明基于光學(xué)電流互感器的故障測(cè)距系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021]圖中各標(biāo)號(hào)列示如下:
[0022]I —輸電線；2 —故障點(diǎn)；3 —光學(xué)電流互感器敏感單兀；41 —第一光纜；42 —第二光纜；43 —第三光纜。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說(shuō)明。
[0024]本發(fā)明涉及一種基于光學(xué)電流互感器的故障測(cè)距系統(tǒng)，某一條輸電線I連接變電站I和變電站II，該故障測(cè)距系統(tǒng)用于測(cè)定兩變電站之間的輸電線I中的故障點(diǎn)2的位置，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括在兩變電站(變電站I和變電站II)內(nèi)均設(shè)置依次連接的光學(xué)電流互感器、行波測(cè)距裝置、交換機(jī)和時(shí)鐘采集裝置，還包括設(shè)置在變電站I和變電站II之間的數(shù)據(jù)處理主站。兩變電站的光學(xué)電流互感器均包括通過(guò)第一光纜41相互連接的光學(xué)電流互感器敏感單元3和光學(xué)電流互感器采集單元，兩光學(xué)電流互感器敏感單元3設(shè)置在輸電線的兩端(S端和R端)，各光學(xué)電流互感器采集單元的行波信號(hào)輸出端通過(guò)第二光纜42連接同一變電站內(nèi)的行波測(cè)距裝置的輸入端，時(shí)鐘采集裝置通過(guò)交換機(jī)連接行波測(cè)距裝置的輸入端，兩變電站的各行波測(cè)距裝置的輸出端均通過(guò)第三光纜43輸入至數(shù)據(jù)處理主站。
[0025]光學(xué)電流互感器可以是全光纖電流互感器或其它類(lèi)型的光學(xué)電流互感器，如圖1所示實(shí)施例的光學(xué)電流互感器為全光纖電流互感器，該光學(xué)電流互感器敏感單元包括撥片、傳感光纖環(huán)和反射鏡，輸電線I的S端和R端分別穿過(guò)傳感光纖環(huán)的內(nèi)部，光學(xué)電流互感器采集單元包括光源、分光器、相位調(diào)制器、光電探測(cè)器、A/D轉(zhuǎn)換電路以及數(shù)字信號(hào)處理電路等組件，光學(xué)電流互感器敏感單元受法拉第磁光效應(yīng)作用產(chǎn)生相位差，光學(xué)電流互感器采集單元采集攜帶相位信息的光并轉(zhuǎn)化成電流行波信息按照IEC61850協(xié)議傳給行波測(cè)距裝置，即具有高帶寬特性的光學(xué)電流互感器接入行波測(cè)距裝置并使得該光學(xué)電流互感器的輸出符合IEC61850協(xié)議，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)高保真行波采集。變電站I在輸電線S端安裝了光學(xué)電流互感器敏感單元S，變電站II在輸電線R端安裝了光學(xué)電流互感器敏感單元R，光學(xué)電流互感器敏感單元S和光學(xué)電流互感器敏感單元R即為光學(xué)電流互感器敏感單元3。在變電站I內(nèi)，時(shí)間采集裝置S連接天線S，將時(shí)間信息送到交換機(jī)S，行波測(cè)距裝置S從交換機(jī)S獲取到時(shí)間信息，從而給光學(xué)電流互感器采集單元S發(fā)送同步時(shí)鐘，光學(xué)電流互感器采集單元S將采集到的電流行波信息按照IEC61850協(xié)議傳給行波測(cè)距裝置S，行波測(cè)距裝置S輸出帶有時(shí)間戳的電流行波信息。同理，變電站II內(nèi)，時(shí)間采集裝置R連接天線R，將時(shí)間信息送到交換機(jī)R，行波測(cè)距裝置R從交換機(jī)R獲取到時(shí)間信息，從而給光學(xué)電流互感器采集單元R發(fā)送同步時(shí)鐘，光學(xué)電流互感器采集單元R將采集到的電流行波信息按照IEC61850協(xié)議傳給行波測(cè)距裝置R，行波測(cè)距裝置R輸出帶有時(shí)間戳的電流行波信息。兩個(gè)變電站的行波測(cè)距裝置將帶有時(shí)間戳的電流行波數(shù)據(jù)記錄、暫存并發(fā)送到數(shù)據(jù)處理主站進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)處理主站讀取故障電流行波數(shù)據(jù)，可以自動(dòng)或由操作人員在計(jì)算機(jī)輔助下分析故障行波數(shù)據(jù)，獲取到的電流變化率大的片段即為故障行波數(shù)據(jù)，計(jì)算故障距離，保存故障記錄并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行配置、管理與維護(hù)。
[0026]輸電線I的線路長(zhǎng)度為L(zhǎng)，輸電線I出現(xiàn)故障點(diǎn)2時(shí)，故障產(chǎn)生的初始行波波頭到達(dá)兩側(cè)母線的時(shí)間分別為T(mén)jP Tr，如圖1所示。分別安裝于兩個(gè)變電站的行波測(cè)距裝置S和行波測(cè)距裝置R記錄下故障行波波頭到達(dá)母線兩側(cè)的時(shí)間，則故障點(diǎn)2到母線(即輸電線I) S端及R端的距離Xs、Xr分別為
[0027]Xs= [(Ts-Tr).v+L]/2(I)
[0028]Xr= [(Tr-Ts).v+L]/2(2)
[0029]其中V是行波在輸電線I上的波速度，與光速接近。
[0030]圖1所示實(shí)施例中在各變電站中設(shè)置一個(gè)光學(xué)電流互感器，此處的輸電線I可以理解為是單相輸電線，也可以理解為是三相輸電線中的一根輸電線。當(dāng)輸電網(wǎng)應(yīng)用中，輸電線通常為三相輸電線，具有a、b、c三相端，在三相輸電線的兩端均設(shè)置三個(gè)光學(xué)電流互感器，各變電站內(nèi)的三個(gè)光學(xué)電流互感器敏感單元分別設(shè)置在三相輸電線的三相端，當(dāng)各光學(xué)電流互感器均為全光纖電流互感器時(shí)，各光學(xué)電流互感器敏感單元均包括傳感光纖環(huán)，各變電站內(nèi)的三相輸電線端一對(duì)一的對(duì)應(yīng)穿過(guò)三個(gè)傳感光纖環(huán)的內(nèi)部，各變電站內(nèi)的三個(gè)光學(xué)電流互感器采集單元的行波信號(hào)輸出端均連接同一變電站內(nèi)的行波測(cè)距裝置的輸入端，最終兩變電站的行波測(cè)距裝置輸出至數(shù)據(jù)處理主站，數(shù)據(jù)處理主站收到三相輸電線的三對(duì)電流行波數(shù)據(jù)，獲取電流變化率大的片段作為故障行波數(shù)據(jù)，計(jì)算故障距離，實(shí)現(xiàn)輸電線上的故障點(diǎn)的定位。
[0031]行波測(cè)距誤差從測(cè)距系統(tǒng)的處理過(guò)程來(lái)分析，是指從一個(gè)模擬的故障行波，到轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K的帶時(shí)標(biāo)的數(shù)字量這一過(guò)程產(chǎn)生的累積誤差。它包含了光學(xué)電流互感器敏感單元信號(hào)傳變的誤差、光學(xué)電流互感器采集單元的時(shí)間誤差(如A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間誤差、數(shù)字信號(hào)處理的時(shí)間誤差)、數(shù)據(jù)傳播延遲抖動(dòng)等。其中A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間誤差、數(shù)字信號(hào)處理的時(shí)間誤差、數(shù)據(jù)傳播延遲抖動(dòng)等誤差可以通過(guò)選擇高速芯片處理將誤差降到極小范圍，但光學(xué)電流互感器敏感單元信號(hào)傳變的誤差主要受限于光學(xué)電流互感器的帶寬范圍和一致性。行波帶寬能達(dá)到ΙΟΟΚΗζ，要使得行波采樣波形不失真，根據(jù)采樣定理，光學(xué)電流互感器敏感單元的采樣頻率要達(dá)到200KHZ以上，為了保證信噪比，通常還要比200KHZ更高，如選擇500KHz以上的采樣頻率。即行波測(cè)距用光學(xué)電流互感器的帶寬最好能達(dá)到500KHZ以上，從而使得A (Tsys)誤差降到可接受范圍。而電磁式互感器的帶寬通常只有幾KHz，無(wú)法滿足以上要求。行波測(cè)距的誤差主要來(lái)源于對(duì)時(shí)誤差和互感器傳變特性導(dǎo)致的誤差。
[0032]時(shí)鐘采集裝置通常是GPS時(shí)鐘裝置，GPS的對(duì)時(shí)誤差小于lus，此項(xiàng)帶來(lái)的測(cè)距誤差約150m。如果使用對(duì)時(shí)精度更高的IEEE1588高精度時(shí)間同步方式，對(duì)時(shí)誤差達(dá)到ns級(jí)，可將此項(xiàng)誤差降低到幾十米。
[0033]本發(fā)明光學(xué)電流互感器采樣頻率范圍為200KHZ?2MHz，優(yōu)選地，光學(xué)電流互感器的采樣頻率要大于200KHz，建議在500KHz以上。500KHz采樣率的測(cè)距系統(tǒng)誤差為300m，加上之前的對(duì)時(shí)帶來(lái)的150m誤差和其它項(xiàng)，測(cè)距誤差不超過(guò)500m。如果選擇光學(xué)電流互感器的采樣頻率為1MHz，則總的測(cè)距誤差約300m。光學(xué)電流互感器的采樣頻率越高，后端電路處理的壓力也越大。因而需要綜合考慮光學(xué)電流互感器的采樣頻率范圍，光學(xué)電流互感器較適用的采樣頻率范圍為500KHZ?2MHz。本發(fā)明基于光學(xué)電流互感器的故障測(cè)距系統(tǒng)誤差為幾百米，而傳統(tǒng)的采用電磁式互感器的行波測(cè)距系統(tǒng)誤差通常是幾公里，故本發(fā)明可以使得行波測(cè)距的誤差相對(duì)于傳統(tǒng)行波測(cè)距系統(tǒng)誤差有較大降低。本發(fā)明的基于光學(xué)電流互感器的故障測(cè)距系統(tǒng)符合智能變電站的行波測(cè)距要求。
[0034]本發(fā)明的光學(xué)電流互感器采集單元，對(duì)于高速采樣的數(shù)據(jù)，按照IEC61850協(xié)議發(fā)送時(shí)，可將N(優(yōu)選N ^ 10)個(gè)數(shù)據(jù)組成一幀，則發(fā)送數(shù)據(jù)幀的頻率為f/N，發(fā)送數(shù)據(jù)包給行波測(cè)距裝置，使用此