一種電力線路故障行波定位裝置的製作方法
2023-04-25 07:08:36
專利名稱：一種電力線路故障行波定位裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及電力系統保護裝置技術領域，尤其涉及一種電力線路故障行波定位裝置。
背景技術：
目前電力線路故障行波測距裝置一般採用電流行波進行故障定位，直接從電流互感器二次側提取電流行波波頭的突變信號。該定位方法需要具有海量數據存儲的高速數據採集裝置和能進行複雜小波分析的高性能計算機裝置。這使現有的電流行波測距裝置結構 複雜、造價高。由於採集的數據量大、路數多，受此限制，採樣率定位精度大打折扣。通過建立CVT(電容式電壓互感器)行波傳變分析高頻等值模型，分析CVT各元件對頻率響應的影響，通過仿真和裝置實測數據結果顯示，電壓行波比電流行波相對幅值大，理論上較易測量；當故障行波波頭到達時，在CVT 二次側會引起明顯的頻率突變和高頻振蕩，線路阻波器對CVT 二次電壓行波奇異檢測影響有限，雷擊及高阻接地時的行波波頭是可測的，基於CVT 二次電壓的全網故障行波定位裝置也是可行的，具有實用價值。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種電力線路故障行波定位裝置，具有定位故障準確的特點。為解決上述技術問題，本發明所採取的技術方案是一種電力線路行波定位裝置，其特徵在於包括行波測距裝置、錄波器和後臺計算機，所述行波測距裝置和錄波器通過乙太網與後臺計算機連接，行波測距裝置和錄波器與GPS進行通信。優選的所述行波測距裝置為電壓行波測距裝置，包括開關量採集板、電壓轉換板、高速採集板、PC機和報警輸出板，所述開關量採集板和電壓轉換板的輸出端與高速採集板的輸入端連接，高速採集板的輸出端通過PCI總線與PC機進行連接，報警輸出板與高速採集板的輸出端連接，指示板與報警輸出板的輸出端連接。優選的所述高速採集板包括運算放大器、Α/D轉換器、FPGA, DSP、SDRAM和FLASH，經過隔離後的電壓模擬信號依次經運算放大器、Α/D轉換器後通過數據/地址總線與FPGA連接，FPGA與DSP之間通過EMIF總線連接，SDRAM和FLASH與DSP連接。優選的所述錄波器包括開關量採集板、互感器轉換箱、低速採集板和前置計算機，所述開關量採集板和互感器轉換箱的輸出端與低速採集板的輸入端連接，低速採集板通過高速總線與前置計算機連接。採用上述技術方案所產生的有益效果在於錄波器由於原理性的原因，測距精度及準確性不高，行波測距由於採樣率太高，記錄時間短所記錄的線路信息有限，不能全面反映故障的性質，所述系統將錄波和行波定位功能相結合，彌補錄波器和行波測距裝置相互的缺點，定位故障準確；將行波測距裝置和錄波器相結合由原來2個獨立的屏櫃，合併為一個屏櫃，減小了系統的體積，節約了控制室面積，簡化了安裝調試過程，2次迴路電纜接線簡單，減少接線出錯的概率和工作量，並且從硬體上可以節省共用設備，製造成本低。所述系統直接利用電壓互感器二次行波信號進行故障定位，而無需加裝專用傳感器，系統簡單，只需測量變電站母線電壓，具有測量信號少，實用性強，成本低，易於應用的特點。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步詳細的說明。圖I是本發明的原理框 圖2是圖I中高速採集板的原理框 圖3是定位裝置運行的流程 圖4是雙端行波測距原理圖。
具體實施例方式如圖1-2所示，一種電力線路故障行波定位裝置，包括行波測距裝置、錄波器和後臺計算機，所述行波測距裝置和錄波器通過乙太網與後臺計算機連接，行波測距裝置和錄波器與GPS進行通信。所述行波測距裝置可以是電流行波測距裝置也可以是電壓行波測距
>j-U ρ α裝直。優選的所述行波測距裝置為電壓行波測距裝置，包括開關量採集板、電壓轉換板、高速採集板、PC機和報警輸出板；所述開關量採集板和電壓轉換板的輸出端與高速採集板的輸入端連接，高速採集板的輸出端通過PCI總線與PC機進行連接，報警輸出板與高速採集板的輸出端連接，指示板與報警輸出板的輸出端連接，指示相關報警信號等。開關量採集板將開關量信號隔離處理，如果開關發生變位，則通過硬體信號通知高速採集板啟動記錄數據。開關量的接入主要用於對故障線路的判別，如哪個開關量啟動，說明是哪條線路故障，對測距精度沒有影響。所述高速採集板包括運算放大器、Α/D轉換器、FPGA、DSP、SDRAM和FLASH ;經過隔離後的電壓模擬信號依次經運算放大器、Α/D轉換器後通過數據/地址總線與FPGA連接，FPGA與DSP之間通過EMIF總線連接，SDRAM和FLASH與DSP連接。高速採集板是以DSP、FPGA為基本結構的數據採集平臺，主要完成電壓行波信號的高速數據採集和緩存、接收GPS對時信號和同步採樣調整；自帶一個高穩定度的恆溫晶振，通過秒脈衝信號倍頻或其它方式產生5MHz的同步採樣信號，兩端採樣同步精度優於Ius0高穩晶振在GPS信號失效的情況下，2小時內的誤差小於10us。支持PCI總線，裝置通過PCI橋可及時獲取高速採集板的運行情況，若出現故障，及時告警。接受開關量啟動信號，進行行波數據記錄。接受命令完成相關操作，如手動啟動錄波、上傳錄波數據、定值整定等。所述定位裝置自檢包括開機啟動時的自檢和正常運行時的巡檢，因此，在任何情況下，裝置的任何異常都能及時反映出來，並準確定位。自檢內容包括電源錯誤告警、A/D採集錯誤告警、GPS信號錯誤告警、數據區滿告警、DSP錯誤告警、SDRAM錯誤告警、有壞數據區告警等。報警輸出板完成信號輸出即故障告警、運行指示燈、錄波啟動、GPS信號等，同時主界面將顯示告警信息，保存在日誌中。指示板將指示電源、裝置啟動、裝置異常、GPS異常、運行燈等信號的顯示功能。
所述錄波器包括開關量採集板、互感器轉換箱、低速採集板和前置計算機，所述開關量採集板和互感器轉換箱的輸出端與低速採集板的輸入端連接，低速採集板通過高速總線與前置計算機連接。軟體算法利用故障行波到達故障線路兩端的時間差計算出故障距離，雙端行波定位最大的一個特點就是原理簡單，只需要捕捉行波第一個波頭，不受各種反射波、折射波的影響。但該方法需要雙端同步測量，需要通訊設備。目前隨著GPS授時技術、網絡通訊技術的發展，同步和通訊問題已能圓滿解決。當故障行波波頭到達時，在CVT 二次側會引起明顯的頻率突變和高頻振蕩，採用小波變換方法進行行波波頭檢測，並通過自適應門檻消噪、相電壓和線電壓綜合判斷等方法，提高行波波頭識別的準確性和可靠性。據此，可進行行波波頭的準確檢測，實現故障點的精確定位，裝置工作流程圖如圖3所示。網絡組建技術在同一電壓等級的複雜電網應用時,變電站各條出線電流各不相同，不利於建立基於整個輸電網絡的故障電流行波定位裝置，而各條出線在母線處電壓相等，便於建立基於整個輸電網絡的故障電壓行波定位裝置網絡。由於電壓行波測距裝置的管理應用軟體採用最新的B/S (Browser/Server)結構即瀏覽器和伺服器結構，用戶計算機 上僅需要安裝有網絡瀏覽器即可實現對行波測距裝置的遠程管理和通訊，無需再進行安裝單獨的通訊管理軟體，通過WEB伺服器，就能實現WEB多種遊覽功能。在使用所述定位裝置時，一般使用雙端定位法，雙端行波定位原理是利用故障行波到達故障線路兩端的時間差計算出故障距離，關鍵是準確記錄下行波到達線路兩端的相對時間，利用接收GPS的衛星信號並配合高精度恆溫晶振的使用，可以獲取精度在O. Ius以內的時間脈衝，因此GPS可作為同步時間單元。由於母線兩端都只檢測第一個到達的行波，線路的過渡電阻的電弧特性、裝置運行方式的變化、線路的分布電容以及負荷電流等因素對測距複雜性不會造成大的影響，因此雙端行波法比單端行波法測距結果更準確和可靠。如圖4所示，對於故障線路來說，設輸電線路全長L，故障點初始行波達到兩端母線M，N的時間分別為Tm和Tn，則故障點距線路兩端的距離分別為
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式中V為行波波速，L為線路全長。由於輸電線路零模行波存在衰耗大、參數隨頻率變化大、波速不穩定等問題，一般不採用零模行波定位。線模行波的波速可以利用線路參數計算和實測。考慮線路參數的頻率相關特性，行波波速計算公式如下
W
V = 丨
I人 W2LC - RG + s](R2+^if){(j2 + W2Cy2)
Y丄
式中R，L，G，C分別為線路單位長度的電阻、電感、電導和電容參數的頻率特性，近似認為輸電線路為均勻的無損長線，可按下式簡化計算線模行波波速
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V ma ma V mb mb式中Lma，Cma, Lmb, Cmb分別為輸電線路單位長度的模量電感和電容。輸電線路擾動暫態信號和故障暫態行波信號中包含了比工頻量更豐富的故障信息、開關操作信息、輸電線路雷擊信息，小波分析具有良好的時頻分析能力，在處理輸電線路故障等非平穩暫態信號等領域具有它獨特的優勢。在線路正常運行時，裝置對電壓量進行採集，突變量啟動元件不動作。當線路發生短路故障時，母線上電壓信號異常，突變量啟動，高速採集板進行數據記錄，開關量狀態也寫入故障文件。錄波數據記錄完成後，PC機將通過PCI總線從高速採集板讀取錄波數據，備份保存於自帶的硬碟中，並對行波波頭到達時間進行分析判斷。當判斷出本變電站線路發生故障時，此時調用分析軟體將故障文件中的數據讀出，通過分析計算，檢測出行波波頭到達時刻和反射波頭的到達時刻，此時便可以完成單端測距。與此同時，另一端的變電站中行波定位裝置同樣檢測到故障的發生和開關量狀態，並檢測到故障行波波頭到達本站的時亥IJ。其中一個變電站的行波定位裝置(從站)將本側波頭時刻發送到另一側變電站的行波定位裝置(主站)，主站定位軟體將根據兩個變電站行波到達的時刻和行波波速，可以利用雙端測距的原理最終確定故障點位置。
所述行波定位裝置將錄波和行波定位功能相結合，定位故障準確；將行波測距裝置和錄波器相結合由原來2個獨立的屏櫃，合併為一個屏櫃，減小了裝置的體積，節約了控制室面積，簡化了安裝調試過程，2次迴路電纜接線簡單，減少出錯的概率，從硬體上可以節省共用設備，製造成本低。所述行波定位裝置直接利用電壓互感器二次行波信號進行故障定位，而無需加裝專用傳感器，裝置簡單，只需測量變電站母線電壓，具有測量信號少，適應性強，成本低，易於應用的特點。錄波器由於原理性的原因，測距精度及準確性不高，行波測距由於採樣率太高，記錄時間短所記錄的線路信息有限，不能全面反映故障的性質，所述系統將錄波和行波定位功能相結合，彌補錄波器和行波測距裝置相互的缺點，定位故障準確。
權利要求
1.一種電力線路故障行波定位裝置，其特徵在於包括行波測距裝置、錄波器和後臺計算機，所述行波測距裝置和錄波器通過乙太網與後臺計算機連接，行波測距裝置和錄波器與GPS進行通信。
2.根據權利要求I所述的一種電力線路故障行波定位裝置，其特徵在於所述行波測距裝置為電壓行波測距裝置，包括開關量採集板、電壓轉換板、高速採集板、PC機和報警輸出板，所述開關量採集板和電壓轉換板的輸出端與高速採集板的輸入端連接，高速採集板的輸出 端通過PCI總線與PC機進行連接，報警輸出板與高速採集板的輸出端連接，指示板與報警輸出板的輸出端連接。
3.根據權利要求2所述的一種電力線路故障行波定位裝置，其特徵在於所述高速採集板包括運算放大器、Α/D轉換器、FPGA, DSP、SDRAM和FLASH，經過隔離後的電壓模擬信號依次經運算放大器、Α/D轉換器後通過數據/地址總線與FPGA連接，FPGA與DSP之間通過EMIF總線連接，SDRAM和FLASH與DSP連接。
4.根據權利要求I所述的一種電力線路故障行波定位裝置，其特徵在於所述錄波器包括開關量採集板、互感器轉換箱、低速採集板和前置計算機，所述開關量採集板和互感器轉換箱的輸出端與低速採集板的輸入端連接，低速採集板通過高速總線與前置計算機連接。
全文摘要
本發明公開了一種電力線路故障行波定位裝置，涉及電力系統保護裝置技術領域，包括行波測距裝置、錄波器和後臺計算機，所述行波測距裝置和錄波器通過乙太網與後臺計算機連接，行波測距裝置和錄波器與GPS進行通信。所述定位裝置將錄波和行波定位功能相結合，定位故障準確；將行波測距裝置和錄波器相結合由原來2個獨立的屏櫃合併為一個屏櫃，減小了裝置的體積，節約了控制室面積，簡化了安裝調試過程，2次迴路電纜接線簡單，減少接線出錯概率和工作量，並且從硬體上可以節省共用設備，製造成本低。
文檔編號G01R31/08GK102890224SQ20121031206
公開日2013年1月23日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者郭建虎, 王英軍, 蔣雲峰, 康勇, 郭建平, 嶽素華, 孟超, 李會彬, 張宇賢, 熊敏俊, 肖恩國, 趙一明 申請人:國家電網公司, 河北省電力公司, 邢臺供電公司, 深圳市索圖科技有限公司