与波速无关的电缆贯通线故障定位系统及其方法与流程

本发明涉及电气化铁路电力供电技术领域，具体涉及一种与波速无关的电缆贯通线故障定位系统及其方法。

背景技术：

随着高速铁路里程的增加，铁路电力供电系统的安全、良好运行不能不受到高度重视。作为高速铁路10kv配电网，为高速铁路沿线的行车信号设备、通信设备、车站生产、生活及供水系统等提供电力保障。在系统供电线路故障时能否及时隔离故障、排除故障，关系着铁路的运营安全。

电力贯通线路对铁路沿线负荷供电，具有线路长、敷设环境复杂、供电负荷等级高等特点。为提高供电可靠性，减少不利自然条件、污秽环境等对线路运行影响，高速铁路电力贯通线路普遍采用电缆敷设方式，电缆线路大多敷设在电缆沟内或埋入地下，发生故障后一般不能通过直观法直接发现故障点，只能采用专用仪器测试才能判断故障性质和故障距离。目前，对铁路10kv配电网线路传统的管理模式是定期人工检查，在线路发生故障停电之后，通过调度员人工分析、拉合负荷开关试投等手段进行故障区段的判断和抢修，故障定位速度慢，非故障区段供电恢复时间长。铁路电力管理工作的发展趋势是建立先进的铁路电力远程监控系统，快速执行故障定位与隔离，可靠地保障铁路电力系统的安全运行。因此，对故障区段智能定位技术的研究和应用具有重要的意义。

根据不同的测距原理，电缆故障测距一般可分为阻抗法和行波法。

阻抗法的基本原理；在故障电缆的一端测量其电压和电流值，利用欧姆定律，根据测量值得到阻抗不匹配点，即故障位置。阻抗法相比于其他测距方法的优点在于：其原理简单、成本低廉、实现容易等，而且它的测距误差范围一般在2％—3％间，满足要求。因此，广泛应用于国内外的电缆故障测距。但是，阻抗法的测距精度会随着故障点的故障电阻的升高而降低，因此只适用于低阻故障测距，限制了阻抗法的使用范围。

行波法是在电磁波传播理论的基础上发展而来的，主要是根据测量点和故障点行波传播所用的时间，利用行波在电缆中的传播速度计算出两者间的距离，然后再确定故障发生的位置，行波法主要包括：单端法、双端法和高频脉冲法。单端法是利用故障点产生的行波在测量点和故障点往返一次的时间来计算出故障点的位置；双端法是利用故障点产生的行波分别向故障点两端传播，根据到达两端的时间差计算故障点的位置；高频脉冲法是在电缆一端加脉冲信号，该脉冲会在故障处产生反射和折射，通过检测反射波到达的时间来计算故障点的位置。

行波在电缆中的传播速度和相对导磁系数和相对介电系数有关，与电缆的长度、内部结构及电缆导体芯线的材料没有直接的关系。而电缆的相对导磁系数和相对介电系数主要取决于电缆绝缘材料的类型，因此当电缆的绝缘材料不同时，行波在其中的传播速度也不同。所以在实际工程中，行波波速的选取问题一般都是根据电缆是由什么材料构成的。对于由同一类材料构成的电缆，这些材料在电缆中的分布也基本相同，因此一般认为行波在相同材料的电缆中的传播速度也是相同的。

所以行波速度的确定对行波测距十分关键，影响测距精度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种与波速无关的电缆贯通线故障定位系统及其方法，利用行波法可以较准确的进行各种故障测距，减小了故障定点的工作量，有利于快速发现故障点和排除故障，及时恢复系统运行，减小由于电缆故障而带来的经济损失。

本发明所采用的技术方案为：

与波速无关的电缆贯通线故障定位系统，其特征在于：

所述系统包括：

数据采集装置，安装于电缆贯通线首端、中间和末端，用于采集检测到故障行波的时间数据；

测距装置，安装于变电所，与各个数据采集装置连接通信，根据各个数据采集装置传送的时间数据和各个数据采集装置之间的间距进行故障区段判断。

数据采集装置在电缆贯通线首端和末端各设置一处，在电缆贯通线中间设置一处或多处。

数据采集装置外接电流互感器和电压互感器；

数据采集装置包括传感器板、控制板、电源模块和通信接口，传感器板包括传感器和a/d转换芯片；电流互感器和电压互感器接入数据采集装置的传感器，传感器接收信息经a/d转换芯片转换后发送到控制板进行计算处理，之后通过通信接口和光纤发送到测距装置；电源模块为其他部件提供电源。

测距装置与各个数据采集装置通过光纤通信。

与波速无关的电缆贯通线故障定位方法，其特征在于：

所述方法为：

(1)在变电所安装测距装置dj，在电缆贯通线c首端、中间、末端分别安装数据采集装置da1、da2、da3；电缆贯通线c长度为d，da1至da2间长度为m，da2至da3间长度为n，m+n＝d；

(2)采集装置da1、da2、da3分别通过光纤g1,g2,g3与测距装置dj通信，将采集到的故障行波检测时间数据传送给测距装置dj；da1、da2、da3处检测到故障行波的时间分别为t1、t2、t3；

(3)测距装置dj根据各个数据采集装置传送的时间数据和各个数据采集装置之间的间距进行故障区段判断。

当时，故障发生在da2和da3之间，故障距离

当时，故障发生在da1和da2之间，故障距离

当时，故障发生在da2处，故障距离

x＝m(3)

将电缆贯通线分成大于两段的区段，在分段点安装数据采集装置。

本发明具有以下优点：

一、利用数据采集装置安装位置进行故障区段判断和复核，具有较高的准确性。

二、故障定位算法与行波速度无关，精度不受自然环境和运行老化影响。

三、通用性好，易于实施。

附图说明

图1是本发明实施例的故障定位示意图。

图2是本发明实施例的故障定位流程图。

图3是数据采集装置连接图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

本发明涉及一种与波速无关的电缆贯通线故障定位系统，所述系统包括：

数据采集装置，安装于电缆贯通线首端、中间和末端，用于采集检测到故障行波的时间数据；

测距装置，安装于变电所，与各个数据采集装置通过光纤通信，根据各个数据采集装置传送的时间数据和各个数据采集装置之间的间距进行故障区段判断。

数据采集装置在电缆贯通线首端和末端各设置一处，在电缆贯通线中间设置一处或多处，将电缆贯通线分为至少两段。

数据采集装置外接电流互感器和电压互感器；数据采集装置包括传感器板、控制板、电源模块和通信接口，传感器板包括传感器和a/d转换芯片；电流互感器和电压互感器接入数据采集装置的传感器，传感器接收信息经a/d转换芯片转换后发送到控制板进行计算处理，之后通过通信接口和光纤发送到测距装置；电源模块为其他部件提供电源。

测距装置dj为一台工业控制计算机，安装电缆贯通线故障定位软件，能够通过光纤实时收集数据采集装置da1，da2,da3发来的数据，通过本专利所给出计算方法，进行电缆贯通线故障定位。

本发明的工作原理是：当电缆线路在距离电缆贯通线首端x处发生故障时，故障行波向线路两端传递，根据数据采集装置检测到故障行波的时间，进行电缆贯通线故障距离计算。基于上述系统的与波速无关的电缆贯通线故障定位方法，包括以下步骤：

(1)在变电所安装测距装置dj，在电缆贯通线c首端、中间、末端分别安装数据采集装置da1、da2、da3；电缆贯通线c长度为d，da1至da2间长度为m，da2至da3间长度为n，m+n＝d；

(2)采集装置da1、da2、da3分别通过光纤g1,g2,g3与测距装置dj通信，将采集到的故障行波检测时间数据传送给测距装置dj；da1、da2、da3处检测到故障行波的时间分别为t1、t2、t3；

(3)测距装置dj根据各个数据采集装置传送的时间数据和各个数据采集装置之间的间距进行故障区段判断。

当时，故障发生在da2和da3之间，故障距离

当时，故障发生在da1和da2之间，故障距离

当时，故障发生在da2处，故障距离

x＝m(3)

以上为将电缆贯通线分成两段的情形，还可将电缆贯通线分成大于两段的区段，在分段点安装数据采集装置，通过类似的计算方法进行故障定位。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。