專利名稱：一種電力線路故障行波定位系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)保護(hù)裝置技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電力線路故障行波定位系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
目前生產(chǎn)故障行波測距裝置的廠家一般采用電流行波進(jìn)行故障定位，直接從電流互感器二次側(cè)提取電流行波波頭的突變信號(hào)。該定位方法需要具有海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和能進(jìn)行復(fù)雜小波分析的高性能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。這使現(xiàn)有的電流行波測距裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高。由于采集的數(shù)據(jù)量大、路數(shù)多，受此限制，采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(yīng)的影響，通過仿真和裝置實(shí)測數(shù)據(jù)結(jié)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(dāng)故障行波波頭到達(dá)時(shí)，在CVT 二次側(cè)會(huì)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(shí)的行波波頭是可測的，基于CVT 二次電壓的全網(wǎng)故障行波定位系統(tǒng)也是可行的，具有實(shí)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種電力線路故障行波定位系統(tǒng)，具有定位故障準(zhǔn)確的特點(diǎn)。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種電力線路故障行波定位系統(tǒng)，其特征在于包括安裝在母線的M端和/或N端的行波定位子系統(tǒng)，所述行波定位子系統(tǒng)包括行波測距裝置、錄波器、后臺(tái)計(jì)算機(jī)和服務(wù)器，所述行波測距裝置和錄波器與后臺(tái)計(jì)算機(jī)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，后臺(tái)計(jì)算機(jī)與服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，行波測距裝置和錄波器與GPS進(jìn)行通信。優(yōu)選的所述行波測距裝置為電壓行波測距裝置，包括開關(guān)量采集板、電壓轉(zhuǎn)換板、高速采集板、PC機(jī)和報(bào)警輸出板，所述開關(guān)量采集板和電壓轉(zhuǎn)換板的輸出端與高速采集板的輸入端連接，高速采集板的輸出端通過PCI總線與PC機(jī)進(jìn)行連接，報(bào)警輸出板與高速采集板的輸出端連接，指示板與報(bào)警輸出板的輸出端連接。優(yōu)選的所述高速采集板包括運(yùn)算放大器、Α/D轉(zhuǎn)換器、FPGA、DSP、SDRAM和FLASH，經(jīng)過隔離后的電壓模擬信號(hào)依次經(jīng)運(yùn)算放大器、Α/D轉(zhuǎn)換器后通過數(shù)據(jù)/地址總線與FPGA連接，F(xiàn)PGA與DSP之間通過EMIF總線連接，SDRAM和FLASH與DSP連接。優(yōu)選的所述錄波器包括開關(guān)量采集板、互感器轉(zhuǎn)換箱、低速采集板和前置計(jì)算機(jī)，所述開關(guān)量采集板和互感器轉(zhuǎn)換箱的輸出端與低速采集板的輸入端連接，低速采集板通過高速總線與前置計(jì)算機(jī)連接。采用上述技術(shù)方案所產(chǎn)生的有益效果在于錄波器由于原理性的原因，測距精度及準(zhǔn)確性不高，行波測距由于采樣率太高，記錄時(shí)間短所記錄的線路信息有限，不能全面反映故障的性質(zhì)，所述系統(tǒng)將錄波和行波定位功能相結(jié)合，彌補(bǔ)錄波器和行波測距裝置相互的缺點(diǎn)，定位故障準(zhǔn)確；將行波測距裝置和錄波器相結(jié)合由原來2個(gè)獨(dú)立的屏柜，合并為一個(gè)屏柜，減小了系統(tǒng)的體積，節(jié)約了控制室面積，簡化了安裝調(diào)試過程，2次回路電纜接線簡單，減少接線出錯(cuò)的概率和工作量，并且從硬件上可以節(jié)省共用設(shè)備，制造成本低。所述系統(tǒng)直接利用電壓互感器二次行波信號(hào)進(jìn)行故障定位，而無需加裝專用傳感器，系統(tǒng)簡單，只需測量變電站母線電壓，具有測量信號(hào)少，實(shí)用性強(qiáng)，成本低，易于應(yīng)用的特點(diǎn)。


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。圖I是本發(fā)明的原理框 圖2是圖I中高速采集板的原理框 圖3是系統(tǒng)運(yùn)行的流程圖； 圖4是雙端行波測距原理圖。
具體實(shí)施例方式如圖I所示，一種電力線路故障行波定位系統(tǒng)，包括安裝在母線的M端和/或N端的行波定位子系統(tǒng)，即可以使用單端定位方式也可以使用雙端定位方式來定位線路故障，所述行波定位子系統(tǒng)包括行波測距裝置、錄波器、后臺(tái)計(jì)算機(jī)和服務(wù)器；所述行波測距裝置和錄波器與后臺(tái)計(jì)算機(jī)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，后臺(tái)計(jì)算機(jī)與服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，行波測距裝置和錄波器與GPS進(jìn)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裝置。如圖I和2所示，為了增加定位故障的準(zhǔn)確性，所述行波測距裝置為電壓行波測距裝置，其包括開關(guān)量采集板、電壓轉(zhuǎn)換板、高速采集板、PC機(jī)和報(bào)警輸出板。所述開關(guān)量采集板和電壓轉(zhuǎn)換板的輸出端與高速采集板的輸入端連接，高速采集板的輸出端通過PCI總線與PC機(jī)進(jìn)行連接，報(bào)警輸出板與高速采集板的輸出端連接，指示板與報(bào)警輸出板的輸出端連接。所述高速采集板包括運(yùn)算放大器、Α/D轉(zhuǎn)換器、FPGA, DSP、SDRAM和FLASH，經(jīng)過隔離后的電壓模擬信號(hào)依次經(jīng)運(yùn)算放大器、Α/D轉(zhuǎn)換器后通過數(shù)據(jù)/地址總線與FPGA連接，F(xiàn)PGA與DSP之間通過EMIF總線連接，SDRAM和FLASH與DSP連接。開關(guān)量采集板將開關(guān)量信號(hào)隔離處理，如果開關(guān)發(fā)生變位，則通過硬件信號(hào)通知高速采集板啟動(dòng)記錄數(shù)據(jù)。開關(guān)量的接入主要用于對故障線路的判別，如哪個(gè)開關(guān)量啟動(dòng)，說明是哪條線路故障，對測距精度沒有影響。高速采集板是以DSP、FPGA為基本結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集平臺(tái)，其主要構(gòu)成為DSP、FPGA、高速A/D轉(zhuǎn)換器等。主要完成電壓行波信號(hào)的高速數(shù)據(jù)采集和緩存、接收GPS對時(shí)信號(hào)和同步采樣調(diào)整；自帶一個(gè)高穩(wěn)定度的恒溫晶振，通過秒脈沖信號(hào)倍頻或其它方式產(chǎn)生5MHz的同步采樣信號(hào)，兩端采樣同步精度優(yōu)于lus。高穩(wěn)晶振在GPS信號(hào)失效的情況下，2小時(shí)內(nèi)的誤差小于10us。支持PCI總線，系統(tǒng)通過PCI橋可及時(shí)獲取高速采集板的運(yùn)行情況，若出現(xiàn)故障，及時(shí)告警。接受開關(guān)量啟動(dòng)信號(hào)，進(jìn)行行波數(shù)據(jù)記錄。接受命令完成相關(guān)操作，如手動(dòng)啟動(dòng)錄波、上傳錄波數(shù)據(jù)、定值整定等。裝置自檢包括開機(jī)啟動(dòng)時(shí)的自檢和正常運(yùn)行時(shí)的巡檢，因此，在任何情況下，裝置的任何異常都能及時(shí)反映出來，并準(zhǔn)確定位。自檢內(nèi)容包括電源錯(cuò)誤告警、Α/D采集錯(cuò)誤告警、GPS信號(hào)錯(cuò)誤告警、數(shù)據(jù)區(qū)滿告警、DSP錯(cuò)誤告警、SDRAM錯(cuò)誤告警、有壞數(shù)據(jù)區(qū)告警等。報(bào)警輸出板完成信號(hào)輸出即故障告警、運(yùn)行指示燈、錄波啟動(dòng)、GPS信號(hào)等，同時(shí)主界面將顯示告警信息，保存在日志中。指示板將指示電源、系統(tǒng)啟動(dòng)、系統(tǒng)異常、GPS異常、運(yùn)行燈等信號(hào)的顯示功能。相應(yīng)的錄波器也可以選擇電流或電壓錄波器，優(yōu)選的所述錄波器包括開關(guān)量采集板、互感器轉(zhuǎn)換箱、低速采集板和前置計(jì)算機(jī)，所述開關(guān)量采集板和互感器轉(zhuǎn)換箱的輸出端與低速采集板的輸入端連接，低速采集板通過高速總線與前置計(jì)算機(jī)連接。軟件算法利用故障行波到達(dá)故障線路兩端的時(shí)間差計(jì)算出故障距離，雙端行波定位最大的一個(gè)特點(diǎn)就是原理簡單，只需要捕捉行波第一個(gè)波頭，不受各種反射波、折射波的影響。目前隨著GPS授時(shí)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的發(fā)展，同步和通訊問題已能圓滿解決。當(dāng)故障行波波頭到達(dá)時(shí)，在CVT 二次側(cè)會(huì)引起明顯的頻率突變和高頻振蕩，采用小波變換方法進(jìn)行行波波頭檢測，并通過自適應(yīng)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(shí)別的準(zhǔn)確性和可靠性。據(jù)此，可進(jìn)行行波波頭的準(zhǔn)確檢測，實(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)的精確定位， 系統(tǒng)工作流程圖如圖3所示。網(wǎng)絡(luò)組建技術(shù)在同一電壓等級的復(fù)雜電力網(wǎng)應(yīng)用時(shí),變電站各條出線電流各不相同，不利于建立基于整個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)的故障電流行波定位系統(tǒng)，而各條出線在母線處電壓相等，便于建立基于整個(gè)輸電網(wǎng)絡(luò)的故障電壓行波定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。由于電壓行波測距裝置的管理應(yīng)用軟件采用最新的B/S (Browser/Server)結(jié)構(gòu)即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，用戶計(jì)算機(jī)上僅需要安裝有網(wǎng)絡(luò)瀏覽器即可實(shí)現(xiàn)對行波測距裝置的遠(yuǎn)程管理和通訊，無需再進(jìn)行安裝單獨(dú)的通訊管理軟件，通過WEB服務(wù)器，就能實(shí)現(xiàn)WEB多種游覽功能。系統(tǒng)原理在線路正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)對電壓量進(jìn)行采集，突變量啟動(dòng)元件不動(dòng)作。當(dāng)線路發(fā)生短路故障時(shí)，母線上電壓信號(hào)異常，突變量啟動(dòng)，高速采集板進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，開關(guān)量狀態(tài)也寫入故障文件。錄波數(shù)據(jù)記錄完成后，PC機(jī)將通過PCI總線從高速采集板讀取錄波數(shù)據(jù)，備份保存于自帶的硬盤中，并對行波波頭到達(dá)時(shí)間進(jìn)行分析判斷。當(dāng)判斷出本變電站線路發(fā)生故障時(shí)，此時(shí)調(diào)用分析軟件將故障文件中的數(shù)據(jù)讀出，通過分析計(jì)算，檢測出行波波頭到達(dá)時(shí)刻和反射波頭的到達(dá)時(shí)刻，此時(shí)便可以完成單端測距。與此同時(shí)，另一端的變電站中行波定位子系統(tǒng)同樣檢測到故障的發(fā)生和開關(guān)量狀態(tài)，并檢測到故障行波波頭到達(dá)本站的時(shí)刻。其中一個(gè)變電站的行波定位子系統(tǒng)(從站)將本側(cè)波頭時(shí)刻發(fā)送到另一側(cè)變電站的行波定位子系統(tǒng)(主站)，主站定位軟件將根據(jù)兩個(gè)變電站行波到達(dá)的時(shí)刻和行波波速，可以利用雙端測距的原理最終確定故障點(diǎn)位置。雙端行波定位原理是利用故障行波到達(dá)故障線路兩端的時(shí)間差計(jì)算出故障距離，關(guān)鍵是準(zhǔn)確記錄下行波到達(dá)線路兩端的相對時(shí)間，利用接收GPS的衛(wèi)星信號(hào)并配合高精度恒溫晶振的使用，可以獲取精度在O. Ius以內(nèi)的時(shí)間脈沖，因此GPS可作為同步時(shí)間單元。由于母線兩端都只檢測第一個(gè)到達(dá)的行波，線路的過渡電阻的電弧特性、系統(tǒng)運(yùn)行方式的變化、線路的分布電容以及負(fù)荷電流等因素對測距復(fù)雜性不會(huì)造成大的影響，因此雙端行波法比單端行波法測距結(jié)果更準(zhǔn)確和可靠。如圖4所示，對于故障線路來說，設(shè)輸電線路全長L，故障點(diǎn)初始行波達(dá)到兩端母線M，N的時(shí)間分別為Tm和Tn，則故障點(diǎn)距線路兩端的距離分別為
權(quán)利要求
1.一種電力線路故障行波定位系統(tǒng)，其特征在于包括安裝在母線的M端和/或N端的行波定位子系統(tǒng)，所述行波定位子系統(tǒng)包括行波測距裝置、錄波器、后臺(tái)計(jì)算機(jī)和服務(wù)器，所述行波測距裝置和錄波器與后臺(tái)計(jì)算機(jī)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，后臺(tái)計(jì)算機(jī)與服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，行波測距裝置和錄波器與GPS進(jìn)行通信。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電力線路故障行波定位系統(tǒng)，其特征在于所述行波測距裝置為電壓行波測距裝置，包括開關(guān)量采集板、電壓轉(zhuǎn)換板、高速采集板、PC機(jī)和報(bào)警輸出板，所述開關(guān)量采集板和電壓轉(zhuǎn)換板的輸出端與高速采集板的輸入端連接，高速采集板的輸出端通過PCI總線與PC機(jī)進(jìn)行連接，報(bào)警輸出板與高速采集板的輸出端連接，指示板與報(bào)警輸出板的輸出端連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種電力線路故障行波定位系統(tǒng)，其特征在于所述高速采集板包括運(yùn)算放大器、Α/D轉(zhuǎn)換器、FPGA, DSP、SDRAM和FLASH，經(jīng)過隔離后的電壓模擬信號(hào)依次經(jīng)運(yùn)算放大器、Α/D轉(zhuǎn)換器后通過數(shù)據(jù)/地址總線與FPGA連接，F(xiàn)PGA與DSP之間通過EMIF總線連接，SDRAM和FLASH與DSP連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種電力線路故障行波定位系統(tǒng)，其特征在于所述錄波器包括開關(guān)量采集板、互感器轉(zhuǎn)換箱、低速采集板和前置計(jì)算機(jī)，所述開關(guān)量采集板和互感器轉(zhuǎn)換箱的輸出端與低速采集板的輸入端連接，低速采集板通過高速總線與前置計(jì)算機(jī)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電力線路故障行波定位系統(tǒng)，涉及電力系統(tǒng)保護(hù)裝置技術(shù)領(lǐng)域，包括安裝在母線的M端和/或N端的行波定位子系統(tǒng)，所述行波定位子系統(tǒng)包括行波測距裝置、錄波器、后臺(tái)計(jì)算機(jī)和服務(wù)器，所述行波測距裝置和錄波器與后臺(tái)計(jì)算機(jī)之間通過以太網(wǎng)進(jìn)行連接，后臺(tái)計(jì)算機(jī)與服務(wù)器之間通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，行波測距裝置和錄波器與GPS進(jìn)行通信。所述系統(tǒng)將錄波和行波定位功能相結(jié)合，定位故障準(zhǔn)確；將行波測距裝置和錄波器相結(jié)合由原來2個(gè)獨(dú)立的屏柜，合并為一個(gè)屏柜，減小了系統(tǒng)的體積，節(jié)約了控制室面積，簡化了安裝調(diào)試過程，2次回路電纜接線簡單，減少出錯(cuò)的概率，從硬件上可以節(jié)省共用設(shè)備，降低制造成本。
文檔編號(hào)G01R31/08GK102890223SQ20121031202
公開日2013年1月23日 申請日期2012年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月29日
發(fā)明者郭建平, 郭建虎, 蔣云峰, 王英軍, 岳素華, 孟超, 張宇賢, 趙一明, 熊敏俊, 肖恩國 申請人:國家電網(wǎng)公司, 河北省電力公司, 邢臺(tái)供電公司, 深圳市索圖科技有限公司