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

背景技術：

隨著自動化技術的發(fā)展，配電網自動化運行已經越來越重要。配電網自動化是運用各種技術及配電設備,對配電網進行監(jiān)控管理,使配電網處于安全、可靠、優(yōu)質、經濟、高效的運行狀態(tài)。故障定位是配電自動化的關鍵技術之一，它要求故障發(fā)生時能夠快速定位故障點，并及時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供電節(jié)約時間。

環(huán)網供電是指把用于供電的電源或供電變壓器連接成一個環(huán)網供電網絡，對每條線路進行分段并設置控制開關，線路的連接點設置聯絡開關，利用設備的延時進行停電區(qū)間的負荷轉換。當供電線路的某一區(qū)段發(fā)生故障時，配網自動化系統(tǒng)具備隔離故障區(qū)段、恢復非故障區(qū)段供電的能力，從而達到縮小停電范圍和減少用戶停電時間、提高對用戶供電可靠性的目的。為了達到以上目的，環(huán)網供電系統(tǒng)通常會加裝線路故障指示器和饋線終端等自動化設施。

為了及時定位環(huán)網供電系統(tǒng)中的故障位置，故障定位方法目前有基于矩陣計算法、基于神經網絡的算法、基于遺傳算法的方法、基于專家系統(tǒng)等多種方法，但由于電網結構復雜，這些算法并不能通用，各種算法適用于不同類型的電網模型，而且這類算法通常計算量大，處理時間長，需要借助大量的終端設備和復雜的主站系統(tǒng)來支撐。

目前有一種依靠故障指示器來進行故障定位的方法：為每個故障指示器建立一個鏈路表，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置為空。當線路發(fā)生接地或者相間短路時，在電源點和故障點之間會構成回路，該區(qū)段線路上會產生故障電流。故障指示器監(jiān)測到故障電流后將信息上報給通訊終端，由通訊終端上報給主站系統(tǒng)。主站系統(tǒng)等待一個時間周期讓所有監(jiān)測到的故障信息的故障指示都上報完成，等待的時間周期根據通訊情況一般設置為幾十秒到幾分鐘，主站收集該時間周期內所有上報的故障信息，根據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)建立時初始化完成以后不再變化，而實際情況中由于電力需求、現實環(huán)境等因素，引起環(huán)網供電中開關的分合，從而導致線路中電流方向變化，此時仍按照此前的鏈路表進行故障定位，會給檢修人員造成錯誤的判斷；故障定位方法相對簡單，沒有自我調整的能力，只適應單一供電電源的電網，不具備適應性和通用性；鏈路表沒有經過重復驗證，故障指示器鏈路表建立時由于人為失誤等原因存在錄入錯誤的風險，一旦鏈路表錄入錯誤，后續(xù)定位都將出錯，沒有充分利用故障指示器等現有條件去彌補不足。

中國專利申請CN201510584460.8公開了一種環(huán)網供電條件下的故障定位方法，包括如下步驟：S1：獲取現有環(huán)形供電網的主站系統(tǒng)在初始化時建立的環(huán)網線路樹形結構模型；S2：當環(huán)形供電網發(fā)生故障時，主站系統(tǒng)利用故障指示器上報的各線路的負載電流信號的大小，判斷環(huán)形供電網各開關的狀態(tài)，重新修正步驟S1中的環(huán)網線路樹形結構模型；S3：主站系統(tǒng)利用步驟S2中修正后的環(huán)網線路樹形結構模型和故障指示器上報的故障電流的大小，定位故障點。其存在的不足是定位不準確。

中國專利申請CN201410236346.1公開了一種環(huán)網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領域，它的故障定位方法為：故障電流監(jiān)視檢測系統(tǒng)由多個環(huán)網柜監(jiān)測點組成。一個監(jiān)測點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通過同軸線連接；接收的故障信號觸發(fā)時刻由GPS衛(wèi)星時間精確對時；3G無線數據傳輸單元與3G無線數據接收單元通過3G無線網絡連接。當10kV—35kV配電系統(tǒng)電纜發(fā)生絕緣故障時，可以在第一時間檢測到故障電流脈沖并可以根據分布在多個環(huán)網柜的子站所檢測到的故障信號觸發(fā)時刻，自動計算出故障點的位置，定位時間短，定位精度高，可靠性強。其存在的不足之處是，設置電流傳感器較多，組網繁瑣，不能精確定位支路故障點。

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

技術實現要素：

根據以上現有技術中的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種能精確定位環(huán)網暫態(tài)故障點和環(huán)網柜支路暫態(tài)故障點的配電網供電電纜線路故障定位系統(tǒng)。

本方法的解決方案是：配電網供電電纜線路故障定位系統(tǒng)，包括分布式設置的暫態(tài)電流采集裝置和信號連接的上位機，上位機連接系統(tǒng)平臺，其特征在于：在城市環(huán)網供電系統(tǒng)的若干環(huán)網柜干線電纜和環(huán)網柜的多條支路電纜設置暫態(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)生故障時故障回路產生的流經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)星時鐘同步方法，對接收到的故障線路的行波進行比對，通過波頭時間差，形成雙端測距，實現故障點測距定位。

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

所述的環(huán)網柜的多條電纜分別設置暫態(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電纜末端，暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器分別設置在用戶側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行實時在線采集、記錄，并且上傳上位機。

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，流經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、信號調理器、高速A/D轉換器、高速比較器、衛(wèi)星授時模塊、FPGA、ARM和動態(tài)存儲器，ARM的通訊端通過4G路由器連接上位機，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)星時鐘同步精度為0-100ns，故障點定位精度為0-17m。

所述的暫態(tài)電流采集裝置的實時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)平臺設置系統(tǒng)后臺軟件，根據用戶需要安裝在變電站監(jiān)控室內或調度室內，給暫態(tài)電流采集裝置設置固定的IP地址，系統(tǒng)軟件展示監(jiān)測線路的拓撲圖、線路長度、暫態(tài)電流采集裝置狀態(tài)多個參數，系統(tǒng)軟件至少實現存儲算法和判據，存儲監(jiān)測數據和歷史數據，計算分析處理數據。

所述的系統(tǒng)平臺采用云服務器，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，云服務其器分配給每個用戶存儲空間，保存歷史數據，用戶可在任何時間地點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，查看線路運行情況。程序窗口包括電腦運行程序的窗口和手機客戶端app運行窗口。

系統(tǒng)云服務器內系統(tǒng)軟件平臺采用B/S方式的系統(tǒng)管理軟件，具有網絡通訊、存儲、數據交換功能。系統(tǒng)平臺針對不同用戶現場情況，配置隸屬本用戶的系統(tǒng)平臺軟件參數及針對每個用戶提供實際的線路拓撲圖、數據庫結構、相應的算法及判據支持。安裝在用戶現場的各監(jiān)測裝置通過4G無線通信網絡與系統(tǒng)平臺進行通信，并將數據實時上傳。系統(tǒng)平臺通過實時數據分析判別，實現電纜故障的自動報警及故障定位。

本發(fā)明配電網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，并且根據時間同步對波形進行比對，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，當監(jiān)測線路出現異常時系統(tǒng)會自動發(fā)送報警短信給相關人員，并在系統(tǒng)后臺彈出報警彈窗，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。具體上：

1、相較于其他故障定位方法準確率比較低，本發(fā)明可以大幅提高準確率；

2、不受電網中設備投切、電纜投合閘操作等非故障線路影響，應用工況好；

3、安裝方便，不需要三相電纜全部安裝傳感器；不接入電網，無干擾；

4、分布式安裝，容易改變位置，配置靈活；

5、上位機后臺存儲歷史數據，可以優(yōu)化后續(xù)增設的前端采樣裝置參數。

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)明的上位機顯示實測波形圖A；

圖4為本發(fā)明的上位機顯示實測波形圖B；

圖5為本發(fā)明的上位機顯示實測波形圖C。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明的實施例做進一步描述：

實施例1：

如圖1所示，1#環(huán)網柜-7#環(huán)網柜與電纜構成城市環(huán)網供電系統(tǒng)，2#環(huán)網柜-7#環(huán)網柜分別設置IP：64-IP:70的暫態(tài)電流采集裝置。

配電網供電電纜線路故障定位系統(tǒng)，包括分布式設置的暫態(tài)電流采集裝置和信號連接的上位機，上位機連接系統(tǒng)平臺，在城市環(huán)網供電系統(tǒng)的若干環(huán)網柜干線電纜和環(huán)網柜的多條支路電纜設置暫態(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)生故障時故障回路產生的流經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)星時鐘同步方法，對接收到的故障線路的行波進行比對，通過波頭時間差，形成雙端測距，實現故障點測距定位。通過故障點兩側每對監(jiān)測點的波頭時間差就能計算出故障距離，即利用故障點一側的任意一個監(jiān)測點和故障點另一側的任意一個監(jiān)測點構成雙端測距。

所述的環(huán)網柜的多條電纜分別設置暫態(tài)電流采集裝置，多臺暫態(tài)電流采集裝置集中設置在環(huán)網柜內，暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器分別設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行實時在線采集、記錄，并且上傳上位機。

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，流經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)星時鐘同步精度為0-100ns，故障點定位精度為0-17m。

所述的暫態(tài)電流采集裝置的實時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)平臺設置系統(tǒng)后臺軟件，根據用戶需要安裝在變電站監(jiān)控室內或調度室內，給暫態(tài)電流采集裝置設置固定的IP地址，系統(tǒng)軟件展示監(jiān)測線路的拓撲圖、線路長度、暫態(tài)電流采集裝置狀態(tài)多個參數，系統(tǒng)軟件至少實現存儲算法和判據，存儲監(jiān)測數據和歷史數據，計算分析處理數據。

所述的系統(tǒng)平臺采用云服務器，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，云服務其器分配給每個用戶存儲空間，保存歷史數據，用戶可在任何時間地點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、信號調理器、高速A/D轉換器、高速比較器、衛(wèi)星授時模塊、FPGA、ARM和動態(tài)存儲器，ARM的通訊端通過4G路由器連接上位機，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。

實施例2：

在實施例1的基礎上，所述的環(huán)網柜的多條電纜分別設置暫態(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電纜末端，暫態(tài)電流采集裝置的電流傳感器分別設置在用戶側電纜屏蔽線的直接接地端上。

實驗表明，如圖3-圖5所示，當2#環(huán)網柜和3#環(huán)網柜之間的電纜發(fā)生暫態(tài)接地故障時，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據，通過上位機上傳系統(tǒng)平臺，系統(tǒng)平臺根據每個暫態(tài)電流采集裝置數據的時間標簽進行同步并且顯示，可以清晰地看到故障點兩側各個暫態(tài)電流采集裝置檢測到時間差，兩兩計算距離進行定位。

每個裝置收到波形的時間不一樣，這四個行波波形放在一起會形成時間差，通過故障點兩側每對監(jiān)測點的波頭時間差就能計算出故障距離，坐標系遠點就是發(fā)生故障后，系統(tǒng)收到的第一個波形的起點。如圖所示，IP：67裝置與IP：66裝置時間差為5580ns。

5580ns*0.17m/ns＝948.6m。故障點在X＝(總長L1-948.6)/2位置。而環(huán)網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裝置時間差為7450ns。

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