基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置和定位方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电力设备监测领域，尤其涉及一种基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置和定位方法，其特征在于：故障定位装置包括安装于输电杆塔接地导体上的定位设备和设于上位机中的定位系统；定位设备用于预设地理位置参数；用于采集输电杆塔接地导体的电流信号，所述电流信号包括杆塔泄漏电流和杆塔雷击电流；用于对电流信号进行预处理及有效值提取形成电流数据并传输至定位系统；定位系统用于分析电流数据的大小、频率、波形特征，判断电流数据是否为故障电流，根据检测到故障电流的定位设备确定故障位置；定位系统包括数据库和定位单元。本发明专利技术定位准确性高、安装及维护方便。

Fault location device and method of transmission line based on leakage current of transmission tower

【技术实现步骤摘要】
基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置和定位方法
本专利技术涉及电力设备监测领域，尤其涉及一种基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置和定位方法。
技术介绍
电网输电线路发生的短路、接地、断线、雷击等故障，需要进行故障位置的寻找，目前市场上35kv以下线路用的手段是故障指示器，这个是根据线路的电流变化来寻找故障；35kv以上线路用的较多的是行波测距方法来寻找故障位置；故障指示器对短路故障的识别准确度约有70％，对接地故障识别准确度约40％，产品存在局限性；行波测距法的设备价格高，系统复杂，安装难度高，准确度比故障指示器好一点，但是也不能达到理想的效果。现有的对35kv以上线路的故障定位的产品采用的原理及手段都是从高压导线上采集电流、电压、特征波等物理信号，其存在的缺点是安装成本高，不易操作；只分析电流的大小、波形，定位精确度低。鉴于此，为克服上述缺陷，提供一种基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置和定位方法成为本领域亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置和定位方法，定位准确性高、安装及维护方便。为解决以上技术问题，本专利技术的技术方案为：一种基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置，包括安装于输电杆塔接地导体上的定位设备和设于上位机中的定位系统；定位设备，用于预设地理位置参数；用于采集输电杆塔接地导体的电流信号，所述电流信号包括杆塔泄漏电流和杆塔雷击电流；用于对电流信号进行预处理及有效值提取形成电流数据并传输至定位系统；定位系统，用于分析电流数据的大小、频率、波形特征，判断电流数据是否为故障电流，根据检测到故障电流的定位设备确定故障位置；定位系统包括数据库和定位单元；数据库用于存储采集的电流数据，数据库中预设有故障模型，且故障模型中电流的数据按照不同的类别标签进行分类；定位单元包括第一比较模块、第二比较模块和第三比较模块；第一比较模块用于判断电流数据的大小、频率、波形特征与故障模型的相似度是否大于第一相似度阈值；第二比较模块用于判断电流数据的频率和波形特征与杆塔前期正常电流历史数据的相似度是否小于第二相似度阈值；第三比较模块用于将电流数据根据电流数据所在的类别标签进行联动查询，判断电流数据的频率和波形特征与同一标签下故障电流的数据相似度是否大于第三相似度阈值；电流数据在第一比较模块、第二比较模块和第三比较模块的比较后，若电流数据与故障模型的相似度大于第一相似度阈值，与杆塔前期正常电流历史数据的相似度小于第二相似度阈值，与同一标签下故障电流的数据相似度大于第三相似度阈值，则将此次电流数据定义为“故障电流”，根据定位设备的地理位置参数确定故障位置；否则，定义此次电流数据为“异常电流”。按以上方案，所述定位设备包括电流采集装置、信号处理电路、通讯装置和连接于电流采集装置、信号处理电路和通讯装置电源端的供电电源；其中，电流采集装置连接于信号处理电路输入端用于采集接地导体的电流信号，电流采集装置包括用于采集杆塔泄漏电流的小电流传感器和用于采集杆塔雷击电流的大电流传感器；小电流传感器和大电流传感器的输出端均连接于信号处理电路输入端；信号处理电路用于对电流信号进行预处理及有效值提取形成电流数据，对采集的电流信号进行预处理，过滤无用数值，保留有效数值进行发送，减少与上位机的通讯次数，提高检测精度；信号处理电路包括控制器和均连接于控制器的滤波器、放大器、比较器和时钟模块；其中滤波器包括小电流滤波器和大电流滤波器，放大器包括小电流放大器和大电流放大器，小电流滤波器输入端连接于小电流传感器输出端，小电流滤波器输出端连接小电流放大器输入端，小电流放大器输出端连接于控制器；大电流滤波器输入端连接于大电流传感器输出端，大电流滤波器输出端连接大电流放大器输入端，大电流放大器输出端连接于控制器；小电流滤波器和大电流滤波器的输出端均连接于比较器；所述控制器中预设地理位置参数、采样间隔和触发阈值，比较器比较电流信号与触发阈值，若电流信号不超过触发阈值，设备为睡眠状态，控制器按照预设的采样间隔进行定时唤醒，控制器控制电流采集装置同步采集电流信号并通过信号处理电路对电流信号预处理后形成电流数据，按顺序将电流数据发送上位机；若电流信号超过触发阈值，设备从睡眠状态进入触发工作模式，控制器控制电流采集装置多次采集电流信号并立即发送至上位机；触发阈值包括泄漏电流触发阈值和雷击电流触发阈值，比较器将小电流传感器采集的泄漏电流与泄漏电流触发阈值进行比较，若超过泄漏电流触发阈值，控制器唤醒设备进行工作，比较器将大电流传感器采集的雷击电流与雷击电流触发阈值进行比较，若超过雷击电流触发阈值，控制器唤醒设备进行工作；时钟模块用于在定位设备与上位机进行数据交换时进行时间同步，与上位机进行网络对时，按要求的时间发送数据；通讯装置连接控制器输出端用于将信号处理电路输出的电流信号传输至上位机的定位系统；在定位设备的电流数据发送完成后，会等待上位机定位系统的回复消息，如果在超时时间内未等到指定的数据，出现发送不成功情况，控制器有自动重新发送功能，重新发送上一次的数据，确保数据不丢失，此功能由控制器内置的程序实现；控制器还发送定位设备数据至上位机，包括电流采集装置的温度、供电电源的电池电压、通讯装置的信号强度等至上位机，这些数据为定时上报的数据；电池电压在上位机显示，低于正常工作电压时上位机发出预警。优选的，所述信号处理电路还包括设于滤波器前端的保护电路，防止电流传感器产生过流、过压等情况，避免其他元件受到损坏；保护电路中，使用稳压二极管保护测量电路，防止过压输入，使用自恢复保险丝Fu来防止小电流传感器和大电流传感器中电流线圈过流损坏。按以上方案，所述小电流传感器为穿芯式电流互感器，大电流传感器为罗氏线圈。穿芯式电流互感器测量毫安至数安培的小电流，罗氏线圈具有电流可实时测量、响应速度快、不会饱和的特点，适用交流尤其是高频大电流测量，测量数安培至数百安培级的电流。按以上方案，所述通讯装置包括连接于信号处理电路输出端的NB-IoT终端和连接于NB-IoT终端的天线；实现串口设备与网络上位机，通过运营商NB-IoT网络相互传输数据，为无线传输方式，采用的是NB-IoT协议，数据传输的可靠性高，稳定性强。按以上方案，所述供电电源包括锂电池和电源管理模块，电源管理模块设于控制器和锂电池之间实现电压转换及电池放电的保护和管理。按以上方案，所述定位设备还包括内部中空的壳体，电流采集装置、信号处理电路、通讯装置和供电电源均设于壳体内；壳体中部设有用于接地导体穿过的通孔，通孔位于小电流传感器和小电流传感器中间；小电流传感器和大电流传感器在安装位置上重叠，构成电流采集装置。输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位方法，其特征在于：使用上述的故障定位装置，所述故障定位方法步骤包括：步骤1)：定位设备预设地理位置参数，采集输电杆塔接地导体的电流信号，所述电流信号包括杆塔泄漏电流和杆塔雷击电流；对电流信号进行预处理及有效值提取形成电流数据并传输至定位系统；本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置，其特征在于：包括安装于输电杆塔接地导体(3)上的定位设备(1)和设于上位机(4)中的定位系统(2)；/n定位设备(1)，用于预设地理位置参数；用于采集输电杆塔接地导体(3)的电流信号，所述电流信号包括杆塔泄漏电流和杆塔雷击电流；用于对电流信号进行预处理及有效值提取形成电流数据并传输至定位系统(2)；/n定位系统(2)，用于分析电流数据的大小、频率、波形特征，判断电流数据是否为故障电流，根据检测到故障电流的定位设备(1)确定故障位置；定位系统(2)包括数据库(201)和定位单元(202)；/n数据库(201)用于存储采集的电流数据，数据库(201)中预设有故障模型，且故障模型中电流的数据按照不同的类别标签进行分类；/n定位单元(202)包括第一比较模块(2021)、第二比较模块(2022)和第三比较模块(2023)；第一比较模块(2021)用于判断电流数据的大小、频率、波形特征与故障模型的相似度是否大于第一相似度阈值；第二比较模块(2022)用于判断电流数据的频率和波形特征与杆塔前期正常电流历史数据的相似度是否小于第二相似度阈值；第三比较模块(2023)用于将电流数据根据电流数据所在的类别标签进行联动查询，判断电流数据的频率和波形特征与同一标签下故障电流的数据相似度是否大于第三相似度阈值；电流数据在第一比较模块(2021)、第二比较模块(2022)和第三比较模块(2023)的比较后，若电流数据与故障模型的相似度大于第一相似度阈值，与杆塔前期正常电流历史数据的相似度小于第二相似度阈值，与同一标签下故障电流的数据相似度大于第三相似度阈值，则将此次电流数据定义为“故障电流”，根据定位设备(1)的地理位置参数确定故障位置；否则，定义此次电流数据为“异常电流”。/n...

【技术特征摘要】
1.基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置，其特征在于：包括安装于输电杆塔接地导体(3)上的定位设备(1)和设于上位机(4)中的定位系统(2)；
定位设备(1)，用于预设地理位置参数；用于采集输电杆塔接地导体(3)的电流信号，所述电流信号包括杆塔泄漏电流和杆塔雷击电流；用于对电流信号进行预处理及有效值提取形成电流数据并传输至定位系统(2)；
定位系统(2)，用于分析电流数据的大小、频率、波形特征，判断电流数据是否为故障电流，根据检测到故障电流的定位设备(1)确定故障位置；定位系统(2)包括数据库(201)和定位单元(202)；
数据库(201)用于存储采集的电流数据，数据库(201)中预设有故障模型，且故障模型中电流的数据按照不同的类别标签进行分类；
定位单元(202)包括第一比较模块(2021)、第二比较模块(2022)和第三比较模块(2023)；第一比较模块(2021)用于判断电流数据的大小、频率、波形特征与故障模型的相似度是否大于第一相似度阈值；第二比较模块(2022)用于判断电流数据的频率和波形特征与杆塔前期正常电流历史数据的相似度是否小于第二相似度阈值；第三比较模块(2023)用于将电流数据根据电流数据所在的类别标签进行联动查询，判断电流数据的频率和波形特征与同一标签下故障电流的数据相似度是否大于第三相似度阈值；电流数据在第一比较模块(2021)、第二比较模块(2022)和第三比较模块(2023)的比较后，若电流数据与故障模型的相似度大于第一相似度阈值，与杆塔前期正常电流历史数据的相似度小于第二相似度阈值，与同一标签下故障电流的数据相似度大于第三相似度阈值，则将此次电流数据定义为“故障电流”，根据定位设备(1)的地理位置参数确定故障位置；否则，定义此次电流数据为“异常电流”。


2.根据权利要求1所述的基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置，其特征在于：所述定位设备(1)包括电流采集装置(101)、信号处理电路(102)、通讯装置(103)和连接于电流采集装置(101)、信号处理电路(102)和通讯装置(103)电源端的供电电源(104)；其中，
电流采集装置(101)连接于信号处理电路(102)输入端用于采集接地导体(3)的电流信号，电流采集装置(101)包括用于采集杆塔泄漏电流的小电流传感器(101a)和用于采集杆塔雷击电流的大电流传感器(101b)；小电流传感器(101a)和大电流传感器(101b)的输出端均连接于信号处理电路(102)输入端；
信号处理电路(102)用于对电流信号进行预处理及有效值提取形成电流数据，信号处理电路(102)包括控制器(1021)和均连接于控制器(1021)的滤波器(1022)、放大器(1023)、比较器(1024)和时钟模块(1025)；其中滤波器(1022)包括小电流滤波器和大电流滤波器，放大器(1023)包括小电流放大器和大电流放大器，小电流滤波器输入端连接于小电流传感器(101a)输出端，小电流滤波器输出端连接小电流放大器输入端，小电流放大器输出端连接于控制器(1021)；大电流滤波器输入端连接于大电流传感器(101b)输出端，大电流滤波器输出端连接大电流放大器输入端，大电流放大器输出端连接于控制器(1021)；小电流滤波器和大电流滤波器的输出端均连接于比较器(1024)；所述控制器(1021)中预设地理位置参数、采样间隔和触发阈值，比较器(1024)比较电流信号与触发阈值，若电流信号不超过触发阈值，设备为睡眠状态，控制器(1021)按照预设的采样间隔进行定时唤醒，控制器(1021)控制电流采集装置(101)同步采集电流信号并通过信号处理电路(102)对电流信号预处理后形成电流数据，按顺序将电流数据发送上位机(4)；若电流信号超过触发阈值，设备从睡眠状态进入触发工作模式，控制器(1021)控制电流采集装置(101)多次采集电流信号并立即发送至上位机(4)；触发阈值包括泄漏电流触发阈值和雷击电流触发阈值，比较器(1024)将小电流传感器(101a)采集的泄漏电流与泄漏电流触发阈值进行比较，若超过泄漏电流触发阈值，控制器(1021)唤醒设备进行工作，比较器(1024)将大电流传感器(101b)采集的雷击电流与雷击电流触发阈值进行比较，若超过雷击电流触发阈值，控制器(1021)唤醒设备进行工作；时钟模块(1025)用于在定位设备(1)与上位机(4)进行数据交换时进行时间同步，按要求的时间发送数据；
通讯装置(103)连接控制器(1021)用于将信号处理电路(102)输出的电流信号传输至上位机(4)的定位系统(2)。


3.根据权利要求2所述的基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置，其特征在于：所述小电流传感器(101a)为穿芯式电流互感器，大电流传感器(101b)为罗氏线圈。


4.根据权利要求2所述的基于输电杆塔泄漏电流的输电线路故障定位装置，其特征在于：所述通讯装置(103)包括连接于信号处理电路(102)输出端的NB-IoT终端和连接于NB-IoT终端的天线。


5....

【专利技术属性】
技术研发人员：施宏，吴为，赵登峰，
申请(专利权)人：江苏轶一电力科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32