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      基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷方法

      文檔序號:6239425閱讀:228來源:國知局
      基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷方法
      【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷方法,該方法包括:獲得第n項輸電線路上的電流元dl及其鏡像dl’在空間某點產(chǎn)生的磁場:計算輸電線的懸鏈方程;將步驟得到的磁場代入到輸電線路的懸鏈方程中,并采用疊加原理可以計算N相導(dǎo)線、每相取(2K+1)個檔距長度在空間點P所產(chǎn)生的磁場強度;測量電流大小In和磁場強度Bn大小,計算出距離h。此外,若某一瞬間,某個三維磁場強度測量裝置測出的磁場方向發(fā)生突變,則說明該磁場強度測量裝置所在的輸電線路發(fā)生了短路故障。本發(fā)明能夠同時實現(xiàn)對架空輸電線中的短路故障進行判斷,以及對故障點的測距,判斷效果好,測量距離準確。
      【專利說明】
      基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷方法

      【技術(shù)領(lǐng)域】
      [0001]本發(fā)明涉及電力網(wǎng)中架空輸電線路故障檢測方法,具體地指一種基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷方法。

      【背景技術(shù)】
      [0002]架空輸電線路作為電力網(wǎng)的重要組成部分,是連接送端電源與受端負載間的紐帶,架空輸電線路的狀態(tài)直接關(guān)系到整個電網(wǎng)系統(tǒng)是否能夠安全穩(wěn)定的運行。長期露置在復(fù)雜的自然環(huán)境中,容易受到外力的破壞、化學(xué)氣體的腐蝕以及大風(fēng)、冰雪、雷擊等惡劣氣候的侵襲,從而導(dǎo)致短路事故。由于我國有些地區(qū)地勢復(fù)雜,導(dǎo)致檢修人員巡線工作十分困難,一旦架空輸電線路發(fā)生短路故障,故障點查找工作難度大,若采取人工巡線查找則效率低,使得搶修工作進展緩慢。
      [0003]目前,現(xiàn)有的故障定位方法主要有行波法和阻抗法,其中,行波法由于需要在高壓線路端直接安裝檢測裝置,使得基于行波法的定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、實現(xiàn)成本較高,而阻抗法對測量數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求高且易受故障阻抗、接地阻抗、線路參數(shù)的影響,在故障定位中會產(chǎn)生較大的誤差。


      【發(fā)明內(nèi)容】

      [0004]本發(fā)明目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷方法,該方法簡單、能夠快速測量出輸電線路距離磁場測量裝置的距離,以及快速準確判斷磁場強度測量裝置所在的輸電線路是否發(fā)生了短路故障。
      [0005]實現(xiàn)本發(fā)明目的采用的技術(shù)方案是:一種基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷方法,其特征在于:
      [0006](I)根據(jù)下式獲得第η項輸電線路上位于(xn,yn, zn)的電流元dl及其鏡像dl’在空間P(x, y, z)點產(chǎn)生的磁場:
      ? μ,, f I dl X r
      [0007]Bn = —J / —~
      4蓯 Jrn
      [0008]上式中,μ ^為真空磁導(dǎo)率;Ιη為第η相輸電線電流相量;rn為源點到觀測點的距離,In為導(dǎo)線長度;
      [0009](2)根據(jù)下式得到輸電線的懸鏈方程為:
      乙「 a(x + kL)..α.、~| ττ
      ζ = — cos(/1---cos(/z.—) + H
      [0010]a L L2 -

      -L/25:(x+kL)5:L/2
      [0011]其中a為水平張力系數(shù),L為檔距,H為輸電線路懸掛點對地高度,k為任意整數(shù);
      [0012]將步驟(I)中得到的磁場代入到步驟(2)的輸電線路的懸鏈方程中,并采用疊加原理可以計算N相導(dǎo)線、每相取(2K+1)個檔距長度在空間點P所產(chǎn)生的磁場強度;
      [0013](3)測量電流大小和磁場強度大小,計算出距離h。
      [0014]進一步地,所述基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷方法還包括:通過裝設(shè)在輸電線路桿塔上的三維磁場強度測量裝置測量磁場方向,若某一瞬間,某個三維磁場強度測量裝置測出的磁場方向發(fā)生突變,則說明該磁場強度測量裝置所在的輸電線路發(fā)生了短路故障。
      [0015]本發(fā)明能夠同時實現(xiàn)對架空輸電線中的短路故障進行判斷,以及對故障點的測距,判斷效果好,測量距離準確。

      【專利附圖】

      【附圖說明】
      [0016]圖1為本發(fā)明方法采用基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷裝置安裝在架空輸電線鐵塔上的結(jié)構(gòu)示意圖。
      [0017]圖2為本發(fā)明方法采用的基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷裝置的結(jié)構(gòu)框圖。
      [0018]圖3為架空輸電線路的結(jié)構(gòu)示意圖。

      【具體實施方式】
      [0019]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
      [0020]如圖1所示,本發(fā)明基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷裝置中包括三維磁場測量裝置I和工作端2。如圖2所示,三維磁場測量裝置I安裝在架空輸電線的鐵塔上;工作端2可以設(shè)置在工作人員的工作位置。
      [0021]三維磁場測量裝置I包括三維磁場傳感器探頭、信號調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換模塊、單片機和FPRA邏輯處理器,單片機連接有USB接口,通過該USB接口將處理后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴漕l發(fā)射端。
      [0022]工作端2設(shè)有顯示裝置,顯示裝置包括顯示器以及與顯示器連接的射頻接收端,射頻接收端接收射頻發(fā)射端通過射頻發(fā)射的數(shù)據(jù)。
      [0023]架空輸電線由于導(dǎo)線強度等方面的原因并不是一條水平直線而具有一定的弧垂,因而導(dǎo)線每一段的離地高度都不相同。當(dāng)輸電線懸掛兩端點等高(離地高度均為H)時,架空導(dǎo)線的最大弧垂出現(xiàn)在檔距中央。設(shè)輸電線路縱向為X軸方向,橫向為y軸方向,合理地建立三維空間坐標系,則最大弧垂處坐標為(00h。),具體情況如圖3所示,推導(dǎo)出輸電線的懸鏈方程為:
      乙「 ,, a{x f kL) αλ? ττ
      ζ = — cos(h---cos(/2.—) + H
      [0024]a LL2 -

      -L/25;(x+kL)S;L/2
      [0025]其中a為水平張力系數(shù),L為檔距,H為輸電線路懸掛點對地高度,k為任意整數(shù),h為輸電線上的某點到地面的距離,上式中只有h為未知量。由畢奧一薩伐爾定律可知,第η項輸電線路上位于(xn, yn, zn)電流元dl及其鏡像dl’在空間P(x, y, ζ)點產(chǎn)生的磁場為
      [0026]B11-^
      4πJ r:
      [0027]上式中,μ ^為真空磁導(dǎo)率;Ιη為第η相輸電線電流相量;rn為源點到觀測點的距離,In為導(dǎo)線長度;
      [0028]將上式代入到輸電線路的懸鏈方程中,即將輸電導(dǎo)線分成m段,每一段的具體位通過ζ計算得出,該段中的每一點的磁場強度由Bn得出,通過Bn計算出的每一點磁場積分可以得出空間某一點在導(dǎo)線作用下的磁場強度,并采用疊加原理可以計算N相導(dǎo)線、每相取(2K+1)個檔距長度在空間點P所產(chǎn)生的磁場強度。這樣,即建立了一個架空輸電線路的三維磁場等效模型。而模型中的電流大小和磁場強度大小是可以通過裝置測量出來的,故電流磁場都是已知量,即可反推出距離h。
      [0029]在架空輸電線的鐵塔中安裝的三維磁場強度測量裝置I即可測量出該點的磁場強度,將磁場強度值作為已知量代入到上面的架空輸電線路的三維磁場等效模型中后,即可反算出其中唯一的未知量h,即測量出了輸電線路距離三維磁場強度測量裝置I的距離。三維磁場強度測量裝置I測量磁場強度的過程如下:三維磁場傳感器探頭采集磁場數(shù)據(jù)后傳輸至信號調(diào)理電路,信號調(diào)理電路將磁場數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號后傳輸至A/D轉(zhuǎn)換模塊,A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,單片機用于控制所述A/D轉(zhuǎn)換模塊的開啟并以DMA方式將三維磁場傳感器探頭測量的數(shù)據(jù)存儲到信號調(diào)理電路中。
      [0030]此外,在每個輸電線路的鐵搭上裝設(shè)三維磁場測量裝置I還可以判斷出發(fā)生輸電線路發(fā)生短路故障時,故障發(fā)生在哪一段架空輸電線路上。因為當(dāng)輸電線路發(fā)生短路故障后,故障點前端線路中的電流方向不變,但故障點后端的電流方向?qū)⑥D(zhuǎn)為反向。根據(jù)電磁場的基本理論,磁場的方向會隨著電流方向的改變而改變,因此通過裝設(shè)在輸電線路桿塔上的三維磁場強度測量裝置測量磁場方向,若某一瞬間,某個三維磁場強度測量裝置測出的磁場方向發(fā)生突變,則說明該磁場強度測量裝置所在的輸電線路發(fā)生了短路故障。
      [0031]為了能夠?qū)⑷S磁場強度測量裝置I上收集到的信息傳送至工作人員處,射頻發(fā)射端通過射頻通信技術(shù)將信息傳送出去,設(shè)于工作端2的射頻接收端接收相關(guān)信息后通過顯示器進行顯示,以便工作人員能夠及時了解測量的信息。
      【權(quán)利要求】
      1.一種基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷方法,其特征在于: (1)根據(jù)下式獲得第η項輸電線路上位于(xn,yn,zn)的電流元dl及其鏡像dl’在空間P(x, y, z)點產(chǎn)生的磁場:
      ο _ /A, f I1M1 χ η: 上式中,μ ^為真空磁導(dǎo)率;Ιη為第η相輸電線電流相量;rn為源點到觀測點的距離,In為導(dǎo)線長度; (2)根據(jù)下式得到輸電線的懸鏈方程為:
      /_.「 ‘' a(x + kV)α I ττ ζ = — cos(η---cos(/2.—) + H a |_L2
      -L/2^(x+kL)^L/2 其中a為水平張力系數(shù),L為檔距,H為輸電線路懸掛點對地高度,k為任意整數(shù); 將步驟(I)中得到的磁場代入到步驟(2)的輸電線路的懸鏈方程中,并疊加計算N相導(dǎo)線、每相取(2K+1)個檔距長度在空間點P所產(chǎn)生的磁場強度; (3)測量電流大小和磁場強度大小,計算出距離h。
      2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于磁場檢測的架空輸電線路測距及故障診斷方法,其特征在于:通過裝設(shè)在輸電線路桿塔上的三維磁場強度測量裝置測量磁場方向,若某一瞬間,某個三維磁場強度測量裝置測出的磁場方向發(fā)生突變,則說明該磁場強度測量裝置所在的輸電線路發(fā)生了短路故障。
      【文檔編號】G01R31/08GK104267309SQ201410441433
      【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
      【發(fā)明者】張志堅, 陸新秋, 蘇曉, 沈震宇, 劉洪祥, 華陳君, 陳峻宇, 錢磊, 湯晉偉, 胡建勛, 葉征, 劉曉偉, 方琪, 張秋實 申請人:國家電網(wǎng)公司, 江蘇省電力公司, 江蘇省電力公司無錫供電公司, 武漢科迪奧電力科技有限公司
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