一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测系统及方法[发明专利]

(12)发明专利申请

(10)申请公布号 CN 110187236 A(43)申请公布日 2019.08.30

(21)申请号 201910507814.7(22)申请日 2019.06.12

(71)申请人 国网江苏省电力有限公司南京供电

分公司

地址 210019 江苏省南京市建邺区奥体大

街1号

申请人 全球能源互联网研究院有限公司　

国网江苏省电力有限公司　国家电网有限公司(72)发明人 张明　褚广斌　朱红　韦磊　王勇　

周冬旭　嵇文路　王春宁　许洪华　李建岐　高鸿坚　黄毕尧　(74)专利代理机构 南京天翼专利代理有限责任

公司 32112

代理人 奚铭

权利要求书1页 说明书3页 附图1页

(51)Int.Cl.

G01R 31/08(2006.01)

(54)发明名称

一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测系统及方法(57)摘要

本发明提出一种基于SSTDR的中压电缆开路

采故障在线监测系统及方法，基于SSTDR的方法，

用PN码与正弦波调制后的信号作为检测信号，具有优良的相关特性和较宽的频谱，不仅能实现在线检测，且定位精度高，抗干扰能力强，非常适合于中压电缆故障检测。

CN 110187236 ACN 110187236 A

权　利　要　求　书

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1.一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测系统，其特征是包括信号产生单元、信号处理器、发射信号发送模块、反射信号接收模块、耦合隔离、数据存储单元、输入/输出单元、远程数传模块和GIS地理信息模块，信号产生单元用于产生STDR/SSTDR检测所需的PN码和正弦信号，发射信号发送模块用于检测信号的放大和调理；发射信号接收模块用于接收故障点的反射信号，同时将发射信号分离出来；耦合隔离用于将测试信号与中压电缆中的高压电隔离开来；数据存储单元用于存储测试数和参数配置数据；输入/输出单元包括按键和显示屏，用于人机交互；远程数传模块用于将本地测试的结果远程传送到云服务器。

2.一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测方法，其特征是在STDR/SSTDR检测方式下，先用较低频率的测试信号进行电路状态检测，如果检测出电缆发送开路故障，那么系统逐渐增加频率，通过“多次迭代，逐频逼近”的方法，判断电路发送开路的故障点距离本地的距离，然后通过与GIS地理信息结合分析，判断是否发生开路故障，如果发生开路故障的话，进一步计算故障的位置、距离。

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一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测系统及方法

技术领域

[0001]本发明属于电力技术领域，涉及中压电缆的故障检测，为一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测系统及方法。

背景技术

[0002]中低压配电网络连接工厂、小区、用户，是服务经济社会发展的关键基础设施。供电中断会严重影响生产生活秩序、造成社会经济损失、人民生命和财产安全、甚至引发混乱和社会动荡事件。截至目前，国家电网公司目前运行维护的6-20kV线路长度380多万公里，架空线路320余万公里，电缆线路60余万公里，分布在居民小区、各行各业工厂、城市地下空间等的配电变压器460余万台，以及环网柜、配电箱、电表箱等海量的供配电基础设施。另外低压400V线路主要在居民区等交错布置，由于居民区设施改建等，现场环境变化频繁，故障发生率较高，故障后难以查找故障点，供电可靠性保障压力大，对配电网络的健康监测、故障预警预测及故障发生后的快速定位、查找和故障恢复是一个长期性的科研课题。[0003]中低压配电网具有点多、面广、线路长的特点，设备数量大、分布范围广、通信环境复杂。电网公司配电网规模愈来愈大，电缆化率逐步提升，城市化进程加快，配电网扩容升级改造频繁，特别是负荷密度加大之后，电缆出现故障的几率逐步增加。当前电缆故障大多都是离线检测，并且检测速率较慢。因此，具有准确、快速监测的电缆故障在线监测系统显得尤为重要。

[0004]反射法通过向待测电缆中发送检测信号，同时采集故障点处的反射信号，根据反射信号相对于检测信号的变化来判定故障类型并定位故障距离。目前，反射法主要包括TDR(Time Do-main Reflectometry)、FDR(Frequency Domain Reflectometry)、STDR(Sequence Time Domain Reflectometry)及SSTDR(Spread-Spectrum Time-Domain Reflectometry)。TDR向待测电缆中发送一窄脉冲，FDR向待测电缆中发送频率步长一定的一组正弦波。TDR和FDR技术较成熟，简捷精确、经济可靠，因而应用广泛，特别适合于通信电缆故障检测。然而由于检测信号对电缆的工作会造成影响，它们不能对电缆进行在线检测。STDR向待测电缆中发送PN码，PN码不影响电缆的正常工作，因而能够实现在线检测。SSTDR采用PN码与正弦波调制后的信号作为检测信号，具有优良的相关特性和较宽的频谱，不仅能实现在线检测，且定位精度高，抗干扰能力强，非常适合于中压电缆故障检测。[0005]扩展频谱技术在通信、导航、测量等领域有着越来越广泛的应用。扩展频谱技术的基础是香农(Shannon)信道容量公式。

[0006][0007]

式中C为信道容量(bit/s)，B为信道的带宽(Hz)，S为信道输出的信号功率(W)，N为

信道输出的加性高斯白噪声功率(W)。从该公式可以看出，当信道容量一定时，信道带宽与信噪比反相关。扩展频谱技术的一大优点是，在获得同样的信道容量下，通过增加带宽可以减小对信噪比的要求，有很强的抗干扰能力。

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发明内容

[0008]本发明要解决的问题是：对于中低压配电网的电网实际情况，如何在线快速监测电缆故障。

[0009]本发明的技术方案为：一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测系统，包括信号产生单元、信号处理器、发射信号发送模块、反射信号接收模块、耦合隔离、数据存储单元、输入/输出单元、远程数传模块和GIS地理信息模块，信号产生单元用于产生STDR/SSTDR检测所需的PN码和正弦信号，发射信号发送模块用于检测信号的放大和调理；发射信号接收模块用于接收故障点的反射信号，同时将发射信号分离出来；耦合隔离用于将测试信号与中压电缆中的高压电隔离开来；数据存储单元用于存储测试数和参数配置数据；输入/输出单元包括按键和显示屏，用于人机交互；远程数传模块用于将本地测试的结果远程传送到云服务器。

[0010]一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测方法，在STDR/SSTDR检测方式下，先用较低频率的测试信号进行电路状态检测，如果检测出电缆发送开路故障，那么系统逐渐增加频率，通过“多次迭代，逐频逼近”的方法，判断电路发送开路的故障点距离本地的距离，然后通过与GIS地理信息结合分析，判断是否发生开路故障，如果发生开路故障的话，进一步计算故障的位置、距离。

[0011]本发明提出一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测系统及方法，这种基于SSTDR的方法采用PN码与正弦波调制后的信号作为检测信号，具有优良的相关特性和较宽的频谱，不仅能实现在线检测，且定位精度高，抗干扰能力强，非常适合于中压电缆故障检测。

附图说明

[0012]图1为本发明提出基于SSTDR的电缆开路故障在线监测系统图。[0013]图2为本发明方法的监测流程图。

具体实施方式

[0014]本发明提出一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测系统及方法。[0015]图1为本发明提出基于SSTDR的电缆开路故障在线监测系统图。该系统包括信号产生单元、信号处理器、发射信号发送模块、反射信号接收模块、耦合隔离、数据存储单元、输入/输出单元、远程数传模块、GIS地理信息模块。[0016]SSTDR的原理框图如图所示。当开关选择接至端口A时，为STDR方式；当开关选择接至端口B时，为SSTDR方式。将检测信号送入待测电缆中，检测信号在电缆故障点处会发生反射，同时接收反射信号，将检测信号与反射信号进行相关运算。

[0017]

式中s(t)为检测信号，x(t-τ)为反射信号，r(t)为相关运算结果，T为检测信号周期。从相关运算结果(检测曲线)中可以提取电缆故障的开路和距离(故障信息)。[0019]SSTDR相对于其他反射法的一大优势在于，检测信号不影响电缆的正常工作，因而可以对正常工作的电缆实现在线检测。在线检测能够发现电缆运行过程中出现的故障，这

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[0018]

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对排除电缆的潜在隐患具有极为重要的意义。

[0020]图1中信号处理器主要是控制信号产生单元的信号产生，分别选择PN码或Sin(wt)信号的产生；发射信号发送模块主要功能为信号的放大和调理；发射信号接收模块主要功能为接收反射信号，同时将发射信号分离出来；耦合隔离主要是将测试信号与中压电缆中的高压电隔离开来；数据存储单元主要功能是存储测试数和参数配置数据；输入/输出单元包括按键和显示屏等输入输出模块；远程数传模块主要功能为将本地测试的结果远程传送到云服务器。

[0021]本发明提出一种基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测系统及方法先用较低频率的测试信号进行电路状态检测，如果检测出电缆发送开路故障，那么系统逐渐增加频率，通过“多次迭代，逐频逼近”的方法，准确判断电路发送开路的故障点距离本系统的距离。然后通过与GIS地理信息结合分析，准确判断是否发生开路故障，如果发生开路故障的话，进一步计算故障的位置、距离。

[0022]本发明系统可以在变电站范围内的多条中压电缆上部署多个基于SSTDR的中低压电缆开路故障在线监测系统，通过将数据远程传输至云服务器，然后将网络中的多个在线监测系统数据，构建基于“时间和空间”的思维立体图。

[0023]本发明提出的基于SSTDR的中压电缆开路故障在线监测方法，具体流程如图2所示。[0024]系统上电开始后，先进行初始化功能模块，然后进入系统自校准程序，校准完毕后，然后通过测试判断校准是否达满足指标要求。如果不满足要求的话，系统重新进入系统自校准，然后再次判断是否满足指标要求，通过“循环校准”是系统校准更准确，使得测试结果更准确。如果满足指标要求，那就进入下面的程序。[0025]先通过发送PN码利用STDR信号检测电缆状态，然后再同Sin(wt)信号进行SSTDR信号检测电缆状态。测试完毕后通过结果判断是否发生开路故障，如果发生故障，进行本地及远程报警；如果判断未发生故障，那么继续判断测试系统是否异常，如果系统工作没有发生异常，则继续进行STDR和SSTDR信号检测。如果系统发送异常，那么系统重新进入系统自校准。以此类推，循环测试。

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说　明　书　附　图

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图1

图2

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