一种GIL电弧放电故障定位方法及系统与流程

一种gil电弧放电故障定位方法及系统
技术领域
1.本发明属于输变电监测技术领域，具体公开了一种gil电弧放电故障定位方法及系统。


背景技术：

2.gil(gas
‑
insulated transmission lines),气体绝缘输电线路,是一种采用压缩的sf6气体(或混合气体绝缘)、外壳与导体同轴布置的输电设备。gil具有传输容量大、单位损耗低、受环境影响小、运行可靠性高、节省占地等优点，长期以来在水电站、核电站的电能送出场合获得了广泛应用。
3.在gil的制造、运输和现场组装等各个环节都可能导致其内部产生绝缘缺陷，gil耐压试验或日常运行时容易引发电弧击穿故障。由于gil输送容量大，一旦在内部发生电弧放电，如不能快速准确定位故障位置，及时修复，将严重影响整条输电线路的电能输送，经济损失和社会影响很大。
4.当前，gil工程应用尚不普遍，因此通常在实践中借鉴针对gis的电弧放电故障的定位方法，主要包括：人工监测、弧光法、超声法、行波法等，其中，超声法和特高频法在工程现场应用较多。
5.人工监测主要通过分段重复加压并依靠人耳听觉进行判断的方法，是在现场试验过程中每隔一定距离安排一位工作人员站在附近，一旦发生击穿后附近的工作人员就能通过声音来判断大致的击穿位置。这种方法耗时费力，极易受到现场环境和人主观因素影响、定位误差很大，而且还需多次拆卸和加压试验，可能设备造成损伤。
6.弧光法，通过监测放电弧光，依据放电电磁波脉冲进行定位，但是，需要在壳体上开孔，破坏了gil本来结构，同时，闪络产生的弧光信号易受本体结构影响，虽然灵敏度较高但是对早期局放信号无法识别。
7.超声法，通过监测放电产生的超声波信号进行监测，通过监测和分析故障时各传声器接收信号的幅值或时延来确定故障点的位置，虽然定位可靠性高，且传感器外置不影响gil本体绝缘、密封性能和内部电场分布。但是，由于声波传输衰减大，传感器监测距离短。
8.行波法，利用安装在每相gil两端的陡波传感器，将信号传递给该侧gps同步单元，通过两端gps输出的秒脉冲信号计算时间差，进而得到故障定位结果。此方法原理简单，但是行波由于是以近乎光速的速度在gil中传播，极小的时间误差就会造成数百米的定位偏差，且存在色散及gil结构所造成的影响，因此波头的识别和波速确定算法的可靠性并不高。


技术实现要素：

9.为克服现有技术在监控数据传输与处理方面的不足，本发明提供了一种gil电弧放电故障定位方法，包括以下步骤：
10.通过安装的行波传感器接收到表征放电故障的行波信号到达所述gil两端的先后顺序，获取第一故障区域定位；通过沿线间隔布置的所述多个超声波传感器接收到的gil表征放电故障的超声波信号的幅值定位故障范围；
11.根据所述定位故障范围起点处的超声波传感器首次接收到所述超声波信号和所述gil一端的行波传感器首次接收所述行波信号的时间差确定第二故障区域定位；
12.根据行波信号在所述gil传播速度经验值，结合gil一端两次接收到同一行波信号的时间差，计算出所述行波信号运动的路程，确定第三故障区域定位；
13.对所述第一故障区域定位、第二故障区域定位和第三故障区域定位进行对比分析，对故障点进行综合定位。这种定位方法距离的计算是通过声
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电结合来测定超声波行走的距离，再与通过行波法得出的结果进行比对分析，因而超声波传感器的配置数量可以成倍减少，而且避免了单纯用行波法误差较大，不可靠的弊病，且通过得出的结果代入原模型做递归运算，不断修正与测量相关的经验参数，进一步提升了测量的可靠性。
14.优选的，将多次综合定位的结果代入第三故障范围的算法做递归运算，逆推出新的行波信号在所述gil传播速度经验值，供后续综合定位使用。
15.优选的，还包括在安装的行波传感器接收到表征放电故障的行波信号之后，获取第一故障区域定位之前还包括将所述行波信号进行的模/数转换的步骤；在安装的超声波传感器接收到表征放电故障的超声波信号之后，获取第二故障区域定位之前，还包括：将所述超声波信号进行的模/数转换的步骤。
16.这样，就可以将行波信号的各种模拟参数转化为计算模块能接收并处理的数据变量，便于信息的收集、传输和处理。
17.本发明的另一方案在于提供一种gil电弧放电故障定位系统，包括：
18.由行波传感器、超声波传感器及传输装置构成的信号采集模块，用于接收发电故障的行波信号及超声波信号。通过表征放电故障的行波信号到达gil两端的先后顺序，获取第一故障区域定位。
19.由计时器、存储器、处理器及电路构成的故障区域定位模块，用于通过表征放电故障的行波信号到达gil两端的先后顺序，获取第一故障区域定位；并通过在gil设备的沿线间隔布置的超声波传感器接收到的超声波信号，定位故障范围，根据所述定位故障范围起点处的超声波传感器首次接收到所述超声波信号和所述gil一端的行波传感器首次接收所述行波信号的时间差确定第二故障区域定位；根据行波信号在所述gil传播速度经验值，结合gil一端两次接收到同一行波信号的时间差，计算出所述行波信号运动的路程，确定第三故障区域定位；对所述第一故障区域定位、第二故障区域定位和第三故障区域定位限定的范围进行对比分析，确定故障点的综合定位。
20.优选的，故障区域定位模块还用于将多次所述综合定位的结果代入所述第三故障定位算法做递归运算，逆推出新的行波信号在所述gil传播速度经验值，供再次综合定位使用。
21.优选的，该系统还包括转换模块，用于将所述行波信号进行的模/数转换。
22.优选的，该系统还包括转换模块，将所述超声波信号进行的模/数转换。
23.相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：解决了人工法需耗费大量人力，定位准确度低，无法用于长期在线监测的问题；克服了超声波法易误报、声
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声定位需用传感器
较多，而行波法易受电磁干扰、定位可靠性较差等缺点；适用于gil设备短时耐压试验故障定位和运行过程长期在线监测；定位误差小于1米，满足现场要求；优化系统构成，单个采集模块阵列可监测多条gil线路，大大减少了超声传感器用量，降低了设备成本和安装维护难度；实现了通过监测和分析gil内部电弧放电产生的超声波和行波信号来快速定位故障点。
附图说明
24.图1是本发明实施例的故障定位算法流程图；
25.图2是本发明实施例的信号采集模块结构示意图；
26.图3是本发明实施例的故障区域定位模块结构示意图；
具体实施方式
27.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创新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。
28.本实施例着眼于gil内部短时强烈的电弧放电故障，通过建立一套包括信号采集模块和故障区域定位模块的系统，通过运行植入该系统的程序来实施一种gil电弧放电故障定位方法。该方法包括下述步骤：
29.通过安装的行波传感器接收到表征放电故障的行波信号到达所述gil两端的先后顺序，获取第一故障区域定位；通过沿线间隔布置的所述多个超声波传感器接收到的gil表征放电故障的超声波信号的幅值定位故障范围；
30.根据所述定位故障范围起点处的超声波传感器首次接收到所述超声波信号和所述gil一端的行波传感器首次接收所述行波信号的时间差确定第二故障区域定位；
31.根据行波信号在所述gil传播速度经验值，结合gil一端两次接收到同一行波信号的时间差，计算出所述行波信号运动的路程，确定第三故障区域定位；
32.对所述第一故障区域定位、第二故障区域定位和第三故障区域定位进行对比分析，对故障点进行综合定位。
33.细节如下：
34.所述gil电弧放电故障定位方法适用于10kv～1100kv电压等级gil，三相共筒和三相分筒两种结构的设备。
35.行波传感器和超声波传感器检测gil发生电弧故障时的超声波和行波信号；
36.系统还包括模/数转换模块，将所述超声波信号和行波信号转换为数字信号；
37.根据gil的故障录波信息或开关远动的电弧放电故障的相和故障时间信息；
38.对行波传感器和n个超声波传感器接收到的数据信号过滤；
39.在现场干扰源方向安装有宽频电磁波传感器和宽频超声波传感器，监测环境背景噪声；
40.滤除环境背景噪声对行波传感器和超声波传感器的干扰，有效提高传感器信号波形检测精度；
41.通过安装的行波传感器接收到表征放电故障的行波信号到达所述gil两端的先后
顺序，获取第一故障区域定位；通过沿线间隔布置的n个超声波传感器(n依据gil设备结构确定，n大于2)接收到的gil表征放电故障的超声波信号的幅值定位故障范围；
42.如行波传感器没有检测到该次故障信息，表示行波单端定位失败；反之，根据放电行波信号到达gil两端的先后情况确定第一故障区域定位；
43.代入gil传播速度经验值，进行行波单端定位，给出定位结果b，作为第三故障区域定位；
44.根据所述定位故障范围起点处的超声波传感器首次接收到所述超声波信号和所述gil一端的行波传感器首次接收所述行波信号的时间差确定第二故障区域定位；
45.如检测到该故障信号的超声波传感器有m个，如m＝0,表示超声波定位失败；
46.如m＝1,初步判定故障区域为该传感器左右p米内(p的长度根据该传感器附件gil结构确定，通常p不超过20)；
47.若m大于1，即存在多个电弧放电故障点的可能；
48.通过幅值变化趋势、波形分析等判据去除异常数据，剩余q个传感器按幅值从大到小排列；
49.前5个传感器的左右p米区域为初步定位区域；
50.最后根据电弧故障放电信号传播至行波传感器和超声波传感器的触发时间的toa，通过声
‑
电定位给出定位结果a，作为第二故障区域定位。
51.行波法单端定位的计算公式为：
52.其中，l表示故障位置至行波传感器所在端部的距离，t
re1
表示第1次检测到行波信号的时刻，t
re3
表示第2次检测到行波信号的时刻，v表示gil电弧放电故障行波信号在该gil设备回路的传播速度。
53.行波传感器和超声波传感器声
‑
电定位的计算公式为：
54.l＝(t
ae
‑
t
re1
)*v
ae
其中，l表示故障位置至所述超声波传感器所在位置的距离t
ae
表示第1次检测到超声波信号的时刻，tre1表示第1次检测到行波信号的时刻，v
ae
表示gil电弧放电故障超声波在该gil设备回路的传播速度。
55.分析第一、第二、第三故障区域定位，对故障区域进行综合定位。
56.故障区域定位模块，还用于根据gil设备回路前几次的可靠定位结果反推该gil中行波信号传播速度，代替原来的传播速度经验值，运算后获得优化后的行波法单端定位与声
‑
电定位相互印证，再次对故障区域进行综合定位，进一步提高定位的可靠性、准确性。
57.每套所述信号采集模块与故障区域定位模块通过光纤或无线信号进行通信。
58.采集模块通过隔离防护模块连接市电供电，并配备锂电池作为热备用电源。
59.该系统可作为带电检测仪表短时使用，也可作为在线监测系统长期使用；
60.隔离防护模块包括：双隔离变压器、限压和过流防护电路，保障系统不受gil电弧放电故障瞬间的电磁干扰和地电位反击影响，正常工作。
61.信号采集模块通过gps、光纤或无线电波接收同步时钟信号，实现传感器信号的同步采集。
62.故障区域定位模块具备时
‑
频分析、波形模式识别等功能，有效提高故障定位信息的识别准确度。
63.本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机、可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd
‑
rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
64.本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
65.这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
66.这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
67.最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。