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專利名稱：故障點定位系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種故障點定位系統。更具體地說，本發明涉及一種故障點定位系統，利用這種系統，精確地確定參考時間。而且，另外本發明涉及一種故障點定位系統，利用這種系統，提供精確的沖擊檢測時間，而不增加錯誤檢測的頻率。而且，另外本發明涉及一種故障點定位系統，利用這種系統，能精確地定位故障點。
至今，當沿輸電線和配電線(在下文把這兩種線稱為“輸電和配電線”或“TD線”)的線路發生故障時，已知一種方法，利用這種方法，按照位于故障點兩端的兩個分站的沖擊檢測時間的差，確定TD線上的故障點(Japanese Patent Publication No.Sho 63(1988)-51274，etc.)。在上述方法中，定位故障點的精確度取決于確定故障點兩端分站檢測到沖擊時的時間(在下文稱為“沖擊檢測時間”或“SD時間”)的精度。
SD時間通常用裝設在各分站的參考時鐘和GPS無線電波共同來確定。
許多這些參考時鐘使用溫度補償晶體振蕩器或具有恒溫器的晶體振蕩器，它表現良好的計時能力，幾乎不受溫度變化的影響。然而，時鐘誤差可能在長時限期間累積，并且因此在沖擊檢測中變得不可忽略(參考圖9)。
因此，用GPS無線電波使各分站之間的參考時間同步。GPS無線電波由GPS(全球定位系統)的衛星傳送。GPS是一種系統，其中從多個衛星接收無線電波，以根據接收波的時間的差進行定位。為此，傳送具有高精度時間控制的同步信號。這個同步信號在取決于本地區域的長時間內具有非常小的累積誤差。
然而，如圖8所示，各同步信號在一定程度上滯后或超前。由于這個原因，用同步信號簡單調節參考時間可能相反地提供不精確的時間，并且結果產生不適當的SD時間。
另外，禁止接收GPS無線電波的無線電干擾可能引起不能檢測時間的情況，并且因此不能定位故障點。
另一方面，在沖擊檢測中，認為當沖擊電壓或沖擊電流超過一個閾值時，則“檢測到沖擊”。用較低電壓或電流閾值能更精確地(最初)捕獲沖擊波形上升的時間，然而，由于電流和電壓帶有正常條件下在TD線上發生的噪聲，所以用過低閾值可能會經常發生錯誤的沖擊檢測。由于這個原因，識別發生沖擊的閾值在某種程度上設置為較高電平，以便不會不正確地檢測噪聲。因此，在沖擊波形上升時在經過一定時間之后，執行“沖擊檢測”。
另外，由于TD線上的傳播損失，故障點兩端的兩個分站接收的沖擊可能取不同的波形。在這種情況下，如圖12所示，分站中具有更畸變沖擊波形的一個分站具有較長的沖擊上升時間，因此，使“沖擊檢測”延遲。這樣禁止了按照故障點兩端分站的SD時間的差精確地定位故障點。
有一種稱為雙可能法的方法，以補償由于設置高電平的閾值所帶來的時間滯后，并且獲得更精確的“SD時間”。如圖13所示，這種方法按這樣來確定“SD時間T”，即在以時間為水平軸，以電壓為垂直軸的曲線圖上，用一條直線連接沖擊波形曲線圖上的兩個點(這兩個點各自超過分別設置在一定值的參考電平L1和L2)，以使該直線與零電平電壓，即水平軸的交點(時間)為“SD時間T”。
也就是，在雙可能法中，當TD線的電壓或電流超過一定的參考電平，然后進一步增加超過另一個參考電平時，通過連接這兩個電平與電壓曲線的相交點，畫出電壓曲線的近似直線，并且把該近似直線與電壓零電平的相交點確定為SD時間T。
各種變更發明和實用新型已經應用于采用這種雙可能法的專利(Japanese Laid-Open Utility Model Publication No.Sho 58(1983)-28219，Japanese Laid-Open Patent Publication No.Hei 8(1996)-015362，etc.)
然而，如上所述，TD線的電壓和電流具有噪聲。當發生比較大的噪聲，或噪聲疊加在沖擊波形上時，電壓或電流超過上述TD線上的第一參考電平L1，然后可能降低。在這樣情況下，如圖14所示，用直線連接“另一個參考電平L2與電壓曲線的相交點”和“第一參考電平L1與電壓曲線的相交點”，結果形成電壓曲線不精確的近似直線，并且相反使計算SD時間T與實際希望時間Tr相偏離。
本發明解決上述問題。本發明的目的是提供一種故障點定位系統，利用這種系統，獲得精確的SD時間，以定位故障點，提供一種故障點定位系統，利用這種系統，能獲得精確的SD時間，而不增加錯誤檢測的頻率，以及提供一種故障點定位系統，利用這種系統，能精確地定位故障點。
一種第一發明的故障點定位系統，包括分站(1)，沿TD線安裝，以向一個主站(2)傳送SD時間信息，以及主站(2)，根據所述SD時間信息，定位故障點；其中所述分站(1)確定從接收的GPS無線電波獲得的GPS具有的標準時間，與所述分站(1)在獲得所述標準時間時具有的參考時間之間的差，在一定時限期間累積所述差，通過把存儲的所述差的平均值加到所述參考時間來校正參考時間，按照所述參考時間，確定TD線上某點所發生故障產生的沖擊電壓或沖擊電流的檢測時間，然后通過通信網向所述主站(2)傳送檢測時間。
并且，如第二發明的故障點定位系統所示，所述主站(2)按照所述TD線網上故障點兩端的一對分站中一個檢測的所述SD時間t1，另一個分站檢測的所述SD時間t2，沖擊傳播速度v，和所述分站之間TD線的長度L，利用公式L1＝(L+(t1-t2)×v/2，確定從分站中一個到所述故障點的TD線的距離L1。
而且，如第三發明的故障點定位系統所示，所述主站(2)按照最靠近所述TD線網電源側端的分站檢測的所述SD時間t1，TD線網遠端的另一個分站檢測的所述SD時間t2，沖擊傳播速度v，和所述分站之間TD線的長度L，利用公式L1＝(L+(t1-t2)×v)/2，確定從所述電源側端的分站到所述故障點的TD線的距離L1；而且，按照由上述計算確定的故障點兩端的一對分站中一個檢測的所述SD時間t3，另一個分站檢測的所述SD時間t4，沖擊傳播速度v，和所述對分站之間TD線的長度L’，利用公式L3＝(L’+(t3-t4)×v)/2，確定從所述一個分站到所述故障點的TD線的距離L3。
本故障點定位系統是一種系統，這種系統采用方法以校正參考時間，以用作TD線上某點所發生故障產生的沖擊電壓或沖擊電流的檢測時間，并且這種系統通過確定從接收的GPS無線電波獲得的GPS的標準時間，與獲得所述標準時間時的參考時間之間的差，在一定時限期間累積所述差，并且通過把存儲的所述差的平均值加到所述參考時間來校正參考時間，執行定位。
由GPS接收裝置輸出的標準時間的個別同步信號(在下文稱為“同步信號”)并不精確，并且相對全球標準時間，即絕對參考以一定的誤差范圍輸出。例如，在GPS接收器在標準時間遞增每一秒輸出同步信號，并且在一定時限期間(例如一天)收集同步信號對標準時間的誤差，以在圖上畫出數據的情況下，獲得如圖8所示的正態分布曲線圖，從該圖可見，在一定范圍內發生誤差。
上述應該注意的不是同步信號的誤差在一定范圍內變化，而是誤差的計算結果隨位置具有正態分布，其中對標準時間的誤差在分布的中心變為零。也就是，這意指計算數據的平均值是正態分布曲線圖的中心，因此對標準時間的誤差變為零。
可見GPS接收器的同步信號在短時限內，例如單位秒內，相對標準時間具有約200ns范圍的誤差，而在一天或一周的時限期間，平均值具有無限接近于零的誤差的特性。
現今，對于振蕩器輸出的參考時間信號，振蕩器通常采用溫度補償晶體振蕩器或具有恒溫器的晶體振蕩器，以獲得具有高精度和穩定性的參考時間信號。
這些振蕩器對于環境溫度變化極其穩定，并且在短時限期間(例如一秒，一分鐘，一天或一周)，容易提供幾乎不受例如參考時間信號的滯后或超前的變化影響的精確性。另一方面，它們具有這樣特性，即在長時限期間(例如一年或十年)，使參考時間信號無限小的時間誤差累積，以產生大的參考時間累積誤差。
在圖9中，作為一個典型例子，示出了具有恒溫器的晶體振蕩器輸出的參考時間信號頻率的時間變化的特性曲線圖。如圖9所示，在短時限期間幾乎見不到誤差，然而，無限小的時間誤差在長時限期間累積，結果產生不可忽略的誤差。
這樣導致把振蕩器的參考時間信號所產生的時間確定為參考時間，然后用接收到在一定時限期間累積的同步信號時的參考時間與標準時間之間獲得的誤差的平均值來校正該參考時間。也就是，加上參考時間信號與接收到同步信號時的參考時間之間的時間差，允許保持時間的精度(參考圖6)。而且，如圖7所示，與不校正的情況比較，周期實現這種校正允許使誤差限定在較窄范圍內。
如上所述，用接收到在一定時限期間累積的同步信號時的參考時間和標準時間所獲得的平均值，周期實現對參考時間的校正，允許總獲得精確的標準時間。而且，用精確的標準時間檢測各分站的沖擊，并且因此向主站傳送精確的SD時間，允許確定TD線的故障點。
一種第四發明的故障點定位系統，包括分站1，沿TD線安裝，以向一個主站2傳送SD時間信息，以及主站2，根據所述SD時間信息，定位故障點。
其特征在于所述分站1存儲和更新至少從當前時間到一定時限前的時間范圍內的所述TD線的過去電壓或電流波形，存儲沖擊識別電平，它是識別沖擊的參考電平，并且設置為高于噪聲電平的電平，以及存儲沖擊波形開始電平，它是確定沖擊波形的開始點的參考電平，并且設置為低于所述沖擊識別電平的電平，在所述TD線的電壓或電流超過所述沖擊識別電平的情況下，從超過所述沖擊識別電平的時間開始，在返回查看存儲的所述波形之后，把所述電壓或電流第一次超過所述沖擊波形開始電平的時間確定為SD時間，并且通過通信網向所述主站2發送所述SD時間。
在上述中，“從超過所述沖擊識別電平的時間開始，在返回查看存儲的所述波形之后，所述電壓或電流第一次超過所述沖擊波形開始電平的時間”，按照時間軸的方向來說，意指電壓或電流上次超過沖擊波形開始電平的時間，也就是，與超過沖擊識別電平的時間最靠近的時間。
而且，“SD時間”是分站接收和檢測由所述TD線上某一位置所發生故障產生的沖擊電壓或沖擊電流的時間。
而且，所述“過去電壓或電流波形”是以恒定時間間隔抽樣的離散值的形式存儲。這樣允許把所述“SD時間”確定為從超過所述沖擊識別電平的時間返回，抽樣值第一次不到所述沖擊波形開始電平的抽樣時間的下一個抽樣時間。
在上述中，“下一個”意指“沿時間軸方向隨后的第一個”。也就是，把小于沖擊波形開始電平的抽樣值剛超過沖擊波形開始電平的時間確定為“SD時間”。
而且，例如，在把抽樣值第一次不到所述沖擊波形開始電平的抽樣時間確定為“SD時間”這點上，這樣確定SD時間的方法是可信的。在抽樣間隔與要求的時間精度比較足夠小的情況下，這樣的方法沒有什么不便。
本故障點定位系統可以是如下的實施例。
也就是，一種故障點定位系統包括分站1，沿TD線安裝，以向一個主站2傳送SD時間信息，以及主站2，根據所述SD時間信息，定位故障點；其中所述分站1包括一個沖擊檢測裝置13和一個沖擊信息傳送裝置14b，并且所述沖擊檢測裝置13包括一個沖擊波形存儲裝置136和一個沖擊識別裝置。
所述沖擊波形存儲裝置136存儲和更新至少從當前時間到一定時限前的時間范圍內的所述TD線的過去電壓或電流波形，并且響應所述沖擊識別裝置的請求，向所述沖擊識別裝置傳送所述過去電壓或電流波形的信息。
所述沖擊識別裝置存儲沖擊識別電平，它是識別沖擊的參考電平，并且設置為高于噪聲電平的電平，以及沖擊波形開始電平，它是確定沖擊波形的開始點的參考電平，并且設置為低于所述沖擊識別電平的電平，在所述TD線的電壓或電流超過所述沖擊識別電平的情況下，從沖擊波形存儲裝置136接收過去電壓或電流波形的信息，從超過所述沖擊識別電平的時間開始，在返回查看存儲的所述波形之后，把所述電壓或電流第一次超過所述沖擊波形開始電平的時間確定為SD時間，并且把所述SD時間傳送到所述沖擊信息傳送裝置14b。
而且，所述沖擊信息傳送裝置14b通過通信網向所述主站2傳送所述SD時間。
一種第五發明的故障點定位系統是一種按照權利要求4的故障點定位系統，其中所述主站2按照所述TD線網上故障點兩端的一對分站中一個檢測的所述SD時間t1，另一個分站檢測的所述SD時間t2，沖擊傳播速度v，和所述分站之間TD線的長度L，利用公式L1＝(L+(t1-t2)×v)/2，確定從分站中一個到所述故障點的TD線的距離L1。
一種第六發明的故障點定位系統是一種按照權利要求4的故障點定位系統，其中所述主站2按照最靠近所述TD線網電源側端的分站檢測的所述SD時間t1，TD線遠端的另一個分站檢測的所述SD時間t2，沖擊傳播速度v，和所述分站之間TD線的長度L，利用公式L1＝(L+(t1-t2)×v)/2，確定從所述電源側端的分站到所述故障點的TD線的距離L1；以及而且，按照由上述計算確定的故障點兩端的一對分站中一個檢測的所述SD時間t3，另一個分站檢測的所述SD時間t4，沖擊傳播速度v，和所述對分站之間TD線的長度L’，利用公式L3＝(L’+(t3-t4)×v)/2，確定從所述一個分站到所述故障點的TD線的距離L3。
一種第七發明的故障點定位系統是一種按照權利要求4的故障點定位系統，其中所述過去電壓或電流波形是以恒定時間間隔抽樣的離散值的形式存儲的，允許把從超過所述沖擊識別電平的時間開始返回，抽樣值第一次不到所述沖擊波形開始電平的抽樣時間的下一個抽樣時間，確定為所述SD時間。
第一發明的故障點定位系統，各分站把振蕩器的參考時間信號所產生的時間確定為參考時間，然后用接收在一定時限期間累積的同步信號時的參考時間與標準時間之間獲得的誤差的平均值，校正參考時間。這種校正允許分站精確地確定SD時間，因此允許主站精確地定位故障點。
第四發明的故障點定位系統，允許根據TD線上的電壓或電流是否超過沖擊識別電平來識別沖擊，該沖擊識別電平設置為高于噪聲電平的電平，并且允許確定沖擊波形的開始點，也就是，沖擊波形開始電平的SD時間，該沖擊波形開始電平設置為低于沖擊識別電平的電平。也就是，分別為沖擊識別和識別沖擊波形的開始點提供不同的參考電平。
因此，沖擊波形開始電平能設置為低電平，以便使沖擊檢測的時間延遲足夠小。因此，能同時進行防止由于噪聲引起的錯誤檢測和減小沖擊檢測的時間延遲。
而且，沖擊波形開始電平能設置為低電平，因此，即使由于TD線上的傳播損失而在各分站接收到畸變沖擊波形的情況下，也能在相同程度上精確地確定各分站的SD時間。也就是，這樣導致各分站接收的沖擊上升時間不同所引起的SD時間的變化量很小。
另外，在電流或電壓超過沖擊識別電平之后，從最新一次開始返回查看存儲的沖擊波形，即使存在如圖14所示的先前沖擊，也允許精確地確定SD時間。
第二和第五發明的故障點定位系統，允許按照兩個分站的SD時間，容易地估計TD線網上故障的位置。
第三和第六發明的故障點定位系統，首先允許計算電源側端與遠端之間故障點的近似位置，然后對由上述計算所確定的故障點位置兩端之間的分站對，允許重新計算這對分站之間故障點的位置。
因此，對短距離之內相互離開的分站之間的故障點的位置重新計算，允許在定位故障點時，減小由于TD線上如傳播損失這樣的損失所帶來的誤差的影響。也就是，允許精確地定位故障點的位置。
第七發明的故障點定位系統，允許以離散值的形式存儲過去波形，因此允許存儲裝置僅具有小存儲器容量，并且允許精確地確定SD時間及定位故障點。
而且，本系統允許精確地確定分站的SD時間，還允許按照SD時間，容易地和精確地定位TD線網上的故障位置。
也就是，本系統允許減小從實際沖擊接收開始點的SD時間的滯后，因此允許減小由于各分站沖擊信號上升時間的不同所引起的定位故障點的誤差。
上述發明的故障點定位系統包括一個主站，并且因此該主站允許按照來自各分站的SD時間信息，確定故障點。而且，該系統備有與安裝在TD線網上的分站分開的主站，從而把確定故障點的功能留給主站的設備，以使各分站的設備簡單和緊湊。
圖1是表示實施例1和實施例2所述的主站與分站之間關系的說明圖。
圖2是表示實施例1所述的分站的各部件的說明圖。
圖3是表示實施例1和實施例2所述的主站的各部件的說明圖。
圖4是表示實施例1和實施例2所述的識別故障點的原理的說明圖。
圖5是表示實施例1所述的校正參考時間的過程的說明圖。
圖6是表示實施例1所述的校正參考時間的過程的說明圖。
圖7是表示校正參考時間的過程的說明圖。
圖8是表示對于標準時間的同步信號誤差的分布的說明曲線圖。
圖9是表示由振蕩器產生的參考時間的累積誤差的說明曲線圖。
圖10是表示實施例2所述的分站的各部件的說明圖。
圖11是表示實施例2所述的分站的SD時間的定位方法的說明圖。
圖12是表示由于沖擊波形的差所引起的沖擊檢測時間滯后的說明圖。
圖13是表示雙可能法的說明圖。
圖14是表示當存在先前沖擊時的雙可能法的說明圖。
以下將參考


本發明的實施例。(1)故障點定位系統的布置如圖1所示，本發明的第一實施例的故障點定位系統包括分站1，沿TD線安裝在各鋼塔或電桿處，以及主站2，安裝在電力公司的供電局或分局，根據來自分站1的信息，定位故障點。
(a)分站如圖2所示，分站1備有GPS天線111，GPS接收器112，振蕩器121，參考時鐘122，參考時間保持電路123，ZCT 131(零相電流互感器)，濾波器電路132，沖擊信號檢測電路133，SD時間保持電路134，中央處理裝置141，和通信接口142。
ZCT 131(零相電流互感器)、濾波器電路132、沖擊信號檢測電路133、SD時間保持電路134和中央處理裝置141的部分對應于本發明權利要求和概述中所指的“沖擊檢測裝置13”。類似地，中央處理裝置141和通信接口142對應于“沖擊信息傳送裝置14b”。同樣，GPS天線111和GPS接收器112對應于“GPS接收裝置11”。而且，振蕩器121、參考時鐘122和參考時間保持電路123類似地對應于“計時裝置12”。
以下將說明分站的各部件。
i)ZCT 131(零相電流互感器)ZCT 131安裝在TD線的鋼塔上，以檢測在故障時發生的沖擊信號(沖擊電流)，然后把這些沖擊信號發送到濾波器電路132。為了檢測沖擊電壓作為沖擊信號，使用一個電壓檢測器，例如PT或PD。
ii)濾波器電路132
濾波器電路132對ZCT 131檢測的信號濾波，以消去除沖擊信號外的不必要的工業頻率分量等，并且僅允許沖擊信號通過，然后發送到沖擊信號檢測電路133。
iii)沖擊信號檢測電路133沖擊信號檢測電路133檢測沖擊信號的電平，然后如果信號電平超過沖擊識別值，則根據沖擊信號確定發生了故障，然后向SD時間保持電路134輸出一個時間保持信號。
iv)沖擊檢測時間保持電路134當從沖擊信號檢測電路133輸出時間保持信號時，SD時間保持電路134保持輸出時的參考時鐘122的時間，以把該時間作為SD時間輸出到中央處理裝置141。
v)GPS天線111和GPS接收器112GPS天線111接收來自GPS衛星的無線電波，以向GPS接收器112發送無線電波。然后，GPS接收器112從無線電波中抽取GPS衛星的標準時間信息，作為同步信號，然后把該信號發送到參考時間保持電路123。
vi)參考時間保持電路123接收來自GPS接收器112的同步信號，使參考時間保持電路123把參考時鐘122的參考時間保持在接收信號的時間，然后向中央處理裝置141輸出參考時間。
vii)參考時鐘122參考時鐘122向參考時間保持電路123和SD時間保持電路134輸出參考時間。
viii)振蕩器121振蕩器121輸出參考時間信號，用于測量參考時鐘122的時間。
ix)中央處理裝置141中央處理裝置141通過通信接口142向主站2發送由SD時間保持電路134輸出的SD時間。另外，中央處理裝置141收集一天從參考時間保持電路123接收的參考時間，作為與標準時間比較產生的時間偏差數據，然后根據偏差數據確定與標準時間的平均偏差值，把該值作為校正值加到參考時鐘122，然后執行參考時間校正處理124，其中對參考時間進行校正。
x)通信接口142通信接口142在中央處理裝置141與公共通信網之間傳遞通信信號，以使中央處理裝置141能通過公共通信網與主站2通信。
b)主站如圖3所示，主站2包括一個通信接口21，一個輔助存儲裝置222，一個中央處理裝置23，一個CRT 241，一個打印機242，和一個鍵盤25。
在上述中，通信接口21從各分站接收SD時間信息，并且對應于本發明概述和權利要求中所指的“分站沖擊信息接收裝置21b”。中央處理裝置23按照SD時間定位故障位置，并且類似地對應于“故障位置識別裝置23c”。而且，CRT 241和打印機242輸出定位的結果，并且類似地對應于“信息輸出裝置24”。同樣，鍵盤25對應于“輸入裝置”。
以下將說明主站的各部件。
i)通信接口21通信接口21在主站與分站1之間傳遞通信信號。也就是，通信接口21轉換通過公共通信網從分站1傳送的信號，以把轉換的信號供給中央處理裝置23。
ii)中央處理裝置23(例如個人計算機和工作站)中央處理裝置23通過通信接口21接收由各分站1、1、1...傳送的位置信息和SD時間，并且執行將在下文敘述的故障點定位處理。把通過故障點定位處理獲得的故障點和輔助存儲裝置222中存儲的TD線地圖數據一起，輸出到CRT 241或打印機242。
iii)輔助存儲裝置222(例如硬盤)輔助存儲裝置222其中記錄和存儲由各分站1、1、1...傳送的位置信息和SD時間，由中央處理裝置23計算的故障點，以及中央處理裝置23進行處理所必需的TD線地圖數據。
在上述中，TD線地圖數據包括電桿和鋼塔的位置數據，以及電桿(鋼塔)之間的距離數據。
iv)打印機242依照中央處理裝置23的指令，打印機242打印出由中央處理裝置23發送的TD線地圖數據或故障點定位的結果。
v)CRT 241依照中央處理裝置23的指令，CRT 241顯示由中央處理裝置23發送的TD線地圖數據或故障點定位的結果。
vi)鍵盤25(輸入裝置)鍵盤25允許輸入為準備TD線地圖所需的繪圖數據等。這里，繪圖數據包括電桿和鋼塔的位置數據，以及電桿(鋼塔)之間的距離數據。
(2)參考時間校正處理現在將說明在參考時間校正處理124中執行的參考時間校正處理的方法。
i)在該步，分站的電源接通，并且GPS接收器112開始輸出同步信號和標準時間數據，中央處理裝置141接收來自GPS接收器112的標準時間數據，對參考時鐘122設置時間數據，作為參考時間，然后用標準時間對參考時鐘122的時鐘時間定時。
ii)在GPS接收器112例如每一秒輸出同步信號輸出的情況下，參考時鐘112的時間保持在參考時間保持電路123中，因此中央處理裝置141對每一秒輸出的同步信號接收時間。同時，由GPS接收器112輸出標準時間數據，因此還接收標準時間數據，以確定標準時間與參考時間之間的偏差(-ε0，-ε1，...，+εn)，然后作為時間偏差數據存儲(參考圖5)。
iii)在該步，時間偏差數據已經收集到一定量，例如收集到一天的數據量，則把數據相加，以計算時間偏差數據的平均值。這個平均值是參考時間與標準時間之間的實際偏差(參考圖6)，因此被加到參考時鐘的時鐘時間。這樣使參考時鐘的時間校正為標準時間。
本方法允許使用振蕩器輸出的參考時間信號的優點(它在短時限期間幾乎無偏差)，以及GPS輸出的同步信號的優點(它在長時間期間使平均偏差接近標準時間)，因此允許參考時間在短時限和長時限期間都穩定，并且相對標準時間具有較小偏差。因此，這樣消除了各分站的參考時間的同步偏移，從而允許正確地檢測SD時間的差，并且因此允許改善故障點定位的精度。
(3)故障點定位系統中的處理以下將敘述在TD線上發生故障的情況下，識別故障點的過程。首先，將在3.a.中說明分站的SD時間的定位。隨后，將在3.b.中敘述主站的故障點的定位。
(a)在分站的SD時間的定位以下所示是在分站1的中央處理裝置141的SD時間的定位過程。
分站允許ZCT 131接收在故障時發生的沖擊電流，用濾波器電路132和沖擊信號檢測電路133檢測沖擊電流，然后向SD時間保持電路134輸出沖擊檢測信號。然后，SD時間保持電路134保持接收沖擊檢測信號的參考時間，以把參考時間作為SD時間輸出到中央處理裝置141。隨后，中央處理裝置141自動地把沖擊檢測信號的檢測時間數據作為故障信息，和分站號一起發送到主站。
(b)在主站定位故障點以下將示出在主站2的中央處理裝置23定位故障點的原理和過程。首先，將在(I)中說明定位故障點的原理，然后將在(II)中說明其過程，最后將在(III)中說明故障點的顯示。
(I)定位故障點的原理圖4示意表示定位故障點的原理。
在分站①與②之間線段內發生的接地故障，引起行波(沖擊)如圖4所示形成。假定行波沿TD線傳播的傳播速度v恒定，則在分站①和②檢測這個行波所需的時間持續與故障發生點距各分站的距離L1和L2成正比。
也就是，如果分站①與②之間的距離L已知，并且精確地測得在分站①和②檢測的時間持續的差，則圖4所示的公式“L1＝(L+(t1-t2)×v)/2”允許確定從分站①到故障點的距離L1。
在本實施例的故障點定位系統中，預先存儲要對其沖擊時間差進行討論的分站(電源側端和遠端的分站)之間的TD線的距離L。距離L由手動輸入確定，或由自動測量，例如用GPS來確定。
而且，對于相鄰分站，假定TD線實際為直線，則根據分站的位置信息(緯度、經度和高度)，能計算兩個分站之間TD線的的距離。
而且，對于相互不相鄰的分站，通過把TD線上這些分站之間存在的相鄰分站之間的長度相加，能獲得分站之間TD線的距離L。
(II)定位故障點的過程主站2的中央處理裝置23預先存儲最靠近電源側端的分站與TD線的各遠端分站之間TD線的距離L。
中央處理裝置23選擇最靠近TD線的電源側端的分站1，和最靠近主干線和支干線的遠端的分站1的組合，以根據兩個分站的SD時間的差，定位故障點。
也就是，中央處理裝置23按照電源側端分站1檢測的SD時間t1，遠端側分站1檢測的所述SD時間t2，沖擊傳播速度v，和分站之間TD線的長度L，利用公式L1＝(L+(t1-t2)×v)/2，確定沿TD線從電源側端分站到故障發生位置(故障點)的距離L1。
其中考慮到架空線和電纜配電線情況，v為150m/μs到300m/μs。優選地，v設置為250m/μs到300m/μs。
另外，如果在定位的故障點附近及在故障點兩端有分站1和1，則根據分站的SD時間的差，能再定位故障點，以改善定位的可靠性。
定位故障點的這些過程可以按這樣方式執行，以便操作員根據需要手動供給中央處理裝置23指令，以處理故障點定位，或可以按這樣方式編程，以便中央處理裝置23自動地執行處理。
在這種情況下，雖然為了檢測時間差，必須使兩端分站的時間精確地同步，然而如上所述，用接收到在一定時限期間累積的同步信號時的參考時間和標準時間所獲得的平均值，對各分站的參考時間進行校正，并且用GPS衛星發送的標準時間對各分站的參考時鐘定時，使各分站的參考時間同步。
(III)顯示故障定位主站2的中央處理裝置23完成對故障點的定位，然后，為了使操作員知道故障點，在CRT 241的屏幕上顯示輔助存儲裝置222中存儲的TD線地圖信息和定位的故障點。而且，中央處理裝置23允許打印機242響應操作員的請求執行打印。
(4)運行故障點定位系統分站1安裝在支持TD線的電桿(鋼塔)上，并且一天24小時連續運行，以便檢測任何時候的故障。
主站2例如可以安裝在電力公司的分局或供電局，以僅在有操作員的時間期間運行，或可以一天24小時運行，以便在任何時候發生故障時確認故障點。
(5)故障點定位系統的作用本實施例的故障點定位系統結合分站的時鐘裝置12和GPS接收裝置11，通過使各分站的時間同步，并且因此使各分站的時間精確，允許根據位于故障點兩端(電源端和遠端)分站的沖擊信號到達時間的差，識別故障點的位置(從分站到故障點的位置的距離)。而且，即使在短時限期間不能接收GPS無線電波的情況下，該系統也允許使用分站的參考時間，從而允許快速地和精確地定位故障點。(1)故障點定位系統的布置如圖1所示，本發明的第二實施例的故障點定位系統包括分站1，沿TD線安裝在各鋼塔或電桿處，以及主站2，安裝在電力公司的供電局或分局，根據來自分站1的信息，定位故障點。
(a)分站如圖10所示，分站1包括GPS天線111，GPS接收器112，振蕩器121，參考時鐘122，時間同步校正電路123，ZCT 131(零相電流互感器)，濾波器電路132，沖擊信號檢測電路133，SD時間保持電路134，沖擊波形記錄器電路136，中央處理裝置141，和通信接口142。
ZCT 131、濾波器電路132、沖擊信號檢測電路133、SD時間保持電路134和沖擊波形記錄器電路136對應于本發明概述和權利要求中所指的“沖擊檢測裝置13”。同樣，中央處理裝置141和通信接口142對應于“沖擊信息傳送裝置14b”。類似地，GPS天線111和GPS接收器112對應于“GPS接收裝置11”。而且，振蕩器121、參考時鐘122和時間同步校正電路123對應于“計時裝置12”。
以下將說明分站的各部件。
i)ZCT 131(零相電流互感器)ZCT 131安裝在TD線的鋼塔上，以檢測在故障時發生的沖擊信號(沖擊電流)，然后把該信號發送到濾波器電路132。為了檢測沖擊電壓作為沖擊信號，使用一個電壓檢測器，例如PT或PD。
ii)濾波器電路132濾波器電路132對ZCT 131檢測的信號濾波，以消去除沖擊信號外的不必要的工業頻率分量等，并且僅允許沖擊信號傳到沖擊信號檢測電路133和沖擊波形記錄器電路136。
iii)沖擊信號檢測電路133當沖擊信號檢測電路133檢測沖擊信號的電平，并且沖擊信號超過沖擊識別電平時，則沖擊信號檢測電路133確定發生了沖擊，然后向SD時間保持電路134輸出時間保持信號。另外在同時，沖擊信號檢測電路133向沖擊波形記錄器136輸出沖擊波形記錄停止信號。
iv)沖擊檢測時間保持電路134當從沖擊信號檢測電路133輸出時間保持信號時，SD時間保持電路134保持當時的參考時鐘122的時間，以把該時間作為SD時間的初始值輸出到中央處理裝置141。
v)沖擊波形記錄器電路136沖擊波形記錄器電路136參考從振蕩器136接收的抽樣信號，用A/D轉換器把從濾波器電路132接收的沖擊信號波形轉換成數字數據，并且始終在一個具有循環布置的波形記錄存儲器(例如環形存儲器)中存儲和更新數據。沖擊波形記錄器電路136在從沖擊信號檢測電路133接收到沖擊波形記錄停止信號時，使波形記錄停止，然后在波形記錄存儲器中保持記錄到該時間點的沖擊信號波形，以把波形輸出到中央處理裝置141。
vi) GPS天線111和GPS接收器112GPS天線111接收來自GPS衛星的無線電波，以向GPS接收器112發送無線電波。然后，GPS接收器112從無線電波中抽取GPS衛星的標準時間信息，作為同步信號，然后把該信號發送到時間同步校正電路123。
vii)時間同步校正電路123按照GPS接收器112輸出的同步信號，時間同步校正電路123使參考時鐘122的時間與GPS衛星的標準時間同步。
viii)參考時鐘122參考時鐘122向SD時間保持電路134輸出參考時間。
ix)振蕩器121振蕩器121輸出參考時間信號，用于對參考時鐘122計時。另外，振蕩器121向沖擊波形記錄器電路136輸出和參考時間信號同步的波形抽樣信號。
x)中央處理裝置141按照SD時間保持電路134輸出的SD時間的初始值和沖擊波形記錄器136輸出的沖擊信號波形，中央處理裝置141識別緊接SD時間的初始值之前，電壓超過沖擊波形開始電平的時間，然后通過通信接口142把該時間作為SD時間發送到主站2。
xi)通信接口142為了使中央處理裝置141能夠利用公共通信網與主站2通信，通信接口142在中央處理裝置141與公共通信網之間傳遞通信信號。
分站1包括上述部件，從而能夠根據GPS波識別其自身位置，并且把信息傳送到主站。
b)主站如圖3所示，主站2包括一個通信接口21，一個輔助存儲裝置222，一個中央處理裝置23，一個CRT 241，一個打印機242，和一個鍵盤25。主站2的這些部件和實施例1的那些部件具有相同的布置。
通信接口21從各分站接收位置信息，并且對應于本發明概述和權利要求中所指的“分站定位信息接收裝置21a”。而且，通信接口21從各分站接收SD時間信息，并且類似地對應于“分站沖擊信息接收裝置21b”。中央處理裝置23根據分站的位置信息，準備TD線地圖信息，并且類似地對應于“TD線地圖信息準備裝置23a”，而且它根據按照SD時間定位故障點，并且同樣地對應于“故障定位識別裝置23c”。輔助存儲裝置222對應于“地圖信息存儲裝置”。同樣，CRT 241和打印機242輸出定位的結果，并且對應于“TD線地圖信息輸出裝置24”。同樣，鍵盤25對應于“輸入裝置”。
(2)故障點定位系統中的處理以下將敘述在TD線上發生故障的情況下，識別故障點的過程。首先，將在(a)中說明分站的SD時間的定位。隨后，將在(b)中敘述主站的故障點的定位。
(a)在分站的SD時間的定位為了減小由沖擊信號上升時間的差而結果引起的SD時間的不同，中央處理裝置141對在沖擊信號超過沖擊識別電平時所確定的SD時間的初始值進行校正，以獲得SD時間。
以下將示出分站1的中央處理裝置141確定SD時間的過程。
(過程1)中央處理裝置141從SD時間保持電路134接收SD時間的初始值，并且從沖擊波形記錄器電路136接收取離散值形式的沖擊波形數據(參考圖10和圖11)。
(過程2)中央處理裝置141從SD時間的初始值開始，按時序依次返回查看波形數據(離散值)，以比較波形數據的電平，直到信號電平變為等于或小于沖擊波形開始電平為止(參考圖11)。
(過程3)當波形數據的信號電平達到沖擊波形開始電平時，中央處理裝置141從SD時間的初始值中，減去用(“到達該信號的返回重復的次數”-1)乘的抽樣間隔，以把該時間確定為SD時間(參考圖11)。
(b)在主站定位故障點以下將示出在主站2的中央處理裝置23定位故障點的原理和過程。首先，將在(I)中說明定位故障點的原理，然后將在(II)中說明其過程，最后將在(III)中說明故障位置的顯示。
(I)定位故障點的原理圖4示意表示定位故障點的原理。
在分站①與②之間線段內發生的接地故障，引起行波(沖擊)如圖4所示形成。假定行波沿TD線傳播的傳播速度v恒定，則在分站①和②檢測這個行波所需的時間持續與故障發生點距各分站的距離L1和L2成正比。
也就是，如果分站①與②之間的距離L已知，并且精確地測得在分站①和②檢測的時間持續的差，則圖4所示的公式“L1＝(L+(t1-t2)×v)/2”允許確定從分站①到故障點的距離L1。
在本實施例的故障點定位系統中，預先存儲要對其沖擊時間差進行討論的分站(電源側端和遠端的分站)之間的TD線的距離L。
而且，對于相鄰分站，假定TD線實際為直線，則根據分站的位置信息(緯度、經度和高度)，能計算分站之間TD線的的距離。
此外，對于相互不相鄰的分站，通過把TD線上分站之間存在的相鄰分站之間的長度相加，能獲得分站之間TD線的距離L。
(II)定位故障點的過程主站2的中央處理裝置23預先存儲最靠近電源側端的分站與TD線的各遠端分站之間TD線的距離L。
中央處理裝置23選擇最靠近TD線的電源側端的分站1，和最靠近主干線和支干線的遠端的分站1的組合，以根據這兩個分站的SD時間的差，定位故障點。
也就是，中央處理裝置23按照電源側端分站1檢測的SD時間t1，遠端側分站1檢測的所述SD時間t2，沖擊傳播速度v，和分站之間TD線的長度L，利用公式L1＝(L+(t1-t2)×v)/2，確定沿TD線從電源側端分站到故障發生位置(故障點)的距離L1。
其中考慮到架空線和電纜配電線情況，v為150m/μs到300m/μs。優選地，v設置為250m/μs到300m/μs。
另外，如果在定位的故障點附近及在故障點兩端有分站1和1，則根據分站的SD時間的差，能再定位故障點，以改善定位的可靠性。
定位故障點的這些過程可以按這樣方式確定，以便操作員根據需要手動供給中央處理裝置23指令，以處理故障點定位，或可以按這樣方式編程，以便中央處理裝置23自動地執行處理。
在這種情況下，雖然為了檢測時間差，必須使兩端分站的時間精確地同步，然而如上所述，用接收到在一定時限期間累積的同步信號時的參考時間和標準時間所獲得的平均值，對各分站的參考時間進行校正，并且用GPS衛星發送的標準時間對各分站的參考時鐘定時，使各分站的參考時間同步。
(III)顯示故障發生點主站2的中央處理裝置23完成對故障點的定位，然后，為了使操作員知道故障點，在CRT 241的屏幕上顯示輔助存儲裝置222中存儲的TD線地圖信息和定位的故障點。而且，中央處理裝置23允許打印機242響應操作員的請求執行打印。
(3)運行故障點定位系統分站1安裝在支持TD線的電桿(鋼塔)上，并且一天24小時連續運行，以便檢測任何時候的故障。
主站2例如可以安裝在電力公司的分局或供電局，以僅在有操作員的時間期間運行，或可以一天24小時運行，以便在任何時候發生故障時確認故障點。
(4)故障點定位系統的作用本實施例的故障點定位系統根據位于故障點兩端(電源端和遠端)分站檢測的沖擊信號到達時間的差，識別故障點的位置(從分站到故障點的位置的距離)。因此，能快速地和精確地執行故障點的定位。應該理解，本發明包括但不限于所述個別實施例，并且在本發明的范圍之內，按照各種目的和應用，可以變更或改變。
也就是，可以對時間誤差數據，即參考時間與從GPS獲得的標準時間之間的差，確定平均數據，各個差按一天收集，或預先存儲累積，然后除以收集的次數。
而且，分站到主站的信息可以用有線或無線公共網，例如便攜式電話、PHS和公共電話網，或用沿TD線裝設的租用專線網(例如金屬電纜、光導纖維和無線電)來傳送。而且，可以用載波器調整信號，然后在TD線上傳送。
而且，TD線地圖信息中的地圖數據包括但不限于輔助存儲裝置，或其他記錄介質，例如磁盤裝置、光盤(例如CD-ROM和DVD)或光磁盤裝置中存儲的那些地圖數據。可選擇地，地圖數據可以在Internet上從提供地圖信息的WWW場所的服務器在線下載或檢索。這樣的實施例允許通過Internet從服務器在線下載或檢索地圖數據，無需存儲個別地圖信息，并且總允許最新的地圖信息可用。
權利要求
1.一種故障點定位系統，包括分站(1)，沿輸電和配電線安裝，以向一個主站(2)傳送沖擊檢測時間信息，以及主站(2)，根據所述沖擊檢測時間信息，定位故障點；其中所述分站(1)確定從接收的GPS無線電波所獲得的GPS具有的標準時間，與獲得所述標準時間時所述分站(1)具有的參考時間之間的差，在一定時限期間累積所述差，把存儲的所述差的平均值加到所述參考時間，以校正參考時間，按照所述參考時間，確定在輸電和配電線上某點所發生故障產生的沖擊電壓或沖擊電流的檢測時間，然后通過通信網向所述主站(2)傳送檢測時間。
2.一種按照權利要求1的故障點定位系統，如第二發明的故障定位系統所示，所述主站(2)按照所述輸電和配電線網上故障點兩端的一對分站中的一個所檢測的所述沖擊檢測時間t1，另一個分站檢測的所述沖擊檢測時間t2，沖擊傳播速度v，和所述分站之間輸電和配電線的長度L，利用公式L1＝(L+(t1-t2)×v)/2，確定從分站中一個到所述故障點的輸電和配電線的距離L1。
3.一種按照權利要求1的故障點定位系統，如第三發明的故障定位系統所示，所述主站(2)按照最靠近所述輸電和配電線網電源側端的分站檢測的所述沖擊檢測時間t1，輸電和配電線網遠端的另一個分站檢測的所述沖擊檢測時間t2，沖擊傳播速度v，和所述分站之間輸電和配電線的長度L，利用公式L1＝(L+(t1-t2)×v)/2，確定從所述電源側端的分站到所述故障點的輸電和配電線的距離L1；以及而且，按照由上述計算確定的故障點兩端的一對分站中的一個所檢測的所述沖擊檢測時間t3，另一個分站檢測的所述沖擊檢測時間t4，沖擊傳播速度v，和所述對分站之間輸電和配電線的長度L’，利用公式L3＝(L’+(t3-t4)×v)/2，確定從所述一個分站到所述故障點的輸電和配電線的距離L3。
4.一種故障點定位系統，包括分站(1)，沿輸電和配電線安裝，以向一個主站(2)傳送沖擊檢測時間信息，以及主站(2)，根據所述沖擊檢測時間信息，定位故障點，其特征在于所述分站(1)存儲和更新至少從當前時間到一定時限前的時間范圍內的所述輸電和配電線的過去電壓或電流波形，存儲沖擊識別電平，它是識別沖擊的參考電平，并且設置為高于噪聲電平的電平，以及存儲沖擊波形開始電平，它是確定沖擊波形開始點的參考電平，并且設置為低于所述沖擊識別電平的電平，在所述輸電和配電線的電壓或電流超過所述沖擊識別電平的情況下，從超過所述沖擊識別電平的時間開始，在返回查看存儲的所述波形之后，把所述電壓或電流第一次超過所述沖擊波形開始電平的時間確定為沖擊檢測時間，并且通過通信網向所述主站(2)發送所述沖擊檢測時間。
5.一種按照權利要求4的故障點定位系統，其中所述主站(2)按照所述輸電和配電線網上故障點兩端的一對分站中的一個所檢測的所述沖擊檢測時間t1，另一個分站檢測的所述沖擊檢測時間t2，沖擊傳播速度v，和所述分站之間輸電和配電線的長度L，利用公式L1＝(L+(t1-t2)×v)/2，確定從分站中一個到所述故障點的輸電和配電線的距離L1。
6.一種按照權利要求4的故障點定位系統，其中所述主站(2)按照最靠近所述輸電和配電線網電源側端的分站檢測的所述沖擊檢測時間t1，輸電和配電線網遠端的另一個分站檢測的所述沖擊檢測時間t2，沖擊傳播速度v，和所述分站之間輸電和配電線的長度L，利用公式L1＝(L+(t1-t2)×v)/2，確定從所述電源側端的分站到所述故障點的輸電和配電線的距離L1；以及而且，按照由上述計算確定的故障點兩端的一對分站中一個檢測的所述沖擊檢測時間t3，另一個分站檢測的所述沖擊檢測時間t4，沖擊傳播速度v，和所述對分站之間輸電和配電線的長度L’，利用公式L3＝(L’+(t3-t4)×v)/2，確定從所述一個分站到所述故障點的輸電和配電線的距離L3。
7.一種按照權利要求4的故障點定位系統，其中所述過去電壓或電流波形是以恒定時間間隔抽樣的離散值的形式存儲的，允許把從超過所述沖擊識別電平的時間開始返回，抽樣值第一次不到所述沖擊波形開始電平的抽樣時間的下一個抽樣時間，確定為所述沖擊檢測時間。
全文摘要
一種故障點定位系統,包括分站1,沿輸電和配電線(TD線)安裝,以發送沖擊檢測時間(SD時間),主站2根據該信息定位故障點。分站1存儲和更新所述線的過去電壓或電流波形,存儲沖擊識別電平L2和沖擊波形開始電平L1,在所述TD線的電壓或電流超過所述電平L2的情況下,從超過所述沖擊識別電平的時間開始,把所述電壓或電流第一次超過所述電平L1的時間識別為SD時間,并且通過通信網向所述主站2發送所述SD時間。
文檔編號G01R31/08GK1258845SQ9912650
公開日2000年7月5日 申請日期1999年12月22日 優先權日1998年12月28日
發明者高岡本州, 杉浦正則 申請人:日本高壓電氣株式會社, 高岡本州