本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)中的故障監(jiān)控技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種電纜故障點定位方法。

背景技術(shù)：

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，各地的高壓輸電線越來越多，然而由于高壓輸電線路的距離長，布置地理形勢復(fù)雜及測試設(shè)備的局限性，現(xiàn)在對高壓輸電線路尤其是位于原始森林、海洋等偏僻或不易進入地域的線路沒有有效、及時、簡單、可靠的日常檢修方法，只有在產(chǎn)生故障后再尋找故障點對其進行維修，不能做到防范于未燃，非常危險，產(chǎn)生問題后反應(yīng)修復(fù)的時間長，由停電等造成的損失也大。為此，輸電線路故障監(jiān)測顯得越來越有必要。

目前國內(nèi)外用于電力系統(tǒng)輸電線路故障定位的方法主要有兩類：阻抗法和行波法。阻抗法需要建立輸電線路的數(shù)學(xué)模型，通過采集故障時的電壓和電流信號，利用求解故障點的阻抗以及線路長度與阻抗的關(guān)系方程，進而求得故障點的距離。由于受到故障點的過渡電阻、線路參數(shù)的精確度、電壓和電流變換器誤差等因素的影響，以及難以適用于T型等接線結(jié)構(gòu)復(fù)雜的線路，使得阻抗法存在測距誤差大、適應(yīng)能力差的缺點。行波法是根據(jù)行波傳輸理論進行故障測距的方法，當(dāng)輸電線路發(fā)生故障時，在故障點會產(chǎn)生沿輸電線路傳播的暫態(tài)行波，其傳播速度很快、接近光速，借助于GPS時標(biāo)，通過測量和計算故障時的電壓或電流行波在線路上傳播的時間，進而利用行波波速、傳播時間和距離的函數(shù)關(guān)系來計算故障點的位置。行波測距法的關(guān)鍵是要需要準(zhǔn)確地識別來自故障點的行波波頭并確定其對應(yīng)的時刻。

然而，一方面，上述輸電線路故障點定位方法基本上都依賴于平均分布的多個監(jiān)控節(jié)點，這些節(jié)點在有些受實際環(huán)境條件限制的區(qū)域是不便于被布置的，而且監(jiān)測信息基本只是依靠一條鏈路得到的監(jiān)測信息，一旦鏈路中的某個或者某些監(jiān)控節(jié)點發(fā)生故障，則由于難以被在短時間內(nèi)維修好而導(dǎo)致無法穩(wěn)定地監(jiān)測線路的故障。另外，線路上的監(jiān)控節(jié)點本身也被作為現(xiàn)有技術(shù)中的監(jiān)測算法的考慮因素。一旦因損壞等原因被替換的監(jiān)控節(jié)點數(shù)量較多，則整個系統(tǒng)的算法的參數(shù)都需要調(diào)整。

另一方面，根據(jù)故障點的位置的故障維護作業(yè)存在如下不便：雖然線路的故障監(jiān)測點可以被平均距離地設(shè)置并且在維護時僅替換這種預(yù)定距離的長度的電纜，但在實際作業(yè)時，這種理想化的電纜長度往往受到實際地形地貌等環(huán)境條件的限制，從而導(dǎo)致所帶的電纜長度過長或不夠，影響維修施工的效率和質(zhì)量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了降低電纜故障點監(jiān)測方法對監(jiān)控節(jié)點自身物理屬性(主要是阻抗)的依賴性，并提高輸電線路監(jiān)測與輸電線路所在環(huán)境和地理位置的融合程度，為電纜故障點的維護工作帶來更有利的便利性支持，本發(fā)明提供了一種電纜故障點定位方法，用于對輸電線路由線路內(nèi)部以及外部環(huán)境造成的故障進行監(jiān)測，包括如下步驟：

(1)在輸電線路上按照第一非等間距方式設(shè)置若干第一監(jiān)控節(jié)點；

(2)在每兩個相鄰的第一監(jiān)控節(jié)點之間，按照第二非等間距方式設(shè)置至少一個第二監(jiān)控節(jié)點，所述第二非等間距方式中的間距比第一非等間距方式中的間距??；

(3)在輸電線路的一端到另一端傳輸參考信號；

(4)根據(jù)所述參考信號在第一監(jiān)控節(jié)點之間的傳輸結(jié)果，在至少一部分第二監(jiān)控節(jié)點之間傳輸補償信號，以補償諧波信號和電阻率；

(5)定期去除各傳輸補償信號的第二監(jiān)控節(jié)點的補償信號，同時監(jiān)測第一監(jiān)控節(jié)點的傳輸結(jié)果是否發(fā)生變化；

(6)根據(jù)第一監(jiān)控節(jié)點的傳輸結(jié)果是否發(fā)生預(yù)定的變化，確定電纜故障點位置。

進一步地，所述第一監(jiān)控節(jié)點包括溫度傳感器、濕度傳感器、磁場傳感器、信號發(fā)生器、存儲器、信號處理單元、通信單元和地理定位單元。

進一步地，所述第二監(jiān)控節(jié)點包括信號發(fā)生器、存儲器、信號處理單元、通信單元、定時器以及地理定位單元。

進一步地，所述參考信號與該輸電線路實際傳輸?shù)碾娏π盘栂嗤?/p>

進一步地，所述步驟(3)包括：從輸電線路的一端開始發(fā)送參考信號，距離該端最近的第一監(jiān)控節(jié)點接收并處理該信號，然后該第一監(jiān)控節(jié)點將該處理得到的結(jié)果發(fā)送到參考信號傳輸方向上最接近的下一個第一監(jiān)控節(jié)點，并將接收到的參考信號繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)到上述下一個第一監(jiān)控節(jié)點。

進一步地，所述步驟(4)包括：各第一監(jiān)控節(jié)點向在參考信號傳輸方向相反的方向上、位于與其相鄰的另一個第一監(jiān)控節(jié)點之間的第二監(jiān)控節(jié)點傳輸所述的處理得到的結(jié)果，接收到該結(jié)果的第二監(jiān)控節(jié)點根據(jù)該結(jié)果，對這些第二監(jiān)控節(jié)點在參考信號傳輸過程中接收到的信號進行補償，并將該補償信號作為補償信號。

進一步地，所述步驟(6)包括：

判斷故障點發(fā)生在哪些所述第二監(jiān)控節(jié)點之間；

根據(jù)地理定位單元返回與故障點相關(guān)的第二監(jiān)控節(jié)點的地理位置。

進一步地，所述信號處理單元包括瞬時電壓采集單元、AD轉(zhuǎn)換器、FFT運算器以及諧波分析單元。

本發(fā)明的有益效果是：第一，能夠根據(jù)輸電線路布設(shè)條件因地制宜地設(shè)置監(jiān)控節(jié)點，為監(jiān)控節(jié)點的維護提供了巨大的便利；第二，采用節(jié)點間傳輸信號監(jiān)測信息的方式降低了電纜故障點定位方法對監(jiān)控節(jié)點自身對輸電線路的影響，提高了故障監(jiān)測的準(zhǔn)確度；第三，這種定位方法能夠通過補償信號提高電纜輸送電力時的輸送質(zhì)量，降低電纜因環(huán)境和自身質(zhì)量等因素對電力造成的損耗；第四，能夠在不需要發(fā)送測試信號，即降低了功率損耗的前提下查找到故障點，節(jié)省了采用傳統(tǒng)方法監(jiān)測故障點所消耗的能源。

附圖說明

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的電纜故障點定位方法的流程框圖。

具體實施方式

本發(fā)明的各個實施例中的第一監(jiān)控節(jié)點和第二監(jiān)控節(jié)點構(gòu)成分別為：

第一監(jiān)控節(jié)點包括溫度傳感器、濕度傳感器、磁場傳感器、信號發(fā)生器、存儲器、信號處理單元、通信單元和地理定位單元(例如GPS模塊)，其中，所述各個傳感器用于檢測該監(jiān)控節(jié)點處的溫度、濕度和磁場信息，并利用信號處理單元根據(jù)溫度和濕度的信息計算此處的環(huán)境對此處輸電線路的電阻率的影響。當(dāng)該影響超過預(yù)設(shè)的值時，通過通信單元傳輸?shù)竭h(yuǎn)端的輸電線路故障監(jiān)控端。所述信號處理單元包括瞬時電壓采集單元、AD轉(zhuǎn)換器、FFT運算器以及諧波分析單元。瞬時電壓采集單元采集通過該第一監(jiān)控節(jié)點的瞬時電壓信號，該電壓信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字信號，再通過FFT運算器進行傅里葉級數(shù)展開，得到所述的瞬時電壓信號所在的信號，即輸電線路上的信號，的零序電壓信號和/或其他次諧波信號。展開后的信號被通過諧波分析單元得到這些諧波信號的補償信號(通常采用同幅值、同頻率且相位相反的方式得到所述補償信號)，以抵消輸電線路上的信號的相位偏差。這些補償信號的數(shù)字化信息被保存在存儲器中。所述的信號發(fā)生器用于在信號處理單元的控制下根據(jù)存儲器中存儲的所述數(shù)字化信息生成相應(yīng)的補償信號。此外，存儲器還保存有第一監(jiān)控節(jié)點在電力傳輸未被人為干預(yù)的前提下的衰減范圍，此衰減范圍作為后續(xù)判斷步驟中的閾值。

第二監(jiān)控節(jié)點包括信號發(fā)生器、存儲器、信號處理單元、定時器以及地理定位單元(例如GPS模塊)。該第二監(jiān)控節(jié)點與第一監(jiān)控節(jié)點相同的組件的工作原理均相同，在此為了簡潔起見不再贅述。不同的是，第二監(jiān)控節(jié)點的存儲器不保存上述閾值，且第二監(jiān)控節(jié)點的定時器用于計時并以預(yù)定的間隔時間段之間斷開信號發(fā)生器與電纜的連接。

如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，輸電線路故障監(jiān)測方法包括如下步驟：

(1)在輸電線路上按照第一非等間距方式設(shè)置若干第一監(jiān)控節(jié)點。這些節(jié)點設(shè)置的位置根據(jù)輸電線路所需鋪設(shè)的區(qū)域和路線的自然條件而定，例如但不限于：氣溫、濕度、海拔、陸地/水域、地磁場或其他磁場干擾的強弱。優(yōu)選地，將上述自然條件相同或相近的區(qū)域的一段輸電線路設(shè)置為兩個第一監(jiān)控節(jié)點之間的一段。這種方案的優(yōu)勢是為兩個相鄰的第一監(jiān)控節(jié)點之間的輸電線路提供了相對穩(wěn)定的外部環(huán)境，從而有利于這兩個相鄰的第一監(jiān)控節(jié)點之間對輸電線路上的電力信號進行監(jiān)測時的穩(wěn)定性和第二監(jiān)控節(jié)點進行補償時的最終補償效果的可靠性。

(2)在每兩個相鄰的第一監(jiān)控節(jié)點之間，按照第二非等間距方式設(shè)置至少一個第二監(jiān)控節(jié)點，所述第二非等間距方式中的間距比第一非等間距方式中的間距小。這些第二監(jiān)控節(jié)點設(shè)置的標(biāo)準(zhǔn)與第一監(jiān)控節(jié)點的設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)類似，只是將外部環(huán)境劃分得更細(xì)化，從而有助于在對零序電流或電壓信號補償時減小電阻率的影響。

(3)在輸電線路的一端到另一端傳輸電力信號；該電力信號與該輸電線路實際傳輸?shù)碾娏π盘栂嗤瑑?yōu)選地是一種正弦波信號。

在該步驟中，從輸電線路的一端開始發(fā)送電力信號，距離該端最近的第一監(jiān)控節(jié)點接收并處理該信號，然后該第一監(jiān)控節(jié)點將該處理得到的結(jié)果發(fā)送到電力信號傳輸方向上最接近的下一個第一監(jiān)控節(jié)點，并將接收到的電力信號繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)到上述下一個第一監(jiān)控節(jié)點。所述的處理包括根據(jù)該第一監(jiān)控節(jié)點接收到的電力信號獲得該電力信號的零序電壓/零序電流信號及其諧波分量，從而通過第一監(jiān)控節(jié)點的通信單元將該諧波分量的特征傳輸給與電力信號傳輸方向相反的方向上的、與相鄰的第一監(jiān)控節(jié)點之間的多個第二監(jiān)控節(jié)點，供這個或這些第二監(jiān)控節(jié)點進行補償。同時還傳輸給遠(yuǎn)端監(jiān)控室，以供監(jiān)控人員判斷此時的線路是否發(fā)生短路、斷路、接地等故障。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)清楚的是，這些故障的判斷所依據(jù)的信號都可以由第一監(jiān)控節(jié)點根據(jù)其對信號處理單元的設(shè)置或配置而獲得。

(4)根據(jù)所述電力信號的傳輸結(jié)果，在至少一部分第二監(jiān)控節(jié)點之間傳輸補償信號，以補償諧波信號和電阻率。

具體地，該步驟包括：各第一監(jiān)控節(jié)點向在電力信號傳輸方向相反的方向上、位于與其相鄰的另一個第一監(jiān)控節(jié)點之間的第二監(jiān)控節(jié)點傳輸所述的處理得到的結(jié)果，接收到該結(jié)果的第二監(jiān)控節(jié)點根據(jù)該結(jié)果，對這些第二監(jiān)控節(jié)點在電力信號傳輸過程中接收到的信號進行補償，并將該補償信號作為補償信號。這樣，在傳輸?shù)倪^程中，電纜上傳輸?shù)碾娏Φ馁|(zhì)量將不受環(huán)境(溫度、濕度、磁場)等的影響而被消耗，從而保證了高質(zhì)量電力的傳輸。

(5)第二監(jiān)控節(jié)點的定時器發(fā)出到時間信號，從而使得第二監(jiān)控節(jié)點的信號發(fā)生器定時地與電纜斷開連接，同時監(jiān)測第一監(jiān)控節(jié)點的傳輸結(jié)果是否發(fā)生變化。具體地，該步驟包括：

各相鄰的第一監(jiān)控節(jié)點之間的第二監(jiān)控節(jié)點的定時器被設(shè)置為依次延長的延時時間，從而能夠得到到底是哪兩個第二監(jiān)控節(jié)點之間的電纜出現(xiàn)了故障點。應(yīng)當(dāng)說明的是：當(dāng)兩個第一監(jiān)控節(jié)點之間具有多個第二監(jiān)控節(jié)點且在一個故障點被檢測到時，如果仍然有第二監(jiān)控節(jié)點的定時器未到時，則仍然繼續(xù)對這些未與電纜斷開過連接的第二監(jiān)控節(jié)點進行定時斷開處理，且下一個第二監(jiān)控節(jié)點的信號發(fā)生器被與電纜斷開時，上一個剛被監(jiān)測過的第二監(jiān)控節(jié)點的信號發(fā)生器將恢復(fù)其與電纜的連接。也就是說，在此步驟中，所有第二監(jiān)控節(jié)點的定時器應(yīng)依次發(fā)出到時間信號，從而使得相應(yīng)的第二監(jiān)控節(jié)點與電纜斷開連接。這樣做的目的是提供對電纜故障的全面檢測。

在斷開第二監(jiān)控節(jié)點發(fā)出的補償信號的前提下，電纜將由于外界環(huán)境(溫度、濕度、磁場等)或內(nèi)部(例如電阻率等)的影響而造成電力信號的衰減。第一監(jiān)控節(jié)點監(jiān)測該衰減是否發(fā)生變化。

(6)根據(jù)第一監(jiān)控節(jié)點的傳輸結(jié)果是否發(fā)生預(yù)定的變化，確定電纜故障點位置。

第一監(jiān)控節(jié)點根據(jù)對上述衰減的監(jiān)測結(jié)果是否超出預(yù)定的閾值，結(jié)合此時被斷開的第二監(jiān)控節(jié)點可以判斷出到底是哪個第二監(jiān)控節(jié)點相關(guān)的電纜段出現(xiàn)故障。所述的閾值被保存在第一監(jiān)控節(jié)點的存儲器中。

以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。