一种基于光纤通信的GIL故障定位系统及方法与流程

本发明涉及超、特高压输变电设备状态监测领域，尤其涉及一种基于光纤通信的gil故障定位系统及方法。

背景技术：

气体绝缘输电线路(gasinsulatedmetalenclosedtransmissionline,gil)是一种成熟的高压输电设备，具有传输容量大、损耗小、占地少、可靠性高、适用于恶劣环境的特点，在海拔落差大，地形、气象条件恶劣或者输电容量大的场合得到了广泛应用。gil距离长、全封闭，缺乏监测系统设备，其内部故障主要为盆式绝缘子沿面闪络与gil导杆对地击穿故障。由于gil发生故障将会严重影响电力系统安全稳定运行，因此其发生故障后的定位和故障问题的排除易于将非常重大，在我国gil建设规模进一步扩大的今天，迫切需要找到简单方便，成本低廉且可靠有效的技术解决gil故障检测及故障位置精确定位的方法。

目前，gil故障定位方法主要有气体检测法、超声定位法、光时域反射定位法以及基于行波的定位法。

气体检测法通过监测gil设备内部气体密度来监测gil设备的运行状态。绝缘性能和管道内部的密度息息相关。气体的密度取决于密度和压力，通过测量气体压力与温度来计算高电压绝缘所需要的密度，当气体密度下降时，监测系统将会发出警报。

超声定位法是利用gil中超声信号进行定位，gil中局部放电激发的超声波可以看做是以点源的方式向四周传播，由于超声波的波长比较短，因而其方向性较强、能量较为集中，可以通过外壁的超声传感器收集放电时产生的超声信号并对其进行分析。

光时域反射定位法利用振动信号对gil故障进行定位。由于gil闪络故障的同时会引发腔体外壳剧烈的振动，振动信号最高频率分量可达逾～100khz，通过波分复用技术，通过统一的光路结构实现φ-otdr和光干涉技术，完成gil绝缘子闪络故障引起振动信号的定位。

gil中发生放电故障时会产生陡行波放电电压，上升时间数ns至数十ns。在gil管道两端各布置一个暂态过电压传感器，通过gps时间同步测量记录陡波到达时间，使用数据采集卡记录陡行波信号波形，分析gil两端陡波信号到达的时间差值和gil总长度即可以计算获得放电故障位置。

然而，气体检测定位方法尽可以通过气体密度反映gil设备早期气体泄漏故障；超声定位法中超声信号能量损失大，需要每一节gil均设置安装传感器，成本较高。

光时域反射定位方法中光纤易受损伤，且检测距离较短，其光源与解调系统成本高。

基于行波的定位方法传感器安装简单，监测结果准确，空间分辨率高。基于行波的定位方法在每相gil两端安装传感器，将信号传递给该侧的gps同步单元，通过两端gps输出的秒脉冲信号计算时间差，从而得到故障定位结果。但是，每一相gil两端均设置gps设备，其成本高昂。

因此，如何设计一款成本低、故障定位准确的用于gil故障定位的系统及方法成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于光纤通信的gil故障定位系统及方法，以解决现有用于gil故障定位系统及方法成本高、故障定位不准确的问题。

第一方面，本发明提供一种基于光纤通信的gil故障定位系统，所述gil故障定位系统包括gil导杆、gil外壳和盆式绝缘子，所述gil导杆通过所述盆式绝缘子设置于所述gil外壳内，所述系统还包括第一手孔、第二手孔、第一暂态过电压传感器、第二暂态过电压传感器、第一低压臂电容、第二低压臂电容、第一现场采集单元、第一光转网设备、第二现场采集单元、第二光转网设备、第三光转网设备、第四光转网设备、路由器和工控机，其中：

所述第一手孔、所述第二手孔分别设置于所述gil外壳的两端；

所述第一暂态过电压传感器安装于所述第一手孔内，所述第二暂态过电压传感器安装于所述第二手孔内；

所述第一低压臂电容与所述第一暂态过电压传感器连接，所述第二低压臂电容与所述第二暂态过电压传感器连接；

所述第一现场采集单元与所述第一低压臂电容连接，所述第二现场采集单元与所述第二低压臂电容连接；

所述第一现场采集单元通过所述第一光转网设备与所述第三光转网设备连接，所述第二现场采集单元通过所述第二光转网设备与所述第四光转网设备连接；

所述第三光转网设备与所述第四光转网设备均与所述路由器连接，所述路由器与所述工控机连接。

可选择的，所述第一现场采集单元和所述第二现场采集单元均包括波形记录器、脉冲信号输出器和电源，所述第一现场采集单元的所述波形记录器与所述第一低压臂电容连接；所述第二现场采集单元的所述波形记录器与所述第二低压臂电容连接；所述波形记录器与所述脉冲信号输出器连接，所述波形记录器和所述脉冲信号输出器均与所述电源连接，所述第一现场采集单元的所述脉冲信号输出器与所述第一光转网设备连接；所述第二现场采集单元的所述脉冲信号输出器与所述第二光转网设设备连接，其中：

所述波形记录器，用于接收所述第一低压臂电容和所述第二低压臂电容的信号，然后记录波形，并把波形输入到所述脉冲信号输出器中；

所述脉冲信号输出器，用于将将脉冲信号输出到所述路由器；

所述电源，用于为所述波形记录器和所述脉冲信号输出器供电。

可选择的，所述波形记录器为示波器或者采集卡。

可选择的，所述第一第一低压臂电容与所述第一现场采集单元间通过同轴电缆连接；

所述第二低压臂电容与所述第二现场采集单元间通过同轴电缆连接。

可选择的，所述第一现场采集单元与所述第一光转网设备间、所述第一光转网设备与所述第三光转网设备间、所述第三光转网设备与所述路由器间、所述路由器与所述工控机间均通过光纤连接；

所述第二现场采集单元与所述第二光转网设备间、所述第二光转网设备与所述第四光转网设备间、所述第四光转网设备与所述路由器间均通过光纤连接。

第二方面，本发明提供一种基于光纤通信的gil故障定位方法，包括以下步骤：

通过第一暂态过电压传感器获取故障点产生的放电信号，得到第一放电信号；

通过第一现场采集单元获取第一放电信号的放电波形，将放电波形的脉冲信号发送至路由器；

路由器接收脉冲信号，路由器将脉冲信号汇总发送至工控机，工控机产生时间戳，将此时定义为时刻；

生成时间戳，等待第二现场采集单元的脉冲信号；

第二暂态过电压传感器获取故障点产生的放电信号，得到第二放电信号；

通过第二现场采集单元获取第二放电信号的放电波形，将放电波形的成脉冲信号发送至路由器；

路由器接收第二现场采集单元的脉冲信号，路由器将脉冲信号汇总发送至工控机；

工控机计算两个脉冲信号的时间差，得出gil故障位置。

由以上技术方案可知，本发明提供一种基于光纤通信的gil故障定位系统及方法，当第一暂态过电压传感器接收到gil放电故障信号时，放电信号传输至第一现场采集单元，此时所述第一现场采集单元记录波形，并发出脉冲信号至路由器，第一现场采集单元通过第一光转网设备转换为光信号，通过光纤将光信号传输至第二光装网设备，第二光转网设备将光信号转换为电信号传输至路由器，之后将信号汇总后输出到工控机，所述工控机接收到第一现场采集单元发出的脉冲信号，此时产生一个时间戳，这时定义为时刻，等待第二暂态过电压传感器放电信号的采集以及第二现场采集单元脉冲信号的输出，记录两个脉冲信号的时间差，通过计算，可以得到故障点。本发明提供的基于光纤通信的gil故障定位系统及方法，降低了定位系统的成本，并且通过计算脉冲信号的时间差来获得gil的故障点，使得故障定位精准，提高了电力系统状态检修的效率，有效提升暂态过电压在线监测有效性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的一种基于光纤通信的gil故障定位系统的结构示意图；

图2为本发明提供的一种基于光纤通信的gil故障定位系统的第一现场采集单元和第二采集单元的连接图

图3为本发明提供的一种基于光纤通信的gil故障定位方法的流程图；

图4为本发明提供的一种基于光纤通信的gil故障定位系统的故障定位结果示意图。

图示说明：

其中，1-gil导杆；2-gil外壳；3-盆式绝缘子；4-第一手孔；5-第二手孔；6-第一暂态过电压传感器；7-第二暂态过电压传感器；8-第一低压臂电容；9-第二低压臂电容；10-第一现场采集单元；11-第一光转网设备；12-第二现场采集单元；13-第二光转网设备；14-第三光转网设备；15-第四光转网设备；16-路由器；17-工控机；18-波形记录器；19-脉冲信号输出器；20-电源。

具体实施方式

下面结合本发明中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于再次描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

基于行波的gil放电故障定位原理是利用故障发生时刻行波信号之间的传播时间差法来识别故障点的。其中，gil的总长度为l，故障点与gil一端的传感器距离为x，故障点与gil另一端的传感器距离为l-x，放电故障行波到达两端传感器的时间差为t，放电故障行波在gil中的传播速度为v，放电故障行波到达gil一端的传感器时间为t1，放电故障行波到达gil一端的传感器时间为t2。因此，有：

由此可以得到放电故障点的位置。

第一方面，参见图1，本发明提供一种基于光纤通信的gil故障定位系统，所述gil故障定位系统包括gil导杆1、gil外壳2和盆式绝缘子3，所述gil导杆1通过所述盆式绝缘子3设置于所述gil外壳2内，所述系统还包括第一手孔4、第二手孔5、第一暂态过电压传感器6、第二暂态过电压传感器7、第一低压臂电容8、第二低压臂电容9、第一现场采集单元10、第一光转网设备11、第二现场采集单元12、第二光转网设备13、第三光转网设备14、第四光转网设备15、路由器16和工控机17，其中：

所述第一手孔4、所述第二手孔5分别设置于所述gil外壳2的两端；

所述第一暂态过电压传感器6安装于所述第一手孔4内，所述第二暂态过电压传感器7安装于所述第二手孔5内；所述第一暂态过电压传感器6和所述第二暂态过电压传感器7用于采集gil放电故障行波。

所述第一低压臂电容8与所述第一暂态过电压传感器6连接，所述第二低压臂电容9与所述第二暂态过电压传感器7连接；

所述第一现场采集单元10与所述第一低压臂电容8连接，所述第二现场采集单元12与所述第二低压臂电容9连接；

所述第一现场采集单元10通过所述第一光转网设备11与所述第三光转网设备14连接，所述第二现场采集单元12通过所述第二光转网设备13与所述第四光转网设备15连接；

所述第三光转网设备14与所述第四光转网设备15均与所述路由器16连接，所述路由器16与所述工控机17连接。

参见图2，可选择的，所述第一现场采集单元10和所述第二现场采集单元12均包括波形记录器18、脉冲信号输出器19和电源20，所述第一现场采集单元10的所述波形记录器18与所述第一低压臂电容8连接；所述第二现场采集单元12的所述波形记录器18与所述第二低压臂电容9连接；所述波形记录器18与所述脉冲信号输出器19连接，所述波形记录器18和所述脉冲信号输出器19均与所述电源20连接，所述第一现场采集单元12的所述脉冲信号输出器19与所述第一光转网设备11连接；所述第二现场采集单元12的所述脉冲信号输出器19与所述第二光转网设设备13连接，其中：

所述波形记录器18，用于接收所述第一低压臂电容8和所述第二低压臂电容9的信号，然后记录波形，并把波形输入到所述脉冲信号输出器19中；

所述脉冲信号输出器19，用于将将脉冲信号输出到所述路由器16；

所述电源20，用于为所述波形记录器18和所述脉冲信号输出器19供电。

可选择的，所述波形记录器18为示波器或者采集卡。

可选择的，所述第一第一低压臂电容8与所述第一现场采集单元10间通过同轴电缆连接；

所述第二低压臂电容9与所述第二现场采集单元12间通过同轴电缆连接，用于传输电信号。

可选择的，所述第一现场采集单元10与所述第一光转网设备11间、所述第一光转网设备11与所述第三光转网设备14间、所述第三光转网设备14与所述路由器16间、所述路由器16与所述工控机17间均通过光纤连接；

所述第二现场采集单元12与所述第二光转网设备13间、所述第二光转网设备13与所述第四光转网设备15间、所述第四光转网设备15与所述路由器16间均通过光纤连接。

光纤用于将所述第一现场采集单元10和所述第二现场采集单元12的信号转换为光信号后通过光纤向路由器16传输。

gil输电系统内部含有三相管道，每一相两端均需要设置暂态过电压传感器以及现场采集单元，多个现场采集单元在连接到工控机之前，需要通过路由器进行汇总，之后，路由器与工控机进行连接。

第二方面，参见图3和图4，本发明提供一种基于光纤通信的gil故障定位方法，包括以下步骤：

s10：通过第一暂态过电压传感器获取故障点产生的放电信号，得到第一放电信号；

s11：通过第一现场采集单元获取第一放电信号的放电波形，将放电波形的脉冲信号发送至路由器；

s12：路由器接收脉冲信号，路由器将脉冲信号汇总发送至工控机，工控机产生时间戳，将此时定义为0时刻；

s13：生成时间戳，等待第二现场采集单元的脉冲信号；

s14：第二暂态过电压传感器获取故障点产生的放电信号，得到第二放电信号；

s15：通过第二现场采集单元获取第二放电信号的放电波形，将放电波形的成脉冲信号发送至路由器；

s16：路由器接收第二现场采集单元的脉冲信号，路由器将脉冲信号汇总发送至工控机；

s17：工控机计算两个脉冲信号的时间差，得出gil故障位置。

由以上技术方案可知，本发明提供一种基于光纤通信的gil故障定位系统及方法，当第一暂态过电压传感器6接收到gil放电故障信号时，放电信号传输至第一现场采集单元10，此时所述第一现场采集单元10记录波形，并发出脉冲信号至路由器16，第一现场采集单元10通过第一光转网设备11转换为光信号，通过光纤将光信号传输至第二光装网设备13，第二光转网设备11将光信号转换为电信号传输至路由器16，之后将信号汇总后输出到工控机17，所述工控机17接收到第一现场采集单元10发出的脉冲信号，此时产生一个时间戳，这时定义为0时刻，等待第二暂态过电压传感器7放电信号的采集以及第二现场采集单元12脉冲信号的输出，记录两个脉冲信号的时间差，通过计算，可以得到故障点。本发明提供的基于光纤通信的gil故障定位系统及方法，降低了定位系统的成本，并且通过计算脉冲信号的时间差来获得gil的故障点，使得故障定位精准，提高了电力系统状态检修的效率，有效提升暂态过电压在线监测有效性。

以上仅是本发明的具体实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。