一种基于时域反射技术的输电线路故障定位定性方法

摘要

本发明公开了一种基于时域反射技术的输电线路故障定位定性方法，包括如下步骤：S1:快沿信号发射器通过探头组件向待测输电线路发射阶跃信号；S2:采样器通过探头组件接收从待测输电线路返回的波形信号；S3:通过无线信号发射器将波形信号传输至主机终端；S4:主机终端通过对波形进行分析，确定故障位置和故障类型，并发出警示信息。本发明不仅可以确定故障的位置，还建立了波形‑故障映射关系，可根据波形的不同判断故障类型。

说明书

技术领域

本发明涉及输电基础设施监测技术，具体涉及一种基于时域反射技术的输电线路故障定位定性方法。

背景技术

输电线路是国家电网基础组成部分之一。随着电网密度的提升，输电电压的不断增长，实时监测线路的故障并进行精准维修可以保证输电线路健康的工作状态。时域反射计是一种测量传输线特征阻抗的仪器，它是利用时域反射的原理进行特性阻抗的测量。由时域反射计中阶跃源发出的快沿信号注入到被测传输线上。当传输线阻抗发生变化时，阶跃信号就会有一部分反射回来，一部分继续向前传播。反射回来的信号叠加到注入的阶跃信号，示波器可采集到这个信号。通过测量反射释放到低压脉冲释放之间的时间并知道脉冲的传播速度，便可以计算到反射的距离，从而得出故障点距离。还可根据信号曲线变化点波形确定故障类型。5G通信网络技术有着更快的速度，更低的延迟，置于高层输电铁塔之上依然可以保证稳定良好的信息传输。

高压输电线路多暴露于天然坏境中，高空气候恶劣，尤其在雨雪冰雹天气下，输电线路遭受破坏，发生故障。但高压输电线路悬于高空之上，排查难度较大。目前国内输电线路故障定位装置多通过电缆中电流或电场变化来判断位置，难以判别故障类型，不利于精准维修保养。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于时域反射技术的输电线路故障定位定性方法，可以精准确定监测网内输电线路的故障位置和故障类型。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种基于时域反射技术的输电线路故障定位定性方法，采用时域反射仪、探头组件、无线信号发射器以及主机终端配合进行分析，所述时域反射仪设有快沿信号发射器、采样器和无线信号发射器，该方法包括如下步骤：

S1:快沿信号发射器通过探头组件向待测输电线路发射阶跃信号；

S2:采样器通过探头组件接收从待测输电线路返回的波形信号；

S3:通过无线信号发射器将波形信号传输至主机终端；

S4:主机终端通过对波形进行分析，确定故障位置和故障类型，并发出警示信息。

优选的，所述主机终端根据信号曲线变化点确定故障位置：

通过公式1计算出反射系数，由反射系数结合式2计算出反射电压点的负载阻抗，

在主机终端显示信号曲线，此曲线与传输线的每一点都有一一对应关系，曲线变化点即为传输路径中阻抗变化点，即可得出输电线路故障点位置。

优选的，由变化点波形根据波形-故障映射关系图确定故障类型。

优选的，所述阶跃信号的参数设置为：幅度200mV，频率250kHz方波，上升时间：35ps。

本发明采用的技术方案，快沿信号发射器发射出快沿阶跃信号，在故障处产生信号反射，返回波形由采样器通过无线信号发射器远程传输回主机终端进行分析，确定故障位置和故障类型，并发出警示信息，不仅可以确定故障的位置，还建立了波形-故障映射关系，可根据波形的不同判断故障类型。

本发明的具体技术方案及其有益效果将会在下面的具体实施方式中结合附图进行详细的说明。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

图1是本发明中总体系统框图；

图2是本发明中前端采集模块结构示意图；

图3是本发明中时域反射仪的结构示意图；

图4是本发明中探头组件的结构示意图；

图5是本发明所使用太阳能发电板布置示意图；

图中：时域反射仪1，探头组件2，太阳能发电板3，电源线4，支架5，固定支座6，保护罩7，快沿信号发射器101，采样器102，无线信号发射器103，电缆201，锁扣202，陶瓷螺栓203，主机终端8；

图6是雷击(反击)故障波形图；

图7是雷击(绕击)故障波形图；

图8是冰闪故障波形前后对比图；

图9是鸟害故障波形前后对比图；

图10是小动物故障波形前后对比图；

图11是树木故障波形前后对比图；

图12是污闪故障波形前后对比图；

图13是金属接地故障波形前后对比图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本领域技术人员可以理解的是，在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

如图1至图5所示，一种基于时域反射技术的输电线路故障定位定性系统，包括：

前端采集模块：所述前端采集模块包括时域反射仪1和与时域反射仪1连接的探头组件2，所述探头组件2与待测输电线路连接，所述时域反射仪1设有快沿信号发射器101、采样器102和无线信号发射器103，所述快沿信号发射器101通过探头组件2向待测输电线路发射阶跃信号，所述采样器102通过探头组件2接收从待测输电线路返回的波形并通过无线信号发射器103传输至终端分析模块。

终端分析模块：所述终端分析模块包括主机终端8，所述主机终端8通过对波形进行分析，确定故障位置和故障类型，并发出警示信息。

N组前端采集模块集成到同一终端分析模块即组成本发明系统。

具体的，所述阶跃信号的参数设置为：幅度200mV，频率250kHz方波，上升时间：35ps。所述主机终端根据信号曲线变化点确定故障位置，由变化点波形根据波形-故障映射关系图确定故障类型。

工作原理：时域反射仪1中快沿信号发射器101向待测输电线路发送一个快沿阶跃信号(幅度200mV，频率250kHz方波，上升时间：35ps)，当传输线特性阻抗变化时，都会出现反射。反射回来的信号和注入的信号有一定的时间差，所以采样器102采集到的这个叠加信号的边缘是带台阶的，这个台阶反映了信号传播反射的时间关系，与传输线电长度对应。采样器101采集到的叠加信号通过无线信号发射器103传输回维养中心主机终端。主机终端去除注入的信号，并且通过式1计算出反射系数，由反射系数结合式2容易计算出反射电压点的负载阻抗。

在主机终端即可显示信号曲线，此曲线与传输线的每一点都有一一对应关系，曲线变化点即为传输路径中阻抗变化点，即可得出输电线路故障点位置。

如图6至图13所示，参考波形-故障映射关系图，根据不同的曲线波形判断输电线路中出现的故障类型的信息，并发出警示，便于维养人员制订维养计划。如图6所示，波尾时间20微秒以内，主波前方有明显的反极性脉冲，为反击故障。如图7所示，波尾时间20微秒以内，主波前方无明显的反极性脉冲，为绕击故障。如图8所示，闪络前有高频谐波，闪络后无高频谐波，可以分析确定冰闪故障。如图9所示，闪络前后有高频谐波特征，尾波频率较高，可以分析确定鸟害故障。如图10所示，闪络前后有高频谐波特征，尾波频率较低，可以分析确定小动物故障。如图11所示，闪络前后有高频谐波特征，尾波频率适中，可以分析确定树木故障。如图12所示，闪络前有高频谐波，闪络后无，可以分析确定污闪故障。如图13所示，闪络前有小电流，无高频谐波特征，闪络后也无，可以分析确定金属接地故障。

作为一种实施方式，将时域反射仪1安装于固定支座6，所述固定支座6安装于输电线路铁塔，所述固定支座6上方设有将时域反射仪1罩设其中的保护罩7，对时域反射仪1加以保护。其中，所述固定支座6为焊接于输电线铁塔的钢板支座，所述保护罩7为玻璃钢护罩，有着良好的5G信号通过能力。

如图2和图5所示，为了保证时域反射仪的供电，保护罩7上方空旷处通过支架5固定太阳能发电板3，太阳能发电板3通过电源线4与时域反射仪1连接。太阳能发电板3朝向正南，可以根据安装位置确定安装角度，例如长江以南地区倾斜角度做成30度，长江以北地区倾斜角度做成45度。

如图3和图4所示，所述探头组件2包括电缆201，所述电缆的一端连接通用SMA接口，所述通用SMA接口与时域反射仪1相连，所述电缆的另一端连接锁扣202以及陶瓷螺栓203，通过锁扣202及陶瓷螺栓203与被测输电线路扣紧，并可传输快沿阶跃信号。

本发明中，所述无线信号发射器可以选择目前最先进的5G信号发射装置。

另外，采用上述的一种基于时域反射技术的输电线路故障定位定性系统，提供了一种基于时域反射技术的输电线路故障定位定性方法，包括如下步骤：

S1:快沿信号发射器通过探头组件向待测输电线路发射阶跃信号；

S2:采样器通过探头组件接收从待测输电线路返回的波形信号；

S3:通过无线信号发射器将波形信号传输至主机终端；

S4:主机终端通过对波形进行分析，确定故障位置和故障类型，并发出警示信息。

下面对一具体应用实例做出说明：

A市东南段B输电线路网已架设23年，年代久远，在恶劣天气条件下，极易出现故障。选择十条输电线路，为1～10号，安装本发明前端采集模块，集成至维养中心终端分析模块，形成1终端10前端的监测系统网。

装置固定：固定支座6焊接固定于输电铁塔之上，太阳能发电板3通过支架5固定于固定支座6之上，探头组件2中将锁扣202扣于待测输电线路，并用陶瓷螺栓203拧紧。

仪器设置：快沿信号发射器101中阶跃信号设置：幅度200mV，频率250kHz方波，上升时间：35ps。太阳能发电板3朝向正南，该地区为长江以南地区，故倾斜角度做成30度。10组前端采集模块均按此设置。

开启设备，即可在维养中心电脑主机终端观测到10条TDR曲线，曲线突变点即为故障位置(因曲线与传输线路一一对应，按比例即可得出故障实际位置)，由变化点波形根据波形-故障映射关系图确定故障类型。设备开启，电脑终端即发出警示：2号线于1540m处出现曲线突变，且突变点波形均为2#波形，判断为输电线路有异物附着。5号线于742.8m处，7号线于3422m处出现4#波形，判断为线路老化。

实际验证：维养中心随即制订维养计划，进行实地检测，于2号线1540.2m处发现鸟类粪便，树枝附着；于5号线743m处，7号线3422m处发现线路明显老化轻微破损。可验证本系统有极强的故障精准定位定性功能。

安设系统第22天下午6点，发生强烈大风大雨雷暴天气，十组TDR曲线均多处产生1#波形，发出预警，提示输电线路处于摇晃之中。下午7点42分，发出警示，8号线2435m处曲线突变，产生6#波形，判断为绝缘子闪络放电，绝缘子出现破损。随后维养中心及时作出维养安排，待恶劣天气一结束便对绝缘子进行了更换，避免了更大的损失。

除上述优选实施例外，本发明还有其他的实施方式，本领域技术人员可以根据本发明作出各种改变和变形，只要不脱离本发明的精神，均应属于本发明权利要求书中所定义的范围。