專利名稱：高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)及檢測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種高壓輸電線路故障檢測設備，特別是涉及一種能夠解決IOKV高 壓送電線路短路、斷路等故障的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)及檢測方法。
背景技術(shù)：
目前，我國采用IOkv線路作為高壓送電的最后一步，這種引用十分普遍，IOkv線 路作為民用電壓220v，380v的上一級送電線路具有線路路由相對復雜，地理環(huán)境相對惡 劣，同時存在樹害、鳥害、風害等等影響線路安全運行的問題，同時由于IOkv線路作為主干 高壓線路得末端，其架設方法和工作環(huán)境造成了先天性的事故多發(fā)、突發(fā)特性，以上特點造 成了 IOkv線路的故障易發(fā)性；IOkv線路一旦發(fā)生故障，其下行變壓器會停止向用戶供電，這種故障會造成相應 變壓器臺區(qū)下屬用戶停電導致工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的損失，對群眾的日常生活造成嚴重影響，同時 對于上級變壓器的安全運行也造成一定的壓力；傳統(tǒng)的解決方法就是，在線路故障發(fā)生時， 由循線人員以人工巡邏方式目測故障線路尋找故障發(fā)生點，通常情況下一條IOkv線路長 度在15公里以上，人工巡檢不能夠做到及時的準確的故障定位，同時如果是線路搭地故障 故障點還存在跨步觸電的危險；基于以上發(fā)明背景，早些年有人提出一種線路故障指示器，其工作原理為采用多 匝感應線圈靠近IOkv線路當線路發(fā)生接地時候會有突發(fā)大電流通過，當線路斷路時候線 路電流會突然減少，；通過判斷感應線圈的指定長度時間內(nèi)的輸出電流來判定線路故障同 時輔以聲光提示來進行警報提示；這種裝置需要安裝在線路上，當故障發(fā)生時循線人員需要檢查所有指示器，其快捷性得不到解決，有時候如果 線路過長，巡檢所有指示器也需要花費大量時間，由于電網(wǎng)的工作復雜性，如果下游用戶大 型用電設備啟動，在其啟動瞬間也會造成指示器的誤動；又因為其采用無鐵心方式導致了 感應靈敏度低的特性；此設備的主要判斷依據(jù)為在指定時間長度內(nèi)的電流變化，其內(nèi)部時 間電路在經(jīng)過長時間工作后會產(chǎn)生計時誤差導致故障分析失誤，經(jīng)過電力系統(tǒng)實際應用， 此種設備的準確性和穩(wěn)定性都存在一定的問題，其實用性并不可靠。綜上，傳統(tǒng)的線路故障檢測裝置具有實時性差，誤報率高，判定方式單一，拆卸不 便利，純?nèi)斯づ袛鄬е碌氖д`判斷引發(fā)的人為確認的錯誤故障，無法和顯現(xiàn)通訊網(wǎng)絡融合 的缺點，這些問題導致了此裝置提供故障判別信息可靠性很差，很多雷雨地區(qū)和林木復雜 地區(qū)的應用環(huán)境里甚至失去其故障狀態(tài)意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題而提供一種通過在同一線路布置多個 監(jiān)測點設備，通過統(tǒng)一授時系統(tǒng)同步各個監(jiān)測點的時間，來解決IOKV高壓送電線路短路、 斷路等故障的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)及檢測方法。本發(fā)明為解決公知技術(shù)中存在的技術(shù)問題所采取的技術(shù)方案是一種高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)，包括有故障分析服務器和設置在三相高壓輸送電線路的每個檢測點上 的用于測量所處檢測點參量的檢測裝置，所述的檢測裝置是由一個第一檢測點裝置和兩個 第二檢測點裝置構(gòu)成，所述的一個第一檢測點裝置設置在三相高壓輸送電線路的B相線路 上，所述的兩個第二檢測點裝置分別設置在三相高壓輸送電線路的A相線路和C相線路上， 其中，所述的兩個第二檢測點裝置將所檢測到的數(shù)據(jù)傳輸給第一檢測點裝置，所述的第一 檢測點裝置將所檢測到的數(shù)據(jù)以及兩個第二檢測點裝置所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)全部傳輸給故障分 析服務器。所述的第一檢測點裝置包括有安裝在高壓輸送電線路B相上的第一電流傳感器， 設置在高壓輸送電線路B相一側(cè)的第一電場強度傳感器，分別與第一電流傳感器和第一電 場強度傳感器相連的第一信號處理單元。所述的第一信號處理單元包括有嵌入式處理單元，分別與嵌入式處理單元相連的 電源管理模塊、接收第一電流傳感器信號的電流采樣電路、接收第一電場強度傳感器信號 的電場采樣電路、溫度采樣電路、用于向故障分析服務器傳輸數(shù)據(jù)的移動通訊網(wǎng)絡模塊、用 于授時和定位的全球定位系統(tǒng)模塊以及用于與第二檢測點裝置通訊的局部網(wǎng)絡模塊。所述的第二檢測點裝置包括有安裝在高壓輸送電線路A相/C相上的第二電流傳 感器，設置在高壓輸送電線路A相/C相一側(cè)的第二電場強度傳感器，以及分別與第二電流 傳感器和第二電場強度傳感器相連的第二信號處理單元。所述的第二信號處理單元包括有第二嵌入式處理單元，分別與第二嵌入式處理單 元相連的第二電源管理模塊、接收第二電流傳感器信號的第二電流采樣電路、接收第二電 場強度傳感器信號的第二電場采樣電路、第二溫度采樣電路以及用于與第一檢測點裝置通 訊的局部網(wǎng)絡模塊。所述的第一檢測點裝置和第二檢測點裝置分別對應的安放在第一殼體和第二殼 體內(nèi)。一種用于高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)的方法，在一條線路上設置N個檢測點，將 線路分為N+1個段，在每一個檢測點上安裝一個通過GSM網(wǎng)絡與故障分析服務器進行通信 的檢測裝置，并同步各個監(jiān)測點的時間，同時設定各監(jiān)測點的電壓、電流、溫度的標準物理 參量，故障分析服務器隨時接收各檢測裝置傳來的所監(jiān)測到的所處檢測點的電流、場強和 溫度的數(shù)據(jù)，當兩個檢測點之間的一段導線發(fā)生短路、斷路故障時候，在該故障點前后的監(jiān) 測點監(jiān)測到的電流、場強參量不一致，故障分析服務器在同一時間軸上對同一線路上的所 有監(jiān)測點的電壓、電流、溫度物理參量進行統(tǒng)計分析，對比故障時間前后各個故障點的物理 參量變化趨勢來確認故障點所在的兩個監(jiān)測點之間，由此進行線路故障定位，并通過移動 通訊網(wǎng)絡呼叫相應巡檢人員去現(xiàn)場查看。所述的同步各個監(jiān)測點的時間，是由檢測裝置內(nèi)的能夠直接從GPS衛(wèi)星網(wǎng)絡取得 星歷時間的GPS模塊構(gòu)成統(tǒng)一授時系統(tǒng)，各個監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)都帶有時間參量，此時間 為監(jiān)測事件發(fā)生時間，如事件為故障事件則此時間為故障發(fā)生時間。各個監(jiān)測點的物理參量采樣時間和采樣范圍是根據(jù)具體使用環(huán)境和條件進行調(diào)整和設置。所述的監(jiān)測點地理位置是在電子地圖上確認。本發(fā)明具有的優(yōu)點和積極效果是本發(fā)明的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)及檢測方法通過現(xiàn)代信息網(wǎng)絡和計算機技術(shù)能夠及時確認高壓輸電線路的故障點，具有之前的需要 人工巡檢的簡單指示器所無法達到的效果，由于本發(fā)明的監(jiān)測點設備為一個以上，可以根 據(jù)用戶需求靈活設置，所以又具有可以分布投資、靈活擴大系統(tǒng)容量提升定位精度的效果。 本發(fā)明極大程度上提高了人員效率，降低了勞動強度，縮短了故障排查時間，降低了由于輸 電線路故障帶來的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)損失，并能夠作為客觀第三方線路數(shù)據(jù)為輸電線路提供輔助 數(shù)據(jù)。


圖1是本發(fā)明的整體框圖；圖2是本發(fā)明中的第一檢測點裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明中的第一檢測點裝置中信號處理單元的構(gòu)成框圖；圖4是本發(fā)明中的第二檢測點裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明中的第二檢測點裝置中信號處理單元的構(gòu)成框圖；圖6是本發(fā)明故障分析原理示意圖；圖7是嵌入式處理單元電路原理圖；圖8是電源管理模塊電路原理圖；圖9是電場采樣電路的電路原理圖；圖10是電流采樣電路的電路原理圖；圖11是GPS連接電路的電路原理圖。圖中的標號分別是；1-嵌入式處理單元；2-電源管理模塊；3-電流采樣電路；4-電場采樣電路；5-溫 度采樣電路；6-移動通訊網(wǎng)絡模塊；7-全球定位系統(tǒng)模塊；8-局部網(wǎng)絡模塊；9-第二嵌 入式處理單元；10-第二電源管理模塊；11-第二電流采樣電路；12-第二電場采樣電路； 13-第二溫度采樣電路；14-第二局部網(wǎng)絡模塊；A-第一電流傳感器；B-第一殼體；C-第一 電場強度傳感器；D-高壓輸送電線路B相；E-第一信號處理單元；G、G'-鋰電池；A'-第 二電流傳感器；B'-第二殼體；C'-第二電場強度傳感器；D'-高壓輸送電線路A相/C 相；E' _第二信號處理單元。
具體實施例方式為能進一步了解本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明本發(fā)明的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)及檢測方法如下如圖1所示，本發(fā)明的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)，包括有故障分析服務器MS和設置在三相高壓輸送電線路的每個檢測點上的用于測量所處檢測點參量的檢測裝置ME，所 述的故障分析服務器MS可以采用計算機。所述的檢測裝置ME是由一個第一檢測點裝置Ml 和兩個第二檢測點裝置M2構(gòu)成，所述的一個第一檢測點裝置Ml設置在三相高壓輸送電線 路的B相線路上，所述的兩個第二檢測點裝置M2設置在三相高壓輸送電線路的A相線路和 C相線路上，其中，所述的兩個第二檢測點裝置M2將所檢測到的數(shù)據(jù)傳輸給第一檢測點裝 置M1，所述的第一檢測點裝置Ml將所檢測到的數(shù)據(jù)以及兩個第二檢測點裝置M2所傳輸?shù)?數(shù)據(jù)全部傳輸給故障分析服務器MS。
如圖2所示，所述的第一檢測點裝置Ml包括有安裝在高壓輸送電線路B相D上的 采用高導磁率鐵芯的互感器構(gòu)成的第一電流傳感器A，設置在高壓輸送電線路B相D—側(cè)的 第一電場強度傳感器C，分別與第一電流傳感器A和第一電場強度傳感器C相連的第一信號 處理單元E。 如圖3所示，所述的第一信號處理單元E包括有嵌入式處理單元1，分別與嵌入式 處理單元1相連的電源管理模塊2、接收第一電流傳感器A信號的電流采樣電路3、接收第 一電場強度傳感器C信號的電場采樣電路4、溫度采樣電路5、用于向故障分析服務器傳輸 數(shù)據(jù)的移動通訊網(wǎng)絡模塊6選用GSM模塊、用于授時和定位的全球定位系統(tǒng)模塊7選用GPS 模塊以及用于與第二檢測點裝置M2通訊的局部網(wǎng)絡模塊8。如圖4所示，所述的第二檢測點裝置M2包括有安裝在高壓輸送電線路A相/C相 D'上的采用高導磁率鐵芯的互感器構(gòu)成的第二電流傳感器A'，設置在高壓輸送電線路A 相/C相D' —側(cè)的第二電場強度傳感器C'，以及分別與第二電流傳感器A'和第二電場強 度傳感器C'相連的第二信號處理單元E'。如圖5所示，所述的第二信號處理單元E'包括有第二嵌入式處理單元9，分別與 第二嵌入式處理單元9相連的第二電源管理模塊10、接收第二電流傳感器A'信號的第二 電流采樣電路11、接收第二電場強度傳感器C'信號的第二電場采樣電路12、第二溫度采 樣電路13以及用于與第一檢測點裝置Ml通訊的第二局部網(wǎng)絡模塊14。如圖2、圖4所示，所述的第一檢測點裝置Ml和第二檢測點裝置M2分別對應的安 放在第一殼體B和第二殼體B'內(nèi)。本發(fā)明實施例中所述的溫度采樣電路為嵌入式處理單元中的中央處理芯片內(nèi)置 功能；所述的嵌入式處理單元如圖7所示，所述的電源管理模塊如圖8所示，所述的電場采 樣電路如圖9所示，所述的電流采樣電路如圖10所示，所述的GPS連接電路如圖11所示。本發(fā)明的用于高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)的方法，是在一條線路上設置N個檢測 點，將線路分為N+1個段，在每一個檢測點上安裝一個通過GSM網(wǎng)絡與故障分析服務器MS 進行通信的檢測裝置ME，并同步各個監(jiān)測點的時間，所述的同步各個監(jiān)測點的時間，是由檢 測裝置ME內(nèi)的能夠直接從GPS衛(wèi)星網(wǎng)絡取得星歷時間的GPS模塊構(gòu)成統(tǒng)一授時系統(tǒng)，各個 監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)都帶有時間參量，此時間為監(jiān)測事件發(fā)生時間，如事件為故障事件則此 時間為故障發(fā)生時間。同時設定各監(jiān)測點的電壓、電流、溫度的標準物理參量，各個監(jiān)測點的物理參量采 樣時間和采樣范圍是根據(jù)具體使用環(huán)境和條件進行調(diào)整和設置。故障分析服務器MS隨時 接收各檢測裝置ME傳來的所監(jiān)測到的所處檢測點的電流、場強和溫度的數(shù)據(jù)，當兩個檢測 點之間的一段導線發(fā)生短路、斷路故障時候，在該故障點前后的監(jiān)測點監(jiān)測到的電流、場 強參量不一致，故障分析服務器MS在同一時間軸上對同一線路上的所有監(jiān)測點的電壓、電 流、溫度物理參量進行統(tǒng)計分析，對比故障時間前后各個故障點的物理參量變化趨勢來確 認故障點所在的兩個監(jiān)測點之間，由此進行線路故障定位，所述的監(jiān)測點地理位置是在電 子地圖上確認。并通過移動通訊網(wǎng)絡呼叫相應巡檢人員去現(xiàn)場查看。我們以單一條線路來說明故障分析服務器MS是如何進行分析根據(jù)現(xiàn)行的標準 一旦線路發(fā)生短路的故障上級保護裝置將在最短0. 4秒之內(nèi)切斷電路，根據(jù)奈奎斯特準則 我們可以得出如下結(jié)論
T = 0. 4f = 2. 5HZ我們采樣頻率至少要有5HZ即可滿足本系統(tǒng)得采樣要求；因為我們的采樣電路技術(shù)指標較高所以我們采用了 100HZ的采樣精度，這樣我們就能得到一個 精準的原始信號波形經(jīng)過離散量化之后的數(shù)字信號序列；由上所述，我們已知這個采樣出來的數(shù)字信號序列是相對時間的一個函數(shù)，假設 一條線路如圖6所示，發(fā)生短路故障時當N點發(fā)生對地短路故障時，H點的電流要增加；F點不變；L，P兩點電流減??；同 時從電場傳感器看H、L、P、F點的場強要減小，其他未故障的兩相線路電流不變電壓要升
尚ο我們將采樣數(shù)據(jù)FTl FTn存儲到一個鏈表結(jié)構(gòu)中，然后將數(shù)據(jù)映射到2維平面 坐標系中，根據(jù)斜率公式k= (y2-yl)/(x2-xl)可得相鄰數(shù)據(jù)在2維坐標系中的斜率，我們 可以根據(jù)上級繼電保護裝置的動作電流和觸發(fā)時間參數(shù)確定理論的一個動作斜率(在實 際應用中此參數(shù)為系統(tǒng)投運之前試驗測定)當采樣結(jié)果和此數(shù)值相同和超過時，即視為此 條線路報警；兩條線路接地視為相間短路，可采用相間短路分析方法，區(qū)別于相間短路的判據(jù) 是兩條線路故障段并不一定相同；發(fā)生斷路故障時斷路故障半段相對簡單因斷路點之后的電壓電流均為0所以僅需要判斷哪個監(jiān) 測點的數(shù)據(jù)斜率為0即可判斷。本發(fā)明的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)及檢測方法，通過在同一線路布置多個監(jiān)測 點裝置，通過統(tǒng)一授時系統(tǒng)同步各個監(jiān)測點的時間，確認了一種分布式多點監(jiān)測和無線傳 輸輸電線路的物理參量的方法；本發(fā)明的監(jiān)測點設備可以自由組成局部微網(wǎng)。
權(quán)利要求
一種高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)，其特征是包括有故障分析服務器(MS)和設置在三相高壓輸送電線路的每個檢測點上的用于測量所處檢測點參量的檢測裝置(ME)，所述的檢測裝置(ME)是由一個第一檢測點裝置(M1)和兩個第二檢測點裝置(M2)構(gòu)成，所述的一個第一檢測點裝置(M1)設置在三相高壓輸送電線路的B相線路上，所述的兩個第二檢測點裝置(M2)分別設置在三相高壓輸送電線路的A相線路和C相線路上，其中，所述的兩個第二檢測點裝置(M2)將所檢測到的數(shù)據(jù)傳輸給第一檢測點裝置(M1)，所述的第一檢測點裝置(M1)將所檢測到的數(shù)據(jù)以及兩個第二檢測點裝置(M2)所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)全部傳輸給故障分析服務器(MS)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)，其特征是所述的第一檢測點 裝置(Ml)包括有安裝在高壓輸送電線路B相(D)上的第一電流傳感器(A)，設置在高壓輸 送電線路B相(D) —側(cè)的第一電場強度傳感器(C)，分別與第一電流傳感器(A)和第一電場 強度傳感器(C)相連的第一信號處理單元(E)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)，其特征是所述的第一信號處 理單元(E)包括有嵌入式處理單元(1)，分別與嵌入式處理單元(1)相連的電源管理模塊 (2)、接收第一電流傳感器(A)信號的電流采樣電路(3)、接收第一電場強度傳感器(C)信號 的電場采樣電路(4)、溫度采樣電路(5)、用于向故障分析服務器傳輸數(shù)據(jù)的移動通訊網(wǎng)絡 模塊(6)、用于授時和定位的全球定位系統(tǒng)模塊(7)以及用于與第二檢測點裝置(M2)通訊 的局部網(wǎng)絡模塊(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)，其特征是所述的第二檢測點 裝置(M2)包括有安裝在高壓輸送電線路A相/C相(D')上的第二電流傳感器(A')，設 置在高壓輸送電線路A相/C相(D') —側(cè)的第二電場強度傳感器(C')，以及分別與第二 電流傳感器(A')和第二電場強度傳感器(C')相連的第二信號處理單元(E')。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)，其特征是所述的第二信號處 理單元(E')包括有第二嵌入式處理單元(9)，分別與第二嵌入式處理單元(9)相連的第 二電源管理模塊(10)、接收第二電流傳感器(A')信號的第二電流采樣電路(11)、接收第 二電場強度傳感器(C')信號的第二電場采樣電路(12)、第二溫度采樣電路(13)以及用 于與第一檢測點裝置(Ml)通訊的局部網(wǎng)絡模塊(14)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)，其特征是所述的第一檢測點 裝置(Ml)和第二檢測點裝置(M2)分別對應的安放在第一殼體(B)和第二殼體(B')內(nèi)。
7.一種用于權(quán)利要求1所述的高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)的方法，其特征在于，在一 條線路上設置N個檢測點，將線路分為N+1個段，在每一個檢測點上安裝一個通過GSM網(wǎng) 絡與故障分析服務器(MS)進行通信的檢測裝置(ME)，并同步各個監(jiān)測點的時間，同時設定 各監(jiān)測點的電壓、電流、溫度的標準物理參量，故障分析服務器(MS)隨時接收各檢測裝置 (ME)傳來的所監(jiān)測到的所處檢測點的電流、場強和溫度的數(shù)據(jù)，當兩個檢測點之間的一段 導線發(fā)生短路、斷路故障時候，在該故障點前后的監(jiān)測點監(jiān)測到的電流、場強參量不一致， 故障分析服務器(MS)在同一時間軸上對同一線路上的所有監(jiān)測點的電壓、電流、溫度物理 參量進行統(tǒng)計分析，對比故障時間前后各個故障點的物理參量變化趨勢來確認故障點所在 的兩個監(jiān)測點之間，由此進行線路故障定位，并通過移動通訊網(wǎng)絡呼叫相應巡檢人員去現(xiàn) 場查看。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述 的同步各個監(jiān)測點的時間，是由檢測裝置(ME)內(nèi)的能夠直接從GPS衛(wèi)星網(wǎng)絡取得星歷時間 的GPS模塊構(gòu)成統(tǒng)一授時系統(tǒng)，各個監(jiān)測點的監(jiān)測數(shù)據(jù)都帶有時間參量，此時間為監(jiān)測事 件發(fā)生時間，如事件為故障事件則此時間為故障發(fā)生時間。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)的方法，其特征在于，各個 監(jiān)測點的物理參量采樣時間和采樣范圍是根據(jù)具體使用環(huán)境和條件進行調(diào)整和設置。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)的方法，其特征在于，所述 的監(jiān)測點地理位置是在電子地圖上確認。
全文摘要
一種高壓輸電線路故障檢測系統(tǒng)及檢測方法，系統(tǒng)有故障分析服務器和設置在三相高壓輸送電線路上的檢測裝置，檢測裝置是由一個第一檢測點裝置和兩個第二檢測點裝置構(gòu)成，第一檢測點裝置設置在B相線路上，第二檢測點裝置分別設置在A相線路和C相線路上，第二檢測點裝置將所檢測到的數(shù)據(jù)傳輸給第一檢測點裝置，第一檢測點裝置將所檢測到的數(shù)據(jù)以及第二檢測點裝置所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)全部傳輸給故障分析服務器。方法是在一條線路上設置N個檢測點并安裝檢測裝置，并同步各個監(jiān)測點的時間，故障分析服務器隨時接收各檢測裝置傳來的所監(jiān)測到的電流、場強和溫度的數(shù)據(jù)，進行統(tǒng)計分析。本發(fā)明能夠及時確認高壓輸電線路的故障點，極大程度上提高了人員效率，縮短了故障排查時間。
文檔編號G01R31/08GK101813740SQ20101017077
公開日2010年8月25日 申請日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者崔大鵬, 董強 申請人:天津市翔晟遠電力設備實業(yè)有限公司