一种基于过电压在线监测的电力线路故障定位系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力线路故障定位技术，具体涉及一种基于过电压在线监测的电力线 路故障定位方法。
【背景技术】
[0002] 随着电力系统的不断发展，超高压、长距离输电线路越来越多，线路故障点的准确 定位更加重要。目前主要的故障定位方法有：阻抗法、故障分析法和行波法。阻抗法是利用 故障后产生的故障电压和电流来计算故障线路的阻抗，通过阻抗的大小与故障距离的函数 关系计算出故障距离。故障分析法是利用故障后产生的电压和电流本身与故障距离的函数 关系来计算故障距离。行波法是利用故障距离与故障后产生的电压或电流行波传播到达检 测点时间与行波波速之间的关系进行故障定位。总体来说，阻抗法和故障分析法受系统结 构参数和短路过渡电阻及电网运行方式的影响较大，定位精度较低。而行波法原理简单，受 上述几个因素的影响较小，是目前常用的故障定位方法。目前在行波法输电线路故障定位 中一般采用电流信号。电流行波存在幅值小，不易检测，易受干扰的缺点，电压行波法多采 用特制的电压行波传感器，但传感器的接入需改变一次侧接线，受干扰影响较大，精度不能 得到保证。
【发明内容】
[0003] 为了克服上述现有技术的不足，本发明提供基于过电压在线监测的电力线路故障 定位方法，通过电容分压器、过电压在线监测装置、主站计算机和过电压在线监测服务器完 成电力线路的故障定位。
[0004] 为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
[0005] 本发明提供一种基于过电压在线监测的电力线路故障定位系统，所述故障定位系 统包括电容分压器、过电压在线监测装置、主站计算机和过电压在线监测服务器；所述电容 分压器通过同轴电缆与过电压在线监测装置连接，所述过电压在线监测装置通过以太网与 所述主站计算机连接，所述主站计算机通过以太网与过电压在线监测服务器连接。
[0006] 所述电容分压器获取电力线路上的电压信号，并将电压信号转换为过电压在线监 测装置能够采集的低电压信号。
[0007] 所述电容分压器包括电压传感器和电流互感器。
[0008] 所述电容分压器包括电压传感器和电容式电压互感器。
[0009] 所述电压传感器包括分压电容、压敏电阻和气体放电管；所述压敏电阻和气体放 电管并联在分压电容两端。
[0010] 所述电容分压器、过电压在线监测装置和主站计算机安装在电力线路两端的变电 站内。
[0011] 所述过电压在线监测装置包括FLASH存储器、GPS同步时钟模块、高精度晶振、计 数器和时钟记录模块；所述过电压在线监测装置具有20M的采样率，所述FLASH存储器具有 2G的存储容量。
[0012] 所述过电压在线监测装置采集电容分压器输出的过电压信号，并对采集的电压信 号进行实时波形压缩和电压突变事件启动处理，当电力线路上发生故障时，过电压在线监 测装置启动波形记录，得到过电压波形；GPS同步时钟模块产生时钟和秒脉冲，通过计数器 对高精度晶振产生的脉冲进行计数，并通过时钟记录单元记录触发时刻；所述过电压在线 监测装置将过电压波形和触发时刻通过以太网实时传送给主站计算机。
[0013] 所述计数器为32位计数器，时钟的测量误差为50ns。
[0014] 所述主站计算机通过以太网与过电压在线监测装置组成局域网，其接收过电压在 线监测装置发送的过电压波形和触发时刻，并将接收的过电压波形和触发时刻传送给过电 压在线监测服务器。
[0015] 所述过电压在线监测服务器接收主站计算机传输的过电压波形和触发时刻，并根 据过电压波形和触发时刻计算过电压信号到达电力线路两端的时间差，所述过电压在线监 测服务器根据时间差、电力线路长度和电压信号在电力线路上的传播速度进行故障定位。
[0016] 本发明还提供一种基于过电压在线监测的电力线路故障定位方法，所述故障定位 方法包括以下步骤：
[0017] 步骤1 :电容分压器获取电力线路上的电压信号，并将电压信号转换为过电压在 线监测装置能够采集的低电压信号；
[0018] 步骤2 :过电压在线监测装置采集电容分压器输出的电压信号，并对采集的电压 信号进行实时波形压缩和电压突变事件启动处理，当电力线路上发生故障时，过电压在线 监测装置启动波形记录，得到过电压波形；GPS同步时钟模块产生秒脉冲和时钟，通过计数 器对高精度晶振产生的脉冲进行计数，并通过时钟记录单元记录触发时刻；过电压在线监 测装置最后将过电压波形和触发时刻通过以太网实时传送给主站计算机；
[0019] 步骤3 :主站计算机接收过电压在线监测装置发送的过电压波形和触发时刻，并 将接收的过电压波形和触发时刻传送给过电压在线监测服务器；
[0020] 步骤4 :过电压在线监测服务器接收主站计算机传输的过电压波形和触发时刻， 并根据过电压波形和触发时刻计算过电压信号到达电力线路两端的时间差，所述过电压在 线监测服务器根据时间差、电力线路长度和电压信号在电力线路上的传播速度进行故障定 位。
[0021] 所述步骤2中，计数器对高精度晶振产生的脉冲进行计数，在秒脉冲上升沿，计数 器清零并重新计数，当过电压在线监测装置产生的触发信号到达计数器时，计数器停止计 数，触发时刻T表示为：
[0022] T = Tr +k/f (1)
[0023] 式（1)中，T'表示触发时刻GPS同步时钟模块产生的时钟，k表示触发时刻计数 器的计数值，f表示高精度晶振的频率，至少取20MHz。
[0024] 所述步骤4中，设电力线路长度为L，电力线路两端的变电站处的监测点分别为M 点和N点，故障点用F点表示，过电压信号到达电力线路两端的时间差用A t表示；
[0025] 电力线路发生故障时，F点的过电压信号向M点和N点传播，M点和N点的过电压 在线监测装置中的时钟记录单元分别记录触发时刻T1和T2 ;于是F点到M点的距离以及F 点到N点的距离分别表示为：
[0026]
C2)
[0027] SFN= L-S FM (3)
[0028] 式⑵和（3)中，SFM表示F点到M点的距离，S FN表示F点到N点的距离，v表示 电压信号在电力线路上的传播速度。
[0029] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
[0030] 本发明提供基于过电压在线监测的电力线路故障定位系统和方法，采用电容分压 器获取过电压信号，不改变一次接线，安全可靠；过电压在线监测装置实时监测电力线路两 端的过电压波形和触发时刻，通过计算过电压信号到达电力线路两端的时间差的方式进行 故障定位，过电压在线监测装置采用GPS同步，提高了定位精度，当线路发生故障后，无需 花费很多时间寻找确定故障点，提高了供电可靠性，具有广阔的应用前景。
【附图说明】
[0031] 图1是本发明实施例中基于过电压在线监测的电力线路故障定位系统结构图；
[0032] 图2是本发明实施例中利用电流互感器获取电压原理图；
[0033] 图3是本发明实施例中利用电容式电压互感器获取电压原理图；
[0034] 图4是本发明实施例中GPS同步时钟模块原理图。
【具体实施方式】
[0035] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0036] 本发明提供一种基于过电压在线监测的电力线路故障定位系统，（如图1)所述故 障定位系统包括电容分压器、过电压在线监测装置、主站计算机和过电压在线监测服务器； 所述电容分压器通过同轴电缆与过电压在线监测装置连接，所述过电压在线监测装置通过 以太网与所述主站计算机连接，所述主站计算机通过以太网与过电压在线监测服务器连 接。
[0037] 所述电容分压器获取电力线路上的电压信号，并将电压信号转换为过电压在线监 测装置能够采集的低电压信号。
[0038] 所述电容分压器包括电压传感器和电流互感器（如图2)。
[0039] 所述电容分压器包括电压传感器和电容式电压互感器（如图3)。
[0040] 所述电压传感器包括分压电容、压敏电阻和气体放电管；所述压敏电阻和气体放 电管并联在分压电容两端。
[0041] 所述电容分压器、过电压在线监测装置和主站计算机安装在电力线路两端的变电 站内。
[0042]所述过电压在线监测装置包括FLASH存储器、GPS同步时钟模块（如图4)、高精度 晶振、计数器和时钟记录模块；所述过电压在线监测装置具有20M的采样率，所述FLASH存 储器具有2G的存储容量。
[0043] 所述过电压在线监测装置采集电容分压器输出的过电压信号，并对采集的电压信 号进行实时波形压缩和电压突变事件启动处理，当电力线路上发生故障时，过电压在线监 测装置启动波形记录，得到过电压波形；GPS同步时钟模块产生时钟和秒脉冲，通过计数器 对高精度晶振产生的脉冲进行计数，并通过时钟记录单元记录触发时刻；所述过电压在线 监测装置将过电压波形和触发时刻通过以太网实时传送给主站计算机。
[0044] 所述计数器为32位计数器，时钟的测量误差为50ns。
[0045] 所述主站计算机通过以太网与过电压在线监测装置组成局域网，其接收过电压在 线监测装置发送的过电压波形和触发时刻，并将接收的过电压波形和触发时刻传送给过电 压在线监测服务器。
[0046] 所述过电压在线监