一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于双端行波法的高压电缆故障系统，该系统由终端系统、通信网络和主站系统三部分组成。终端系统包括行波数据采集模块、处理模块、北斗对时模块和供电模块。行波数据采集模块同时采集高压电缆三相的暂态电流、电压信号，微处理器通过卷积神经网络去除采集的两端数据中的噪声，提取滤波后的故障行波信息，高精度的时钟采用北斗对时模块来实现。通信网络将故障行波信息传送到主站系统，主站系统通过对故障信息的分析和计算，得到高压电缆线路的精确故障位置。压电缆线路的精确故障位置。压电缆线路的精确故障位置。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统


[0001]本专利技术属于电缆故障定位
，具体是一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统。

技术介绍

[0002]现如今高压电力电缆已普遍被各企业用于输电线路中，但是由于电缆本身缺陷、野蛮施工、中间接头、外部损伤等多种原因，电缆存在被损伤的风险，将会影响整条线路的稳定供电以及人们的正常用电，严重时可能造成火灾和大面积的停电事故，对人们的生命财产安全造成重大隐患，给国家的发展带来巨大的经济损失。在城市高速发展过程中，土地紧缺问题日益加剧，地埋电缆以占地面积小的优点逐步取代架空电缆成为电缆敷设的主要方式。为了减少电缆故障给人们生产生活带来的不便和经济损失，及时准确地找到电缆故障位置并进行处理就显得极为重要。目前电缆所采用的离线故障排查技术操作繁琐，费时费力，工作效率低下，因此，高压电缆故障点准确、迅速定位系统势在必行。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种基于双端行波法的高压电缆故障系统，该系统利用FPGA控制高速A/D转换芯片采集电缆暂态三相电流和电压信号，以串口通信方式传送给微处理器，微处理器滤波处理后经过通信网络传送到上位机监测中心或移动设备，主站系统对上传的行波信息进行分析计算，提供分级报警功能并得到电缆故障的准确位置。
[0004]本专利技术实现专利技术目的采用如下技术方案：
[0005]一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，其特征在于，所述的一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统包括终端系统、通信网络和主站系统三部分，终端系统包括行波数据采集模块、处理模块和北斗对时模块和供电模块。行波数据采集模块同时采集高压电缆三相的暂态电流、电压信息，微处理器通过卷积神经网络去除采集的两端数据中的噪声，提取滤波后的故障行波信息，高精度的时钟采用北斗对时模块来实现。通信网络将故障行波信息传送到主站系统，主站系统通过对故障信息的分析和计算，得到高压电缆线路的精确故障位置。
[0006]作为优选，本专利技术提供的一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，行波数据采集模块采用现场可编程逻辑门阵(FPGA)控制高速A/D转换芯片进行采样,提高故障测距的精确性；
[0007]作为优选，本专利技术提供的一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，采用卷积神经网络对采集的两端行波进行滤波；
[0008]作为优选，一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，采样时钟由北斗定位系统的时钟脉冲来同步，授时精度可以达到100ns左右，满足双端行波测距的要求，实现异地同步采集；
[0009]作为优选，一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，主站系统包括上位机
监测中心和移动设备，微处理器将数字量信号通过NB
‑
IoT无线通信模块发送到上位机监测中心，并通过Wi
‑
Fi无线网络发送到移动设备，通信网络有利于终端设备和主站设备进行及时快速的信息交互；
[0010]作为优选，一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，主站系统能够接受终端系统传送的故障信息并存储，提供波形分析显示功能，通过分析计算获得故障位置信息并发出报警信号，通信网络将报警信号发送到终端系统，微处理器控制报警器报警；
[0011]作为优选，一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，两端三相电流、电压信号相互耦合，采用Karenbauer(克伦布尔)变换，得到解耦的1模分量和 2模分量，
[0012]所述Karenbauer变换采用如下变换矩阵：
[0013][0014]i
0,1,2
＝Ti
A,B,C
[0015]式中，T为Karenbauer矩阵，i
0,1,2
分别为0模分量、1模分量和2模分量，i
A,B,C
为三相电流信号；
[0016]作为优选，一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，选用三次B样条小波变换分析解耦后的线模分量，将小波变换模极大值出现的点作为行波到达的时刻；
[0017]作为优选，一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，双端行波法测距是通过检测第一个行波到达两端的时间差来计算故障点位置，其计算公式如下:
[0018]行波的传播速度为
[0019][0020]L0表示线路单位长度电感，C0表示线路单位长度电容，t
M
表示故障行波到达M端的时间，T
N
表示故障行波到达N端的时间，D
MF
表示线路MF区段的长度， D
NF
表示线路NF区段的长度，L表示电力线路的总长度。
[0021]作为优选，一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，所用微处理器选用了STM32F103系列嵌入式微处理器。
[0022]本专利技术与现有技术相比，其有益效果体现在：
[0023]1、通过FPGA控制高速A/D转换芯片进行采样，大大提高了采样速率，提高定位精度。
[0024]2、采用北斗对时模块提供高精度和高稳定性的时钟，实现异地同步采集。
[0025]3、能够及时准确地判断故障位置，提供分级报警功能，采用了物联网通信技术，提高通信的灵活性和稳定性。
附图说明
[0026]图1是本专利技术的系统工作原理图；
[0027]图2是双端行波法故障定位原理图；
[0028]图3是基于双端行波法的高压电缆故障定位系统的流程示意图。
具体实施方式
[0029]以下通过具体实施例对本专利技术做进一步解释说明。
[0030]如图1所示，本专利技术的一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统工作原理图，该系统由该系统由终端系统、通信网络和主站系统三部分组成，终端系统包括行波数据采集模块、处理模块、北斗对时模块和供电模块，通信网络由 NB
‑
IoT和Wi
‑
Fi无线通信网络组成，主站系统包括上位机监测中心和移动设备。其具体实施过程为：
[0031]供电模块为行波数据采集模块、微处理器、北斗对时模块、报警器供电。
[0032]当电缆出现故障时，FPGA控制高速A/D转换芯片采集电缆暂态三相电流和电压信号，微处理器使用卷积神经网络对采集的两端行波信号进行滤波处理后通过网络通信模块利用NB
‑
IoT传输到上位机监测中心，然后经过Wi
‑
Fi无线网络传送到移动设备。
[0033]上位机监测中心对两端信息进行存储，提供波形分析显示功能，通过分析计算获得故障位置信息并发出报警信号，通信网络将报警信号发送到终端系统，微处理器控制报警器报警。
[0034]本专利技术的一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，采用双端行波测距法和物联网技术，实现高压电缆故障定位，减少电缆故障带来的经济损失和危害。
[0035]对于本领域技术人员而言，显然本专利技术不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本专利技术的精神或基本特征的情况下，能够以其本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，其特征在于，所述的一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统包括终端系统、通信网络和主站系统三部分，终端系统包括行波数据采集模块、处理模块、北斗对时模块和供电模块。行波数据采集模块同时采集高压电缆三相的暂态电流、电压信息，微处理器通过卷积神经网络去除采集的两端数据中的噪声，提取滤波后的故障行波信息，高精度的时钟采用北斗对时模块来实现。通信网络将故障行波信息传送到主站系统，主站系统通过对故障信息的分析和计算，得到高压电缆线路的精确故障位置。2.根据权利要求1所述的一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统其特征在于：行波数据采集模块采用现场可编程逻辑门阵(FPGA)控制高速A/D转换芯片进行采样,提高故障测距的精确性。3.根据权利要求1所述的一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，其特征在于：采用卷积神经网络对采集的两端行波进行滤波。4.根据权利要求1所述一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，其特征在于：采样时钟由北斗定位系统的时钟脉冲来同步，授时精度可以达到100ns左右，满足双端行波测距的要求，实现异地同步采集。5.根据权利要求1所述的一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，其特征在于：主站系统包括上位机监测中心和移动设备，微处理器将数字量信号通过NB
‑
IoT无线通信模块发送到上位机监测中心，并通过Wi
‑
Fi无线网络发送到移动设备，通信网络有利于终端设备和主站设备进行及时快速的信息交互。6.根据权利要求1所述的一种基于双端行波法的高压电缆故障定位系统，其特征在于：主站系统能够接受终端系统传送的故障信息并存...

【专利技术属性】
技术研发人员：李敬兆，何娜，王国锋，王克定，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：