一种分布式直流接地极线路故障检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种分布式直流接地极线路故障检测装置。

背景技术：

直流输电系统中直流接地极线路长度可能达到几十到一百多公里，接地极线短路或开路故障时，都会对直流系统运行造成安全隐患，因此需要对直流接地极线路进行故障检测，包括监视是否发生故障，以及进行故障测距。由于直流系统在直流单极金属回线和双极大地回线平衡运行时，接地极只作为直流侧的电位参考点，在直流接地极线路中没有电流流过，此时故障特征并不明显，不易检测。直流系统在直流单极大地回线运行时，直流接地极线路的电位虽然会因为流过负荷电流而抬高，但由于电压较低，短路故障产生的行波信号幅度不大，因此常规的输电线路行波测距方法并不能适用于直流接地极线路故障测距。

目前直流接地极线路故障检测的实用方法主要有两种：一种是阻抗法，通过注入高频信号，检测故障时的阻抗变化情况，可监测是否存在故障，但无法实现故障测距；另一种是脉冲反射法，如图1所示，向被测线路注入一个发射脉冲，通过检测故障点和线路末端的反射脉冲，可以监视故障和实现故障测距。

现有设计中，基于脉冲反射法的接地极线路故障检测装置通常由三部分构成：户外设备、户内设备，以及连接户外设备、户内设备的同轴电缆。脉冲信号由户内设备发出，经同轴电缆传输到户外设备，由户外设备将脉冲信号注入到接地极线路，并由户外设备接收接地极线路的反射脉冲，经同轴电缆传输到户内设备。

由于脉冲信号需要经同轴电缆发射和接收，而工程现场受场地条件限制，户外设备与户内设备距离可能长达50～500m，因此脉冲信号不仅在同轴电缆上存在较大的传输损耗，而且由于接地极线路、户外设备、同轴电缆及户内设备的阻抗并不能完全匹配，因此在波阻抗不连续点会有脉冲信号的折射和反射。波阻抗不连续点包括户外设备处和户内设备处。这不仅会导致信号在波阻抗不连续点发射和接收时能量的损失，也会由于多次的脉冲折反射导致脉冲波形的复杂化，因而降低了有效脉冲信号的信噪比，且不利于分辨近区的接地极线路故障，从而整体上降低了接地极线路故障检测的性能。

技术实现要素：

针对上述问题，本实用新型提供一种分布式直流接地极线路故障检测装置，提高直流接地极线路故障检测的可靠性和测距精度，充分发挥脉冲反射方法进行接地极线路故障监测的优点。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种分布式直流接地极线路故障检测装置，包括户外设备和户内设备，所述户内设备包括主机，其特征在于，所述户外设备和户内设备采用光纤进行连接通信，所述户外设备包括第一高频脉冲变压器、第二高频脉冲变压器、第一防雷器、第二防雷器、脉冲发射模块和脉冲采集模块，所述户外设备通过第一高压电容器、第二高压电容器与接地极线路连接；

脉冲发射模块与第一防雷器、第二防雷器相连且通过第一高频脉冲变压器、第二高频脉冲变压器和第一高压电容器、第二高压电容器向接地极线路注入高压脉冲，

脉冲采集模块与脉冲发射模块并联，脉冲采集模块采集脉冲发射模块发出的脉冲,并采集通过第一高频脉冲变压器、第二高频脉冲变压器和第一高压电容器、第二高压电容器反射回的脉冲。

优选，所述户外设备设置有分别与脉冲发射模块、脉冲采集模块相连的户外光纤通信模块，所述户内设备设置有与主机相连的户内光纤通信模块，所述户外光纤通信模块和户内光纤通信模块之间通过光纤相连。

优选，所述光纤为单模光纤。

优选，所述光纤为多模光纤。

优选，所述第一高压电容器与分裂点之间串联第一高压电抗器，所述第二高压电容器与分裂点之间串联第二高压电抗器。

优选，所述第一高频脉冲变压器、第二高频脉冲变压器频带宽度均达到5MHz 量级，脉冲发射模块发出的脉冲为500V幅度和1μs宽度量级，脉冲采集模块的采样速率为10MHz量级，第一高压电容器、第二高压电容器电容值均为10nF 量级，第一高压电抗器与第二高压电抗器的电感值均为0.5mH量级。

本实用新型的有益效果是：

使用户外设备实现就地的脉冲发射和脉冲采集，可以实现直流接地极线路故障检测装置的远距离分布式布置，户外设备与户内设备之间通过通信光纤连接实现数据通信，以取代使用同轴电缆在户外设备和户内设备之间传输脉冲信号的模式，本发明可以避免同轴电缆传输引起的脉冲信号传输损耗，同时可以避免波阻抗不匹配引起的脉冲波形复杂和能量损耗问题,因此可以提高注入到直流接地极线路脉冲的有效幅度，可以提高采集到的从直流接地极线路返回脉冲的有效幅度，可以提高脉冲信号的信噪比和近区故障的分辨能力，从而可以提高直流接地极线路故障检测的可靠性和测距精度。

附图说明

图1是基于脉冲反射法进行接地极线路故障检测的示意图；

图2是本实用新型一种分布式直流接地极线路故障检测装置的结构示意图；

图3是本实用新型户外设备的结构示意图；

图4是本实用新型户内设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本实用新型技术方案作进一步的详细描述，以使本领域的技术人员可以更好的理解本实用新型并能予以实施，但所举实施例不作为对本实用新型的限定。

如图2-4所示，一种分布式直流接地极线路故障检测装置，包括户外设备3 和户内设备5，所述户外设备和户内设备采用光纤4进行连接通信，其中，户外设备实现就地的高压脉冲输出、脉冲信号采集和波形数据输出功能，户内设备实现脉冲发射及脉冲采集参数控制、波形分析和故障检测功能，下面进行详细描述。

如图3所示，所述户外设备包括第一高频脉冲变压器31、第二高频脉冲变压器32、第一防雷器33、第二防雷器34、脉冲发射模块35和脉冲采集模块36，所述户外设备通过第一高压电容器21、第二高压电容器22与接地极线路连接。脉冲发射模块35与第一防雷器33、第二防雷器34相连且通过第一高频脉冲变压器31、第二高频脉冲变压器32和第一高压电容器21、第二高压电容器22向接地极线路注入高压脉冲，脉冲采集模块36与脉冲发射模块35并联，脉冲采集模块36采集脉冲发射模块35发出的脉冲,并采集通过高频脉冲变压器31,32 和第一高压电容器21、第二高压电容器22反射回的脉冲。

优选，所述第一高压电容器21与分裂点(分裂点是直流接地极线路的两根导线在直流场侧的连接点)之间串联第一高压电抗器11，所述第二高压电容器 22与分裂点之间串联第二高压电抗器12。户外设备3通过高压电容器向接地极线路输出高压脉冲，并通过高压电容器接收接地极线路上的反射脉冲；第一高压电抗器11、第二高压电抗器12实现脉冲信号隔离功能，避免脉冲信号向分裂点方向传输。

所述户内设备包括主机52，主机52完成发射脉冲和脉冲采集参数设置、脉冲波形分析、故障检测和故障测距、波形及报告存储以及人机接口功能，此为现有技术，在此不再赘述。

优选，所述户外设备设置有分别与脉冲发射模块35、脉冲采集模块36相连的户外光纤通信模块37，所述户内设备设置有与主机相连的户内光纤通信模块 51，所述户外光纤通信模块37和户内光纤通信模块51之间通过光纤相连。其中，户内光纤通信模块51负责实现主机52与户外设备3间的双向通信，户外光纤通信模块37将采集的脉冲波形通过通信光纤4发送给户内设备5，此外，户外光纤通信模块37接收户内设备5发送的脉冲发射参数、脉冲采集参数，并分别传送给脉冲发射模块36和脉冲采集模块35。

由于户外设备3是就地与直流接地极线路连接，并直接发送和接收模块，中间无需长距离同轴电缆传输脉冲信号，因此不存在同轴电缆引起的传输损耗和波阻抗不连续问题,因此可以提高注入到直流接地极线路脉冲的有效幅度，可以提高采集到的从直流接地极线路返回脉冲的有效幅度，可以提高脉冲信号的信噪比和近区故障的分辨能力。

为了达到更好的效果，优选，所述第一高频脉冲变压器31、第二高频脉冲变压器32频带宽度均达到5MHz量级,脉冲发射模块35发出的脉冲为500V幅度和1μs宽度量级，脉冲采集模块36的采样速率为10MHz量级，第一高压电容器21、第二高压电容器22电容值均为10nF量级，第一高压电抗器11、第二高压电抗器12电感值均为0.5mH量级。

所述户外设备3与户内设备5支持远距离分布式安装，根据工程现场的应用需求，户外设备3可安装于直流场就地端子箱，户内设备5可安装于控制室屏柜内，以便于设备巡检和信息查看，通信光纤4可采用单模光纤或多模光纤，传输距离大于1km，不受工程现场场地布置的限制。由于采用光纤方式传输数字信号，因此不存在信号幅度衰减问题，且系统整体的抗干扰能力高于采用同轴电缆传输的方式。

本发明可以避免同轴电缆传输引起的脉冲信号传输损耗，同时可以避免波阻抗不匹配引起的脉冲波形复杂和能量损耗问题,因此可以提高注入到直流接地极线路脉冲的有效幅度，可以提高采集到的从直流接地极线路返回脉冲的有效幅度，可以提高脉冲信号的信噪比和近区故障的分辨能力，从而可以提高直流接地极线路故障检测的可靠性和测距精度。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或者直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。