电缆贯通线健康状态诊断系统及其方法与流程

本发明属于电气化铁路电力供电技术领域，具体涉及一种电缆贯通线健康状态诊断系统及其方法。

背景技术：

我国铁路建设举世瞩目，成绩斐然。截至2017年，我国铁路营业里程达到12.7万km，其中高速铁路运营里程增加到2.5万km，占世界三分之二，稳居世界第一。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，在电力设备健康状态下降时，预先做出更换或维修，减少故障的发生，可靠地保障铁路电力系统的安全运行。因此，对电缆贯通线的健康状态进行监测具有重要的意义。

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。当电缆老化时，其相对导磁系数和相对介电系数也会发生变化，从而影响行波速度，测试行波速度就可以对电缆健康状态进行在线监测和评估，已达到对电缆的预防性检验和维修，尽可能避免停电事故。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电缆贯通线健康状态诊断系统及其方法，基于行波在老化电缆中传播速度的不同，确定故障发生的位置。

本发明所采用的技术方案为：

电缆贯通线健康状态诊断系统，其特征在于：

所述系统包括多个数据采集装置和电缆贯通线健康诊断装置；

数据采集装置间隔设置在电缆贯通线上，电缆贯通线上具有电源、断路器和系统阻抗，数据采集装置均接入电缆贯通线健康诊断装置并通信；

断路器分闸或合闸时，产生电压和电流行波，行波向线路末端传递，数据采集装置检测到行波，并将检测到行波的时间发送到电缆贯通线健康诊断装置。

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电缆贯通线健康诊断装置；电源模块为其他部件提供电源。

电缆贯通线健康诊断装置安装在变电所内，为工业控制计算机，通过光纤实时收集数据采集装置发来的数据，进行电缆贯通线健康诊断。

电缆贯通线健康状态诊断方法，其特征在于：

所述方法由以下步骤实现：

于电缆贯通线上间隔设置数据采集装置，电缆贯通线上具有电源、断路器和系统阻抗，数据采集装置均接入电缆贯通线健康诊断装置并通信；

断路器分闸或合闸时，产生电压和电流行波，行波向线路末端传递，数据采集装置检测到行波，并将检测到行波的时间发送到电缆贯通线健康诊断装置；

电缆贯通线健康诊断装置根据数据采集装置发送的时间信息，以及数据采集装置之间的距离，计算出相邻数据采集装置之间的行波波速，判断电缆健康状况。

断路器分闸或合闸时，相邻数据采集装置之间的行波波速不同时，电缆健康状态下降。

同一段相邻数据采集装置之间的行波波速与第一次的行波波速不同时，该段相邻数据采集装置之间电缆健康状态下降。

一段相邻数据采集装置之间的行波波速变化趋势大于另一段相邻数据采集装置之间的行波波速变化趋势，变化趋势大的一段相邻数据采集装置之间电缆健康状态下降。

本发明具有以下优点：

一、本发明利用断路器dl分闸或合闸时，产生电压和电流行波，测试行波向线路末端传递的波速，根据波速的变化对电缆贯通线电缆状态进行评估，得到其健康状态变化，有利于减少故障的发生，保障系统安全运行，减小由于电缆故障而带来的经济损失。

三、广泛适用于铁路电缆贯通线的健康状态监测，通用性好，易于实施。

附图说明

图1是本发明实施例的电缆贯通线健康状态监测示意图。

图2是本发明实施例的电缆贯通线健康状态流程示意图。

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。

本发明涉及一种电缆贯通线健康状态诊断系统，所述系统包括多个数据采集装置和电缆贯通线健康诊断装置；数据采集装置间隔设置在电缆贯通线上，电缆贯通线上具有电源、断路器和系统阻抗，数据采集装置均接入电缆贯通线健康诊断装置并通信；断路器分闸或合闸时，产生电压和电流行波，行波向线路末端传递，数据采集装置检测到行波，并将检测到行波的时间发送到电缆贯通线健康诊断装置。

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电缆贯通线健康诊断装置；电源模块为其他部件提供电源。

电缆贯通线健康诊断装置安装在变电所内，为一台工业控制计算机，安装电缆贯通线健康软件，能够通过光纤实时收集数据采集装置da1，da2,da3发来的数据，通过本发明所给出计算方法，进行电缆贯通线健康诊断。

基于上述系统的电缆贯通线健康状态诊断方法，由以下步骤实现：

于电缆贯通线上间隔设置数据采集装置，电缆贯通线上具有电源、断路器和系统阻抗，数据采集装置均接入电缆贯通线健康诊断装置并通信；

断路器分闸或合闸时，产生电压和电流行波，行波向线路末端传递，数据采集装置检测到行波，并将检测到行波的时间发送到电缆贯通线健康诊断装置；

电缆贯通线健康诊断装置根据数据采集装置发送的时间信息，以及数据采集装置之间的距离，计算出相邻数据采集装置之间的行波波速，判断电缆健康状况。

1、断路器分闸或合闸时，相邻数据采集装置之间的行波波速不同时，电缆健康状态下降。

2、同一段相邻数据采集装置之间的行波波速与第一次的行波波速不同时，该段相邻数据采集装置之间电缆健康状态下降。

3、一段相邻数据采集装置之间的行波波速变化趋势大于另一段相邻数据采集装置之间的行波波速变化趋势，变化趋势大的一段相邻数据采集装置之间电缆健康状态下降。

上述三个条件均不满足时，电缆处于健康状态。

如图1的实施例所示：

设电源为g，dl为断路器，zs为系统阻抗，铁路电缆贯通线c长度为d，在变电所安装电缆贯通线健康诊断装置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，da1至da2间长度为m，da2至da3间长度为n，m+n＝d。采集装置da1、da2、da3分别通过光纤g1、g2、g3与健康诊断装置dj通信，传递数据。

流程如图2所示，当断路器dl分闸或合闸时，产生电压和电流行波，行波向线路末端传递，设da1、da2、da3处检测到行波的时间分别为t1、t2、t3，计算行波在da1到da2段的波速行波在da2到da3段的波速

(1)每一次分、合闸时得到v1、v2，v1和v2应该相等，当二者有差时，电缆健康状态下降。

(2)将每一次分、合闸时得到的v1、v2记录下来，设第一次速度为v10和v20，当v1与v10差别较大时(大于0.005倍v10)，da1到da2段电缆贯通线健康状态下降；当v2与v20差别较大时，da2到da3段电缆贯通线健康状态下降。

(3)将记录的v1和v2历史数据化成曲线，当v1变化趋势大于v2时，da1到da2段电缆贯通线健康状态下降；当v2变化趋势大于v1时，da2到da3段电缆贯通线健康状态下降。

当上述条件都不满足时，电缆处于健康状态。

本发明可以将电缆分成更多的段(超过两段)，安装更多的数据采集装置(超过3处)，适用于采用全电缆的铁路电力供电系统，同时有效解决电缆健康诊断的问题，提高了运行可靠性。该系统根据波速的变化对电缆贯通线电缆状态进行评估，得到其健康状态变化，有利于减少故障的发生，保障系统安全运行，减小由于电缆故障而带来的经济损失。广泛适用于铁路电缆贯通线的健康状态监测。

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。