基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及电力电缆监测技术领域，更具体地，涉及基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统及方法，海缆靠近第一终端处及第一接地线连接有主机，海缆靠近第二终端处及第二接地线连接有从机，主机连接有服务器，主机和从机间通过通讯光纤通讯，主机和从机间连接有用于给主机发送方波脉冲的脉冲传输光纤；当海缆发生击穿时，击穿点产生第一故障行波脉冲向主机传输、第二故障行波脉冲向从机传输，从机检测第二故障行波脉冲后发送方波脉冲，方波脉冲通过脉冲传输光纤传输至主机。本发明专利技术主机根据检测到的第一故障行波脉冲和方波脉冲之间的时间差值实现在线测距，且对主机检测到的方波脉冲进行延迟，解决了系统测试盲区，实现海缆全长范围高精度的故障测距。

Fault location system and method of submarine cable based on optical fiber pulse transmission

【技术实现步骤摘要】
基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统及方法
本专利技术涉及电力电缆监测
，更具体地，涉及基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统及方法。
技术介绍
海底电缆时跨海域联网工程建设的重要组成部分，在实现电网国际化、区域电网互联进程中起着重要作用。近年来，随着经济水平的提高，各海岛及陆地对电能的需求越来越多，全国电网许多区域建设并且在建大量海底电缆及海上风电。在海底电缆运维方面，在海底电缆高精度监测、检测，以及海底电缆发生故障后故障位置预警、故障点快速定位等，由于缺乏相关的技术标准和仪器设备，问题较为突出。目前，海底电缆状态监测主要是环流、测温，只能检测电缆运行状态的环流和温度，不能对故障位置预警；海底的扰动监测可以对故障位置预警，但由于信号模式识别处理不好、抗干扰性差，导致扰动监测的误报率高，对维护工作造成很大的干扰；有在输电线路分布式安装行波测距终端，每隔10到20km安装一个终端，采集故障电流行波，应用GPS对时，通过4G网络传送信号到主站，通过主站来判定故障距离，时间分辨在几个微秒以上，测距误差在几百米到几千米以上，测试精度低，成本高，而有些高压电缆终端站在地下，信号屏蔽根本无法接收GPS信号，导致该方法无法使用；有中国专利CN201210297818.5通过光纤将第一终端和第二终端连接测距，分辨率为纳秒级别，可满足精度要求，但设计高分辨率的同步时钟，技术难度和成本较高不易推广。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统及方法，基于光纤脉冲传输，在从机检测到故障行波脉冲后发送方波脉冲到主机，主机根据检测到的故障行波脉冲和方波脉冲之间时间差值实现在线测距，适于长距离海缆故障测距，且具有较高的故障查找效率、较短的停电时间及较好的供电可靠性。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：提供基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统，所述海缆的两端分别设有与电气设备的第一终端和第二终端，所述第一终端通过第一接地线接地设置，所述第二终端通过第二接地线接地设置；所述海缆靠近第一终端处及第一接地线连接有主机，所述海缆靠近第二终端处及第二接地线连接有从机，所述主机连接有服务器，所述主机和从机间通过通讯光纤通讯，所述主机和从机间连接有用于给主机发送方波脉冲的脉冲传输光纤；当海缆存在击穿点时，击穿点产生第一故障行波脉冲向主机传输、第二故障行波脉冲向从机传输，所述从机检测到第二故障行波脉冲后发送方波脉冲，方波脉冲通过脉冲传输光纤传输至主机。本专利技术的基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统，第一故障行波脉冲通过海缆传输至主机，方波脉冲通过脉冲传输光纤传输至主机，主机根据检测到的第一故障行波脉冲和方波脉冲之间的时间差值实现在线测距，而非根据检测到的第一故障行波脉冲和第二故障行波脉冲之间的时间差值进行测距，对主机检测到的方波脉冲进行延迟，解决了系统测试盲区，实现海缆全长范围高精度的故障测距。进一步地，所述主机包括顺次连接的第一故障行波取样传感器、第一信号处理电路、第一计数单元、第一处理单元及第一通信单元：所述第一故障行波取样传感器安装于第一终端，用于接收第一故障行波脉冲；所述第一信号处理电路用于对第一故障行波取样传感器耦合的第一故障行波脉冲进行保护、滤波及整形；所述第一计数单元内置有时间延迟单元，在接收到第一故障行波脉冲时计数开始，在接收到方波脉冲经时间延迟单元延时后计数终止；所述第一处理单元与第一通信单元双向信号连接，所述第一通信单元用于主机从机之间的通讯。当击穿点F出现在第二终端或靠近第二终端时，因脉冲沿海缆传播速度比在光纤传播速度慢，从机检测到第二故障行波脉冲后通过脉冲传输光纤率先达到主机而会导致无法计算击穿点的发生位置。因而，本专利技术在第一技术单元内置时间延迟单元，对主机检测到的方波脉冲进行延迟，从而避免故障位置的测试盲区，以实现海缆全长范围高精度的故障测距。进一步地，所述从机包括顺次连接的第二故障行波取样传感器、第二信号处理电路、第二计数单元、第二处理单元及第二通信单元：所述第二故障行波取样传感器安装于第二终端，用于接收第二故障行波脉冲；所述第二信号处理电路用于对第二故障行波取样传感器耦合的第二故障行波脉冲进行保护、滤波及整形；所述第二计数单元内置有脉冲处理单元，用于接收第二故障行波脉冲进行处理后产生方波脉冲，所述方波脉冲通过脉冲传输光纤传输至第一计数单元；所述第二处理单元与第二通信单元双向信号连接，所述第二通信单元通过通讯光纤与第一处理单元通讯。不同于现有技术中，直接通过在第一终端和第二终端处检测脉冲信号的时间差计算击穿点位置，本专利技术基于光纤脉冲传输技术，在从机检测到第一故障行波脉冲后发送方波脉冲到主机，而主机根据检测到的第一故障行波脉冲和方波脉冲之间时间差值实现在线测距，有效避免击穿点在海缆中点、海缆端点等测试盲区。本专利技术还提供了基于光纤脉冲传输的海缆故障测距方法，包括以下步骤：S10.当海缆上出现击穿点F时，击穿点F处产生第一故障行波脉冲向主机传输、产生第二故障行波脉冲向从机传输；S20.主机接收步骤S10中所述第一故障行波脉冲的时间记为第一时刻T1，同时从机接收步骤S10中所述第二故障行波脉冲，并产生方波脉冲；S30.步骤S20中所述方波脉冲通过脉冲传输光纤传输至主机，主机接收方波脉冲经延时TD后记为第二时刻T2；S40.根据步骤S20中第一时刻T1、步骤S30中第二时刻T2计算时间差值ΔT，并由时间差值计算海缆故障位置。本专利技术的基于光纤脉冲传输的海缆故障测距方法，基于光纤脉冲传输技术，在从机检测到故障行波脉冲后发送方波脉冲到主机，而主机根据检测到的故障行波脉冲和方波脉冲之间时间差值实现在线测距；对主机检测到的方波脉冲进行延迟，解决了系统测试盲区的问题，实现海缆全长范围高精度的故障测距。优选地，步骤S40中，所述时间差值按下式计算：式中，L为电缆总长，Lx为击穿点F产生的第一故障行波脉冲到达主机的路程，νo为脉冲在光纤的传播速度，ν为脉冲在电缆的传播速度，Lx为击穿点F距主机的距离，ΔT为时间差值，TD为主机检测到方波脉冲后延迟时间；由此可变形为下式用以计算击穿点F的位置：式中，单位为μs；单位为μs。优选地，所述时间差值ΔT可由主机的第一计数单元通过计数值按下式计算得到：式中，时间差值ΔT单位为μs；n为第一计数单元的计数值；f为第一计数单元振荡频率，单位为Hz。优选地，主机检测到方波脉冲后延迟时间TD满足条件当击穿点发生在第二终端时，若不采取时间延时，则方波脉冲先于第一故障行波脉冲到达主机，且方波脉冲领先第一故障行波脉冲时间为此时测距系统工作系统失效；本专利技术设置延时时间，以避免系统测试盲区。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统及方法，第一故障行波脉冲通过海缆传输至主机，方波脉冲通过脉冲传输光纤传输至主机，主机根据检测到的第一故障行波脉冲和方波脉冲之间的时间差值实现在线测距，且对主机检测到的方波脉冲进行延迟，解决系统测试盲区，实现海缆全长范围高精度的故障测距。附图说明图1为实施例一中基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统的结构示意图；图2为实施例一中基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统的测试原理图；图3为实施例一中主机和从机的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统，所述海缆的两端分别设有与电气设备的第一终端和第二终端，所述第一终端通过第一接地线接地设置，所述第二终端通过第二接地线接地设置；其特征在于：所述海缆靠近第一终端处及第一接地线连接有主机，所述海缆靠近第二终端处及第二接地线连接有从机，所述主机连接有服务器，所述主机和从机间通过通讯光纤通讯，所述主机和从机间连接有用于给主机发送方波脉冲的脉冲传输光纤；当海缆存在击穿点时，击穿点产生第一故障行波脉冲向主机传输、第二故障行波脉冲向从机传输，所述从机检测到第二故障行波脉冲后发送方波脉冲，方波脉冲通过脉冲传输光纤传输至主机。

【技术特征摘要】
1.基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统，所述海缆的两端分别设有与电气设备的第一终端和第二终端，所述第一终端通过第一接地线接地设置，所述第二终端通过第二接地线接地设置；其特征在于：所述海缆靠近第一终端处及第一接地线连接有主机，所述海缆靠近第二终端处及第二接地线连接有从机，所述主机连接有服务器，所述主机和从机间通过通讯光纤通讯，所述主机和从机间连接有用于给主机发送方波脉冲的脉冲传输光纤；当海缆存在击穿点时，击穿点产生第一故障行波脉冲向主机传输、第二故障行波脉冲向从机传输，所述从机检测到第二故障行波脉冲后发送方波脉冲，方波脉冲通过脉冲传输光纤传输至主机。2.根据权利要求1所述的基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统，其特征在于，所述主机包括顺次连接的第一故障行波取样传感器、第一信号处理电路、第一计数单元、第一处理单元及第一通信单元：所述第一故障行波取样传感器安装于第一终端，用于接收第一故障行波脉冲；所述第一信号处理电路用于对第一故障行波取样传感器耦合的第一故障行波脉冲进行保护、滤波及整形；所述第一计数单元内置有时间延迟单元，在接收到第一故障行波脉冲时计数开始，在接收到方波脉冲经时间延迟单元延时后计数终止；所述第一处理单元与第一通信单元双向信号连接，所述第一通信单元用于主机从机之间的通讯。3.根据权利要求1所述的基于光纤脉冲传输的海缆故障测距系统，其特征在于，所述从机包括顺次连接的第二故障行波取样传感器、第二信号处理电路、第二计数单元、第二处理单元及第二通信单元：所述第二故障行波取样传感器安装于第二终端，用于接收第二故障行波脉冲；所述第二信号处理电路用于对第二故障行波取样传感器耦合的第二故障行波脉冲进行保护、滤波及整形；所述第二计数单元内置有...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙廷玺，王升，孔德武，黄毓华，郑柒拾，崔江静，李莹，雷小月，李辰，仇炜，
申请(专利权)人：广东电网有限责任公司，广东电网有限责任公司珠海供电局，
类型：发明
国别省市：广东,44