专利名称：电力电缆故障离线定位方法与系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及故障定位技术领域，特别是涉及电力电缆故障离线定位方法与系统。
背景技术：
在高压电力电缆的故障点测量方面，目前离线测量的方法有很多，常用的有两种 阻抗法和行波法，这两种的高压电力电缆故障点离线测量方法都需要依次经过以下复杂的 流程确定电缆故障类型、预定位、精确定位、确定位置。
这些方法虽能最终确定故障点的位置，但是这种测量方法的流程所需时间较长， 延后了抢修故障点的时间，效率低，无法快速定位出高压电力电缆的故障点。发明内容
基于此，有必要针对现有电力电缆离线定位方法效率低的问题，提供一种高效的 电力电缆故障离线定位方法与系统。
一种电力电缆故障离线定位方法，包括步骤
设置光缆，将所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设；
设置高压脉冲发射设备与光纤振动传感系统，将所述高压脉冲发射设备与所述电 力电缆故障段的一端连接，在所述高压脉冲发射设备与所述电力电缆故障段相连的一端将 所述光纤振动传感系统与所述光缆连接；
当所述电力电缆发生故障时，利用所述光纤振动传感系统判断所述光缆是否熔 断，若所述光缆熔断则利用光的折反射原理测寻所述电力电缆故障点的位置，若所述光缆 未熔断则进行如下步骤，
利用所述高压脉冲发射设备对所述电力电缆持续施加脉冲，以使所述电力电缆在 故障点处放电，产生振动；
利用所述光纤振动传感系统监控所述光缆中传播的光信号的变化，得到监控数 据，利用所述光纤振动传感系统分析所述监控数据得出所述电力电缆的故障位置。
在其中一个实施例中，所述高压脉冲发射设备为高压脉冲发生器。
在其中一个实施例中，所述高压脉冲发生器为具有对时功能的高压脉冲发生器， 所述步骤利用所述高压脉冲发射设备对所述电力电缆持续施加脉冲之前还有步骤将所述 具有对时功能的高压脉冲发生器与所述光纤振动传感系统进行采样对时。
在其中一个实施例中，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
在其中一个实施例中，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分 析仪和计算机。
一种电力电缆故障离线定位系统，包括信号采集单元、光纤振动传感单元和高压 脉冲发射单元；
所述信号采集单元包括光缆，所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设，所述光缆 用于采集所述电力电缆的振动信号，将所述电力电缆的振动信号转化为光信号；
所述光纤振动传感单兀包括光纤振动传感系统，所述光纤振动传感系统用于监控 在所述光缆中传播的光信号，得到监控数据，分析处理所述监控数据得出所述电力电缆故 障点位置；
所述高压脉冲发射单元与所述电力电缆的故障段一端连接，在所述高压脉冲发射 单元与所述电力电缆的故障段相连的一端将所述光纤振动传感系统与所述光缆连接，所述 高压脉冲发射单元用于产生并发射脉冲，对所述电力电缆持续施加脉冲，以使所述电力电 缆在故障点处放电，产生振动；
所述光纤振动传感系统在所述电力电缆发生故障时判断所述光缆是否熔断，若所 述光缆熔断，所述光纤振动传感系统利用光折反射原理测寻出所述电力电缆故障点位置， 若所述光缆未熔断，所述高压脉冲发射单元对所述电力电缆持续施加脉冲，以使所述电力 电缆在故障点处放电，产生振动，所述光纤振动传感系统根据所述监控数据分析得出所述 电力电缆故障点的位置。
在其中一个实施例中，所述高压脉冲发射单元包括高压脉冲发生器。
在其中一个实施例中，所述高压脉冲发生器为具有对时功能的高压脉冲发生器， 所述具有对时功能的高压脉冲发生器用于产生、发射脉冲并与所述光纤振动传感系统进行 米样对时。
在其中一个实施例中，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
在其中一个实施例中，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分 析仪和计算机。
本发明电力电缆故障离线定位方法，利用与电力电缆平行紧贴敷设的光缆将电力 电缆的振动信号转化为光信号，再利用光纤振动传感系统对光信号进行监控处理，对光缆 熔断与未熔断两种情况进行简单的处理即得出电力电缆故障点的位置，由于整个定位过程 只经过了简单的数据监控、传输与处理即得出了电力电缆的故障位置所以本发明电力电缆 故障离线定位方法是一种高效的电力电缆故障离线定位方法，能够在离线状态下快速定位 电力电缆故障。
图1为本发明电力电缆故障离线定位方法其中一个实施例的流程示意图2为本发明电力电缆故障离线定位方法其中一个实施例的流程示意图3为本发明电力电缆故障离线定位系统其中一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下根据附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施仅仅用以解释本发明，并不 限定本发明。
目前在高压电力电缆的故障点测量方面，离线测量的方法有很多，常用的有阻抗 法和行波法，但是以离线的方式将分布式光纤测量振动的技术运用在高压电力电缆的故障 点测量上，并没有出现过。另一方面，基于瑞利散射的分布式光纤在振动测量方面的应用多 为桥梁、石油管道等方面。本发明首次提出在高压电力电缆离线状态下，将分布式光纤振动测量技术运用在高压电力电缆故障点测量定位，是一种离线测量高压电力电缆故障点的方 法，即是在离线的状态下可以通过根据光的折反射时间，判断光缆的断点，确定电力电缆的 故障点，也可通过外在手段给出现故障的电力电缆施加高压电脉冲，引起电缆故障点振动， 通过分布式光纤将振动信号以光时域的方式传给测量仪器，从而确定故障点。
如图1所示，一种电力电缆故障离线定位方法，包括步骤
SlOO :设置光缆，将所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设。
光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层， 用以实现光信号传输的一种通信线路；电缆是由几根或几组导线每组至少两根绞合而成的 类似绳索的电缆，每组导线之间相互绝缘，并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝 缘的覆盖层。这个步骤将光缆与电力电缆平行紧贴敷设，这样做的目的是最大限度的将电 力电缆的振动信号或故障时电能能量传递给光缆，为接下来的步骤做好准备，同时紧贴铺 使得光缆第一时间感应到电力电缆的变化，减少了反应时间提高了效率。
S200 :设置闻压脉冲发射设备与光纤振动传感系统,将所述闻压脉冲发射设备与 所述电力电缆故障段的一端连接，在所述高压脉冲发射设备与所述电力电缆故障段相连的 一端将所述光纤振动传感系统与所述光缆连接。
高压脉冲发射设备必须与光线振动传感系统设置在电力电缆故障段的同一端。
这里所说的光纤振动传感系统是一种光时域反射技术和光纤干涉技术发展而成 的先进的光纤传感技术，它同时具有光时域反射技术精度高和光纤干涉技术灵敏度高的特 点，常被用于石油管道、国防光缆通讯光缆、铁路沿线、能源及安全等场所。
光纤振动传感系统的基本原理是当外界有振动作用于传感光缆时，引起光缆纤芯 发生形变，导致纤芯长度和折射率发生变化，光缆中光的相位发生变化。当光在光缆中传输 时，由于光子与纤芯晶格间发生作用，不断向后传输瑞利散光。当外界有振动时发生时，背 向瑞利散射光的相位随之发生变化，这些携带待解振动信息的信号光，反射回系统主机是， 经光学系统处理，将微弱的相位变化转换成光强变化，经光电转换和信号处理后，进入计算 机进行数据分析。系统根据分析的结果，判断入侵事件的发生，并确认入侵地点。
S300:当所述电力电缆发生故障时，利用所述光纤振动传感系统判断所述光缆是 否熔断，若所述光缆熔断则利用光的折反射原理测寻所述电力电缆故障点的位置，若所述 光缆未熔断则进行如下步骤。
当电力电缆在故障时，会产生放电现象，强电流会放出巨大的能量，一种情况，巨 大的能量未能熔断与电力电缆紧贴敷设的光缆，同时电力电缆会产生振动；另一种情况，巨 大的能量熔断紧贴电力电缆平行敷设的光缆。如果光纤熔断，可利用光的折反射原理，计 算得出故障点的位置；如果光纤没有熔断，则需要进行进一步的分析处理，继续接下来的步 骤。
光纤振动传感系统与光缆连接就时时接收光缆中的光信号，当光纤出现熔断时光 纤振动传感系统接收到的光信号必定发生变化表征出光纤已被熔断，这时利用之前接收到 的数据再利用光的折反射原理计算出光纤熔断点的位置即电力电缆故障点的位置。
S500 :利用所述高压脉冲发射设备对所述电力电缆持续施加脉冲，以使所述电力 电缆在故障点处放电，产生振动。
这里所说的高压脉冲发射设备指的是能够发射高压脉冲的设备，一般来说最常见的就是高压脉冲发生器。
S600 :利用所述光纤振动传感系统监控所述光缆中传播的光信号，得到监控数据， 利用所述光纤振动传感系统分析所述监控数据得出所述电力电缆的故障位置。
正如之前所说光纤振动传感系统能够监控在光缆中传播的光的相位和偏正变化 情况，光纤振动传感系统中对这些监控的到数据来进行分析，得出电力电缆的故障位置。由 于电力电缆可能受到外界因素的干扰发生振动，所以光纤振动传感系统都需要对得到监控 数据做排除外界干扰的处理。在本发明电力电缆故障离线定位方法中，由于是外接高压脉 冲发射设备对电力电缆施加高压脉冲，那么只需将光纤振动传感系统采集到的数据进行采 样处理查找在一定时间内振动次数发生最多的那个点即为电力电缆故障点，由此可见本发 明电力电缆故障离线定位方法不但是一种高效定位电力电缆的故障位置的方法而且还是 一种准确度高的离线定位电力电缆故障点位置的方法。
简而言之，本发明电力电缆故障离线定位方法，当电力电缆发生故障时，会产生放 电现象，强电流会放出巨大的能量，一种情况，巨大的能量未能熔断光缆，同时电力电缆产 生振动；另一种情况，巨大的能量熔断紧贴电力电缆平行敷设的光缆，同时电力电缆产生振 动。如果光纤熔断，可通过设备利用光的折反射原理直接测寻故障点的位置；如果光纤没有 熔断，则通过脉冲发生设备在高压电力电缆故障段的终端施加高压脉冲，从而在电缆故障 点产生振动，并将振动的能量传给光缆内的光纤，将振动信号转变为光信号，并通过光纤振 动传感系统进行信号采样分析，直接得出所述电力电缆故障点的位置，实现了在离线状态 下高效定位电力电缆故障的目的。
在其中一个实施例中，所述高压脉冲发射设备为高压脉冲发生器。
在其中一个实施例中，所述高压脉冲发生器为具有对时功能的高压脉冲发生器， 如图2所示，步骤S500之前还有步骤S400 :将所述具有对时功能的高压脉冲发生器与所述 光纤振动传感系统进行采样对时。
高压脉冲发射设备在实际生活中最常见的是高压脉冲发生器，在这个实施例中选 择具有对时功能的高压脉冲发生器作为高压脉冲发射设备，并利用此高压脉冲发射设备的 对时功能与光纤振动传感系统进行对时，即对光缆采样频率进行对时，这样可以提高光缆 采样数据的准确度，从而更进一步精确定位电力电缆故障点的位置。
在其中一个实施例中，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
在其中一个实施例中，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分 析仪和计算机。
分布式光纤振动传感系统是一种应用范围最广的光纤振动传感系统，这个系统包 括光信号解调仪、数据分析仪和计算机，其中光信号解调议、数据分析仪必须具有将传感光 缆探测的带有外界振动信息的光信号，经过光电转换和初步信号处理，导入进入计算机系 统的功能。计算机的功能软件必须具有结合所探测传感信号的特点从复杂信息中提取所振 动信息的功能。
下面将以一个最优实施例详细解释本发明电力电缆故障离线定位方法。
将高压电力电缆与光缆紧贴平行敷设，高压脉冲发生器接入故障段高压电缆的一 端，高压电力电缆在运行中出现了故障，绝缘击穿而放电，故障点会有很大的电流流过，放 出很大的能量，断路器跳闸切除整段电力电缆中的电流，故障点放出的能量会对和高压电力电缆平行敷设的光缆光纤产生两种影响一种情况，巨大的能量熔断光缆光纤，另一种情 况，能量不够，光缆光纤没熔断。对于第一种情况，分布式光纤振动传感系统根据分析计算 利用光的折反射原理，快速确定光纤熔断的位置，从而判断高压电力电缆的故障点。对第二 种情况，利用高压脉冲发生器的对时功能和光纤采样系统进行对时，可通过高压脉冲发生 器在故障段电缆终端施加高压脉冲，高电压脉冲会在电缆故障点放电而产生振动，这种振 动会经过介质传到和高压电缆平行紧贴敷设的光缆内的光纤的振动，使在光纤传播的光的 相位和偏振情况发生变化，通过分布式光纤振动传感系统的光信号解调、数据分析仪、计算 机设备，根据每个采样周期内的振动波形情况，排除外界振动源的干扰，分析计算出故障点 的距离，从而对故障点进行快速准确定位。
如图3所示，一种电力电缆故障离线定位系统，包括信号采集单元100、光纤振动 传感单元200和高压脉冲发射单元300 ；
信号采集单元100包括光缆，所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设，所述光缆 用于采集所述电力电缆的振动信号，将所述电力电缆的振动信号转化为光信号；
光纤振动传感模200块包括光纤振动传感系统,所述光纤振动传感系统用于监控 在所述光缆中传播的光信号，得到监控数据，分析处理所述监控数据得出所述电力电缆故 障点位置；
高压脉冲发射单元300与所述电力电缆的故障段一端连接，在高压脉冲发射单元 300与所述电力电缆的故障段相连的一端将所述光纤振动传感系统与所述光缆连接，高压 脉冲发射单元300用于产生并发射脉冲，对所述电力电缆持续施加脉冲，以使所述电力电 缆在故障点处放电，产生振动；
所述光纤振动传感系统在所述电力电缆发生故障时判断所述光缆是否熔断，若所 述光缆熔断，所述光纤振动传感系统利用光折反射原理测寻出所述电力电缆故障点位置， 若所述光缆未熔断，高压脉冲发射单元300对所述电力电缆持续施加脉冲，以使所述电力 电缆在故障点处放电，产生振动，所述光纤振动传感系统根据所述监控数据分析得出所述 电力电缆故障点的位置。
本发明电力电缆故障离线定位系统工作，信号采集单元100中的光缆与电力电缆 平行紧贴敷设，采集电力电缆的振动信号并将振动信号转化为光信号，之后光纤振动传感 单元200中的光纤振动传感系统监控在光缆中传播的光信号，得到监控数据，当电力电缆 发生故障时，光纤振动传感单元200中的光纤振动传感系统判断光缆是否熔断，若所述光 缆熔断则利用光折反射原理测寻出所述电力电缆故障点位置，若所述光缆未熔断则利用高 压脉冲发射单元300对所述电力电缆持续施加脉冲，所述光纤振动传感系统根据所述监控 数据分析得出所述电力电缆故障点的位置，本发明电力电缆故障离线定位系统只经过了简 单的数据监控、传输与处理即得出了电力电缆的故障位置，所以本发明电力电缆故障离线 定位系统是一种高效的电力电缆故障离线定位系统，能够在离线状态下快速定位电力电缆 故障。
在其中一个实施例中，所述高压脉冲发射单元包括高压脉冲发生器。
在其中一个实施例中，所述高压脉冲发生器为具有对时功能的高压脉冲发生器， 所述具有对时功能的高压脉冲发生器用于产生、发射高压脉冲并与所述光纤振动测试单元 进行采样对时。
在其中一个实施例中，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
在其中一个实施例中，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分 析仪和计算机。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并 不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员 来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保 护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
权利要求
1.一种电力电缆故障离线定位方法，其特征在于，包括步骤 设置光缆，将所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设； 设置高压脉冲发射设备与光纤振动传感系统，将所述高压脉冲发射设备与所述电力电缆故障段的一端连接，在所述高压脉冲发射设备与所述电力电缆故障段相连的一端将所述光纤振动传感系统与所述光缆连接； 当所述电力电缆发生故障时，利用所述光纤振动传感系统判断所述光缆是否熔断，若所述光缆熔断则利用光的折反射原理测寻所述电力电缆故障点的位置，若所述光缆未熔断则进行如下步骤， 利用所述高压脉冲发射设备对所述电力电缆持续施加脉冲，以使所述电力电缆在故障点处放电，产生振动； 利用所述光纤振动传感系统监控所述光缆中传播的光信号的变化，得到监控数据，利用所述光纤振动传感系统分析所述监控数据得出所述电力电缆的故障位置。
2.根据权利要求1所述的电力电缆故障离线定位方法，其特征在于，所述高压脉冲发射设备为高压脉冲发生器。
3.根据权利要求2所述的电力电缆故障离线定位方法，其特征在于，所述高压脉冲发生器为具有对时功能的高压脉冲发生器，所述步骤利用所述高压脉冲发射设备对所述电力电缆持续施加脉冲之前还有步骤 将所述具有对时功能的高压脉冲发生器与所述光纤振动传感系统进行采样对时。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的电力电缆故障离线定位方法，其特征在于，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
5.根据权利要求4所述的电力电缆故障离线定位方法，其特征在于，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机。
6.一种电力电缆故障离线定位系统，其特征在于，包括信号采集单元、光纤振动传感单元和高压脉冲发射单元； 所述信号采集单元包括光缆，所述光缆与所述电力电缆平行紧贴敷设，所述光缆用于采集所述电力电缆的振动信号，将所述电力电缆的振动信号转化为光信号； 所述光纤振动传感单元包括光纤振动传感系统，所述光纤振动传感系统用于监控在所述光缆中传播的光信号，得到监控数据，分析处理所述监控数据得出所述电力电缆故障点位置； 所述高压脉冲发射单元与所述电力电缆的故障段一端连接，在所述高压脉冲发射单元与所述电力电缆的故障段相连的一端将所述光纤振动传感系统与所述光缆连接，所述高压脉冲发射单元用于产生并发射脉冲，对所述电力电缆持续施加脉冲，以使所述电力电缆在故障点处放电，产生振动； 所述光纤振动传感系统在所述电力电缆发生故障时判断所述光缆是否熔断，若所述光缆熔断，所述光纤振动传感系统利用光折反射原理测寻出所述电力电缆故障点位置，若所述光缆未熔断，所述高压脉冲发射单元对所述电力电缆持续施加脉冲，以使所述电力电缆在故障点处放电，产生振动，所述光纤振动传感系统根据所述监控数据分析得出所述电力电缆故障点的位置。
7.根据权利要求6所述的电力电缆故障离线定位系统，其特征在于，所述高压脉冲发射单元包括高压脉冲发生器。
8.根据权利要求7所述的电力电缆故障离线定位系统，其特征在于，所述高压脉冲发生器为具有对时功能的高压脉冲发生器，所述具有对时功能的高压脉冲发生器用于产生、发射脉冲并与所述光纤振动传感系统进行采样对时。
9.根据权利要求6-8任意一项所述的电力电缆故障离线定位系统，其特征在于，所述光纤振动传感系统为分布式光纤振动传感系统。
10.根据权利要求9所述的电力电缆故障离线定位系统，其特征在于，所述分布式光纤振动传感系统包括光信号解调仪、数据分析仪和计算机。
全文摘要
本发明公开一种电力电缆故障离线定位方法与系统，将光缆与电力电缆紧贴敷设，当电力电缆发生故障时，若光缆熔断则利用光的折反射原理测寻故障点的位置，若光缆未熔断则进行如下步骤；高压脉冲发射设备在高压电力电缆故障段的一端施加高压脉冲，从而在电缆故障点放电产生振动，电力电缆的振动能量传给光缆内的光纤，将振动信号转变为光信号，并通过光纤振动传感系统监控光纤中光信号的变化得出监控数据，分析监控数据得出电力电缆故障位置，由于整个定位过程只经过了简单的数据监控、传输与处理即得出了电力电缆的故障位置所以本发明电力电缆故障离线定位方法是一种高效的电力电缆故障离线定位方法。
文档编号G01R31/10GK103048592SQ20121054441
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者黄嘉盛, 陈继鑫, 曹京荥, 慕容啟华 申请人:广州供电局有限公司