输电线路故障定位系统及方法

技术领域

本申请涉及电力系统监测技术领域，特别涉及一种输电线路故障定位系统及方法。

背景技术

由于高压架空输电线路架设及维修方便，成本较低，便于超长距离大容量输电的优点，在广大城市以外的地区，大量使用架空线作为主要的电能输送方式。但高压架空输电线路容易受到环境因素，如大风、雷击、污秽、冰雪等的影响而引起跳闸。为了保证线路在瞬时故障后如鸟害、雷击等故障后能够快速的恢复供电，对于高压架空输电线路的实时监测显得十分的重要。

通常采用的监测手段有故障指示器、故障定位装置等。故障指示器通常运用在6～35kV的配网架空线路上，采用太阳能或感应取电为监测装置供能，并通过高亮LED及翻牌指示作为线路状态指示方式。然而故障指示器受限于其采样频率，无法做到故障点的定位，只能在人工巡检找故障点时进行辅助提醒。

一种现有技术，通过在输电线路上安装检测装置检测行波电流得到检测数据，从而根据检测数据再将检测数据发送至定位终端，定位终端根据检测数据对故障点进行定位。然而在进行大范围输电线路监控时，定位终端会接入多个检测装置，随着接入的检测装置增多，处理的检测数据量增大，定位终端的处理效率下降。

发明内容

本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种输电线路故障定位系统及方法，能够解决现有的监测手段需要人工巡检定位故障点和大范围监测时处理效率下降的问题。

根据本申请实施例第一方面的输电线路故障定位系统，包括：

多个故障监测从机和多个故障监测主机，多个所述故障监测主机和多个所述故障监测从机依次交替安装在输电线路上；

所述故障监测从机包括第一控制模块以及皆与所述第一控制模块连接的第一高频行波电流传感器和第一通讯模块；所述第一高频行波电流传感器用于监测所述输电线路的行波电流信号，并得到第一录波数据；

所述故障监测主机包括第二控制模块以及皆与所述第二控制模块连接的第二高频行波电流传感器和第二通讯模块；所述第二通讯模块用于与所述第一通讯模块进行数据交互；所述第二高频行波电流传感器用于监测所述输电线路的所述行波电流信号，并得到第二录波数据；所述第二控制模块用于根据所述第一录波数据和所述第二录波数据确定输电线路中故障点的位置信息；所述故障监测从机和所述故障监测主机布置在两个变电站之间。

根据本申请第一方面实施例的输电线路故障定位系统，至少具有如下有益效果：

通过输电线路上的故障监测从机监测行波电流信号得到第一录波数据，故障监测主机监测行波电流信号得到第二录波数据，再根据第一录波数据和第二录波数据计算得到故障点的位置信息。由于行波电流信号会随着传输距离的增加而衰减，当传输距离过长，行波电流信号衰减过大会导致故障监测主机或故障监测从机无法有效采集到行波电流信号。因此在输电线路上依次交替安装多个故障监测主机和多个故障监测从机当输电线路任意一处发生故障时，距离故障点较近的故障监测主机和故障监测从机能监测到行波电流信号，实现大范围监测。本申请第一方面实施例的输电线路故障定位系统，相较于传统的故障定位装置，能够直接得到输电线路上的故障点位置信息，无需人工巡检，另外，通过故障监测主机根据第一录波数据和第二录波数据确定故障点的位置信息，实现边缘计算，避免大量数据集中处理，处理效率高。

根据本申请的一些实施例，所述故障监测主机和所述故障监测从机皆有多个；多个所述故障监测主机和多个所述故障监测从机依次交替安装在所述输电线路上。

根据本申请的一些实施例，所述故障监测主机和所述故障监测从机之间的距离为20km～30km内任意一值。

根据本申请的一些实施例，所述故障监测从机还包括第一工频电流传感器，所述第一工频电流传感器连接所述第一控制模块，所述第一工频电流传感器用于监测所述输电线路的电流。

根据本申请的一些实施例，所述故障监测主机还包括第二工频电流传感器，所述第二工频电流传感器连接所述第二控制模块，所述第二工频电流传感器用于监测所述输电线路的电流。

根据本申请第二方面实施例的输电线路故障定位方法，应用于上述的输电线路故障定位系统，输电线路故障定位方法包括：

获取第一录波数据，所述第一录波数据为故障监测从机对输电线路上的行波电流信号录波得到的波形数据；

根据所述第一录波数据确定第一行波起始时间，所述第一行波起始时间为所述第一录波数据中所述行波电流信号波头对应的时间；

获取第二录波数据，所述第二录波数据为故障监测主机对所述输电线路上的所述行波电流信号录波得到的波形数据；

根据所述第二录波数据得到第二行波起始时间，所述第二行波起始时间为所述第二录波数据中所述行波电流信号波头对应的时间；

获取安装间隔距离和所述行波电流信号的传播速度，所述安装间隔距离为所述故障监测主机和所述故障监测从机之间的距离；

根据所述第一行波起始时间、所述第二行波起始时间、所述安装间隔距离和所述传播速度得到故障点的位置信息。

根据本申请第二方面实施例的输电线路故障定位方法，至少具有如下有益效果：

通过输电线路上的故障监测从机监测行波电流信号得到第一录波数据，故障监测主机监测行波电流信号得到第二录波数据，再根据第一录波数据和第二录波数据计算得到故障点的位置信息。由于行波电流信号会随着传输距离的增加而衰减，当传输距离过长，行波电流信号衰减过大会导致故障监测主机或故障监测从机无法有效采集到行波电流信号。因此在输电线路上依次交替安装多个故障监测主机和多个故障监测从机当输电线路任意一处发生故障时，距离故障点较近的故障监测主机和故障监测从机能监测到行波电流信号，实现大范围监测。本申请第二方面实施例的输电线路故障定位方法，相较于传统的故障定位技术，能够直接得到输电线路上的故障点位置信息，无需人工巡检，另外，通过故障监测主机根据第一录波数据和第二录波数据确定故障点的位置信息，实现边缘计算，避免大量数据集中处理，处理效率高。

根据本申请的一些实施例，所述获取第一录波数据，包括：

当所述故障监测从机监测到所述输电线路的电流大于预设触发电流阈值，确认监测到所述行波电流信号，对所述行波电流信号进行录波得到所述第一录波数据。

根据本申请的一些实施例，所述获取第二录波数据，包括：

当所述故障监测主机监测到所述输电线路的电流大于预设触发电流阈值，确认监测到所述行波电流信号，对所述行波电流信号进行录波得到第二录波数据。

根据本申请的一些实施例，根据所述第一行波起始时间和所述第二行波起始时间计算得到所述行波电流信号传输到所述故障监测从机和所述故障监测主机的时间差值；

根据所述时间差值和所述传播速度计算得到所述行波电流信号传播到所述故障监测主机和所述故障监测从机的距离差值；

根据所述距离差值和所述安装间隔距离，计算得到所述故障点与所述故障监测主机的距离，以及所述故障点与所述故障监测从机的距离。

根据本申请的一些实施例，通过如下公式得到所述故障点的位置信息：

L

L

其中，L

根据本申请第三方面实施例的计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序被处理器执行时用于实现如上述的输电线路故障定位方法。

根据本申请第三方面实施例的计算机可读存储介质，至少具有如下有益效果：

通过输电线路上的故障监测从机监测行波电流信号得到第一录波数据，故障监测主机监测行波电流信号得到第二录波数据，再根据第一录波数据和第二录波数据计算得到故障点的位置信息。由于行波电流信号会随着传输距离的增加而衰减，当传输距离过长，行波电流信号衰减过大会导致故障监测主机或故障监测从机无法有效采集到行波电流信号。因此在输电线路上依次交替安装多个故障监测主机和多个故障监测从机当输电线路任意一处发生故障时，距离故障点较近的故障监测主机和故障监测从机能监测到行波电流信号，实现大范围监测。本申请第三方面实施例的计算机可读存储介质，相较于传统的故障定位技术，能够直接得到输电线路上的故障点位置信息，无需人工巡检，另外，通过故障监测主机根据第一录波数据和第二录波数据确定故障点的位置信息，实现边缘计算，避免大量数据集中处理，处理效率高。

本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：

图1为本申请一实施例中输电线路故障定位系统的示意图；

图2为本申请一实施例中输电线路故障定位系统的安装示意图；

图3为本申请一实施例中行波电流信号传播示意图a；

图4为本申请一实施例中行波电流信号传播示意图b；

图5为本申请一实施例中行波电流信号传播示意图c；

图6为本申请一实施例中行波电流信号传播示意图d；

图7为本申请一实施例中行波电流信号传播示意图e；

图8为本申请一实施例中行波电流信号传播示意图f；

图9为本申请一实施例中输电线路故障定位方法的流程图；

图10为本申请一实施例中得到故障点位置的流程图。

附图标记：

故障监测从机100、

故障监测主机200、

监测平台300、

故障点400、

变电站500。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，多个指的是两个以上。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、电性连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。

下面参照图1至图9描述根据本申请实施例的一种输电线路故障定位系统及方法。

本申请一实施例的输电线路故障定位系统，如图1所示，包括：故障监测从机100和故障监测主机200，故障监测从机100和故障监测主机200皆安装在输电线路上。故障监测从机100包括第一控制模块以及皆与第一控制模块连接的第一高频行波电流传感器和第一通讯模块。第一高频行波电流传感器用于监测输电线路的行波电流信号，并得到第一录波数据。故障监测主机200包括第二控制模块以及皆与第二控制模块连接的第二高频行波电流传感器和第二通讯模块。第二通讯模块用于与第一通讯模块进行数据交互；第二高频行波电流传感器用于监测输电线路的行波电流信号，并得到第二录波数据。第二控制模块用于根据第一录波数据和第二录波数据确定输电线路中故障点400的位置信息；故障监测从机100和故障监测主机200布置在两个变电站500之间。

本实施例中，通过输电线路上的故障监测主机200监测行波电流信号得到第一录波数据，故障监测从机100监测行波电流信号得到第二录波数据，再根据第一录波数据和第二录波数据计算得到故障点400的位置信息。本申请实施例的输电线路故障定位系统，相较于传统的故障定位装置，能够直接得到输电线路上的故障点400的位置信息，无需人工巡检。

可以理解的是，故障定位系统在本地执行波头判断、波形及故障类型识别等功能及算法，再将故障点400的位置信息发送给监测平台300，实现边缘计算，大幅减少监测平台300的数据处理量，使得监测平台300能够满足大范围的多种监测设备接入需求。

需要说明的是，如图1所示，第一通讯模块包括第一Lora模块，第一Lora模块连接第一控制模块。第二通讯模块包括第二Lora模块和4G通讯模块，第二Lora模块连接第二控制模块，4G通讯模块连接第二控制模块。故障监测主机200通过第二Lora模块与第一Lora模块组网，实现故障监测主机200和故障监测从机100通讯连接，进行本地通讯传输。故障监测主机200通过4G通讯模块与监测平台300通讯连接。

可以理解的是，在实际安装应用时，如图2所示，在输电线路的A、B、C三相上均设置输电线路故障定位系统。

本申请的一实施例，输电线路故障定位系统包括多个故障监测主机200和多个故障监测从机100，多个故障监测主机200和多个故障监测从机100依次交替安装在输电线路上。

本实施例中，如图3至图8所示，图3至图8分别为故障点400处于输电线路不同位置时的行波电流信号传播示意图，由于行波电流信号会随着传输距离的增加而衰减，当传输距离过长，行波电流信号衰减过大会导致故障监测主机200或故障监测从机100无法有效采集到行波电流信号。因此在输电线路上依次交替安装多个故障监测主机200和多个故障监测从机100，当输电线路任意一处发生故障时，距离故障点400较近的故障监测主机200和故障监测从机100能监测到行波电流信号，保障输电线路全段监测。

可以理解的是，由于行波电流信号会随着传输距离的增加而衰减，因此行波电流信号传播的范围有限，通过合理设置故障监测主机200与故障监测从机100的距离，保证距离故障点400最近的故障监测主机200与故障监测从机100能够监测到行波电流信号，并且，距离故障点400相对较远的故障监测主机200与故障监测从机100无法监测到行波电流信号。

本申请的一实施例，故障监测主机200和故障监测从机100之间的距离为20km～30km内任意一值为20km～30km内任意一值。

本实施例中，相邻的故障监测主机200和故障监测从机100之间的距离为20km～30km，能有效监测到相邻的故障监测主机200和故障监测从机100之间的行波电流信号，对故障点400进行定位。

本申请的一实施例，故障监测从机100还包括第一工频电流传感器，第一工频电流传感器连接第一控制模块。

本实施例中，通过第一工频电流传感器对由雷击等引起的短路故障电流、接地故障电流进行监测录波，辅助故障类型的判断。在输电线路正常工况下，也可以对输电线路的运行电流进行监测，了解输电线路负荷情况。

本申请的一实施例，故障监测主机200还包括第二工频电流传感器，第二工频电流传感器连接第二控制模块，第二工频电流传感器用于监测输电线路的电流。

本实施例中，通过第二工频电流传感器对由雷击等引起的短路故障电流、接地故障电流进行监测录波，辅助故障类型的判断。在输电线路正常工况下，也可以对输电线路的运行电流进行监测，了解输电线路负荷情况。

根据本申请实施例的输电线路故障定位方法，应用于上述任一实施例的输电线路故障定位装置，如图9所示，包括：

步骤S100：获取第一录波数据，第一录波数据为故障监测从机100对输电线路上的行波电流信号录波得到的波形数据；

本步骤中，通过故障监测从机100对输电线路进行监测，对行波电流信号进行录波，获取第一录波数据。

步骤S200：根据第一录波数据得到第一行波起始时间，第一行波起始时间为第一录波数据中行波电流信号波头对应的时间；

本步骤中，通过故障监测从机100处理第一录波数据，从第一录波数据中得到行波电流信号波头对应的时间。

步骤S300：获取第二录波数据，第二录波数据为故障监测主机200对输电线路上的行波电流信号录波得到的波形数据；

本步骤中，通过故障监测主机200对输电线路进行监测，对行波电流信号进行录波，获取第二录波数据。

步骤S400：根据第二录波数据得到第二行波起始时间，第二行波起始时间为第二录波数据中行波电流信号波头对应的时间；

本步骤中，通过故障监测主机200处理第二录波数据，从第二录波数据中得到行波电流信号波头对应的时间。

步骤S500：获取安装间隔距离和行波电流信号的传播速度，安装间隔距离为故障监测主机200和故障监测从机100之间的距离；

本步骤中，通过故障监测主机200获得安装间隔距离和行波电流信号的传播速度，以便于后续步骤确定故障点400的位置。

步骤S600：根据第一行波起始时间、第二行波起始时间、安装间隔距离和传播速度得到故障点400的位置信息。

本步骤中，通过故障监测从机100将第一行波起始时间发送给故障监测主机200，故障监测主机200根据第一行波起始时间、第二行波起始时间、安装间隔距离和传播速度得到故障点400的位置信息。

本实施例中，通过输电线路上的故障监测从机100监测行波电流信号的波头时间确定第一行波起始时间，故障监测主机200监测行波电流信号的波头时间确定第二行波起始时间，再根据第一行波起始时间和第二行波起始时间、安装间隔距离、行波电流信号的传播速度，计算得到故障点400的位置信息。本申请实施例的输电线路故障定位方法，相较于传统的故障定位装置，能够直接得到输电线路上的故障点400位置信息，无需人工巡检。

可以理解的是，故障监测从机100包括第一GNSS授时模块，第一GNSS授时模块连接第一控制模块，故障监测主机200包括第二GNSS授时模块，第二GNSS授时模块连接第二控制模块，使得故障监测主机200和故障监测从机100保持时间同步，便于准确得到第一行波起始时间和第二行波起始时间，从而精准计算故障点400的位置信息。

本申请一实施例，对步骤S100中的“获取第一录波数据”进行进一步说明，步骤S100包括但不限于步骤S110。

步骤S110：当故障监测从机100监测到输电线路的电流大于预设触发电流阈值，确认监测到行波电流信号，对行波电流信号进行录波得到第一录波数据。

本实施例中，当故障监测从机100监测到输电线路中电流大于预设触发电流阈值，确认监测到行波电流信号，输电线路发生故障，对行波电流信号进行录波得到第一录波数据，以便于后续步骤通过对第一录波数据进行处理得到其中的波头时间，即得到第一行波起始时间。

本申请一实施例，对步骤S300中的“获取第二录波数据”进行进一步说明，步骤S300包括但不限于步骤S310。

步骤S310：当故障监测主机200监测到输电线路的电流大于预设触发电流阈值，确认监测到行波电流信号，对行波电流信号进行录波得到第二录波数据。

本实施例中，当故障监测主机200监测到输电线路中电流大于预设触发电流阈值，确认监测到行波电流信号，输电线路发生故障，对行波电流信号进行录波得到第二录波数据，以便于后续步骤通过对第二录波数据进行处理得到其中的波头时间，即得到第二行波起始时间。

需要说明的是，故障监测从机100以及故障监测主机200在实时监测时，会划定一个指定大小的存储空间，故障监测从机100以及故障监测主机200持续对波形进行录波的同时也持续对波形数据进行舍弃，维持所划定的存储空间为占用一半的状态，即半满状态。当故障监测从机100以及故障监测主机200监测到行波电流信号的波头时，不再舍弃波形数据，从而得到完整的第一录波数据和第二录波数据。

本申请的一实施例，对步骤S600中的“根据第一行波起始时间、第二行波起始时间、安装间隔距离和传播速度得到故障点400的位置信息”进行进一步说明，如图10所示，步骤S600包括但不限于步骤S610、步骤S620和步骤S630。

步骤S610：根据第一行波起始时间和第二行波起始时间计算得到行波电流信号传输到故障监测从机100和故障监测主机200的时间差值；

步骤S620：根据时间差值和传播速度计算得到行波电流信号传播到故障监测主机200和故障监测从机100的距离差值；

步骤S630：根据距离差值和安装间隔距离，计算得到故障点400与故障监测主机200的距离，以及故障点400与故障监测从机100的距离。

本实施例中，通过第一行波起始时间和第二行波起始时间计算得到行波电流信号传输到故障监测从机100和故障监测主机200的时间差值，以便于根据时间差值和传播速度，计算出行波电流信号传播到故障监测主机200和故障监测从机100的距离差值，再根据安装间隔距离计算得到故障点400与故障监测主机200的距离，以及故障点400与故障监测从机100的距离。

本申请的一实施例，通过如下公式得到故障点400的位置信息：

L

L

其中，L

本实施例中，通过上述公式能够准确计算故障点400分别距离最近的故障监测主机200和故障监测从机100的距离，得到故障点400的位置信息。

本申请的一实施例，如图1所示，还包括步骤S700。

步骤S700：将故障点400的位置信息发送给监测平台300。

本步骤中，通过故障监测主机200将故障点400的位置信息发送给监测平台300，实现边缘计算。

另外，本申请一实施例还公开了一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，处理器可执行的程序被处理器执行时用于实现如上述的输电线路故障定位方法。

本实施例中，通过输电线路上的故障监测主机200监测行波电流信号的波头时间确定第一行波起始时间，故障监测从机100监测行波电流信号的波头时间确定第二行波起始时间，再根据第一行波起始时间和第二行波起始时间、安装间隔距离、行波电流信号的传播速度，计算得到故障点400的位置信息。本申请实施例的输电线路故障定位方法，相较于传统的故障定位装置，能够直接得到输电线路上的故障点400位置信息，无需人工巡检。

本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、信息结构、程序模块或其他信息)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、信息结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制信息信号中的其他信息，并且可包括任何信息递送介质。

上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出种变化。