高压电缆故障的精确定位分析系统及方法与流程

1.本发明涉及电缆检测技术领域，特别是涉及一种高压电缆故障的精确定位分析系统及方法。


背景技术：

2.对于电缆故障的定位，目前主要的故障定位方法有故障分析法和行波法。故障分析法又分为单端故障分析法和双端故障分析法。而单端故障分析法存在影响因素较多如过渡电阻、系统运行方式和负荷电流等，当系统运行方式变化时误差将大幅增加，鲁棒性能较差。双端分析法由于需要利用通道来传递两端的信息，需要两端数据的同步。单端行波法存在适用线路结构单一，对结构复杂且分支较多的架空线—电缆混合线路不适用的问题。双端行波法则需要解决线路两端的时钟问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于，提供一种高压电缆故障的精确定位分析方法，以实现高压电缆故障的精确定位分析。
4.为解决上述技术问题，本发明提供一种高压电缆故障的精确定位分析系统，包括：
5.故障监测装置，设置在待监测的高压电缆两端，并用于以非接触式采集暂态数据；
6.故障定位服务器，用于接收所述暂态数据并分析出故障测距结果；
7.高精度对时模块，用于实现电力系统不高于20ns级的授时精度。
8.进一步的，所述故障定位器中，电流信号采集采用罗氏线圈，电场信号采集采用非接触式电压传感器。
9.进一步的，所述高精度对时系统采用卫星导航系统。
10.进一步的，所述故障定位服务器用于实时监测所述高压电缆运行电流以及电场，当线路发生异常变化时，进行自动录波，实现故障性质分析诊断；还用于实时监测电缆金属护层接地电流，当接地电流发生异常变化时，进行自动录波，计算接地电流与负荷电流比，对高压电缆金属护层接地故障提供实时告警。
11.进一步的，所述故障定位服务器以数值和电流曲线的方式进行展示。
12.进一步的，所述故障监测装置还设置在接地箱和/或换位箱处。
13.本发明还提供一种高压电缆故障的精确定位分析方法，包括：
14.采用非接触式，且不高于20ns级的实时采集暂态数据；
15.对所述暂态数据进行分析，获得故障测距结果。
16.进一步的，所述对所述暂态数据进行分析的过程包括：根据所述暂态数据得到环流故障相位和主缆复合电流，所述主缆复合电流由护套环流信息以及主缆相位信息构成，借助采集得到的所述主缆复合电流信息以及护套环流信息，以便于根据所述环流故障相位进行调整时间差，以获得测距结果，即故障位置。
17.进一步的，根据故障时频与雷电、操作及区外故障时频特性区别及三相暂态信号
极性，实现对故障信号的识别。
18.进一步的，还包括：根据暂态波形，手动校正故障距离。
19.相比于现有技术，本发明的高压电缆故障的精确定位分析系统及方法，通过非接触式传感器提取故障产生的暂态行波信号，根据故障时频的特性及三相暂态信号极性，实现对故障信号的准确识别；同时，不高于20ns级的实时采集，实现对时误差的精确控制。
附图说明
20.图1为本发明实施例中高压电缆故障的精确定位分析系统的结构示意图；
21.图2为本发明实施例中高压电缆故障的精确定位分析系统的流程示意图。
具体实施方式
22.下面将结合示意图对本发明的高压电缆故障的精确定位分析方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
23.在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
24.如图1所示，本发明实施例提出了一种高压电缆故障的精确定位分析系统，包括：
25.故障监测装置，设置在待监测的高压电缆两端，并用于以非接触式采集暂态数据；
26.故障定位服务器，用于接收所述暂态数据并分析出故障测距结果；
27.高精度对时模块，用于实现电力系统不高于20ns级的授时精度。
28.在本发明实施例中，故障监测装置实时在线采集电缆运行工频电流、工频电场、护层接地电流等，以数值或者电流曲线的方式进行展示；电缆发生故障时，对故障产生的暂态信号的捕捉、采集和分析，根据分布式行波法测距原理实现电缆故障的测距，同时根据电缆线路的运行特点，辅以工频录波进行故障性质诊断，从而形成对线路运行状态的有效监测和故障的分段定位。
29.在本发明实施例中，所述故障定位器以非接触式采集暂态数据，其主要考虑因素是系统的运行安全、以及装置的安装维护方便。另外，借助于非接触式采集方式，还可以降低干扰、实现对故障信号的准确识别。
30.具体的，可以根据监测线路的实际情况，选择获取电场信号、主缆电流信号和/或护套环流信息等。
31.作为示例，在所述故障定位器中，电流信号采集采用罗氏线圈，电场信号采集采用非接触式电压传感器。
32.所述故障定位器可以是暂态浪涌型故障定位器。此外，暂态行波信号的提取，可以采用数字滤波器，实现小波滤波，并具有时效性强的特点。
33.进一步的，所述故障定位器还设置在接地箱和/或换位箱处。
34.所述故障定位服务器，主要具有如下功能：
35.(1)工频电流、电场监测
36.实时监测电缆线路运行电流以及电场，并能够以数值和电流曲线的方式进行展示。此外，当线路发生异常变化时，能够进行自动录波，实现故障性质分析诊断。
37.(2)接地环流监测
38.实时监测电缆金属护层接地电流，并能够以数值或电流曲线的方式进行展示。此外，当接地电流发生异常变化时，能够进行自动录波，计算接地电流与负荷电流比，对高压电缆金属护层接地故障提供实时告警。
39.(3)线路缺陷隐患监测
40.实时高频采样监测电缆线路运行电流，实时进行频谱分析，谐波含量、特征谱识别，并对当前供电线路试试在线缺陷诊断。
41.进一步的，所述故障定位服务器，还具有手动调节功能，在自动测距结果的基础上，用户可根据暂态波形，手动校正故障距离，进一步提高测距精度。
42.识别出操作、雷电等干扰信号是实现测距的前提。在本发明实施例中，本系统通过非接触式传感器提取故障产生的暂态行波信号，所述故障定位服务器根据故障时频与雷电、操作及区外故障时频特性区别及三相暂态信号极性，实现对故障信号的准确识别；同时，所述故障定位服务器结合故障线路工频信号，可以区分各类干扰。
43.在本发明实施例中，高精度对时是本发明的一个重点，分布式行波实现测距误差控制在几米范围内的一个关键点是采样设备的对时误差。本发明中通过对电力系统基于卫星导航系统的纳秒级授时，在授时电路、被授时电路、晶振性能以及输出信号波形和传输路径等方面的优化处理，实现了20ns级以内的授时精度，从而实现本发明长距离高压电缆故障的精确定位。
44.例如，包括但不限于gps系统、北斗系统等卫星导航系统。
45.在一个实现方式中，优化处理可以采用如下方式：采用北斗接收模块接收北斗卫星信号，北斗接收模块对所接收到的时间信号进行预处理，同时输入信号单元配置原子钟，此原子钟输出高稳定度频率信号，还配置恒温晶振，此晶振输出相对稳定频率信号；输入信号单元的中央处理器接收北斗时间信号、原子钟信号、晶振信号，并对三种信号进行两两比对测量，计算出三者之间的相对误差，并以所述三者之间的相对误差的最小值做为参考信号，对输出的基准时间进行线性修定，公式如下：tout＝tb+δt。其中，tout是输出的基准时间信号，tb是参考信号，δt是所述三者之间的相对误差的最小值。由此，最终输出精度满足20纳秒要求的秒脉冲基准时间信号。
46.在本发明的另一个实施例中，还提供一种高压电缆故障的精确定位分析方法，包括：
47.步骤s1，采用非接触式，且不高于20ns级的实时采集暂态数据；
48.步骤s2，对所述暂态数据进行分析，获得故障测距结果。
49.具体的，对于步骤s1，可以根据监测线路的实际情况，选择获取电场信号、主缆电流信号和/或护套环流信息等。
50.作为示例，在非接触式的故障定位器中，电流信号采集采用罗氏线圈，电场信号采集采用非接触式电压传感器。
51.在步骤s1中，在20ns级以内的授时精度，能够较好的实现本发明长距离高压电缆故障的精确定位。
52.对于步骤s2，所述对所述暂态数据进行分析的过程包括：根据所述暂态数据得到环流故障相位和主缆复合电流，所述主缆复合电流由护套环流信息以及主缆相位信息构成，借助采集得到的所述主缆复合电流信息以及护套环流信息，可以获得所述主缆相位信息，以便于根据所述环流故障相位进行调整时间差，由此，可以获得测距结果，即得知故障位置。
53.具体的，可以根据故障时频与雷电、操作及区外故障时频特性区别及三相暂态信号极性，实现对故障信号的识别。
54.进一步的，在本实施例中，还包括：步骤s3，根据暂态波形，手动校正故障距离。
55.下面示意性的展示本发明的一个应用。
56.通过安装在高压输电线路终端上的故障定位器和执行故障定位计算的故障定位器服务器，故障定位器通过51.2khz低速采样护套环流信息，实时监测电缆金属护层接地电流，以数值或电流曲线的方式进行展示。当接地电流发生异常变化时，系统能够自动录波，计算接地电流与负荷电流比，对高压电缆金属护层接地故障提供实时告警，故障定位器以50mhz高速采样监测电缆线路运行电流，进行实时频谱分析，谐波含量、特征谱识别，对当前供电线路实时在线缺陷诊断，并与内部gps时钟同步，监测得到的数据用于得到环流故障相位以及故障识别，同时监测采集主缆复合电流。主缆复合电流由护套环流信号以及主缆相位信息构成，借助采集得到的主缆复合电流信息以及护套环流信息，即可获得主缆相位信息用于调整时间差，由此，可以获得测距结果，即得知故障位置。
57.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。