專利名稱：電力電纜故障行波同步測距方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電力設(shè)備故障檢測領(lǐng)域，所檢測的電力電纜為各電壓等級的電力電纜，并能夠提供電力電纜的單相接地和兩相接地故障的測距結(jié)果，具體說是一種電力電纜故障行波同步測距方法。
背景技術(shù)：
用于電力傳輸和分配的電纜稱為電力電纜。用于電力傳輸和分配的電纜稱為電力電纜。隨著社會的進步和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，電纜用量在整個電力傳輸線路中所占的比例日益提高，電纜與架空線路相比，具有下列主要優(yōu)點1.送電可靠性高，不易受周圍環(huán)境和污染的影響；2.線間絕緣距離小，占地少，無干擾電波；3.地下敷設(shè)時，不占地面與空間，既安全可靠，又不易暴露目標(biāo)。由于絕大多數(shù)電力電纜敷設(shè)于地下，隨著近年來電力電纜的大量使用，電纜發(fā)生故障后，故障點的快速查找和修復(fù)成為供電單位關(guān)注的焦點，目前較為常見的故障測距方法以電橋法、脈沖電壓法、脈沖電流法和二次脈沖法為主，各種方法簡介如下傳統(tǒng)的檢測方法1)電橋法電橋法是一種經(jīng)典測試方法。電橋法優(yōu)點是簡單、方便、精確度高，不需要人工判斷波形，獲知電纜長度后儀器可以自動計算故障距離。但它的缺點是不適用于高阻與閃絡(luò)性故障，因為故障電阻很高的情況下，電橋里電流很小，一般靈敏度的儀表，很難探測，實際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡(luò)性故障。電橋法的另一缺點是需要把電纜的對端做環(huán)路處理，對于電力電纜對端環(huán)路一般不容易進行。2)低壓脈沖反射法低壓脈沖反射法，又叫雷達法，是受二次世界大戰(zhàn)雷達的啟發(fā)而發(fā)明的，它通過觀察故障點反射脈沖與發(fā)射脈沖的時間差測距。低壓脈沖反射法的優(yōu)點是簡單、直觀、不需要知道電纜的準(zhǔn)確長度等原始技術(shù)資料。根據(jù)脈沖反射波形還可以容易地識別電纜接頭與分支點的位置。低壓脈沖反射法的缺點是仍不能適用于測量高阻與閃絡(luò)性故障。3)脈沖電壓法脈沖電壓法，又稱閃測法，是上世紀(jì)六十年代發(fā)展起來的一種高阻與閃絡(luò)性故障測試方法。該方法使電纜故障在直流高壓或脈沖高壓信號的作用下?lián)舸?，然后，通過觀察放電電壓行波在觀察點與故障點之間往返一次的時間測距。脈沖電壓法的一個重要優(yōu)點是不需將高阻與閃絡(luò)性故障燒穿，直接利用故障擊穿產(chǎn)生的瞬間脈沖行波信號，測試速度快，測量過程也得到簡化，是電纜故障測試技術(shù)的重大進步。脈沖電壓法的缺點為安全性差，儀器通過電容電阻分壓器分壓測量電壓行波信號，儀器與高壓回路有電耦合，很容易發(fā)生高壓信號串入，造成儀器損壞。通過故障電纜電壓行波信號的反射確定故障距離，存在使用人員需要培訓(xùn)，波形辨識需要大量的經(jīng)驗積累。4)脈沖電流法脈沖電流法是上世紀(jì)八十年代初在脈沖電壓法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種測試方法，該方法具有安全、可靠、接線簡單等優(yōu)點。脈沖電流法與脈沖電壓法的區(qū)別在于通過線性電流耦合器測量電纜故障擊穿時產(chǎn)生的電流行波信號，實現(xiàn)了儀器與高壓回路的電耦合特性，故障測試設(shè)備的安全性得以大大提高。脈沖電流法因接線簡單，隨著電子技術(shù)的發(fā)展，測試精度的提高，目前為絕大多數(shù)電力用戶使用。該方法目前也存在電流行波信號無法自動識別，使用人員需要培訓(xùn)和積累大量的現(xiàn)場經(jīng)驗才能準(zhǔn)確辨別和區(qū)分故障距離的問題。5) 二次脈沖法(多次脈沖法)二次脈沖法(多次脈沖法)是本世紀(jì)初開始推廣使用的電力電纜故障測距的新方法，該方法結(jié)合脈沖電流法和低壓脈沖反射法的優(yōu)點，在使用脈沖高壓擊穿電力電纜故障點的瞬間，采用保持故障延弧，測距儀對故障電纜注入脈沖信號，由于故障點處于短路狀態(tài)，測距儀接收到的行波反射信號與息弧后的脈沖行波信號有明顯的區(qū)別，經(jīng)過波形比對， 使用人員可以明確辨別故障距離，并且測距儀的自動測距功能得以加強。此方法的缺點在于在原有脈沖電流測試設(shè)備的基礎(chǔ)上，增加了多次脈沖耦合器，增加了設(shè)備成本。相對于脈沖電流法，測試設(shè)備價格也有很多提高，并且對于續(xù)弧不穩(wěn)定的電纜故障，此方法無法測試ο綜上所述，對于電力電纜故障測距，現(xiàn)有的檢測方法都有各自的局限性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)以上現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種實現(xiàn)電力電纜故障的精確測距，通過對電力電纜的兩個或多個相同時進行行波信號的采集和比對，使設(shè)備使用人員能夠快速準(zhǔn)確地判斷故障距離，以克服現(xiàn)有電力電纜故障測距方法的不足的電力電纜故障行波同步測距方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是電力電纜故障行波同步測距方法， 包括被測電力電纜，其特征在于通過對被測電力電纜故障相和完好相在測試點對端短路狀態(tài)下，測量故障相和完好相的故障點擊穿的行波反射的起始點時間，計算出測試點到故障點的距離，包括以下具體步驟步驟1 將被測電力電纜的故障相和完好相的測試端的對端短路，即測試端的另一端，在被測電力電纜的測試端的故障相和完好相上分別設(shè)置高頻電流傳感器，該高頻電流傳感器的輸出連接到一高速信號采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述高速信號采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括至少兩個高速信號采集單元以及數(shù)據(jù)存儲分析和處理系統(tǒng)；步驟2 對被測電力電纜的故障相施加高壓直流電壓，造成故障點擊穿；步驟3 利用設(shè)置在被測電力電纜的故障相和完好相上的高頻電流傳感器和高速信號采集單元，同時檢測和記錄被測電力電纜故障相和完好相因故障點擊穿產(chǎn)生的行波信號到達測試點的時間；步驟4 利用所述的數(shù)據(jù)存儲分析和處理系統(tǒng)，利用步驟3所檢測和記錄得到的被測電力電纜故障相和完好相的兩個行波信號的起始時間的時間差，對被測電力電纜的故障點距離進行計算和處理。利用故障相和任意一條或多條完好相的行波信號的起始時間之間的差值計算故障點距離，高頻電流傳感器傳來的信號通過信號調(diào)理和A/D轉(zhuǎn)換后，進行數(shù)據(jù)存儲、分析， 通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)將行波信號的信號波形化處理后分別得到故障相和完好相的行波特征圖形，可以顯示。在對故障相施加高壓造成故障擊穿時，在故障相和同一長度電纜回路其他完好相設(shè)置的高頻電流傳感器同時采集行波信號，同時采集到的電磁暫態(tài)信號的行波信號的起始時間，作為計算故障點離測試點距離的基礎(chǔ)。其中優(yōu)選方案是所述的計算方法是由于行波信號在電力電纜中的傳播速度為一定值V，兩個高頻傳感器檢測到的行波信號達到的時間不同，設(shè)定為tl和t2，其時間差為At，At = t2-tl，已知被測電力電纜全長為L，利用公式X = L-(At^V)/2計算出故障點距離X。所述的高頻電流傳感器的截止頻率為2MHz-2GHz。該頻率內(nèi)的采樣精度，既適合又實用，降低成本，提高穩(wěn)定性。所述高速信號采集單元的采樣頻率為4MHz-4GHz。該頻率內(nèi)的采樣精度，既適合又實用，降低成本，提高處理速率，提高穩(wěn)定性。所述的計算和處理，還包括對電力電纜的故障相和完好相的行波信號進行調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后存儲的數(shù)據(jù)包進行的數(shù)據(jù)分析、顯示。其目的是為了解決良好人機界面和自動分析、遠程協(xié)助等問題，優(yōu)化了擴大了該方法的應(yīng)用范圍。本發(fā)明電力電纜故障行波同步測距方法所具有的有益效果是通過整體性優(yōu)化設(shè)計和處理，利用該方法可以實現(xiàn)1、提供了一種簡單實用，測量簡便、準(zhǔn)確的電力電纜故障測距的新方法；2、在不大量增加設(shè)備成本的基礎(chǔ)上，使工程技術(shù)人員能夠快速掌握電力電纜故障測距設(shè)備的使用，準(zhǔn)確判斷故障距離，快速修復(fù)，提高供電質(zhì)量，降低設(shè)備成本；3、采用此方法，隨著現(xiàn)場經(jīng)驗的積累，可以設(shè)計出全自動的電纜故障測距儀，擺脫了行波信號難以分析的問題，加快電纜故障測試設(shè)備的革新進步；4、針對110KV及以上高壓電纜的故障測距，此方法比現(xiàn)行的其他測距方法具有明顯的速度、精確、方便使用等優(yōu)勢。


圖1為本發(fā)明的電氣原理圖；圖2為本發(fā)明的高速信號采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的原理方框圖；圖中1、2、高頻電流傳感器3、完好相電纜導(dǎo)體4、故障相電纜導(dǎo)體5、高壓電力電纜6、高壓電纜測試接地端7、直流高壓脈沖電源8、故障測距儀9、10、對端導(dǎo)體 11、脈沖電容。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步描述實施例1 如圖1所示，設(shè)置高壓電纜測試接地端6，在高壓電力電纜5的故障相電纜導(dǎo)體4 和其他任意完好相電纜導(dǎo)體3上，分別接入一個高頻電流傳感器1、2，并且測試端另一端的對端導(dǎo)體9、10故障相與完好相短接，完好相電纜導(dǎo)體3通過脈沖電容11接地，直流高壓脈沖電源7連接故障相電纜導(dǎo)體4，使用直流高壓脈沖電源7采用直流高壓或脈沖高壓對故障相進行放電，兩個或兩個以上的高頻電流傳感器1、2得到的電流行波信號同時被故障測試儀8接收，成為分析和得到故障距離的原始數(shù)據(jù)。故障測試儀8包括高速信號采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。通過對被測電力電纜故障相和完好相在測試點對端短路狀態(tài)下，測量故障相和完好相的故障點擊穿的行波反射的起始點時間，計算出測試點到故障點的距離，包括以下具體步驟步驟1 將被測電力電纜的故障相和完好相的測試端的對端短路，即測試端的另一端，在被測電力電纜的測試端的故障相和完好相上分別設(shè)置高頻電流傳感器，該高頻電流傳感器的輸出連接到一高速信號采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述高速信號采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括至少兩個高速信號采集單元以及數(shù)據(jù)存儲分析和處理系統(tǒng)；步驟2 對被測電力電纜的故障相施加高壓直流電壓，造成故障點擊穿；步驟3 利用設(shè)置在被測電力電纜的故障相和完好相上的高頻電流傳感器和高速信號采集單元，同時檢測和記錄被測電力電纜故障相和完好相因故障點擊穿產(chǎn)生的行波信號到達測試點的時間；步驟4 利用所述的數(shù)據(jù)存儲分析和處理系統(tǒng)，利用步驟3所檢測和記錄得到的被測電力電纜故障相和完好相的兩個行波信號的起始時間的時間差，對被測電力電纜的故障點距離進行計算和處理。所述的計算方法是由于行波信號在電力電纜中的傳播速度為一定值V，兩個高頻傳感器檢測到的行波信號達到的時間不同，設(shè)定為tl和t2，其時間差為At，At = t2_tl，已知被測電力電纜全長為L，利用公式X = L- ( Δ t*V) /2計算出故障點距離X。所述的高頻電流傳感器的截止頻率為2MHz-2GHz。所述高速信號采集單元的采樣頻率4MHz-4GHz。所述的計算和處理，還包括對電力電纜的故障相和完好相的行波信號進行調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后存儲的數(shù)據(jù)包進行的數(shù)據(jù)分析、顯示。如圖2所示，高速信號采集和處理系統(tǒng)包括至少兩個高速信號采集單元以及具有特定判據(jù)的數(shù)據(jù)分析和處理系統(tǒng)，主要包括高頻傳感器、信號調(diào)理器、高速A/D轉(zhuǎn)換器、 FPGA、存儲器、處理器、人機界面。高頻傳感器的輸出端連接信號調(diào)理器的輸入端，信號調(diào)理器的輸出端分別通過高速A/D轉(zhuǎn)換器。高速A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端連接FPGA的信號輸入端。 FPGA的數(shù)據(jù)端設(shè)置連接存儲器，其輸出端連接處理器的數(shù)據(jù)端，F(xiàn)PGA為兩路高速A/D轉(zhuǎn)換器提供同步時鐘。處理器的通訊端連接人機界面。高頻傳感器即為高頻電流傳感器。
處理器的數(shù)據(jù)端設(shè)置人機對話裝置，可以根據(jù)需要設(shè)置顯示器和打印機，也可以設(shè)置打印機、色帶、指示燈或者喇叭。FPGA即可編程邏輯門陣，包括高速A/D接口、門限邏輯控制、動態(tài)隨機存儲器接口、命令寄存器和處理器接口組成，其模塊結(jié)構(gòu)方式為普通現(xiàn)有技術(shù)。使用時，高速A/D接口連接高速A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端，門限邏輯控制連接高速比較器，動態(tài)存儲器接口連接動態(tài)存儲器DRAM，處理器接口連接處理器的輸入端。本發(fā)明中提及的對數(shù)據(jù)包進行的分析和處理，處理器和FPGA的設(shè)置、輸入、存儲和使用，為普通計算機及電氣工程師等專業(yè)人員所掌握。高速信號采集和處理系統(tǒng)的工作原理和過程由兩個以上高頻電流傳感器采集到的截止頻率大于2MHz的電磁暫態(tài)信號，經(jīng)信號調(diào)理電路進行增益調(diào)整和低通濾波送給高速A/D轉(zhuǎn)換器，在現(xiàn)場可編程邏輯門陣的控制下進行時間計算處理，處理器通過中斷得到數(shù)據(jù)有效信息，經(jīng)過算法處理，或者通過良好人機界面顯示故障距離等信息，通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)以網(wǎng)絡(luò)通訊方式上傳到上位機。使用者除了在單機上監(jiān)測運行狀態(tài)外，還可以通過網(wǎng)絡(luò)匯集、單一調(diào)用，分析和處理。本發(fā)明所描述的高壓直流電源只是故障點擊穿的一種方式，只是用來說明本發(fā)明的故障點擊穿產(chǎn)生行波過程現(xiàn)象，其他作為擊穿故障點交直流電源方式，均為本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員都因該認(rèn)識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明，而并非用來做本發(fā)明的限定。只要在本發(fā)明的實質(zhì)精神范圍內(nèi)，對以上所述實施例的變型、變化都將落在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.電力電纜故障行波同步測距方法，包括被測電力電纜，其特征在于通過對被測電力電纜故障相和完好相在測試點對端短路狀態(tài)下，測量故障相和完好相的故障點擊穿的行波反射的起始點時間，計算出測試點到故障點的距離，包括以下具體步驟步驟1 將被測電力電纜的故障相和完好相的測試端的對端短路，即測試端的另一端， 在被測電力電纜的測試端的故障相和完好相上分別設(shè)置高頻電流傳感器，該高頻電流傳感器的輸出連接到一高速信號采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，所述高速信號采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)包括至少兩個高速信號采集單元以及數(shù)據(jù)存儲分析和處理系統(tǒng)；步驟2 對被測電力電纜的故障相施加高壓直流電壓，造成故障點擊穿；步驟3 利用設(shè)置在被測電力電纜的故障相和完好相上的高頻電流傳感器和高速信號采集單元，同時檢測和記錄被測電力電纜故障相和完好相因故障點擊穿產(chǎn)生的行波信號到達測試點的時間；步驟4 利用所述的數(shù)據(jù)存儲分析和處理系統(tǒng)，利用步驟3所檢測和記錄得到的被測電力電纜故障相和完好相的兩個行波信號的起始時間的時間差，對被測電力電纜的故障點距離進行計算和處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電纜故障行波同步測距方法，其特征在于所述的計算方法是由于行波信號在電力電纜中的傳播速度為一定值V，兩個高頻傳感器檢測到的行波信號達到的時間不同，設(shè)定為tl和t2，其時間差為At, At = t2_tl，已知被測電力電纜全長為L，利用公式X = L-(Δt*V)/2計算出故障點距離X。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電纜故障行波同步測距方法，其特征在于所述的高頻電流傳感器的截止頻率為2MHz-2GHz。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電纜故障行波同步測距方法，其特征在于所述高速信號采集單元的采樣頻率4MHz-4GHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電力電纜故障行波同步測距方法，其特征在于所述的計算和處理，還包括對電力電纜的故障相和完好相的行波信號進行調(diào)理和模數(shù)轉(zhuǎn)換后存儲的數(shù)據(jù)包進行的數(shù)據(jù)分析、顯示。
全文摘要
一種電力電纜故障行波同步測距方法，屬于電力電纜故障檢測領(lǐng)域。包括被測電力電纜，其特征在于通過對被測電力電纜故障相和完好相在測試點對端短路狀態(tài)下，測量故障相和完好相的故障點擊穿的行波反射的起始點時間，計算出測試點到故障點的距離，實現(xiàn)電力電纜故障的精確測距，使設(shè)備使用人員能夠快速準(zhǔn)確地判斷故障距離，以克服現(xiàn)有電力電纜故障測距方法的不足，具有簡單實用，測量簡便、準(zhǔn)確、快速的優(yōu)點，在不大量增加設(shè)備成本的基礎(chǔ)上，使工程技術(shù)人員能夠快速掌握電力電纜故障測距設(shè)備的使用，準(zhǔn)確判斷故障距離，快速修復(fù)，提高供電質(zhì)量，降低設(shè)備成本。
文檔編號G01R31/08GK102435915SQ20111038849
公開日2012年5月2日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月29日
發(fā)明者厲新波, 張立斌, 王廣柱, 郝照勇, 陳文民, 魏洪文 申請人:淄博博鴻電氣有限公司