通信。系统包含高频脉冲电流传感器HFCT、模拟电光信号转换装置E/Ο、信号传输光纤、Ο/E信号集合处理装置和PC自动定位装置，高压电力电缆的两端均连接有高频脉冲电流传感器HFCT，两端的高频脉冲电流传感器HFCT均分别通过高频线与两组模拟电光信号转换装置E/Ο连接，两组模拟电光信号转换装置E/Ο均分别通过光纤与Ο/E信号集合处理装置连接，Ο/E信号集合处理装置通过串口线与PC自动定位装置连接。
[0007]本发明的定位方法是基于对收集到各测试点的故障波形信号采用“同频滤波峰值法”，即采用相同频率的带通滤波器(BPF)对信号过滤后，采集各信号峰值时间差进行定位计算的方法。从而使定位精度稳定在2m,即最大平均定位误差范围内。
[0008]所述的高频脉冲电流传感器HFCT是一种具有频率响应高达IOOMHz的高频脉冲耦合器，由于脉冲波的频率成分高达数百MHz，所以脉冲波不会被负荷电流所埋没，因此，只要传感器的频响够高，就可以通过滤波将故障脉冲波从负荷电流中抽取出来。
[0009]所述的模拟电光转换器E/0包含防水机盒、光电转换器机盒、电光转换板、变压器、HPF板、光纤连接器，防水机盒内部设置有光电转换器机盒，光电转换器机盒内设置有相互连接的电光转换板、变压器和HPF板，电光转换板通过光纤连接器和光纤与防水机盒外部的FC光纤头连接，防水机盒、光电转换器机盒的一侧均设置有光纤孔、信号输入孔和电源孔。
[0010]所述的模拟电光转换器E/0采用最新的光电模拟技术，为了实现将故障行波波形原原本本传输到几公里甚至几十公里外的信号处理器处理，所以必须把传输过程的信号衰减降到最小，首先必须将故障行波信号进行低噪声放大，再用最先进的模拟光电转换器把纳秒级的故障行波信号进行高速、高精度的转换，转换为光信号后以光信号的形式传输。考虑到为了长期在线监测安装所需，将模拟电光转换器(E/0)安装在一个防护等级为IP67的机盒内，确保装置不受环境和气候影响到正常工作。
[0011]所述的0/E信号集合处理装置把纳秒级的高频故障行波光信号转换成低噪声的高频故障行波电信号，再用低噪声的放大器把远距离传输的信号进行再次放大，将放大后的信号通过特定频率的带通滤波器，滤波后再检波，最后通过高达IOOMHz的4个AD通道的模块同时将纳秒级的行波故障信号高速数字化并保存，最大能保存5组故障波形数据，打包成数据包，通过RS232串口传送给PC自动定位装置连接。
[0012]本发明具有以下有益效果:
(I)采用光纤进行远距离传输故障模拟信号，减少分布主机的数量。
[0013](2)采用在线监测的方法，能在电缆发生故障第一时间进行快速准确判断，不需将大量的检测设备运送到现场，减少故障定位时间，提高抢修效率，尽快恢复供电，减少损失。
[0014](3)采用故障发生时电缆本身产生的故障脉冲进行定位，无需解开该电缆线路的任何接线和设备，减少人力物力的投入。
[0015]【专利附图】
【附图说明】:
图1为【背景技术】中电阻电桥法线路连接图；
图2为【背景技术】中冲击高压闪络法线路连接图；
图3为【背景技术】中的定位技术波形图；
图4为本发明中模拟电光转换器内部接线图； 图5为本发明中Ο/E信号集合处理装置的前端构造图；
图6为本发明中Ο/E信号集合处理装置的后端构造图；
图7为本发明中Ο/E信号集合处理装置的内部构造图；
图8为本发明高压电缆线路在线故障定位原理图；
图9为本发明中光纤传输的故障信号波形图；
图10为本发明中带通滤波器滤波后波形图；
图11为本发明的故障定位波形图；
图12为本发明故障定位装置的具体结构示意图；
图13为本发明的系统应用形态之一；
图14为本发明的系统应用形态之二。
[0016]【具体实施方式】:
参照图4-图7，图12，本【具体实施方式】采用以下技术方案:它的故障定位装置包含高频脉冲电流传感器HFCT、模拟电光信号转换装置E/0、0/E信号集合处理装置和PC自动定位装置，高压电力电缆的两端均连接有高频脉冲电流传感器HFCT，两端的高频脉冲电流传感器HFCT均通过高频线与两组模拟电光信号转换装置E/0连接，两组模拟电光信号转换装置E/0均通过光纤与0/E信号集合处理装置连接，0/E信号集合处理装置通过串口线与PC自动定位装置连接。
[0017]本【具体实施方式】主要应用于IlOkV以上电缆线路的故障定位，可以同时监测四个不同位置的电缆接头，无须解开该线路的任何接线和设备即可完成安装调试及测试；高频脉冲电流传感器HFCT由模拟电光信号转换装置E/0安装在电缆线路的终端，经光纤传输至控制后台0/E信号集合处理装置通过电脑进行自动定位和手动定位故障发生点，通过软件监测故障脉冲波时间，基于故障脉冲波到两个或两个以上检测点的时间差进行行波定位计算；定位精度稳定在2m,即最大平均定位误差范围内。
[0018]所述的高频脉冲电流传感器HFCT是一种具有频率响应高达IOOMHz的高频脉冲耦合器，由于脉冲波的频率成分高达数百MHz，所以脉冲波不会被负荷电流所埋没，因此，只要传感器的频响够高，就可以通过滤波将故障脉冲波从负荷电流中抽取出来。
[0019]参照图4，所述的模拟电光转换器E/0包含防水机盒1、光电转换器机盒2、电光转换板3、变压器4、HPF板5、光纤连接器6,防水机盒I内部设置有光电转换器机盒2,光电转换器机盒2内设置有相互连接的电光转换板3、变压器4和HPF板5，电光转换板3通过光纤连接器6和光纤7与防水机盒I外部的FC光纤头8连接，防水机盒1、光电转换器机盒2的一侧均设置有光纤孔、信号输入孔9和电源孔10。
[0020]所述的模拟电光转换器E/0采用最新的光电模拟技术，为了实现将故障行波波形原原本本传输到几公里甚至几十公里外的信号处理器处理，所以必须把传输过程的信号衰减降到最小，首先必须将故障行波信号进行低噪声放大，再用最先进的模拟光电转换器把纳秒级的故障行波信号进行高速、高精度的转换，转换为光信号后以光信号的形式传输。考虑到为了长期在线监测安装所需，将模拟电光转换器(E/0)安装在一个防护等级为IP67的机盒内，确保装置不受环境和气候影响到正常工作。
[0021]参照图5-图7，所述的0/E信号集合处理装置包含第一波形输出口 -第四波形输出口 11-14、第一光纤输入口 -第四光纤输入口 15-18、网口 19、数据输出串口 20、调试串口21、电源输入口 22、电源板23、数字板24、检波器25、放大器26、带通滤波器27、光电转换器28，第一光纤输入口-第四光纤输入口 15-18均连接光电转换器28，光电转换器28连接放大器26，放大器26连接带通滤波器27，带通滤波器27连接检波器25，检波器25连接数字板24，网口 19、数据输出串口 20、调试串口 21均连接到数字板24。
[0022]所述的0/E信号集合处理装置把纳秒级的高频故障行波光信号转换成低噪声的高频故障行波电信号，再用低噪声的放大器把远距离传输的信号进行再次放大，将放大后的信号通过特定频率的带通滤波器，滤波后再检波，最后通过高达IOOMHz的4个AD通道的模块同时将纳秒级的行波故障信号高速数字化并保存，最大能保存5组故障波形数据，打包成数据包，通过RS232串口传送给PC自动定位装置连接。
[0023]参照图8，两个电缆终端S1、S2之间的高压电力电缆长度为L，假设该电力电缆在某处发生故障，故障点到电缆终端SI的距离为X，在电缆终端SI和S2处安装ro传感器，PD传感器检测到故障行波，通过模拟电光信号转换装置(E/0)将电信号转为光信号，信号经过长度相等的光纤(图中标示1000m)传输到光纤定位装置，由光纤定位装置自动计算电力电缆中故障点的具体位置。
[0024]当电力电缆发生故障时，产生的故障行波会向左右两边传播，其传播速度为V，假设故障行波向左传输，传输到光纤定位装置的时间为h ;向右传输，传输到光纤定位装置的时间为t2。因此，可以得到:
X = V.h— (I)
L — X = V.t2— (2)
由(I) (2)两式可以得到，
【权利要求】
1.高压电缆线路在线故障定位装置，其特征在于它的故障定位装置至少包含两个故障波形信号采集单元，每个单元包含高频脉冲电流传感器HFCT、模拟电光信号转换装置E/0、信号传输光纤和Ο/E信号集合处理装置；高压电力电缆的两端如各配置一个单元，则两端均连接有高频脉冲电流传感器HFCT，两端的高频脉冲电流传感器HFCT均通过高频线与两组模拟电光信号转换装置E/Ο连接，两组模拟电光信号转换装置E/Ο均通过光纤与Ο/E信号集合处理装置连接，Ο/E信号集合处理装置通过串口线与PC自动定位装置连接。每套故障定位装置至少包含两个故障波形信号采集单元。
2.高压电缆线路在线故障定位方法，其特征在于它是基于对收集到各测试点的故障波形信号采用“同频滤波峰值法”，即采用相同频率的带通滤波器(BPF)对信号过滤后，采集各信号峰值时间差进行定位计算的方法。
3.根据权利要求1所述的高压电缆线路在线故障定位装置，其特征在于所述的高频脉冲电流传感器HFCT是一种具有频率响应高达IOOMHz的高频脉冲耦合器。
4.根据权利要求1所述的高压电缆线路在线故障定位装置，其特征在于所述的模拟电光转换器E/Ο组成:防水机盒(I)、光电转换器机盒(2)、电光转换板(3)、变压器(4)、HPF板(5)、光纤连接器(6),防水机盒(I)内部设置有光电转换器机盒(2),光电转换器机盒(2)内设置有相互连接的电光转换板(3)、变压器(4)和HPF板(5)，电光转换板(3)通过光纤连接器(6)和光纤(7)与防水机盒⑴外部的FC光纤头⑶连接，防水机盒(I)、光电转换器机盒(2)的一侧均设置有光纤孔、信号输入孔(9)和电源孔(10)。
5.根据权利要求1所述的高压电缆线路在线故障定位装置，其特征在于所述的模拟电光转换器E/Ο采用最新的光电模拟技术，先将故障行波信号进行低噪声放大，再用最先进的模拟光电转换器把纳秒级的故障行波信号进行高速、高精度的转换，转换为光信号后以光信号的形式传输。
6.根据权利要求1所述的高压电缆线路在线故障定位装置，其特征在于所述的Ο/E信号集合处理装置把纳秒级的高频故障行波光信号转换成低噪声的高频故障行波电信号，再用低噪声的放大器把远距离传输的信号进行再次放大，将放大后的信号通过特定频率的带通滤波器，滤波后再检波，最后通过高达IOOMHz的4个AD通道的模块同时将纳秒级的行波故障信号高速数字化并保存，最大能保存5组故障波形数据，打包成数据包，通过RS232串口传送给PC自动定位装置连接。
【文档编号】G01R31/08GK103969554SQ201410238885
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月30日 优先权日:2014年5月30日
【发明者】东盛刚, 梁伟明, 董霖, 周智鹏 申请人:智友光电技术发展有限公司, 广州智丰电气科技有限公司