基于gps和3g通信電纜在線故障定位裝置制造方法
【專利摘要】基于GPS和3G通信電纜在線故障定位裝置，它涉及定位裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，高頻脈沖電流互感器通過同軸線與前置信號(hào)處理裝置連接，前置信號(hào)處理裝置與模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊連接，模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊分別與衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊連接，衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊與天線連接，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過Internet與3G通信裝置連接，3G通信裝置與母站連接；而且4個(gè)子站則通過3G網(wǎng)絡(luò)將故障位置信號(hào)發(fā)送和匯集到安裝在另外的母站，母站可以通過電腦保存相關(guān)數(shù)據(jù)。它可以保存相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)自動(dòng)計(jì)算出故障點(diǎn)的位置，定位測(cè)試為自動(dòng)化，無須解開該線路的任何結(jié)線和設(shè)備，節(jié)省時(shí)間，降低了在搶修過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速恢復(fù)供電，提高供電可靠性，人力物力投入也減少。
【專利說明】基于GPS和3G通信電纜在線故障定位裝置
[0001]【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0002]本實(shí)用新型涉及定位裝置【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于GPS和3G通信電纜在線故障定位裝置。
[0003]【背景技術(shù)】:
[0004]城市中10?35kV配電系統(tǒng)龐大，電纜數(shù)量不斷增加，敷設(shè)路徑錯(cuò)綜復(fù)雜，常見的1kV電纜故障主要是本體擊穿或接頭擊穿等造成的電纜接地。為了處理故障，一般先根據(jù)開關(guān)動(dòng)作狀況(跳閘)確定故障線路，然后使用電橋或脈沖電壓回波定位儀尋找和確認(rèn)故障點(diǎn)。定位測(cè)試作業(yè)必須解開該線路的電纜終端才可以進(jìn)行，由于現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)做實(shí)驗(yàn)常常遇到條件的限制，結(jié)果整個(gè)過程所花費(fèi)時(shí)間較長(zhǎng)，恢復(fù)供電時(shí)間為2?3天或者更長(zhǎng)的時(shí)間，而且人力物力投入比較大。
[0005]目前，高壓電力電纜故障定位技術(shù)主要是采用基于離線測(cè)試的電橋法，單端(回波)定位法，行波兩端時(shí)間差定位法。電阻電橋法線路連接如圖3所示，被測(cè)電纜末端無故障相與故障相短接，電橋兩輸出臂接無故障相與故障相。電橋法的重要缺點(diǎn)是不適用于高阻與閃絡(luò)性故障。因?yàn)樵诠收想娮韬芨叩那闆r下，電橋回路電流很小，一般電橋檢流計(jì)靈敏度較低，很難判斷電橋平衡與否。實(shí)際上電纜故障大部分屬于高阻與閃絡(luò)性故障。在用普通電橋法測(cè)量故障距離之前，需用高壓設(shè)備將故障點(diǎn)燒穿，使其故障電阻值降到可以使用電橋法進(jìn)行測(cè)量的范圍，而故障點(diǎn)燒穿是件十分困難的工作，往往要花費(fèi)數(shù)小時(shí)、甚至幾天的時(shí)間，十分不方便，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)故障點(diǎn)燒斷，故障電阻反而升高的現(xiàn)象(這在交聯(lián)電纜故障中常見)，或是故障電阻燒得太低，呈金屬性短路，以至不能用放電聲測(cè)法進(jìn)行最后定點(diǎn)。電橋法的另一缺點(diǎn)是需要知道電纜的準(zhǔn)確長(zhǎng)度等原始技術(shù)資料，當(dāng)一條電纜線路內(nèi)是由兩種以上導(dǎo)體材料或截面不同的兩段以上電纜組成時(shí)，還要進(jìn)行換算。電橋法還不能測(cè)量三相短路或斷路故障。傳統(tǒng)的測(cè)試方法，設(shè)備很復(fù)雜，需要專業(yè)的技術(shù)人員的水平要高，而且定位的精度又差，當(dāng)電纜長(zhǎng)度越長(zhǎng)時(shí)，故障行波的高頻成分衰減越大，造成故障行波的幅值變小，波形變寬，這樣上升時(shí)刻會(huì)提前，造成定位誤差加大。所以如何去縮短定位時(shí)間，提高恢復(fù)送電的效率。
[0006]單端回波定位法只在故障電纜線路的一個(gè)終端安裝傳感器，需要調(diào)動(dòng)故障點(diǎn)定位儀到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。為了取到脈沖波在故障電纜的實(shí)際傳播速度，會(huì)首先注入一個(gè)小的脈沖信號(hào)，注入端為安裝了傳感器的終端。脈沖信號(hào)注入后傳感器會(huì)立即捕獲到注入信號(hào)，經(jīng)過一段時(shí)間的傳播到另一個(gè)終端，由于阻抗發(fā)生了變化(開路)，會(huì)有一個(gè)反射波又傳回信號(hào)注入端，再被傳感器捕獲，由于電纜線路長(zhǎng)度是已知量，通過對(duì)比得到捕獲的兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差，再通過計(jì)算公式得出該故障電纜線路的行波速度:設(shè)故障傳播速度為V，恒速。故障電纜線路長(zhǎng)度為L(zhǎng)，距離/時(shí)間=波速，即V=2L/At;V=2L/ (Vt1)0已知該故障電纜線路的行波速度后，故障點(diǎn)定位儀會(huì)注入高壓(如圖4)，高壓會(huì)讓故障點(diǎn)再次發(fā)生擊穿故障，從而在故障點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)故障電流脈沖波信號(hào)，向注入端傳輸?shù)男盘?hào)稱為第一回波，傳感器捕獲時(shí)間為h ;故障電流脈沖波信號(hào)經(jīng)另一頭終端反射回注入端的信號(hào)，稱為第二回波，傳感器捕獲時(shí)間為t2，得出如圖4的波形圖，通過計(jì)算公式得出該故障電纜線路的故障點(diǎn)位置:設(shè)故障點(diǎn)與傳感器距離為X，故障傳播速度V和線路總長(zhǎng)L已知，距離=波速*時(shí)間差，即
2(L-X) = Δ t*V ；X=L- Δ t*V/2 ;X=L_
[0007]綜上所述，單端回波定位法存在如下缺陷:1、電纜放生擊穿故障時(shí)，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能定位出故障點(diǎn)位置；2、整個(gè)造作需要斷電，操作麻煩。3、定位時(shí)間長(zhǎng)、人力物力上的投入大，增加了搶修過程的安全風(fēng)險(xiǎn)。
[0008]行波兩端時(shí)間差定位法(如圖5)，該方法在脈沖電壓回波定位法的基礎(chǔ)上做了改進(jìn)，但該方法只能依靠?jī)蓚€(gè)測(cè)試點(diǎn)之間的時(shí)間差來判定故障點(diǎn)的位置，只能依靠一組時(shí)間差數(shù)據(jù)來標(biāo)定故障點(diǎn)位置。由于故障點(diǎn)與兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)間距離不能保證相等，所以兩個(gè)測(cè)試點(diǎn)接收到的故障波信號(hào)會(huì)因衰減不同而不同，導(dǎo)致得到的時(shí)間差A(yù)t與真實(shí)時(shí)間差A(yù)t'不相等，往往得到的定位結(jié)果誤差較大，不能起到快捷、準(zhǔn)確、可靠的定位功能。
[0009]綜上所述，行波兩端時(shí)間差定位法存在如下缺陷:1、電纜發(fā)生絕緣故障時(shí)，需要較長(zhǎng)時(shí)間才能定位出故障點(diǎn)位置；2、整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)作需要須解開電纜線路，操作麻煩；3、定位時(shí)間長(zhǎng)、人力物力上的投入大，增加了搶修過程的安全風(fēng)險(xiǎn)。
[0010]實(shí)用新型內(nèi)容:
[0011]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于GPS和3G通信電纜在線故障定位裝置，它可以保存相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)自動(dòng)計(jì)算出故障點(diǎn)的位置，定位測(cè)試為自動(dòng)化，無須解開該線路的任何結(jié)線和設(shè)備，節(jié)省時(shí)間，降低了在搶修過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速恢復(fù)供電，提高供電可靠性，人力物力投入也減少。
[0012]為了解決【背景技術(shù)】所存在的問題，本實(shí)用新型是采用如下技術(shù)方案:它包含每個(gè)子站由一組安裝在一回電纜線路的三相電纜終端部位的三只高頻脈沖電流互感器、前置信號(hào)處理裝置、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊和天線；高頻脈沖電流互感器通過同軸線與前置信號(hào)處理裝置連接，前置信號(hào)處理裝置與模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊連接，模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊分別與衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊連接，衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊與天線連接，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊通過Internet與3G通信裝置連接，3G通信裝置與母站連接。而且4個(gè)子站則通過3G網(wǎng)絡(luò)將故障位置信號(hào)發(fā)送和匯集到安裝在另外的母站，母站可以通過電腦保存相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0013]本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了在線監(jiān)控，實(shí)時(shí)定位故障點(diǎn)位置的功能。整個(gè)系統(tǒng)的工作都是帶電監(jiān)測(cè)的，無須解開電纜線路的任何結(jié)線和設(shè)備。故障發(fā)生時(shí)，這套系統(tǒng)的可靠運(yùn)行就大大減少了搶修人員的搶修時(shí)間，減少因故障而引起的間接損失。一般情況下，電纜接地故障瞬間的波頭峰值大約100A，可以沿著電纜線路傳輸幾公里(最少2公里)，在幾公里的線路里有3到6個(gè)環(huán)網(wǎng)柜，環(huán)網(wǎng)柜一般500m分布一個(gè)。當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜之間的電纜發(fā)生接地故障時(shí)，安裝在電纜終端的HFCT傳感器就能檢測(cè)到故障脈沖信號(hào)，同時(shí)這個(gè)脈沖波的波形及其到達(dá)的時(shí)間均會(huì)全部被記存在與該傳感器相連接的子站上，這些子站接收到信號(hào)，并且達(dá)到設(shè)定的觸發(fā)值，就會(huì)通過數(shù)據(jù)傳輸單元DTU發(fā)送這個(gè)信號(hào)的數(shù)據(jù)信息到母站，母站會(huì)通過計(jì)算機(jī)計(jì)算分析所有接收到的數(shù)據(jù)信息，對(duì)故障點(diǎn)兩端所有的信號(hào)觸發(fā)時(shí)刻成對(duì)計(jì)算時(shí)間差，以此多重定位，并在計(jì)算機(jī)上標(biāo)定故障點(diǎn)位置。
[0014]本實(shí)用新型具有如下有益效果:一旦出現(xiàn)擊穿故障時(shí)，可以在幾分鐘內(nèi)可以找出故障所在位置，用更短的時(shí)間恢復(fù)供電。本裝置可以保存相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)自動(dòng)計(jì)算出故障點(diǎn)的位置，定位測(cè)試為自動(dòng)化，無須解開該線路的任何結(jié)線和設(shè)備。因此，整個(gè)過程所需時(shí)間少，降低了在搶修過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速恢復(fù)供電，提高供電可靠性，人力物力投入也可以大大減少。
[0015]【專利附圖】

【附圖說明】:
[0016]圖1為本實(shí)用新型的裝置工作示意圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型的系統(tǒng)圖；
[0018]圖3為現(xiàn)有技術(shù)中電橋定位法示意圖；
[0019]圖4為現(xiàn)有技術(shù)中單端回波定位法示意圖；
[0020]圖5為現(xiàn)有技術(shù)中行波雙端時(shí)間差定位法示意圖；
[0021]圖6為本實(shí)用新型多重定位法工作原理圖；
[0022]圖7為本實(shí)用新型多重定位法示意圖；
[0023]圖8為本實(shí)用新型的工作原理圖；
[0024]圖9為本實(shí)用新型的前視圖；
[0025]圖10為本實(shí)用新型的后視圖。
[0026]【具體實(shí)施方式】:
[0027]參看圖1、圖2、圖6-圖10，本【具體實(shí)施方式】采用如下技術(shù)方案:它包含每個(gè)子站LS由一組安裝在一回電纜線路的三相電纜終端部位的三只高頻脈沖電流互感器HFCT、前置信號(hào)處理裝置APC、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊ADC、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊DTU、衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊GPS和天線；高頻脈沖電流互感器HFCT通過同軸線與前置信號(hào)處理裝置APC連接，前置信號(hào)處理裝置APC與模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊ADC連接，模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊ADC分別與衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊GPS、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊DTU連接，衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊GPS與天線連接，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊DTU通過Internet與3G通信裝置連接，3G通信裝置與母站MS連接。而且4個(gè)子站LS則通過3G網(wǎng)絡(luò)將故障位置信號(hào)發(fā)送和匯集到安裝在另外的母站MS，MS可以通過電腦保存相關(guān)數(shù)據(jù)。
[0028]LSI和LS2即各LS之間實(shí)現(xiàn)同步檢測(cè)，在MS就可以實(shí)現(xiàn)行波時(shí)間差法的多重精確定位。電力電纜的行波波速V通常是160m?180m/μ S。而為了精確定位，可以已知電纜長(zhǎng)L的條件，在SI處打入一個(gè)大脈沖信號(hào)，然后在一個(gè)(側(cè))傳感器上測(cè)出注入波與反射波的時(shí)間差，即可以V=2L/ Δ t，求取該電纜的實(shí)際行波速。
[0029]所述的就地處理裝置LS的工作原理為:通過HFCT傳感器CT檢測(cè)到故障信號(hào)，送到就地處理裝置LS處理，然后經(jīng)過高速AD轉(zhuǎn)換得到可以使DTU接受到的信號(hào)，通過GPS模塊衛(wèi)星對(duì)時(shí)，把串口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為IP數(shù)據(jù)或者把IP數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串口數(shù)據(jù)通過無線通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳送。
[0030]GPS電纜故障定位系統(tǒng)主要應(yīng)用于1kV電纜故障定位，就地站安裝于1kV環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)，定位測(cè)試自動(dòng)化，無須解開該線路的任何接線和設(shè)備。
[0031]檢測(cè)器發(fā)出檢測(cè)故障信號(hào)，就地站儲(chǔ)存數(shù)據(jù)、計(jì)算、結(jié)果、數(shù)據(jù)發(fā)送，中央站MS顯示數(shù)據(jù)。
[0032]就地站通過GPS同步系統(tǒng)檢測(cè)到故障脈沖波時(shí)間，基于故障脈沖波到兩個(gè)或兩個(gè)以上檢測(cè)點(diǎn)的時(shí)間差進(jìn)行行波定位計(jì)算。定位精度穩(wěn)定在1m (最大平均定位誤差)范圍內(nèi)。
[0033]由于故障脈沖電流的波形是在納秒(ns)到微秒(us)的范圍，所以，要求信號(hào)處理器必須具備足夠大的記存容量，能夠至少連續(xù)5件故障發(fā)生的脈沖電流波形信息；處理器對(duì)各種直接波和反射波的識(shí)別，及其時(shí)間差讀取和計(jì)算都必須能搞自動(dòng)進(jìn)行。在此，尤其是反射波的極性會(huì)反射點(diǎn)的結(jié)構(gòu)，阻抗大小而改變，這就對(duì)處理器的波形分辨能力有更高的要求；具備對(duì)雷擊波的入侵、開關(guān)操作過電壓等非故障的信號(hào)的抗干擾能力。利用3G、GPRS等無線通信技術(shù)，使分散在不同地點(diǎn)故障定位裝置系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)通信，實(shí)現(xiàn)定位功能。
[0034]如圖9-圖10所示，本裝置上設(shè)置有通道一信號(hào)輸入端口 1、通道一增益調(diào)節(jié)2、通道二信號(hào)輸入端口 3、通道二增益調(diào)節(jié)4、通道三信號(hào)輸入端口 5、通道三增益調(diào)節(jié)6、3G天線端口 7、SM卡端口 8、GPS端口 9、通信端口 10、通電源指示燈11、電源開關(guān)12、220V電源13、前端構(gòu)造14、后端構(gòu)造15。
[0035]本【具體實(shí)施方式】具有如下有益效果:一旦出現(xiàn)電纜絕緣擊穿故障時(shí)，可以在幾分鐘內(nèi)可以找出故障所在位置，這個(gè)位置信息可以幫助電力公司在更短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)供電。本裝置可以保存相關(guān)數(shù)據(jù)，同時(shí)自動(dòng)計(jì)算出故障點(diǎn)的位置，定位測(cè)試為自動(dòng)化，無須解開該線路的任何結(jié)線和設(shè)備。因此，整個(gè)過程所需時(shí)間少，降低了在搶修過程中的安全風(fēng)險(xiǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速恢復(fù)供電，提高供電可靠性，人力物力投入也可以大大減少。
[0036]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.基于GPS和3G通信電纜在線故障定位裝置，其特征在于它包含每個(gè)子站(LS)包含一組安裝在一回電纜線路的三相電纜終端部位的三只高頻脈沖電流互感器(HFCT)、前置信號(hào)處理裝置(APC)、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(DTU)、衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊(GPS)和天線；高頻脈沖電流互感器(HFCT)通過同軸線與前置信號(hào)處理裝置(APC)連接，前置信號(hào)處理裝置(APC)與模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)連接，模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換模塊(ADC)分別與衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊(GPS)、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(DTU)連接，衛(wèi)星對(duì)時(shí)信號(hào)接收模塊(GPS)與天線連接，無線數(shù)據(jù)傳輸模塊(DTU)通過Internet與3G通信裝置連接，3G通信裝置與母站(MS)連接。
【文檔編號(hào)】G01R31/11GK204044291SQ201420301381
【公開日】2014年12月24日 申請(qǐng)日期:2014年6月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月6日
【發(fā)明者】楊毅斌, 馮新龍, 東盛剛, 梁偉明, 章金智, 程冬冬 申請(qǐng)人:廣東電網(wǎng)公司梅州供電局, 智友光電技術(shù)發(fā)展有限公司