專利名稱：基于行波及工頻量原理的輸電線路單端行波故障測距裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于行波及工頻量原理的輸電線路綜合故障測距裝置，屬電力系統繼電保護技術領域。
背景技術：
電力是國家經濟發展的命脈，保障電力輸電線路的暢通是電力部門的一項重要工作，電力輸電線路故障的檢測和判別對保障電力線路暢通尤其重要。現代電力輸電線路故障由于現場影響因素復雜，測距過程所受干擾較多，單獨使用任何一種故障測距方法都無法滿足各種情況下的準確故障測距。對于復雜的電網情況，目前任一種輸電線路故障測距算法均不能達到最佳效果。行波故障測距需要雙端通信，對于通信失敗或未接入雙端行波測距系統的線路，則會雙端測距失效；且運行情況說明，單端行波故障測距可靠性不高，單獨使用單端行波測距的成功率較低。總體上看，目前行波測距精度的離散性較大，在某些情況下很精確，而某些情況下測距失效，可靠性有待提高。基于工頻電氣量的故障測距方法雖然準確性較低，但該方法魯棒性較強，在大部分故障情況下故障測距結果與真實故障點的誤差可限定在一定范圍內，可用該結果來模糊判斷故障點的大體位置。故障錄波器只能采用單端數據實現故障定位，原理上不存在優勢。保護裝置的測距算法未考慮同桿并架雙回線路情況、未考慮故障時線路參數的變化、未考慮分布電容的影響。因而，對于具體的輸電線路和故障狀況，研究魯棒性較好的故障測距算法，并最終給出唯一可信、精確的測距結果十分必要。
發明內容本實用新型的目的是，利用行波測距與工頻相量測距結果的綜合測距方法，提供一種基于行波及工頻量原理的輸電線路綜合故障測距裝置，給出具有優化效果的唯一故障測距結果。本實用新型的技術方案是本實用新型故障測距裝置主要由高壓開入板1、低壓開入板2、GPS和故障檢測板 3、被監測線路模擬量采集板4、故障錄波板5、單端行波故障測距板6、管理板7、自定義總線 8、觸摸屏9、以太網接口 10和硬盤11等構成。低壓開入板2采集高壓開入板1轉換后的開入信號，并將開入信號送給故障錄波板5。GPS和故障檢測板3接收編碼對時信號，產生同步采樣脈沖，通過儀器背板的自定義總線8將同步采樣脈沖發送給被監測線路模擬量采集板4和單端行波測距板6、故障錄波板5用于同步采樣。被監測線路模擬量采集板4完成高速數據采集及數字濾波并計算出交流量的實際值，通過雙口 RAM向故障錄波板5發送。 故障錄波板5通過雙口 RAM收集被監測線路模擬量采集板4和單端行波測距板6的數據， 判斷是否有異常情況或有信號突變并自動啟動錄波，記錄異常前30秒，異常后5分鐘的數據，自動生成C0MTRADE標準數據格式錄波文件快速存入硬盤11，并且將實時及故障錄波數據上送給觸摸屏9，同時接受觸摸屏9的定值修改指令。管理板7通過以太網接口 9與其它計算機進行通信，實現定值文件和配置文件遠方管理和故障錄波數據的上載等功能。本實用新型的根本特征是所述故障錄波板和行波故障測距板進行有機結合，通過構建合適的綜合處理算法，實現行波測距和錄波器測距結果的綜合利用，即當電網發生故障時，故障錄波板計算得到一個測距結果，然后行波故障測距板與故障錄波板通信，獲取到其相應測距結果，并在行波測距裝置中匯集暫存，利用故障錄波板的測距結果輔助行波測距板識別故障行波的第二個波頭性質，實現單端行波故障測距功能，從而提高測距裝置的適應性和測距結果的魯棒性。本實用新型基于行波及工頻量原理的輸電線路綜合故障測距裝置實現故障測距的功能采用以下技術(1)基于行波測距與工頻電氣量測距的綜合測距方法行波故障測距結果其精度具有離散性，需要利用工頻量的測距結果加以輔助判斷，即利用單端行波數據和電氣量測距結果的測距算法，在單端行波測距中依靠折反射行波極性判別并在極性關系不成立時參考基于工頻電氣量的故障錄波測距結果，實現故障點反射波和對端母線反射行波的識別。尤其對于單端行波故障方法由于涉及第二個行波波頭的性質判別，利用工頻量測距結果可有效解決該問題。因此利用基于行波測距與工頻電氣量測距的綜合測距方法能提高測距精度和可靠性。(2)采用嵌入式系統技術研制輸電線路單端行波故障測距裝置故障測距裝置不需要配置后臺工控機，采用插件式結構，電流變換器置入裝置內部，控制按鍵、液晶顯示器、指示燈裝于裝置的前面板上；開關量輸入、電流輸入端子排以及與GPS同步時鐘的接口插座等置于裝置的后面板上。每臺測距裝置能夠監視4回輸電線路，能夠獨立完成高速數據采集、大容量數據存儲(帶掉電保護)、故障線路識別、遠程通信 (支持撥號、2M以及電力調度數據網等多種通信方式)以及單端行波故障測距等功能。(3)高速數據采集技術測距裝置能夠記錄線路故障、故障分閘以及重合閘產生的高頻暫態行波波形，而且采樣頻率(不低于2MHz)、啟動定值、每次記錄的時間長度以及相鄰兩次記錄之間的時間間隔均可配置。(4)精確時鐘同步技術采用電力系統同步時鐘利用GPS (全球定位系統)衛星發送的秒同步信號，向行波測距裝置提供精確的同步時間信號；行波測距裝置支持^IG-B(DC)編碼對時，且對時誤差不超過1 μ s。(5)具有雙端行波測距通信接口行波測距裝置具有雙端行波測距通信接口，可以直接與線路對端行波測距子站中對應的行波測距裝置交換故障數據，并自動計算雙端行波測距結果。本實用新型與現有輸電線路故障測距裝置相比的有益效果是，本實用新型提供的故障測距裝置具有如下優點①實現行波測距與工頻電氣量測距的綜合測距；②實現單端行波故障測距功能，提高測距裝置的適應性和測距結果的魯棒性；③采用嵌入式系統技術， 不需要配置后臺工控機，降低成本，提高可靠性；④針對不同類型的輸電線路，自適應選用最佳的測距算法。
圖1為本實用新型的硬件體系結構示意圖；圖2為綜合單端行波數據和電氣量測距結果的測距算法示意圖；圖3為本實用新型的功能結構示意圖；圖4為本實用新型的具體實施方案示意圖；圖中圖號表示為1是高壓開入板；2是低壓開入板；3是GPS和故障檢測板；4是被監測線路模擬量采集板；5是故障錄波板；6是單端行波測距板；7是管理板；8是自定義總線；9是觸摸屏；10是以太網接口 ；11是硬盤；12是開關信號(1-20路，0-220伏)；20是變電站；21是母線；22是電壓互感器；23是電流互感器是被監測線路；25是電流互感器二次回路的電流信號；26是電壓互感器二次回路的電流信號；27是GPS天線；觀是故障測距裝置；四是繼保小屋。
具體實施方式
本實用新型的具體實施方式
如圖1 圖4所示。圖1為本實用新型的硬件系統結構示意圖。本實用新型實施例由高壓開入板1、 低壓開入板2、GPS和故障檢測板3、被監測線路模擬量采集板4、故障錄波板5、單端行波測距板6、管理板7、自定義總線8、觸摸屏9、以太網接口 10和硬盤11等構成。其中，低壓開入板2采集高壓開入板1轉換后的開入信號，并將開入信號送給故障錄波板5。GPS和故障檢測板3接收外部引入的^IG-B(DC)編碼對時信號，采用硬件產生同步采樣脈沖，通過儀器背板的自定義總線8將同步采樣脈沖發送給被監測線路模擬量采集板4和故障錄波板 5、單端行波測距板6用于同步采樣。被監測線路模擬量采集板4完成高速數據采集及數字濾波，計算出交流量的實際值，通過雙口 RAM向故障錄波板5發送。故障錄波板5通過雙口 RAM收集被監測線路模擬量采集板4和單端行波測距板6的數據，然后根據自定義的錄波啟動判據，判斷是否有異常情況或有信號突變，自動啟動錄波，可以記錄異常前30秒，異常后 5分鐘的數據，自動生成C0MTRADE標準數據格式錄波文件快速存入硬盤11，并且將實時及故障錄波數據上送給觸摸屏9，同時接受觸摸屏9的定值修改指令。管理板7通過以太網接口 9與其它計算機進行通信，實現定值文件和配置文件遠方管理和故障錄波數據的上載等功能。圖2為本實用新型綜合單端行波數據和電氣量測距結果的測距算法流程示意圖。 如圖2所示，當故障發生時，行波測距和故障錄波器同時啟動，當監測線路兩端母線類型滿足極性關系時，則行波測距可自動給出測距結果，并將測距結果與故障錄波器的測距結果一起上傳；當極性關系不成立時，此時因無法確定故障行波第二個波頭性質，則會在單端測距中會得到兩個測距結果，同時考慮到故障錄波器基于阻抗法的故障測距一般情況下故障錄波器的測距結果精度相對較低，但魯棒性較好，可以比較可靠地確定故障的大致區域范圍，比如確定故障點位于線路中點至本端區段或線路中點至對端區段。此時利用行波中兩個測距結果經與故障錄波器測距結果比較，取與其相近者作為行波故障測距結果，可實現基于單端行波和電氣量測距結果的綜合測距。圖3為本實用新型的功能結構示意圖。如圖3所示，它主要由中央處理單元(CPU)、 高速數據采集單元(DAU)、I/O接口單元、GPS接口單元、人機界面、模擬信號輸入和電源等幾部分。其中，中央處理單元實現定值整定、系統參數的輸入，形成故障數據文件，協調各個子板的工作，實現機間通信、顯示和鍵盤控制等功能。高速數據采集單元(DAU)實現故障檢測，行波故障數據的采集、記錄和處理，并把采集到的數據傳送給中央處理單元。GPS接口單元把由GPS同步時鐘提供的GPS時間信息傳送給測距裝置，同時記錄下被硬件行波啟動元件所觸發的時刻，并傳給中央處理單元，為故障初始時刻貼上時間標簽，用于實現兩端行波測距并作為事故后故障分析的時間依據。I/O接口單元將保護出口信號或中央事故信號輸入到本裝置，可作為裝置啟動的依據，并可將裝置啟動或自檢異常的信息送至變電站監控系統或故障信息處理系統。 圖4為本實用新型的具體實施方案示意圖。如圖4，取自所測輸電線路電流互感器二次回路的電流信號25和取自所測輸電線路電壓互感器二次回路的電壓信號沈，經過本實用新型單端行波測距裝置觀內的二次變換器變成小信號，然后通過數據采集單元變成數字量，最后進入微機進行處理和計算。正常運行時，單端行波測距裝置觀中的采集單元實時監測運行中的電氣信號。當系統發生擾動時，采集單元根據故障啟動判據檢測到擾動后開始進行錄波，同時讀取GPS單元27提供的統一時間碼以得到擾動啟動時刻的時標。本實用新型的單端行波測距裝置28和GPS單元27安裝于變電站20中的繼保小室四。
權利要求1.一種基于行波及工頻量原理的輸電線路綜合故障測距裝置，其特征是，所述裝置由高壓開入板(1)、低壓開入板0)、GPS和故障檢測板(3)、被監測線路模擬量采集板、故障錄波板(5)、單端行波故障測距板(6)、管理板(7)、自定義總線(8)、觸摸屏(9)、以太網接口 (10)和硬盤(11)構成；所述低壓開入板(2)采集高壓開入板(1)轉換后的開入信號，并將開入信號送給故障錄波板(5)；所述GPS和故障檢測板C3)接收編碼對時信號，產生同步采樣脈沖，通過儀器背板的自定義總線(8)將同步采樣脈沖發送給被監測線路模擬量采集板(4)和單端行波測距板6、故障錄波板5用于同步采樣；所述被監測線路模擬量采集板(4)完成高速數據采集及數字濾波并計算出交流量的實際值，通過雙口 RAM向故障錄波板(5)發送；所述故障錄波板( 通過雙口 RAM收集被監測線路模擬量采集板(4)和單端行波測距板(6)的數據，判斷是否有異常情況或有信號突變并自動啟動錄波，記錄異常前30秒，異常后5分鐘的數據，自動生成C0MTRADE標準數據格式錄波文件快速存入硬盤(11)，并且將實時及故障錄波數據上送給觸摸屏(9)，同時接受觸摸屏(9)的定值修改指令；所述管理板(7)通過以太網接口(9)與其它計算機進行通信，實現定值文件和配置文件遠方管理和故障錄波數據的上載。
2.根據權利要求1所述的基于行波及工頻量原理的輸電線路綜合故障測距裝置，其特征是，所述裝置采用采用插件式結構，電流變換器置入裝置內部，控制按鍵、液晶顯示器、指示燈裝于裝置的前面板上；開關量輸入、電流輸入端子排以及與GPS同步時鐘的接口插座置于裝置的后面板上。
專利摘要一種基于行波及工頻量原理的輸電線路綜合故障測距裝置，該裝置由高壓開入板1、低壓開入板2、GPS和故障檢測板3、被監測線路模擬量采集板4、故障錄波板5、單端行波故障測距板6、管理板7、自定義總線8、觸摸屏9、以太網接口10和硬盤11構成。本實用新型通過故障錄波板和行波故障測距板的結合，實現行波測距和錄波器測距結果的綜合利用，即當電網發生故障時，故障錄波板計算得到一個測距結果，然后行波故障測距板與故障錄波板通信，獲取到其相應測距結果，并在測距裝置中暫存，利用故障錄波板的測距結果識別故障行波的第二個波頭性質，實現單端行波故障測距功能。應用本實用新型可對110～500kV輸電線路進行精確的單端故障測距。
文檔編號G01R31/08GK201993432SQ201020594700
公開日2011年9月28日 申請日期2010年11月5日 優先權日2010年11月5日
發明者毛鵬, 辛建波, 黃瑤 申請人:江西省電力科學研究院