基於電子式互感器的輸電線路行波故障測距方法
2023-06-02 06:41:21 2
專利名稱：基於電子式互感器的輸電線路行波故障測距方法
技術領域：
本發明涉及一種基於電子式互感器的輸電線路行波故障測距方法，屬電力系統繼 電保護技術領域。
背景技術：
為了能夠在二次側觀察到輸電線路上的暫態行波現象，要求電壓、電流信號變換 迴路要有足夠的響應速度。例如，假定行波傳播速度等於光速，為了將測距分辯率控制在 500m以內，電壓和電流暫態信號變換迴路輸出信號的上升時間必須在3. 3us以內，相應變 換迴路的截止頻率不能低於25kHz。
隨著智能電網的發展，變電站的數位化、智能化已經成為一種趨勢。在智能變電站 中，由於一些一、二次設備以及運行方式不同於常規的變電站，原有一些設備已經不能正常 工作，只有在改進後才能繼續應用於智能變電站。輸電線路行波測距裝置就存在這方面的 問題。在數位化變電站中，行波測距裝置在測距原理上與傳統變電站一樣，兩者主要差異在 於信號提取及處理方式的改變。在傳統變電站中，主要是利用電磁式電流互感器和電壓互 感器獲取行波故障信息，而智能變電站中主要依賴電子式互感器提取電氣信息，那麼如何 從電子式互感器提取可用的行波故障信息就成為實現行波測距的關鍵。
公開號101776725A公開了一種輸電線路故障測距方法，該發明通過在高壓輸電 線上安裝基於羅氏線圈的寬頻穿芯式行波檢測裝置，採集三相線路電流行波信號，運用相 模變換和小波模極大值原理進行奇異值檢測，準確識別行波線模波頭，並利用GPS高粘度 時鐘精確判定波頭到達時刻；依據不同的波頭時差信息，在線測量實時行波線模波速，實現 精確故障測距。但這種方法需在兩個變電站之間的高壓輸電線路上安裝兩套行波檢測裝 置，顯得十分麻煩，一旦檢測裝置出現故障，檢修十分不便。發明內容
本發明的目的是，為了解決輸電線路行波測距裝置在智能變電站應用中存在的一 些問題，本發明從電子式互感器提取可用的行波故障信息，提供一種基於電子式互感器的 輸電線路行波故障測距方法。
本發明的技術方案是基於電子式互感器的輸電線路行波故障測距方法為
(a)在電子式互感器中增加行波信號高速數據採集模塊，以滿足行波故障測距的需要；
(b)將原有行波故障測距裝置的信號輸入模塊改為適用於電子式互感器的數字信 號輸入模塊，主要包括行波信號合併單元、行波信號處理單元、行波數據傳輸單元。
(c)電子式互感器光數位訊號與行波故障測距裝置的光纖通信。
由於現有的電子式互感器在採樣頻率上主要滿足保護等功能需求，因而其採樣頻 率基本在IOkHz以內，雖然能夠滿足保護等設備的要求，但對於行波故障測距需要的上兆 赫茲的信號，現有的電子式互感器則不能提供，因而不能滿足行波測距的要求。因此，在數位化變電站中要實現行波故障測距功能，首先就要解決行波信號的提取問題。為此，本發明 從電子互感器入手，對現有的電子式互感器做適當改動，在現有保護信號輸出不變的前提 下，另外再增加一路適用於行波故障測距的不小於IMHz的信號輸出。
本發明採用的方式是在互感器(羅氏線圈型電子式電流互感器)中專門增加一 個行波信號高速數據採集模塊，輸出採樣頻率為500KHZ的信號，以滿足行波故障測距的需 要。由於這個頻率仍小於1MHz，因此需要對此信號進行進一步的處理，以滿足行波故障測距 的可靠性和精度。
由於高速數據採集頻率高，數據量特別大，為了實現對暫態行波信號的不間斷採 集，需要一種高靈活性(採樣時間長度、採樣通道數、觸發方式等都可以在線設置)、連續性 (多次數據記錄之間無死區)以及低成本的高速數據採集存貯系統，以滿足高速數據處理 的需求，本發明中的行波信號高速數據採集模塊能夠滿足這種需求。
為了保證測距可靠性，本發明中的電子式互感器所採集信息實時送往行波故障測 距裝置，但只有在檢測到故障時，行波測距裝置才起動。為了實現雙端測距功能，同常規站 中的裝置一樣，行波測距裝置需接入時間同步信號。採用基於GPS/北鬥技術的電力系統同 步時鐘，對行波採集裝置內部的高穩定度硬體實時時鐘(解析度為lys)系統進行精確秒 同步，使其走時誤差始終不超過ι μ s，滿足了雙端時間同步的要求。
由於採集信號頻率的限制，因此需要對行波故障信號做不同於常規站的處理。本 發明對行波故障信號做不同於常規站的處理方法為，對行波故障信號進行多項式曲線擬 合，通過最小二乘法確定係數，再利用求得的係數重構動態過程，使最終數據同常規變電站 中行波故障測距數據，以實現雙端測距和單端測距分析功能，同時保證測距精度。
本發明採用了區別於傳統行波測距系統的信號輸入處理單元。由於不同於常規站 中行波測距裝置採集的是模擬信號，從電子式互感器上採集的是數位訊號，因此，對於原有 的故障測距裝置的信號輸入模塊，也要改為適用於電子式互感器的數位訊號輸入模塊，包 括行波信號合併單元、行波信號處理單元和基於IEC 61850標準的數據傳輸單元。
本發明採用了區別於傳統行波測距系統的數據處理算法。即使在進行相關互感器 改造後，採樣頻率也只能滿足行波故障測距的基本需要，為了達到和傳統的行波測距系統 一樣的測距精度，需要採用新的數據處理算法，以滿足測距需要。
本發明對行波浪湧到達時刻能進行準確標定。故障初始行波浪湧只在其波頭起始 點表現為奇異點，並且這種奇異性不受行波頻散和衝擊電暈等因素引起的行波波形衰減和 畸變的影響。因此，應該用暫態行波浪湧波頭的起始點來表徵行波浪湧的到達時刻，而對應 於該點的傳播速度就是行波浪湧的整體傳播速度。由於實際故障行波信號存在一定的上升 時間，行波採集裝置直接檢測到的行波浪湧到達時間與實際的行波浪湧到達時間之間存在 一定的偏差，需要採取數位訊號處理方法予以修正。採用小波模極大值分析方法可以用於 行波浪湧到達時刻的標定，選取具有2階消失矩的基小波函數，以消除線路本身以及行波 採集裝置中模擬低通濾波電路對行波浪湧波頭起始點奇異特性的影響。
本發明與現有技術相比較的有益效果是，①可直接採集經改造的電子式互感器輸 出的數字故障信息；②採用專門的數位訊號處理算法，提高測距精度；③採用嵌入式系統 技術和插件式結構，不需要配置後臺工控機，提高了測距裝置的可靠性；④採用專門的高速 數據存貯處理單元對行波信號進行緩存、記錄與實時處理；⑤採用小波變換技術檢測行波波頭起始點所對應的絕對時間，從而將雙端現代行波測距原理的測距誤差控制在300米以 內。
本發明方法適用於智能變電站的行波故障測距。
圖1為本發明的數據處理流程示意圖2為本發明用於行波信號提取的高速數據採集模塊工作原理圖3為本發明的行波故障測距裝置功能模塊示意圖4為本發明的具體實現示意圖中圖號表示為1是電子式電流互感器傳感頭；2是原低頻信號採集線路板；3 是原二次處理系統；4是行波信號高速採集處理板；5是光纖；6是行波故障測距裝置；7是 行波信號合併單元；8是行波信號處理單元；9是61850標準行波數據傳輸單元；11是行波 採集與處理系統；12是行波綜合分析系統；13是遠程維護系統。
具體實施方式
本發明具體實施方式
如圖1至圖4所示。
圖1為本發明的數據處理流程示意圖。如圖1所示，現有電子式互感器採樣頻率 主要滿足保護、測量等功能需求，其採樣頻率基本在IOkHz左右，難以達到行波測距要求， 必須在增加單獨的高速數據採集模塊。以電流互感器為例，高壓傳感頭1由Rogowisk線圈 及採集器電路組成，Rogowisk線圈作為電流傳感器輸出正比於一次電流的小電壓信號。為 了不改變互感器特性和不影響原保護、測量等二次處理系統3的數據採集，在原低頻信號 採集線路板2的基礎上，增加一塊行波高速數據採集處理板4，同時採集Rogowski線圈的數 據，在做到兩個採集模塊互不影響的情況下，既能夠保證低頻率信號的輸出，也可以滿足行 波故障信號的採集。從電子式電流互感器採集的信號，通過光纖5輸入行波故障測距裝置 6，實現採用電子式互感器實現監測的輸電線路故障測距功能。
圖2為行波信號高速數據採集處理板的工作原理示意圖。如圖2所示，採樣板主 要包括以下三個功能模塊①高速採樣單元用於採集行波測距所需三相數據；②低速採 樣單元判斷故障發生與否，判斷結果發送給高速採集單元，確認是否保存數據；③高速緩 存RAM 臨時存儲高速採集數據，等待發送。
圖3本發明的行波故障測距裝置功能模塊示意圖。由於不同於常規站中行波測距 裝置採集的是模擬信號，從電子式互感器上採集的是數位訊號，因此，對於原有的故障測距 裝置的信號輸入模塊，也要改為適用於電子式互感器的數位訊號輸入模塊。如圖3所示，行 波故障測距裝置主要包括以下三個功能模塊①行波信號合併單元用於採集行波測距所 需三相數據；②行波信號處理單元判斷故障發生與否，判斷結果發送給數據傳輸單元；③ 行波數據傳輸單元提供遵循IEC 61850標準的數據傳輸接口。
圖4為本發明具體實現流程示意圖，如圖4所示。採用電子式互感器實現監測的 輸電線路故障測距系統主要由行波存貯與處理系統、行波綜合分析系統、遠程維護系統以 及通信網絡等4部分組成，除信號來源和處理算法與傳統的行波故障測距系統有所區別， 其他一樣。
權利要求
1.一種基於電子式互感器的輸電線路行波故障測距方法，其特徵在於，所述方法為(a)在電子式互感器中增加行波信號高速數據採集模塊，以滿足行波故障測距的需要；(b)將原有行波故障測距裝置的信號輸入模塊改為適用於電子式互感器的數位訊號輸 入模塊，主要包括行波信號合併單元、行波信號處理單元、行波數據傳輸單元；(c)電子式互感器光數位訊號與行波故障測距裝置的光纖通信。
2.根據權利要求1所述的基於電子式互感器的輸電線路行波故障測距方法，其特徵在 於，所述方法採用了區別於傳統行波測距系統的數據處理算法，由於採集信號頻率的限制， 因此需要對行波故障信號採用曲線擬合方法進行不同於常規站的處理，即對行波故障信號 進行多項式曲線擬合，通過最小二乘法確定係數，再利用求得的係數重構動態過程，以使最 終數據同常規變電站中行波故障測距數據，實現雙端測距和單端測距分析功能，同時保證 測距精度。
3.根據權利要求1所述的基於電子式互感器的輸電線路行波故障測距方法，其特徵 在於，所述方法採用小波模極大值分析方法可以用於行波浪湧到達時刻的標定，選取具有2 階消失矩的基小波函數，以消除線路本身以及行波採集裝置中模擬低通濾波電路對行波浪 湧波頭起始點奇異特性的影響。
全文摘要
一種基於電子式互感器的輸電線路行波故障測距方法，其特徵在於，所述方法為(a)在電子式互感器中增加行波信號高速數據採集模塊4，以滿足行波故障測距的需要；(b)將原有行波故障測距裝置的信號輸入模塊改為適用於電子式互感器的數位訊號輸入模塊，主要包括行波信號合併單元7、行波信號處理單元8、行波數據傳輸單元9；(c)電子式互感器光數位訊號與行波故障測距裝置6的光纖5通信。本發明對行波故障信號進行多項式曲線擬合，通過最小二乘法確定係數，再利用求得的係數重構動態過程，以使最終數據同常規變電站中行波故障測距數據，實現雙端測距和單端測距分析功能，同時保證測距精度。本發明方法適用於智能變電站的行波故障測距。
文檔編號G01R31/08GK102033190SQ20101054234
公開日2011年4月27日 申請日期2010年11月12日 優先權日2010年11月12日
發明者毛鵬, 辛建波, 黃瑤 申請人:江西省電力科學研究院