高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于电缆故障识别领域，尤其涉及一种高铁及城市轨道交通电缆线路 在线式故障定位系统。
【背景技术】
[0002] 我国高铁及城市轨道交通的电力供电系统采用经调压器的综合负荷电力贯通电 缆线路和一级负荷电力贯通电缆线路的供电方式，其系统接地方式为小电阻接地。由于电 缆为暗敷，发生故障后无法快速确定位置。
[0003] 目前通常是将故障电缆两端从一次设备上拆除，通过离线式电缆故障测距装置测 出故障点位置，这种方法操作步骤繁琐，故障排查耗时较多，无法适应高铁及城市轨道交通 对供电可靠性的需要。目前，尚无有效的电缆故障在线精确定位手段，高铁及城市轨道交通 电力贯通电缆线路的在线故障无线识别尚属空白。 【实用新型内容】
[0004] 为了解决现有技术的缺点，本实用新型提供一种高铁及城市轨道交通电缆线路在 线式故障定位系统。该系统通过高频行波采集模块进行采集城市轨道交通电缆线路中的高 频行波，并将采集到的高频行波传送至故障定位主站进行定位故障点。
[0005] 为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：
[0006] -种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，包括：
[0007] 故障定位主站以及故障采集终端，所述故障采集终端分别设置于高铁及城市轨道 交通电缆线路上;所述故障采集终端包括微处理器，所述微处理器与高频行波采集模块相 连，所述微处理器还与通信模块相连，所述通信模块与故障定位主站相互通信。
[0008] 所述通信模块通过运动通道与故障定位主站相互通信。
[0009] 所述运动通道铁路通信专用通道。
[0010] 所述微处理器还与存储模块相连。
[0011]所述微处理器还工频信号采集模块相连。
[0012] 所述工频信号采集模块与电压互感器相连。
[0013] 所述高频行波采集模块还通过差分滤波器或电抗变换器与微处理器相连。
[0014] 所述高频行波采集模块包括电流传感器，所述电流传感器与A/D转换器相连，所述 A/D转换器与数据缓冲模块相连。
[0015] 所述电流传感器采用罗氏线圈结构或Rogowski线圈电子式电流互感器。
[0016] 所述罗氏线圈的外部还设有屏蔽层。
[0017] 本实用新型的有益效果为：
[0018] (1)本实用新型的结构简单，通过设置于高铁及城市轨道交通电缆线路上的故障 采集终端采集电缆线路中的高频行波信号，并传送至故障定位主站进行分析和确定故障 占 .
[0019] (2)本实用新型通过高频行波采集模块中的罗氏线圈，实现了高频无损采样，提高 了故障定位精度，大大缩短了故障排查时间，为高铁及城市轨道交通电力供电系统稳定运 行提供了有效保障。
【附图说明】
[0020] 图1是本实用新型的高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统结构示意 图；
[0021 ]图2是本实用新型的故障采集终端结构示意图；
[0022]图3是罗氏线圈结构示意图；
[0023]图4是本实用新型的故障定位主站定位故障点的原理示意图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合附图与实施例对本实用新型做进一步说明：
[0025] 如图1所示，本实用新型的高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，包 括:故障定位主站以及故障采集终端，所述故障采集终端分别设置于高铁及城市轨道交通 电缆线路上。
[0026]本实用新型的故障采集终端包括微处理器，所述微处理器与高频行波采集模块相 连，所述微处理器还与通信模块相连，所述通信模块与故障定位主站相互通信，所述故障定 位主站通过接收所述高频行波采集模块采集到的高频行波来定位故障点。
[0027] 如图2所示，本实用新型的微处理器采用ARM处理器。该微处理器还可以采用51系 列单片机。其中，通信模块是由通信芯片构成的通信电路，该通信模块可以为GPRS通信或基 带通信形式。
[0028]进一步地，通信模块通过运动通道与故障定位主站相互通信。通信模块用于将高 频行波采集模块采集到高频行波传送至故障定位主站进行分析。
[0029] 更进一步地，运动通道铁路通信专用通道，用于保障信息传送的安全性。
[0030] 本实施例中的微处理器还与存储模块相连，其中，存储模块用于存储微处理器接 收到的高频行波数据。
[0031] 当高铁及城市轨道交通电缆线路未发生故障时，本实用新型的高频行波采集模块 检测不到高频行波，为了进一步确定高频行波采集模块检测结果，将微处理器还工频信号 采集模块相连，进行检测电缆线路中的工频信号并传送至微处理器进行处理和分析。
[0032] 为了获取电缆线路中的工频信号，本实用新型采用工频信号采集模块与电压互感 器相连的结构。其中，电压互感器采用互感的形式检测电缆线路中的电压信号，并传送至微 处理器中进行分析工频信号是否发生异常。
[0033] 本实用新型的高频行波采集模块还通过差分滤波器或电抗变换器与微处理器相 连，用于提高在严重故障情况下的高频行波采集模块响应速度。
[0034] 进一步地，高频行波采集模块包括电流传感器，电流传感器将电缆线路中高频行 波信号转换为电流信号，并将电流信号经A/D转换器传送至微处理器。
[0035] 高频行波采集模块包括电流传感器，电流传感器将电缆线路中高频行波信号转换 为电流信号，并将电流信号经A/D转换器转换为数字信号，为了方便信号的再读取，数字信 号传送至数据缓冲模块后，再传送至微处理器进行处理。
[0036] 更进一步地，电流传感器可以采用罗氏线圈结构或Rogowski线圈电子式电流互感 器。
[0037]如图3所示，罗氏线圈结构作为线性电流耦合器，实现高频信号的无损采样。由于 行波固有频率较高，如果采用传统铁磁材料的CT二次侧采样则波形钝化严重，影响定位精 度。罗氏线圈为空心互感器，去除了铁芯的非线性及损耗的影响。
[0038]依据电磁感应定律，可得罗氏线圈的输出端感应电压如式(1)所示。
[0040]式中，M为载流导体和测量线圈之间的互感。
[0041 ]如果线圈截面积记作Α，0?数记作n，线圈中心圆周线的长度为lm，介质磁导率为μ， 则根据全电流定律可得式(2)。
[0042] M?μΑη/lm (2)
[0043] 式中，空气磁导率为μ = 43?Χ1〇-3μΗ/〇ιι。
[0044] 在本实施例中，罗氏线圈采用屏蔽结构，将罗氏线圈屏蔽于靠近测量端处接地，再 将罗氏线圈做金属盒进行屏蔽，避免了在金属盒中产生涡流。
[0045] 如图4所示，本实用新型的故障定位主站定位故障点的原理为：
[0046] 利用电缆内部故障产生的初始行波浪涌到达电缆两端测量点时的绝对时间差值 来计算故障点到电缆两端测量点之间的距离。设故障初始行波波头到达电缆两端测量点的 时间分别为Ts和Tr:
[0047]装于电缆两端的故障采集终端将采集到的高频行波信号传送至故障定位主站，通 过故障定位主站分析得出故障初始行波波头到达两端测量点的时间，则故障点到两端测量 点的距离表示分别为：
[0050] 式中：L为电缆全长;V为暂态行波在电缆中的传播速度。
[0051] 双端行波定位算法只检测故障产生的初始行波波头到达时间，不需要考虑后续的 反射与透射行波，原理简单，定位结果准确。
[0052] 上述虽然结合附图对本实用新型的【具体实施方式】进行了描述，但并非对本实用新 型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领 域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范 围以内。
【主权项】
1. 一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，其特征在于，包括： 故障定位主站以及故障采集终端，所述故障采集终端分别设置于高铁及城市轨道交通 电缆线路上;所述故障采集终端包括微处理器，所述微处理器与高频行波采集模块相连，所 述微处理器还与通信模块相连，所述通信模块与故障定位主站相互通信。2. 如权利要求1所述的一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，其特 征在于，所述通信模块通过运动通道与故障定位主站相互通信。3. 如权利要求2所述的一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，其特 征在于，所述运动通道铁路通信专用通道。4. 如权利要求1所述的一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，其特 征在于，所述微处理器还与存储模块相连。5. 如权利要求1所述的一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，其特 征在于，所述微处理器还工频信号采集模块相连。6. 如权利要求5所述的一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，其特 征在于，所述工频信号采集模块与电压互感器相连。7. 如权利要求1所述的一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，其特 征在于，所述高频行波采集模块还通过差分滤波器或电抗变换器与微处理器相连。8. 如权利要求1所述的一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，其特 征在于，所述高频行波采集模块包括电流传感器，所述电流传感器与A/D转换器相连，所述 A/D转换器与数据缓冲模块相连。9. 如权利要求8所述的一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，其特 征在于，所述电流传感器采用罗氏线圈结构或Rogowski线圈电子式电流互感器。10. 如权利要求9所述的一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，其特 征在于，所述罗氏线圈的外部还设有屏蔽层。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高铁及城市轨道交通电缆线路在线式故障定位系统，包括故障定位主站以及故障采集终端，所述故障采集终端分别设置于高铁及城市轨道交通电缆线路上；所述故障采集终端包括微处理器，所述微处理器与高频行波采集模块相连，所述微处理器还与通信模块相连，所述通信模块与故障定位主站相互通信。本实用新型实现了高频无损采样，提高了故障定位精度，大大缩短了故障排查时间，为高铁及城市轨道交通电力供电系统稳定运行提供了有效保障。
【IPC分类】G01R31/08
【公开号】CN205280879
【申请号】CN201620045794
【发明人】聂晓峰, 李秋英, 刘海山, 奥鹏云, 樊大凯
【申请人】北京东峰英杰科技有限公司
【公开日】2016年6月1日
【申请日】2016年1月18日