专利名称：基于海底电缆和架空线故障定位系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电力系统故障定位领域，特别是涉及复杂输电线路故障区间定位领域。
背景技术：
输电线路故障跳闸是高压电网最频发的事故之一，每一次跳闸事故，除给系统带来冲击外，都会给绝缘子、导线等设施带来损坏，给系统运行留下安全隐患。由于故障定位不准，查找和修复故障时间较长，给及时恢复供电带来影响，这些问题是高压电网生产实践中比较突出的问题。特别是对于架空线和海底电缆结合的输电系统，故障区间定位的准确性不但影响线路运行检修的效率，而且其定位结果作为电力系统继电保护装置动作的一个参量。因此对输电线路故障区间定位提出了更高的要求。目前，国内电力系统输电线路故障定位主要有两类方法一类是线路参数定位； 一类是行波定位。线路参数定位可利用变电站故障录波设备直接实现，投入较小，但定位原理复杂，定位与线路参数分布、系统运行方式、负载大小以及接地状况等因素密切相关，定位精度一般不高，难以适用于较长距离的输电线路中；行波定位利用故障点发出的行波信号进行定位，该方法原理简单，定位方法与系统运行状态、线路情况基本没有太大关系，定位精度较高，但是在实际应用中还是面临一些理论之外的实际因素的影响，如行波在不同介质中传播波速变化对定位精度所造成的误差、行波波形衰减畸变对定位的影响等。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是为了克服线路参数定位和行波定位方法的局限性，实现架空线和海底电缆结合的复杂输电线路故障区间精确定位，本实用新型提供一种基于海底电缆和架空线故障定位系统。本实用新型所采用的技术方案是该基于海底电缆和架空线故障定位系统包括现场监测装置和诊断系统。现场监测装置安装在海底电缆和架空线交界处第一级杆塔处，包括电源单元、罗氏线圈电流传感器单元、数据采集与处理单元以及通信单元。通信单元均与电源单元相连，电流传感器的输出端接至数据采集与处理单元的输入端，数据采集与处理单元的输出端接至通信单元的输入端；现场监测装置通过无线通信技术与数据中心建立通信连接；诊断系统包括数据中心和管理系统，管理系统从数据中心读取数据，实现对故障区间精确定位。相对于现有技术，本实用新型的有益效果是直接监测输电线路本体故障电流信号，识别故障准确，监测终端只有两个，成本低廉，可以实现少量装置对输电线路全线段的故障区间定位，可以分区段实现输电线路雷击事故规律的统计，为雷电防护提供依据，实现了输电线路事故监测统计的自动化、智能化和信息化。

[0007]图1系统总体结构图。图2罗氏线圈测量电流装置原理图。图3罗氏线圈结构示意图。图4无线通信单元结构图。图5电源变换电路框图。图6电源单元结构图。
具体实施方式
在图1中，该基于海底电缆和架空线故障定位系统包括现场监测装置和诊断系统。现场监测装置安装在海底电缆和架空线交界处第一级杆塔处，包括电源单元、罗氏线圈电流传感器单元、数据采集与处理单元以及通信单元。传感器线圈检测单元用于工频负荷电流，工频故障电流，行波电流信号检测等。数据采集分析单元对传感器检测的各种信号进行采集、分析和诊断。通信单元上传采集信号处理结果，接受下传参数及控制命令，对于 GPRS覆盖的区域直接上传信息，对于未覆盖的区域通过无线数据传输模块传至邻近有信号区域再通过GPRS上传。电源系统是现场终端的电源保障系统。诊断系统包括数据中心和管理系统，管理系统从数据中心读取数据，实现对故障区间精确定位。下面详细介绍本系统各个组成单元。在图3中，是罗氏线圈电流传感器的结构图。罗氏线圈作为电流测量的传感器，测量工频故障电流和行波电流。罗柯斯夫线圈是根据被测电流所产生的磁通势来确定电流大小和方向的测量装置。电流传感器单元的原理如图2所示，其采用了罗柯夫斯基线圈， 罗柯夫斯基电流传感器与传统的电磁式互感器相比，它没有铁心饱和问题，具有传输频带宽、抗干扰性能优异、尺寸小、质量轻等优点。电流传感器单元具有高达几十兆的频率响应特性，它将输电线路导线上传播的雷电流和工频故障电流转换为数据采集与处理单元能采集的信号。罗柯夫斯基线圈是将导线均勻地绕在一个非铁磁性环形骨架上，一次母线置于线圈中央，因此绕组线圈与母线之间的电位是隔离的。设磁感应密度为Φ (t)，母线电流为 I (t)，线圈匝数N，线圈横截面积S，线圈半径r，时间为t，则在线圈上的感应电动势e(t) 为明=-H· dt 2m dt式中μ是空气(或真空)磁导率。数据采集和处理单元由微处理器模块，大容量存储单元，高速采集模块几部分组成。此功能单元要求系统能准确地采集到工频负荷，故障电流和行波电流信号，然后通过 GPRS网络无线传输到监控中心。微处理器模块使用功耗极低的，功能丰富的的msp430微处理器，平时休眠状态功耗只有10mW，其工作电压只有3. 3V，功耗很低，增强的丰富指令集可满足系统的各种复杂快速运算，同时也具有丰富的外围电路扩展能力，满足系统扩展需要。 高速采集单元由可编程逻辑器件FPGA+高速AD实现，采集大量行波数据存储在外部的存储器里，并发送数据中心。微处理器单元通过异步串口和无线手机模块通信，所有数据的发送和接受只需微处理器通过AT指令集对无线手机模块操作即可实现。数据的发送和接受只在串口间进行。考虑到降低系统的功耗，平时除了传感器和数据采集分析部分实时工作外，
4无线通信单元均处在休眠状态，当监测到有工频故障电流号或行波电流时，高速采集单元继续采集一段时间，将数据存储在大容量的SRAM里，然后启动无线通信单元上传数据到监控中心。在图4中，是无线通信单元设计图。由于现场监测装置远离市区，若建设自己的专用网络，则费用太高不划算，基于此点我们借用移动的GSM/GPRS/CDMA公共网来远程传输数据，它的覆盖面广，信号覆盖率达98%，对于非常偏僻的地方(移动网没有覆盖处)可采用无线数传模块转接到有信号的地方再进行通信，从而保证了无线通信的可靠性，且既方便又经济，免维护，此通信方式已得到广泛应用，在我们已投运的输电线路绝缘污秽在线监测项目已开始应用，并运行良好。现场监测装置在线路有故障电流或雷电流时能及时地通知远方的监控系统，将必要的各种数据信息上传到监控系统提供分析数据，同时也接受监控系统的各种下传命令，参数设置等。这样保证了现场监测装置与远方的监控系统应用软件间的双向数据通信功能。无线GPRS通信模块我们选用德国西门子的MC35手机模块，该模块具有232接口。数据收集和发送控制均由微处理器通过232接口利用AT命令集进行。 GSM/GPRS MODEM (TC-35模块)支持标准AT命令集。在图5中，是电源变换电路框图，在图6中，是电源结构示意图。本电源系统可以满足在野外环境下连续不间断供电，避免了长期维护的繁琐，拥有很高的可靠性。具体工作方式在正常的电流变化范围内，特制的铁芯直接从一次侧感应出交流电压，经过前端冲击保护电路、整流滤波电路后输出6 75V直流电压，为后端系统提供足够的能量。当一次侧电流较小，感应出的电能不能满足后端采集系统的需要时，运用电源管理模块调节锂电池和超级电容供电；当一次侧电流较大，感应出的电能大大超过后端采集系统的需要时，可通过电压取样和保护电路来保证后端采集系统的安全运行，同时通过电源管理模块来给电容器及电池充电储能，以便在感应取电不足时使用。当一次侧发生短路故障时暂态电流，会在感应线圈中产生冲击电流，但在经过前端冲击保护电路以及后续电路的多重保护后，完全可以将输入到DC/DC模块的电压值嵌位到允许电压75V以内，保护了后端电子电路的安全。上位机管理系统位于值班人员工作站，可以访问数据中心中现场监测装置记录的数据，进行精确故障区间定位，具体方法如下所示读取现场监测记录装置记录到电流行波的时间和海底电缆的距离，由以下公式计算
权利要求1.一种基于海底电缆和架空线故障定位系统，其特征在于该系统包括现场监测装置和诊断系统。
2.如权利要求1所述的基于海底电缆和架空线故障定位系统，其特征在于现场监测装置安装在海底电缆和架空线交界处第一级杆塔处，包括电源单元、罗氏线圈电流传感器单元、数据采集与处理单元以及通信单元，通信单元均与电源单元相连，电流传感器的输出端接至数据采集与处理单元的输入端，数据采集与处理单元的输出端接至通信单元的输入端，现场监测装置通过无线通信技术与数据中心建立通信连接。
3.如权利要求1所述的基于海底电缆和架空线故障定位系统，其特征在于诊断系统包括数据中心和管理系统，管理系统从数据中心读取数据，实现对故障区间精确定位。
4.如权利要求2所述的基于海底电缆和架空线故障定位系统，其特征在于罗氏线圈作为电流测量的传感器，测量工频故障电流和行波电流，它是将导线均勻地绕在一个非铁磁性环形骨架上，一次母线置于线圈中央，因此绕组线圈与母线之间的电位是隔离的。
5.如权利要求2所述的基于海底电缆和架空线故障定位系统，其特征在于数据采集与处理单元由微处理器模块，存储单元，高速采集模块几部分组成，此功能单元要求系统能准确地采集到工频负荷，故障电流和行波电流信号，然后通过GPRS网络无线传输到监控中心。
专利摘要一种基于海底电缆和架空线故障定位系统。该系统包括现场监测装置和诊断系统，现场监测装置安装在海底电缆和架空线交界处第一级杆塔处，包括电源单元、罗氏线圈电流传感器单元、数据采集与处理单元以及通信单元。通信单元均与电源单元相连，电流传感器的输出端接至数据采集与处理单元的输入端，数据采集与处理单元的输出端接至通信单元的输入端；现场监测装置通过无线通信技术与数据中心建立通信连接；诊断系统包括数据中心和管理系统，管理系统从数据中心读取数据，实现对故障区间精确定位。
文档编号G01R31/08GK202189112SQ201120137660
公开日2012年4月11日 申请日期2011年5月4日 优先权日2011年5月4日
发明者刘森, 张国清, 张富春, 张胜慧, 朱阳, 樊灵孟, 王远游, 范敏, 蒋道宇, 郑晓, 钱冠军, 陈浩, 黎晓辰 申请人:中国南方电网有限责任公司超高压输电公司, 武汉三相电力科技有限公司