專利名稱：應(yīng)用于智能變電站的輸電線路行波故障測(cè)距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于智能變電站的輸電線路行波故障測(cè)距裝置，屬電力系 統(tǒng)繼電保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著智能電網(wǎng)的發(fā)展，變電站的數(shù)字化、智能化已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。在智能變電站 中，由于一些一、二次設(shè)備以及運(yùn)行方式不同于常規(guī)的變電站，原有一些設(shè)備已經(jīng)不能正常 工作，只有在改進(jìn)后才能繼續(xù)應(yīng)用于智能變電站。輸電線路行波測(cè)距裝置就存在這方面的 問(wèn)題。在數(shù)字化變電站中，行波測(cè)距裝置在測(cè)距原理上與傳統(tǒng)變電站一樣，兩者主要差異在 于信號(hào)提取及處理方式的改變。在傳統(tǒng)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，那么如何 從電子式互感器提取可用的行波故障信息就成為實(shí)現(xiàn)行波測(cè)距的關(guān)鍵。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，為了解決輸電線路行波測(cè)距裝置在智能變電站應(yīng)用中存在 的一些問(wèn)題，本實(shí)用新型從電子式互感器提取可用的行波故障信息，提供一種應(yīng)用于智能 變電站的輸電線路行波故障測(cè)距裝置，提供電子式互感器的數(shù)字信號(hào)輸入、處理和輸出模 塊，實(shí)現(xiàn)與智能變電站二次系統(tǒng)的無(wú)縫集成。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是本實(shí)用新型故障測(cè)距裝置主要由GPS接口單元1、光電轉(zhuǎn)換單元2、I/O接口單元 3、信號(hào)線板4、觸摸屏5、雙端測(cè)距單端采集控制電路板6、中央數(shù)據(jù)處理單元7、采集第一條 線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元8、采集第二條線路6路電子式互感器電 流量的高速數(shù)據(jù)采集單元9、采集第三條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單 元10、采集第四條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元11構(gòu)成。GPS對(duì)時(shí)裝 置對(duì)時(shí)信號(hào)通過(guò)GPS接口單元1與信號(hào)線板4接口相連；被監(jiān)測(cè)線路電子互感器信號(hào)通過(guò) 光電轉(zhuǎn)換單元2與信號(hào)線板4接口相連；裝置異常告警信號(hào)通過(guò)I/O接口單元3與信號(hào)線 板4接口相連；觸摸屏5、雙端測(cè)距單端采集控制電路板6、中央數(shù)據(jù)處理單元7分別與信號(hào) 線板4的相應(yīng)接口相連；采集第一、二、三、四條線路的6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù) 采集單元8、9、10、11分別與信號(hào)線板4的相應(yīng)接口相連。其中，中央處理單元實(shí)現(xiàn)定值整定、系統(tǒng)參數(shù)的輸入，形成故障數(shù)據(jù)文件，協(xié)調(diào)各 個(gè)子板的工作，實(shí)現(xiàn)機(jī)間通信、顯示和鍵盤(pán)控制等功能。高速數(shù)據(jù)采集單元實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)， 行波故障數(shù)據(jù)的采集、記錄和處理，并把采集到的數(shù)據(jù)傳送給中央處理單元。GPS接口單元 把由GPS同步時(shí)鐘提供的GPS時(shí)間信息傳送給測(cè)距裝置，同時(shí)記錄下被硬件行波啟動(dòng)元件 所觸發(fā)的時(shí)刻，并傳給中央處理單元，為故障初始時(shí)刻貼上時(shí)間標(biāo)簽，用于實(shí)現(xiàn)兩端行波測(cè) 距并作為事故后故障分析的時(shí)間依據(jù)。I/O接口單元將保護(hù)出口信號(hào)或中央事故信號(hào)輸入 到本裝置，可作為裝置啟動(dòng)的依據(jù)，并可將裝置啟動(dòng)或自檢異常的信息送至變電站監(jiān)控系統(tǒng)或故障信息處理系統(tǒng)。本實(shí)用新型的根本特征是，所述數(shù)字量采集板可直接采集電子式互感器輸出的數(shù) 字故障信息；通過(guò)構(gòu)建合適的綜合處理算法，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)的行波測(cè)距系統(tǒng)一樣的測(cè)距精度， 滿足測(cè)距需要；提供遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)距結(jié)果輸出接口，實(shí)現(xiàn)與智能變電站二次系 統(tǒng)的無(wú)縫集成。本實(shí)用新型應(yīng)用于智能變電站的輸電線路行波故障測(cè)距裝置采用以下技術(shù)本實(shí)用新型采用了區(qū)別于傳統(tǒng)行波測(cè)距系統(tǒng)的信號(hào)輸入處理單元。由于不同于 常規(guī)站中行波測(cè)距裝置采集的是模擬信號(hào)，從電子式互感器上采集的是數(shù)字信號(hào)，因此，對(duì) 于原有的故障測(cè)距裝置的信號(hào)輸入模塊，也要改為適用于電子式互感器的數(shù)字信號(hào)輸入模 塊，包括行波信號(hào)合并單元、行波信號(hào)處理單元和基于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)傳輸單元。本實(shí)用新型裝置采用了區(qū)別于傳統(tǒng)行波測(cè)距系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理算法。即使在進(jìn)行相 關(guān)互感器改造后，采樣頻率也只能滿足行波故障測(cè)距的基本需要，為了達(dá)到和傳統(tǒng)的行波 測(cè)距系統(tǒng)一樣的測(cè)距精度，需要采用新的數(shù)據(jù)處理算法，以滿足測(cè)距需要。由于采集信號(hào)頻 率的限制，因此需要對(duì)行波故障信號(hào)采用曲線擬合方法進(jìn)行不同于常規(guī)站的處理，以使最 終數(shù)據(jù)同常規(guī)變電站中行波故障測(cè)距數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)雙端測(cè)距和單端測(cè)距分析功能，同時(shí)保 證測(cè)距精度。本實(shí)用新型采用了高速數(shù)據(jù)采集存貯技術(shù)。由于采集頻率高，因此數(shù)據(jù)量特別大， 為了實(shí)現(xiàn)對(duì)暫態(tài)行波信號(hào)的不間斷采集，需要一種高靈活性(采樣時(shí)間長(zhǎng)度、采樣通道數(shù)、 觸發(fā)方式等都可以在線設(shè)置)、連續(xù)性(多次數(shù)據(jù)記錄之間無(wú)死區(qū))以及低成本的高速數(shù)據(jù) 采集存貯系統(tǒng)，以滿足高速數(shù)據(jù)處理所需。本實(shí)用新型采用了行波采集裝置間的精確時(shí)間同步。為了保證測(cè)距可靠性，電子 式互感器所采集信息實(shí)時(shí)送往行波故障測(cè)距裝置，但只有在檢測(cè)到故障時(shí)，行波測(cè)距裝置 才起動(dòng)。為了實(shí)現(xiàn)雙端測(cè)距功能，同常規(guī)站中的裝置一樣，行波測(cè)距裝置需接入時(shí)間同步信 號(hào)。采用基于GPS/北斗技術(shù)的電力系統(tǒng)同步時(shí)鐘，對(duì)行波采集裝置內(nèi)部的高穩(wěn)定度硬件實(shí) 時(shí)時(shí)鐘(分辨率為ι μ S)系統(tǒng)進(jìn)行精確秒同步，使其走時(shí)誤差始終不超過(guò)1 μ S，滿足了雙端 時(shí)間同步的要求。本實(shí)用新型對(duì)行波浪涌到達(dá)時(shí)刻能準(zhǔn)確標(biāo)定。故障初始行波浪涌只在其波頭起始 點(diǎn)表現(xiàn)為奇異點(diǎn)，并且這種奇異性不受行波頻散和沖擊電暈等因素引起的行波波形衰減和 畸變的影響。因此，應(yīng)該用暫態(tài)行波浪涌波頭的起始點(diǎn)來(lái)表征行波浪涌的到達(dá)時(shí)刻，而對(duì)應(yīng) 于該點(diǎn)的傳播速度就是行波浪涌的整體傳播速度。由于實(shí)際故障行波信號(hào)存在一定的上升 時(shí)間，行波采集裝置直接檢測(cè)到的行波浪涌到達(dá)時(shí)間與實(shí)際的行波浪涌到達(dá)時(shí)間之間存在 一定的偏差，需要采取數(shù)字信號(hào)處理方法予以修正。采用小波模極大值分析方法可以用于 行波浪涌到達(dá)時(shí)刻的標(biāo)定，選取具有2階消失矩的基小波函數(shù)，以消除線路本身以及行波 采集裝置中模擬低通濾波電路對(duì)行波浪涌波頭起始點(diǎn)奇異特性的影響。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比較的有益效果是，①可直接采集電子式互感器(經(jīng)改 造)輸出的數(shù)字故障信息；②采用專門(mén)的數(shù)字信號(hào)處理算法，提高測(cè)距精度；③采用嵌入式 系統(tǒng)技術(shù)和插件式結(jié)構(gòu)，不需要配置后臺(tái)工控機(jī)，提高了測(cè)距裝置的可靠性；④采用專門(mén)的 高速數(shù)據(jù)存貯處理單元對(duì)行波信號(hào)進(jìn)行緩存、記錄與實(shí)時(shí)處理。⑤采用小波變換技術(shù)檢測(cè) 行波波頭起始點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)時(shí)間，從而將雙端現(xiàn)代行波測(cè)距原理的測(cè)距誤差控制在300米以內(nèi)。本發(fā)明方法適用于智能變電站的行波故障測(cè)距。
圖1為本實(shí)用新型的基本組成結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)處理流程示意圖；圖3為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案示意圖。圖中圖號(hào)表示為1是GPS接口單元；2是光電轉(zhuǎn)換單元；3是I/O接口單元；4是 信號(hào)線板；5是觸摸屏；6是雙端測(cè)距單端采集控制電路板；7是中央數(shù)據(jù)處理單元；8是采 集第一條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元；9是采集第二條線路6路電 子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元；10是采集第三條線路6路電子式互感器電流量的 高速數(shù)據(jù)采集單元；11是采集第四條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元； 20是電子式電流互感器；21是電子式電流互感器傳感頭；22是原低頻信號(hào)采集線路板；23 是原二次處理系統(tǒng)；對(duì)是行波信號(hào)高速采集處理板；25是光纖J6是行波故障測(cè)距裝置； 27是行波信號(hào)合并單元；觀是行波信號(hào)處理單元；四是61850標(biāo)準(zhǔn)行波數(shù)據(jù)傳輸單元；31 是智能變電站；32是母線；33是GPS天線；34是被監(jiān)測(cè)線路；35是電子式電流互感器的數(shù) 字光信號(hào)；36是繼保小室。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
如圖1、圖2及圖3所示。圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例的基本組成結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，它主要由GPS接口 單元1、光電轉(zhuǎn)換單元2、1/0接口單元3、信號(hào)線板4、觸摸屏5、雙端測(cè)距單端采集控制電路 板6、中央數(shù)據(jù)處理單元7、采集第一條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元 8、采集第二條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元9、采集第三條線路6路電 子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元10、采集第四條線路6路電子式互感器電流量的高 速數(shù)據(jù)采集單元11等部分組成。其中，中央處理單元實(shí)現(xiàn)定值整定、系統(tǒng)參數(shù)的輸入，形成 故障數(shù)據(jù)文件，協(xié)調(diào)各個(gè)子板的工作，實(shí)現(xiàn)機(jī)間通信、顯示和鍵盤(pán)控制等功能。高速數(shù)據(jù)采 集單元實(shí)現(xiàn)故障檢測(cè)，行波故障數(shù)據(jù)的采集、記錄和處理，并把采集到的數(shù)據(jù)傳送給中央處 理單元。GPS接口單元把由GPS同步時(shí)鐘提供的GPS時(shí)間信息傳送給測(cè)距裝置，同時(shí)記錄下 被硬件行波啟動(dòng)元件所觸發(fā)的時(shí)刻，并傳給中央處理單元，為故障初始時(shí)刻貼上時(shí)間標(biāo)簽， 用于實(shí)現(xiàn)兩端行波測(cè)距并作為事故后故障分析的時(shí)間依據(jù)。I/O接口單元將保護(hù)出口信號(hào) 或中央事故信號(hào)輸入到本裝置，可作為裝置啟動(dòng)的依據(jù)，并可將裝置啟動(dòng)或自檢異常的信 息送至變電站監(jiān)控系統(tǒng)或故障信息處理系統(tǒng)。圖2為本實(shí)用新型的數(shù)據(jù)處理流程示意圖。如圖2所示?，F(xiàn)有電子式互感器采樣 頻率主要滿足保護(hù)、測(cè)量等功能需求，其采樣頻率基本在IOkHz左右，難以達(dá)到行波測(cè)距要 求，必須在增加單獨(dú)的高速數(shù)據(jù)采集模塊。以電流互感器為例，電子式電流互感器傳感頭21 由Rogowisk線圈及采集器電路組成，Rogowisk線圈作為電流傳感器輸出正比于一次電流 的小電壓信號(hào)。為了不改變互感器特性和不影響原保護(hù)、測(cè)量等二次處理系統(tǒng)23的數(shù)據(jù)采 集，在原低頻信號(hào)采集線路板22的基礎(chǔ)上，增加一塊行波高速數(shù)據(jù)采集處理板24，同時(shí)采集Rogowski線圈的數(shù)據(jù)，在做到兩個(gè)采集模塊互不影響的情況下，既能夠保證低頻率信號(hào) 的輸出，也可以滿足行波故障信號(hào)的采集。從電子式電流互感器采集的信號(hào)，通過(guò)光纖25 輸入行波故障測(cè)距裝置26，實(shí)現(xiàn)智能變電站中的故障測(cè)距功能。 圖3為本實(shí)用新型的具體實(shí)施方案示意圖。如圖3，取自所測(cè)輸電線路電子式電 流互感器的數(shù)字光信號(hào)35，經(jīng)過(guò)本實(shí)用新型單端行波測(cè)距裝置沈內(nèi)的光電轉(zhuǎn)換器變成電 信號(hào)，然后通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理單元進(jìn)行處理和計(jì)算。正常運(yùn)行時(shí)，單端行波測(cè)距裝置26中 的采集單元實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)行中的電氣信號(hào)。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，采集單元根據(jù)故障啟動(dòng)判據(jù) 檢測(cè)到擾動(dòng)后開(kāi)始進(jìn)行錄波，同時(shí)讀取GPS單元33提供的統(tǒng)一時(shí)間碼以得到擾動(dòng)啟動(dòng)時(shí)刻 的時(shí)標(biāo)。本實(shí)用新型的單端行波測(cè)距裝置26和GPS天線33安裝于變電站31的繼保小室 36。
權(quán)利要求1.一種應(yīng)用于智能變電站的輸電線路行波故障測(cè)距裝置，其特征是，所述裝置由GPS 接口單元(1)、光電轉(zhuǎn)換單元(2)、I/O接口單元(3)、信號(hào)線板(4)、觸摸屏(5)、雙端測(cè)距單 端采集控制電路板(6)、中央數(shù)據(jù)處理單元(7)、采集第一條線路6路電子式互感器電流量 的高速數(shù)據(jù)采集單元(8)、采集第二條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元 (9)、采集第三條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元(10)、采集第四條線路 6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元(11)構(gòu)成；GPS對(duì)時(shí)裝置對(duì)時(shí)信號(hào)通過(guò)GPS 接口單元(1)與信號(hào)線板(4)接口相連；被監(jiān)測(cè)線路電子互感器信號(hào)通過(guò)光電轉(zhuǎn)換單元(2 ) 與信號(hào)線板(4)接口相連；裝置異常告警信號(hào)通過(guò)I/O接口單元(3)與信號(hào)線板(4)接口相 連；觸摸屏(5)、雙端測(cè)距單端采集控制電路板(6)、中央數(shù)據(jù)處理單元(7)分別與信號(hào)線板 (4)的相應(yīng)接口相連；采集第一、二、三、四條線路的6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采 集單元(8、9、10、11)分別與信號(hào)線板(4)的相應(yīng)接口相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于智能變電站的輸電線路行波故障測(cè)距裝置，其特征 是，所述裝置可直接采集電子式互感器輸出的光數(shù)字故障信息，提供遵循IEC 61850標(biāo)準(zhǔn) 的測(cè)距結(jié)果輸出接口，實(shí)現(xiàn)與智能變電站二次系統(tǒng)的無(wú)縫集成。
專利摘要一種應(yīng)用于智能變電站的輸電線路行波故障測(cè)距裝置，本實(shí)用新型主要由GPS接口單元1、光電轉(zhuǎn)換單元2、I/O接口單元3、信號(hào)線板4、觸摸屏5、雙端測(cè)距單端采集控制電路板6、中央數(shù)據(jù)處理單元7、采集第一條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元8、采集第二條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元9、采集第三條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元10、采集第四條線路6路電子式互感器電流量的高速數(shù)據(jù)采集單元11等部分構(gòu)成。本實(shí)用新型可直接采集電子式互感器輸出的光數(shù)字故障信息，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)測(cè)距同樣的測(cè)距精度，滿足測(cè)距需要；本實(shí)用新型應(yīng)用于110～500KV智能變電站的輸電線路行波故障測(cè)距。
文檔編號(hào)G01S11/02GK201845066SQ20102060484
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月12日
發(fā)明者毛鵬, 辛建波, 黃瑤 申請(qǐng)人:江西省電力科學(xué)研究院