一種基于過電壓在線監測的電力線路故障定位系統和方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及電力線路故障定位技術，具體涉及一種基于過電壓在線監測的電力線 路故障定位方法。
【背景技術】
[0002] 隨著電力系統的不斷發展，超高壓、長距離輸電線路越來越多，線路故障點的準確 定位更加重要。目前主要的故障定位方法有：阻抗法、故障分析法和行波法。阻抗法是利用 故障后產生的故障電壓和電流來計算故障線路的阻抗，通過阻抗的大小與故障距離的函數 關系計算出故障距離。故障分析法是利用故障后產生的電壓和電流本身與故障距離的函數 關系來計算故障距離。行波法是利用故障距離與故障后產生的電壓或電流行波傳播到達檢 測點時間與行波波速之間的關系進行故障定位。總體來說，阻抗法和故障分析法受系統結 構參數和短路過渡電阻及電網運行方式的影響較大，定位精度較低。而行波法原理簡單，受 上述幾個因素的影響較小，是目前常用的故障定位方法。目前在行波法輸電線路故障定位 中一般采用電流信號。電流行波存在幅值小，不易檢測，易受干擾的缺點，電壓行波法多采 用特制的電壓行波傳感器，但傳感器的接入需改變一次側接線，受干擾影響較大，精度不能 得到保證。
【發明內容】
[0003] 為了克服上述現有技術的不足，本發明提供基于過電壓在線監測的電力線路故障 定位方法，通過電容分壓器、過電壓在線監測裝置、主站計算機和過電壓在線監測服務器完 成電力線路的故障定位。
[0004] 為了實現上述發明目的，本發明采取如下技術方案：
[0005] 本發明提供一種基于過電壓在線監測的電力線路故障定位系統，所述故障定位系 統包括電容分壓器、過電壓在線監測裝置、主站計算機和過電壓在線監測服務器；所述電容 分壓器通過同軸電纜與過電壓在線監測裝置連接，所述過電壓在線監測裝置通過以太網與 所述主站計算機連接，所述主站計算機通過以太網與過電壓在線監測服務器連接。
[0006] 所述電容分壓器獲取電力線路上的電壓信號，并將電壓信號轉換為過電壓在線監 測裝置能夠采集的低電壓信號。
[0007] 所述電容分壓器包括電壓傳感器和電流互感器。
[0008] 所述電容分壓器包括電壓傳感器和電容式電壓互感器。
[0009] 所述電壓傳感器包括分壓電容、壓敏電阻和氣體放電管；所述壓敏電阻和氣體放 電管并聯在分壓電容兩端。
[0010] 所述電容分壓器、過電壓在線監測裝置和主站計算機安裝在電力線路兩端的變電 站內。
[0011] 所述過電壓在線監測裝置包括FLASH存儲器、GPS同步時鐘模塊、高精度晶振、計 數器和時鐘記錄模塊；所述過電壓在線監測裝置具有20M的采樣率，所述FLASH存儲器具有 2G的存儲容量。
[0012] 所述過電壓在線監測裝置采集電容分壓器輸出的過電壓信號，并對采集的電壓信 號進行實時波形壓縮和電壓突變事件啟動處理，當電力線路上發生故障時，過電壓在線監 測裝置啟動波形記錄，得到過電壓波形；GPS同步時鐘模塊產生時鐘和秒脈沖，通過計數器 對高精度晶振產生的脈沖進行計數，并通過時鐘記錄單元記錄觸發時刻；所述過電壓在線 監測裝置將過電壓波形和觸發時刻通過以太網實時傳送給主站計算機。
[0013] 所述計數器為32位計數器，時鐘的測量誤差為50ns。
[0014] 所述主站計算機通過以太網與過電壓在線監測裝置組成局域網，其接收過電壓在 線監測裝置發送的過電壓波形和觸發時刻，并將接收的過電壓波形和觸發時刻傳送給過電 壓在線監測服務器。
[0015] 所述過電壓在線監測服務器接收主站計算機傳輸的過電壓波形和觸發時刻，并根 據過電壓波形和觸發時刻計算過電壓信號到達電力線路兩端的時間差，所述過電壓在線監 測服務器根據時間差、電力線路長度和電壓信號在電力線路上的傳播速度進行故障定位。
[0016] 本發明還提供一種基于過電壓在線監測的電力線路故障定位方法，所述故障定位 方法包括以下步驟：
[0017] 步驟1 :電容分壓器獲取電力線路上的電壓信號，并將電壓信號轉換為過電壓在 線監測裝置能夠采集的低電壓信號；
[0018] 步驟2 :過電壓在線監測裝置采集電容分壓器輸出的電壓信號，并對采集的電壓 信號進行實時波形壓縮和電壓突變事件啟動處理，當電力線路上發生故障時，過電壓在線 監測裝置啟動波形記錄，得到過電壓波形；GPS同步時鐘模塊產生秒脈沖和時鐘，通過計數 器對高精度晶振產生的脈沖進行計數，并通過時鐘記錄單元記錄觸發時刻；過電壓在線監 測裝置最后將過電壓波形和觸發時刻通過以太網實時傳送給主站計算機；
[0019] 步驟3 :主站計算機接收過電壓在線監測裝置發送的過電壓波形和觸發時刻，并 將接收的過電壓波形和觸發時刻傳送給過電壓在線監測服務器；
[0020] 步驟4 :過電壓在線監測服務器接收主站計算機傳輸的過電壓波形和觸發時刻， 并根據過電壓波形和觸發時刻計算過電壓信號到達電力線路兩端的時間差，所述過電壓在 線監測服務器根據時間差、電力線路長度和電壓信號在電力線路上的傳播速度進行故障定 位。
[0021] 所述步驟2中，計數器對高精度晶振產生的脈沖進行計數，在秒脈沖上升沿，計數 器清零并重新計數，當過電壓在線監測裝置產生的觸發信號到達計數器時，計數器停止計 數，觸發時刻T表示為：
[0022] T = Tr +k/f (1)
[0023] 式（1)中，T'表示觸發時刻GPS同步時鐘模塊產生的時鐘，k表示觸發時刻計數 器的計數值，f表示高精度晶振的頻率，至少取20MHz。
[0024] 所述步驟4中，設電力線路長度為L，電力線路兩端的變電站處的監測點分別為M 點和N點，故障點用F點表示，過電壓信號到達電力線路兩端的時間差用A t表示；
[0025] 電力線路發生故障時，F點的過電壓信號向M點和N點傳播，M點和N點的過電壓 在線監測裝置中的時鐘記錄單元分別記錄觸發時刻T1和T2 ;于是F點到M點的距離以及F 點到N點的距離分別表示為：
[0026]
C2)
[0027] SFN= L-S FM (3)
[0028] 式⑵和（3)中，SFM表示F點到M點的距離，S FN表示F點到N點的距離，v表示 電壓信號在電力線路上的傳播速度。
[0029] 與現有技術相比，本發明的有益效果在于：
[0030] 本發明提供基于過電壓在線監測的電力線路故障定位系統和方法，采用電容分壓 器獲取過電壓信號，不改變一次接線，安全可靠；過電壓在線監測裝置實時監測電力線路兩 端的過電壓波形和觸發時刻，通過計算過電壓信號到達電力線路兩端的時間差的方式進行 故障定位，過電壓在線監測裝置采用GPS同步，提高了定位精度，當線路發生故障后，無需 花費很多時間尋找確定故障點，提高了供電可靠性，具有廣闊的應用前景。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發明實施例中基于過電壓在線監測的電力線路故障定位系統結構圖；
[0032] 圖2是本發明實施例中利用電流互感器獲取電壓原理圖；
[0033] 圖3是本發明實施例中利用電容式電壓互感器獲取電壓原理圖；
[0034] 圖4是本發明實施例中GPS同步時鐘模塊原理圖。
【具體實施方式】
[0035] 下面結合附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0036] 本發明提供一種基于過電壓在線監測的電力線路故障定位系統，（如圖1)所述故 障定位系統包括電容分壓器、過電壓在線監測裝置、主站計算機和過電壓在線監測服務器； 所述電容分壓器通過同軸電纜與過電壓在線監測裝置連接，所述過電壓在線監測裝置通過 以太網與所述主站計算機連接，所述主站計算機通過以太網與過電壓在線監測服務器連 接。
[0037] 所述電容分壓器獲取電力線路上的電壓信號，并將電壓信號轉換為過電壓在線監 測裝置能夠采集的低電壓信號。
[0038] 所述電容分壓器包括電壓傳感器和電流互感器（如圖2)。
[0039] 所述電容分壓器包括電壓傳感器和電容式電壓互感器（如圖3)。
[0040] 所述電壓傳感器包括分壓電容、壓敏電阻和氣體放電管；所述壓敏電阻和氣體放 電管并聯在分壓電容兩端。
[0041] 所述電容分壓器、過電壓在線監測裝置和主站計算機安裝在電力線路兩端的變電 站內。
[0042]所述過電壓在線監測裝置包括FLASH存儲器、GPS同步時鐘模塊（如圖4)、高精度 晶振、計數器和時鐘記錄模塊；所述過電壓在線監測裝置具有20M的采樣率，所述FLASH存 儲器具有2G的存儲容量。
[0043] 所述過電壓在線監測裝置采集電容分壓器輸出的過電壓信號，并對采集的電壓信 號進行實時波形壓縮和電壓突變事件啟動處理，當電力線路上發生故障時，過電壓在線監 測裝置啟動波形記錄，得到過電壓波形；GPS同步時鐘模塊產生時鐘和秒脈沖，通過計數器 對高精度晶振產生的脈沖進行計數，并通過時鐘記錄單元記錄觸發時刻；所述過電壓在線 監測裝置將過電壓波形和觸發時刻通過以太網實時傳送給主站計算機。
[0044] 所述計數器為32位計數器，時鐘的測量誤差為50ns。
[0045] 所述主站計算機通過以太網與過電壓在線監測裝置組成局域網，其接收過電壓在 線監測裝置發送的過電壓波形和觸發時刻，并將接收的過電壓波形和觸發時刻傳送給過電 壓在線監測服務器。
[0046] 所述過電壓在線監