本發(fā)明屬于電力線纜故障在線監(jiān)測領(lǐng)域，具體說是一種配電網(wǎng)供電電纜線路故障定位系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，配電網(wǎng)自動(dòng)化運(yùn)行已經(jīng)越來越重要。配電網(wǎng)自動(dòng)化是運(yùn)用各種技術(shù)及配電設(shè)備,對配電網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)控管理,使配電網(wǎng)處于安全、可靠、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)、高效的運(yùn)行狀態(tài)。故障定位是配電自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)之一，它要求故障發(fā)生時(shí)能夠快速定位故障點(diǎn)，并及時(shí)通知電力部門檢修人員，為電力部門檢修人員排查故障和恢復(fù)供電節(jié)約時(shí)間。

環(huán)網(wǎng)供電是指把用于供電的電源或供電變壓器連接成一個(gè)環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)，對每條線路進(jìn)行分段并設(shè)置控制開關(guān)，線路的連接點(diǎn)設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)，利用設(shè)備的延時(shí)進(jìn)行停電區(qū)間的負(fù)荷轉(zhuǎn)換。當(dāng)供電線路的某一區(qū)段發(fā)生故障時(shí)，配網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)具備隔離故障區(qū)段、恢復(fù)非故障區(qū)段供電的能力，從而達(dá)到縮小停電范圍和減少用戶停電時(shí)間、提高對用戶供電可靠性的目的。為了達(dá)到以上目的，環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)通常會加裝線路故障指示器和饋線終端等自動(dòng)化設(shè)施。

為了及時(shí)定位環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)中的故障位置，故障定位方法目前有基于矩陣計(jì)算法、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法、基于遺傳算法的方法、基于專家系統(tǒng)等多種方法，但由于電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這些算法并不能通用，各種算法適用于不同類型的電網(wǎng)模型，而且這類算法通常計(jì)算量大，處理時(shí)間長，需要借助大量的終端設(shè)備和復(fù)雜的主站系統(tǒng)來支撐。

目前有一種依靠故障指示器來進(jìn)行故障定位的方法：為每個(gè)故障指示器建立一個(gè)鏈路表，鏈路表中記錄電流方向前端的故障指示器地址，電流方向中第一級故障指示器的前端故障指示器地址設(shè)置為空。當(dāng)線路發(fā)生接地或者相間短路時(shí)，在電源點(diǎn)和故障點(diǎn)之間會構(gòu)成回路，該區(qū)段線路上會產(chǎn)生故障電流。故障指示器監(jiān)測到故障電流后將信息上報(bào)給通訊終端，由通訊終端上報(bào)給主站系統(tǒng)。主站系統(tǒng)等待一個(gè)時(shí)間周期讓所有監(jiān)測到的故障信息的故障指示都上報(bào)完成，等待的時(shí)間周期根據(jù)通訊情況一般設(shè)置為幾十秒到幾分鐘，主站收集該時(shí)間周期內(nèi)所有上報(bào)的故障信息，根據(jù)故障指示器鏈路表查找到上述故障指示器中處于鏈路末端的故障指示器，故障位置即處于末端指示器和該指示器電流后端未檢測到故障的故障指示器之間，并將故障定位結(jié)果通知電力部門。

但是，該方法的故障指示器鏈路表在系統(tǒng)建立時(shí)初始化完成以后不再變化，而實(shí)際情況中由于電力需求、現(xiàn)實(shí)環(huán)境等因素，引起環(huán)網(wǎng)供電中開關(guān)的分合，從而導(dǎo)致線路中電流方向變化，此時(shí)仍按照此前的鏈路表進(jìn)行故障定位，會給檢修人員造成錯(cuò)誤的判斷；故障定位方法相對簡單，沒有自我調(diào)整的能力，只適應(yīng)單一供電電源的電網(wǎng)，不具備適應(yīng)性和通用性；鏈路表沒有經(jīng)過重復(fù)驗(yàn)證，故障指示器鏈路表建立時(shí)由于人為失誤等原因存在錄入錯(cuò)誤的風(fēng)險(xiǎn)，一旦鏈路表錄入錯(cuò)誤，后續(xù)定位都將出錯(cuò)，沒有充分利用故障指示器等現(xiàn)有條件去彌補(bǔ)不足。

中國專利申請CN201510584460.8公開了一種環(huán)網(wǎng)供電條件下的故障定位方法，包括如下步驟：S1：獲取現(xiàn)有環(huán)形供電網(wǎng)的主站系統(tǒng)在初始化時(shí)建立的環(huán)網(wǎng)線路樹形結(jié)構(gòu)模型；S2：當(dāng)環(huán)形供電網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，主站系統(tǒng)利用故障指示器上報(bào)的各線路的負(fù)載電流信號的大小，判斷環(huán)形供電網(wǎng)各開關(guān)的狀態(tài)，重新修正步驟S1中的環(huán)網(wǎng)線路樹形結(jié)構(gòu)模型；S3：主站系統(tǒng)利用步驟S2中修正后的環(huán)網(wǎng)線路樹形結(jié)構(gòu)模型和故障指示器上報(bào)的故障電流的大小，定位故障點(diǎn)。其存在的不足是定位不準(zhǔn)確。

中國專利申請CN201410236346.1公開了一種環(huán)網(wǎng)柜電纜線路在線故障定位方法,它涉及電力電纜故障定位方法技術(shù)領(lǐng)域，它的故障定位方法為：故障電流監(jiān)視檢測系統(tǒng)由多個(gè)環(huán)網(wǎng)柜監(jiān)測點(diǎn)組成。一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)的故障電流檢測由一組三相三只高頻脈沖電流傳感器組成，三只高頻脈沖電流傳感器分別安裝在任意一回路電纜的三相電纜上。高頻脈沖電流傳感器與就地信號處理主機(jī)通過同軸線連接；接收的故障信號觸發(fā)時(shí)刻由GPS衛(wèi)星時(shí)間精確對時(shí)；3G無線數(shù)據(jù)傳輸單元與3G無線數(shù)據(jù)接收單元通過3G無線網(wǎng)絡(luò)連接。當(dāng)10kV—35kV配電系統(tǒng)電纜發(fā)生絕緣故障時(shí)，可以在第一時(shí)間檢測到故障電流脈沖并可以根據(jù)分布在多個(gè)環(huán)網(wǎng)柜的子站所檢測到的故障信號觸發(fā)時(shí)刻，自動(dòng)計(jì)算出故障點(diǎn)的位置，定位時(shí)間短，定位精度高，可靠性強(qiáng)。其存在的不足之處是，設(shè)置電流傳感器較多，組網(wǎng)繁瑣，不能精確定位支路故障點(diǎn)。

另外，以上技術(shù)還存在不能在大規(guī)模故障發(fā)生前，預(yù)警和定位暫態(tài)故障的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

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能精確定位環(huán)網(wǎng)暫態(tài)故障點(diǎn)和環(huán)網(wǎng)柜支路暫態(tài)故障點(diǎn)的配電網(wǎng)供電電纜線路故障定位系統(tǒng)。

本方法的解決方案是：配電網(wǎng)供電電纜線路故障定位系統(tǒng)，包括分布式設(shè)置的暫態(tài)電流采集裝置和信號連接的上位機(jī)，上位機(jī)連接系統(tǒng)平臺，其特征在于：在城市環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)的若干環(huán)網(wǎng)柜干線電纜和環(huán)網(wǎng)柜的多條支路電纜設(shè)置暫態(tài)電流采集裝置，通過高速采集的方法，監(jiān)測和記錄供電線路發(fā)生故障時(shí)故障回路產(chǎn)生的流經(jīng)各條電纜金屬屏蔽層接地線的暫態(tài)電流行波，系統(tǒng)平臺通過識別暫態(tài)電流行波的波頭方向，識別故障線路，采用衛(wèi)星時(shí)鐘同步方法，對接收到的故障線路的行波進(jìn)行比對，通過波頭時(shí)間差，形成雙端測距，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)測距定位。

所述的環(huán)網(wǎng)柜的多條電纜分別設(shè)置暫態(tài)電流采集裝置，多臺暫態(tài)電流采集裝置集中設(shè)置在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)，暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器分別設(shè)置在電纜屏蔽線的直接接地端上。

所述的環(huán)網(wǎng)柜的多條電纜分別設(shè)置暫態(tài)電流采集裝置，多臺暫態(tài)電流采集裝置分布式安裝在多條支路用戶側(cè)電纜末端，暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器分別設(shè)置在用戶側(cè)電纜屏蔽線的直接接地端上。

所述的監(jiān)測和記錄方法，是利用暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集、記錄，并且上傳上位機(jī)。

所述的識別暫態(tài)電流行波的波頭方向，選擇故障線路，是指發(fā)生單相接地故障時(shí)，流經(jīng)故障電纜金屬屏蔽層的接地電流信號方向與非故障電纜金屬屏蔽層的接地電流信號方向相反，通過在若干接地暫態(tài)電流行波波形中選擇其中一個(gè)波形與其他波形相反的接地暫態(tài)電流行波，從而確定該相反的接地暫態(tài)電流行波所在的線路為故障線路。

所述的暫態(tài)電流采集裝置包括電路連接的電流傳感器、信號調(diào)理器、高速A/D轉(zhuǎn)換器、高速比較器、衛(wèi)星授時(shí)模塊、FPGA、ARM和動(dòng)態(tài)存儲器，ARM的通訊端通過4G路由器連接上位機(jī)，暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器同名端一致，安裝方法一致。所述的電流傳感器為電流互感器、羅氏線圈中的一種。

所述的衛(wèi)星時(shí)鐘同步精度為0-100ns，故障點(diǎn)定位精度為0-17m。

所述的暫態(tài)電流采集裝置的實(shí)時(shí)在線高速采集的截止頻率≥100KHz，電流傳感器通頻帶為100KHz-100MHz。

所述的系統(tǒng)平臺設(shè)置系統(tǒng)后臺軟件，根據(jù)用戶需要安裝在變電站監(jiān)控室內(nèi)或調(diào)度室內(nèi)，給暫態(tài)電流采集裝置設(shè)置固定的IP地址，系統(tǒng)軟件展示監(jiān)測線路的拓?fù)鋱D、線路長度、暫態(tài)電流采集裝置狀態(tài)多個(gè)參數(shù)，系統(tǒng)軟件至少實(shí)現(xiàn)存儲算法和判據(jù)，存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算分析處理數(shù)據(jù)。

所述的系統(tǒng)平臺采用云服務(wù)器，系統(tǒng)用戶通過瀏覽器和或程序窗口方式訪問系統(tǒng)后臺，云服務(wù)其器分配給每個(gè)用戶存儲空間，保存歷史數(shù)據(jù)，用戶可在任何時(shí)間地點(diǎn)通過瀏覽器和或程序窗口通過用戶名登錄訪問本用戶的存儲空間，查看線路運(yùn)行情況。程序窗口包括電腦運(yùn)行程序的窗口和手機(jī)客戶端app運(yùn)行窗口。

系統(tǒng)云服務(wù)器內(nèi)系統(tǒng)軟件平臺采用B/S方式的系統(tǒng)管理軟件，具有網(wǎng)絡(luò)通訊、存儲、數(shù)據(jù)交換功能。系統(tǒng)平臺針對不同用戶現(xiàn)場情況，配置隸屬本用戶的系統(tǒng)平臺軟件參數(shù)及針對每個(gè)用戶提供實(shí)際的線路拓?fù)鋱D、數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)、相應(yīng)的算法及判據(jù)支持。安裝在用戶現(xiàn)場的各監(jiān)測裝置通過4G無線通信網(wǎng)絡(luò)與系統(tǒng)平臺進(jìn)行通信，并將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳。系統(tǒng)平臺通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析判別，實(shí)現(xiàn)電纜故障的自動(dòng)報(bào)警及故障定位。

本發(fā)明配電網(wǎng)供電電纜線路故障定位系統(tǒng)所具有的有益效果是：對比所有電纜的接地線電流行波的波頭方向，區(qū)分故障電纜與非故障電纜，并且根據(jù)時(shí)間同步對波形進(jìn)行比對，故障電纜選線定位可靠。值班人員通過瀏覽器訪問的方式或者程序窗口的方式，登錄系統(tǒng)后臺軟件，直觀查看隸屬本用戶的系統(tǒng)平臺軟件，當(dāng)監(jiān)測線路出現(xiàn)異常時(shí)系統(tǒng)會自動(dòng)發(fā)送報(bào)警短信給相關(guān)人員，并在系統(tǒng)后臺彈出報(bào)警彈窗，故障線路變色顯示。極大的方便了工作人員對電力電纜日常的監(jiān)測和維護(hù)。具體上：

1、相較于其他故障定位方法準(zhǔn)確率比較低，本發(fā)明可以大幅提高準(zhǔn)確率；

2、不受電網(wǎng)中設(shè)備投切、電纜投合閘操作等非故障線路影響，應(yīng)用工況好；

3、安裝方便，不需要三相電纜全部安裝傳感器；不接入電網(wǎng)，無干擾；

4、分布式安裝，容易改變位置，配置靈活；

5、上位機(jī)后臺存儲歷史數(shù)據(jù)，可以優(yōu)化后續(xù)增設(shè)的前端采樣裝置參數(shù)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的原理方框圖；

圖2為本發(fā)明的暫態(tài)電流采集裝置的原理方框圖；

圖3為本發(fā)明的上位機(jī)顯示實(shí)測波形圖A；

圖4為本發(fā)明的上位機(jī)顯示實(shí)測波形圖B；

圖5為本發(fā)明的上位機(jī)顯示實(shí)測波形圖C。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步描述：

實(shí)施例1：

如圖1所示，1#環(huán)網(wǎng)柜-7#環(huán)網(wǎng)柜與電纜構(gòu)成城市環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)，2#環(huán)網(wǎng)柜-7#環(huán)網(wǎng)柜分別設(shè)置IP：64-IP:70的暫態(tài)電流采集裝置。

配電網(wǎng)供電電纜線路故障定位系統(tǒng)，包括分布式設(shè)置的暫態(tài)電流采集裝置和信號連接的上位機(jī)，上位機(jī)連接系統(tǒng)平臺，在城市環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)的若干環(huán)網(wǎng)柜干線電纜和環(huán)網(wǎng)柜的多條支路電纜設(shè)置暫態(tài)電流采集裝置，通過高速采集的方法，監(jiān)測和記錄供電線路發(fā)生故障時(shí)故障回路產(chǎn)生的流經(jīng)各條電纜金屬屏蔽層接地線的暫態(tài)電流行波，系統(tǒng)平臺通過識別暫態(tài)電流行波的波頭方向，識別故障線路，采用衛(wèi)星時(shí)鐘同步方法，對接收到的故障線路的行波進(jìn)行比對，通過波頭時(shí)間差，形成雙端測距，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)測距定位。通過故障點(diǎn)兩側(cè)每對監(jiān)測點(diǎn)的波頭時(shí)間差就能計(jì)算出故障距離，即利用故障點(diǎn)一側(cè)的任意一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)和故障點(diǎn)另一側(cè)的任意一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)構(gòu)成雙端測距。

所述的環(huán)網(wǎng)柜的多條電纜分別設(shè)置暫態(tài)電流采集裝置，多臺暫態(tài)電流采集裝置集中設(shè)置在環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)，暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器分別設(shè)置在電纜屏蔽線的直接接地端上。

所述的監(jiān)測和記錄方法，是利用暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)在線采集、記錄，并且上傳上位機(jī)。

所述的識別暫態(tài)電流行波的波頭方向，選擇故障線路，是指發(fā)生單相接地故障時(shí)，流經(jīng)故障電纜金屬屏蔽層的接地電流信號方向與非故障電纜金屬屏蔽層的接地電流信號方向相反，通過在若干接地暫態(tài)電流行波波形中選擇其中一個(gè)波形與其他波形相反的接地暫態(tài)電流行波，從而確定該相反的接地暫態(tài)電流行波所在的線路為故障線路。

所述的衛(wèi)星時(shí)鐘同步精度為0-100ns，故障點(diǎn)定位精度為0-17m。

所述的暫態(tài)電流采集裝置的實(shí)時(shí)在線高速采集的截止頻率≥100KHz，電流傳感器通頻帶為100KHz-100MHz。

所述的系統(tǒng)平臺設(shè)置系統(tǒng)后臺軟件，根據(jù)用戶需要安裝在變電站監(jiān)控室內(nèi)或調(diào)度室內(nèi)，給暫態(tài)電流采集裝置設(shè)置固定的IP地址，系統(tǒng)軟件展示監(jiān)測線路的拓?fù)鋱D、線路長度、暫態(tài)電流采集裝置狀態(tài)多個(gè)參數(shù)，系統(tǒng)軟件至少實(shí)現(xiàn)存儲算法和判據(jù)，存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)，計(jì)算分析處理數(shù)據(jù)。

所述的系統(tǒng)平臺采用云服務(wù)器，系統(tǒng)用戶通過瀏覽器和或程序窗口方式訪問系統(tǒng)后臺，云服務(wù)其器分配給每個(gè)用戶存儲空間，保存歷史數(shù)據(jù)，用戶可在任何時(shí)間地點(diǎn)通過瀏覽器和或程序窗口通過用戶名登錄訪問本用戶的存儲空間，查看線路運(yùn)行情況。

如圖2所示，所述的暫態(tài)電流采集裝置包括電路連接的電流傳感器、信號調(diào)理器、高速A/D轉(zhuǎn)換器、高速比較器、衛(wèi)星授時(shí)模塊、FPGA、ARM和動(dòng)態(tài)存儲器，ARM的通訊端通過4G路由器連接上位機(jī)，暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器同名端一致，安裝方法一致。所述的高速A/D轉(zhuǎn)換器采用高速芯片。所述的電流傳感器為電流互感器、羅氏線圈中的一種。

實(shí)施例2：

在實(shí)施例1的基礎(chǔ)上，所述的環(huán)網(wǎng)柜的多條電纜分別設(shè)置暫態(tài)電流采集裝置，多臺暫態(tài)電流采集裝置分布式安裝在多條支路用戶側(cè)電纜末端，暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器分別設(shè)置在用戶側(cè)電纜屏蔽線的直接接地端上。

實(shí)驗(yàn)表明，如圖3-圖5所示，當(dāng)2#環(huán)網(wǎng)柜和3#環(huán)網(wǎng)柜之間的電纜發(fā)生暫態(tài)接地故障時(shí)，所有IP：66-IP：69的暫態(tài)電流采集裝置均檢測到暫態(tài)電流信號。所有暫態(tài)電流采集裝置的檢測數(shù)據(jù)，通過上位機(jī)上傳系統(tǒng)平臺，系統(tǒng)平臺根據(jù)每個(gè)暫態(tài)電流采集裝置數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)簽進(jìn)行同步并且顯示，可以清晰地看到故障點(diǎn)兩側(cè)各個(gè)暫態(tài)電流采集裝置檢測到時(shí)間差，兩兩計(jì)算距離進(jìn)行定位。

每個(gè)裝置收到波形的時(shí)間不一樣，這四個(gè)行波波形放在一起會形成時(shí)間差，通過故障點(diǎn)兩側(cè)每對監(jiān)測點(diǎn)的波頭時(shí)間差就能計(jì)算出故障距離，坐標(biāo)系遠(yuǎn)點(diǎn)就是發(fā)生故障后，系統(tǒng)收到的第一個(gè)波形的起點(diǎn)。如圖所示，IP：67裝置與IP：66裝置時(shí)間差為5580ns。

5580ns*0.17m/ns＝948.6m。故障點(diǎn)在X＝(總長L1-948.6)/2位置。而環(huán)網(wǎng)柜之間線路總長是已知量，因此可以精確定位。IP：67裝置與IP：69裝置時(shí)間差為7450ns。

7450ns*0.17m/ns＝1281.8m。故障點(diǎn)在X＝(總長L2-1281.8)/2位置。IP：67裝置與IP：68裝置時(shí)間差為9700ns。9700ns*0.17m/ns＝1649m。故障點(diǎn)在X＝(總長L3-1649)/2位置。