一種基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，包括電源模塊、開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊分別與背板數(shù)據(jù)總線連接；開關(guān)量輸入模塊用于接收處理負(fù)荷建模母線下負(fù)荷電流出線的負(fù)荷出線開關(guān)信號(hào)、母聯(lián)開關(guān)信號(hào)和負(fù)荷建模母線上的開關(guān)信號(hào)，然后傳送至信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊；信號(hào)處理模塊用于獲得故障行波初始波頭到達(dá)時(shí)刻和行波信號(hào)極性并發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊。本實(shí)用新型能夠克服現(xiàn)有故障測(cè)距裝置的種種弊端，通過硬件提取電壓行波傳感器采集到的故障行波波頭、啟動(dòng)記錄GPS時(shí)間。
【專利說明】
一種基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種故障線路測(cè)距領(lǐng)域，尤其涉及一種基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國電力事業(yè)蓬勃快速地發(fā)展，大量長(zhǎng)距離高壓或超高壓輸電線路暴露在曠野，且在我國多為山區(qū)丘陵地形，暴雨、閃電等天氣原因以及人為因素常常使線路發(fā)生故障。輸電線路故障點(diǎn)的快速、精確定位，一直是電力部門尚未徹底解決的難題，對(duì)電力系統(tǒng)的安全、優(yōu)質(zhì)、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行構(gòu)成較大威脅，也給線路運(yùn)行維護(hù)人員帶來了繁重的負(fù)擔(dān)，給用電部門帶來了難以估計(jì)的損失。輸電線路故障后快速、準(zhǔn)確地確定故障點(diǎn)是保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，也是長(zhǎng)期困擾電網(wǎng)運(yùn)行的主要難題之一。常用的輸電線路故障定位方法主要有阻抗法和行波法以及電壓分布法，阻抗法由于原理上的缺陷，很難保證定位精度;電壓分布法由于受過渡電阻以及線路參數(shù)的影響，也難以保證測(cè)距結(jié)果的精度;隨著計(jì)算機(jī)、通信及測(cè)量技術(shù)的不斷進(jìn)步，行波法得到了迅速發(fā)展，并逐步進(jìn)入實(shí)用化階段。行波法受外界因素影響小，測(cè)距精度高，被廣泛應(yīng)用在220kV及重要IlOkV輸電線路中。傳統(tǒng)的行波測(cè)距采用高速采集CT 二次側(cè)信號(hào)實(shí)現(xiàn)，其采樣頻率一般不低于IMHz。電子式互感器為保護(hù)及測(cè)控裝置提供必要的采樣信息，其采樣率一般低于1kHz，遠(yuǎn)不能滿足傳統(tǒng)行波測(cè)距的需求。因此，行波測(cè)距在智能變電站缺乏行之有效的解決方案，這也極大地制約了智能電網(wǎng)及行波測(cè)距技術(shù)的發(fā)展。
[0003]本項(xiàng)目在對(duì)智能電網(wǎng)及行波測(cè)距技術(shù)深入研究的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了一套電壓行波測(cè)距系統(tǒng)。該項(xiàng)目的實(shí)施，有利于行波測(cè)距技術(shù)在智能變電站的推廣，能極大地促進(jìn)智能變電站技術(shù)及行波測(cè)距技術(shù)的發(fā)展，同時(shí)，其更加優(yōu)越的故障測(cè)距性能能進(jìn)一步縮短故障查找時(shí)間，減少停電損失。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，能夠克服現(xiàn)有故障測(cè)距采集裝置的種種弊端，通過硬件提取電壓行波傳感器采集到的故障行波波頭、啟動(dòng)記錄GPS時(shí)間，并傳輸至上位機(jī)，以供上位機(jī)進(jìn)行后續(xù)處理計(jì)算。
[0005]本實(shí)用新型采用下述技術(shù)方案:
[0006]—種基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，包括電源模塊、開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊分別與背板數(shù)據(jù)總線連接；
[0007]所述的電源模塊用于為開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊供電；
[0008]所述的開關(guān)量輸入模塊用于接收負(fù)荷建模母線下負(fù)荷電流出線的負(fù)荷出線開關(guān)信號(hào)、母聯(lián)開關(guān)信號(hào)和負(fù)荷建模母線上的開關(guān)信號(hào)，并對(duì)接收到的各類信號(hào)進(jìn)行光電隔離、抗電壓干擾和數(shù)據(jù)緩沖處理，然后將處理后的信號(hào)通過背板數(shù)據(jù)總線傳送至信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊;負(fù)荷出線開關(guān)信號(hào)來自外部接入的輔助負(fù)荷出線開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)，母聯(lián)開關(guān)信號(hào)來自外部接入的輔助母聯(lián)開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)，負(fù)荷建模母線上的開關(guān)信號(hào)來自外部接入的輔助負(fù)荷建模母線開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)；
[0009]所述的信號(hào)處理模塊用于接收多路故障行波信號(hào)和3U0信號(hào)并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理整定，獲得故障行波初始波頭到達(dá)時(shí)刻和行波信號(hào)極性，并將故障行波初始波頭到達(dá)時(shí)刻和行波信號(hào)極性發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊，信號(hào)處理模塊與數(shù)據(jù)處理模塊通訊；
[0010]所述的數(shù)據(jù)處理模塊用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通訊功能。
[0011]所述的開關(guān)量輸入模塊包括多路光電隔離器、抗電壓干擾電路、第一級(jí)緩沖器、CPLD和第二級(jí)緩沖器;多路光電隔離器的輸出端依次通過抗電壓干擾電路和第一級(jí)緩沖器連接CPLD的輸入端;CPLD的輸出端通過第二級(jí)緩沖器連接背板數(shù)據(jù)總線。
[0012]所述的多路光電隔離器采用TLP121器件。
[0013]所述的抗電壓干擾電路采用型號(hào)為P6SMB43CA的TVS的抗電壓干擾電路。
[0014]所述的第一級(jí)緩沖器采用四片通用緩沖器，四片通用緩沖器將32路開關(guān)量信號(hào)分為4組八路信號(hào)，CPLD通過第一級(jí)緩沖器對(duì)其中2組八路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖;所述的第二級(jí)緩沖器采用兩片通用緩沖器，CPLD通過第二級(jí)緩沖器對(duì)4組八路信號(hào)中未進(jìn)行緩沖的2組八路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖。
[0015]所述的信號(hào)處理模塊包括FPGA模塊以及分別與FPGA模塊連接的多路故障行波信號(hào)監(jiān)測(cè)電路和多路3U0信號(hào)監(jiān)測(cè)電路，F(xiàn)PGA模塊通過行波的變化率、上升或下降時(shí)間和波頭的幅值進(jìn)行判斷，辨識(shí)行波波頭。
[0016]所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括CPU單元、ETX核心單元、PCI橋接單元和調(diào)試接口單元。
[0017]本實(shí)用新型能夠克服現(xiàn)有故障測(cè)距裝置和測(cè)距方法的種種弊端，通過硬件提取電壓行波傳感器采集到的故障行波波頭、啟動(dòng)記錄GPS時(shí)間，最終將采集到的故障行波波頭、啟動(dòng)記錄GPS時(shí)間發(fā)送至上位機(jī)。本實(shí)用新型造價(jià)低，具有較高的運(yùn)行可靠性，能夠滿足對(duì)雷擊閃絡(luò)、斷線、碰線、污閃等各種類型故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，尤其適用于高阻接地故障的定位。
【附圖說明】
[0018]圖1為本實(shí)用新型的原理框圖；
[0019]圖2為本實(shí)用新型中開關(guān)量輸入模塊的原理框圖；
[0020]圖3為本實(shí)用新型中信號(hào)處理模塊的原理框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]如圖1至圖3所示，本實(shí)用新型所述的基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，包括電源模塊、開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊分別與背板數(shù)據(jù)總線連接，數(shù)據(jù)處理模塊用于通過以太網(wǎng)與管理機(jī)進(jìn)行通訊。
[0022]所述的電源模塊用于為開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊供電。本實(shí)施例中，電源模塊輸入為AC/DC220V或者DCl 1V的電壓，再由電源隔離模塊轉(zhuǎn)換為+24V、+12V、+5V的電壓輸出，為開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊供電。
[0023]所述的開關(guān)量輸入模塊用于接收負(fù)荷建模母線下負(fù)荷電流出線的負(fù)荷出線開關(guān)信號(hào)、母聯(lián)開關(guān)信號(hào)和負(fù)荷建模母線上的開關(guān)信號(hào)，并對(duì)接收到的各類信號(hào)進(jìn)行光電隔離、抗電壓干擾和數(shù)據(jù)緩沖處理，然后將處理后的信號(hào)通過背板數(shù)據(jù)總線傳送至信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊;負(fù)荷出線開關(guān)信號(hào)來自外部接入的輔助負(fù)荷出線開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)，母聯(lián)開關(guān)信號(hào)來自外部接入的輔助母聯(lián)開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)，負(fù)荷建模母線上的開關(guān)信號(hào)來自外部接入的輔助負(fù)荷建模母線開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)。
[0024]開關(guān)量輸入模塊包括多路光電隔離器、抗電壓干擾電路、第一級(jí)緩沖器、CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)和第二級(jí)緩沖器;多路光電隔離器的輸出端依次通過抗電壓干擾電路和第一級(jí)緩沖器連接CPLD的輸入端;CPLD的輸出端通過第二級(jí)緩沖器連接背板數(shù)據(jù)總線。
[0025]本實(shí)施例中，光電隔離器采用TLP121器件，能夠?qū)⑼獠枯斎腚妷盒盘?hào)量隔離轉(zhuǎn)換為5V的TTL電平進(jìn)入系統(tǒng)，以隔離外部輸入信號(hào)干擾。
[0026]抗電壓干擾電路采用包含TVS(瞬變電壓抑制二極管)的抗電壓干擾電路，例如P6SMB43CA型號(hào)的TVS抗電壓干擾電路，能夠?qū)M(jìn)入系統(tǒng)的開關(guān)量通過TVS完成抗電壓干擾功能。
[0027]第一級(jí)緩沖器采用四片通用緩沖器74LS245，四片通用緩沖器將32路開關(guān)量信號(hào)分為4組八路信號(hào)，CPLD通過第一級(jí)緩沖器對(duì)其中2組八路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖，以滿足16位背板數(shù)據(jù)總線形式;第二級(jí)緩沖器采用兩片通用緩沖器74LS245，CPLD通過第二級(jí)緩沖器對(duì)4組八路信號(hào)中未進(jìn)行緩沖的2組八路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖。通過設(shè)置第一級(jí)緩沖器和第二級(jí)緩沖器，能夠保證32路開關(guān)量信號(hào)全部被系統(tǒng)采集，并由16位數(shù)據(jù)總線經(jīng)背板數(shù)據(jù)總線送至信號(hào)處理模塊。
[0028]所述的信號(hào)處理模塊用于接收多路故障行波信號(hào)和3U0信號(hào)并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理整定，獲得故障行波初始波頭到達(dá)時(shí)刻和行波信號(hào)極性，信號(hào)處理模塊與數(shù)據(jù)處理模塊通訊。
[0029]信號(hào)處理模塊包括FPGA模塊以及分別與FPGA模塊連接的多路故障行波信號(hào)監(jiān)測(cè)電路和多路3U0信號(hào)監(jiān)測(cè)電路，F(xiàn)PGA模塊通過行波的變化率、上升或下降時(shí)間和波頭的幅值進(jìn)行判斷，辨識(shí)行波波頭，此技術(shù)為本領(lǐng)域常規(guī)技術(shù)，并不涉及到相關(guān)軟件的改進(jìn)。信號(hào)處理模塊設(shè)置有四個(gè)BNC頭用于連接行波傳感器，6位鳳凰端子用于接入3U0信號(hào)，信號(hào)處理模塊能夠解碼對(duì)時(shí)信號(hào)，采集行波故障信號(hào)和3U0故障信號(hào)，通過背板數(shù)據(jù)總線上傳故障數(shù)據(jù)。
[0030]所述故障行波信號(hào)監(jiān)測(cè)電路，由微分電路和信號(hào)調(diào)整電路組成。微分電路首先通過雙向TVS管SMBJ100CA，將故障行波信號(hào)峰值限制在100V左右，能夠有效防止故障行波信號(hào)幅值過大對(duì)后端IC造成不可恢復(fù)的損壞，同時(shí)縮短大信號(hào)在PCB上的傳輸路徑，進(jìn)一步防止通道間的耦合所造成的誤觸發(fā);然后通過雙向SMBJ15CATVS管，用于陡化故障行波脈沖的上升沿，使故障行波信號(hào)轉(zhuǎn)化為幅值變化率電平，隨后再通過信號(hào)調(diào)理電路對(duì)信號(hào)幅值和信號(hào)極性進(jìn)行調(diào)理，并通過電壓整定電路進(jìn)行電平整定，辨識(shí)行波波頭，獲得故障行波觸發(fā)信號(hào)和極性信號(hào)，最后經(jīng)型號(hào)為HCPL260L的高速光耦隔離輸出到FPGA，觸發(fā)FPGA記錄初始波頭到達(dá)時(shí)刻和行波信號(hào)極性。
[0031]所述3U0信號(hào)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電路由微分電路和信號(hào)調(diào)整電路組成，微分電路首先通過高電壓等級(jí)雙向TVS管SMBJ100CA，將故障行波信號(hào)峰值限制在10V左右，能夠有效防止故障行波信號(hào)幅值過大對(duì)后端IC造成不可恢復(fù)的損壞，同時(shí)縮短大信號(hào)在PCB上的傳輸路徑，進(jìn)一步防止通道間的耦合所造成的誤觸發(fā);其次通過規(guī)格型號(hào)為DRT805/201A的脈沖器實(shí)現(xiàn)信號(hào)的電氣隔離，同時(shí)可避免雷擊等大浪涌沖擊信號(hào)對(duì)后端IC元件可能造成的損壞。最后通過低電壓等級(jí)的雙向SMBJ15CA的TVS管，用于陡化故障行波脈沖的上升沿，使故障行波信號(hào)轉(zhuǎn)化為幅值變化率電平，隨后再通過信號(hào)調(diào)理電路對(duì)信號(hào)幅值和信號(hào)極性進(jìn)行調(diào)理，并通過電壓整定電路進(jìn)行電平整定，辨識(shí)行波波頭，獲得故障行波觸發(fā)信號(hào)和極性信號(hào)，最后經(jīng)過型號(hào)為HCPL260L的高速光耦隔離輸出到FPGA，觸發(fā)FPGA記錄初始波頭到達(dá)時(shí)刻和行波信號(hào)極性。
[0032]所述的數(shù)據(jù)處理模塊用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通訊功能，并對(duì)信號(hào)處理模塊發(fā)送的信號(hào)傳輸至管理機(jī)，通過以太網(wǎng)接收并處理管理機(jī)請(qǐng)求;數(shù)據(jù)處理模塊包括CHJ單元、ETX核心單元、PCI橋接單元和調(diào)試接口單元。ETX核心單元用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)通訊、全雙工串口通訊、PCI總線通訊、CRT顯示和鍵盤鼠標(biāo)輸入等功能;PCI橋接單元用于實(shí)現(xiàn)完成PCI橋接功能，使ETX核心單元可通過PCI總線訪問信號(hào)處理模塊和開關(guān)量輸入模塊，峰值訪問速度讀操作可達(dá)20M字節(jié)/s，寫操作可達(dá)1M字節(jié)/s。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，其特征在于:包括電源模塊、開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊，開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊分別與背板數(shù)據(jù)總線連接； 所述的電源模塊用于為開關(guān)量輸入模塊、信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊供電； 所述的開關(guān)量輸入模塊用于接收負(fù)荷建模母線下負(fù)荷電流出線的負(fù)荷出線開關(guān)信號(hào)、母聯(lián)開關(guān)信號(hào)和負(fù)荷建模母線上的開關(guān)信號(hào)，并對(duì)接收到的各類信號(hào)進(jìn)行光電隔離、抗電壓干擾和數(shù)據(jù)緩沖處理，然后將處理后的信號(hào)通過背板數(shù)據(jù)總線傳送至信號(hào)處理模塊和數(shù)據(jù)處理模塊;負(fù)荷出線開關(guān)信號(hào)來自外部接入的輔助負(fù)荷出線開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)，母聯(lián)開關(guān)信號(hào)來自外部接入的輔助母聯(lián)開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)，負(fù)荷建模母線上的開關(guān)信號(hào)來自外部接入的輔助負(fù)荷建模母線開關(guān)觸點(diǎn)信號(hào)； 所述的信號(hào)處理模塊用于接收多路故障行波信號(hào)和3U0信號(hào)并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行調(diào)理整定，獲得故障行波初始波頭到達(dá)時(shí)刻和行波信號(hào)極性，并將故障行波初始波頭到達(dá)時(shí)刻和行波信號(hào)極性發(fā)送至數(shù)據(jù)處理模塊，信號(hào)處理模塊與數(shù)據(jù)處理模塊通訊； 所述的數(shù)據(jù)處理模塊用于實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)通訊功能。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，其特征在于:所述的開關(guān)量輸入模塊包括多路光電隔離器、抗電壓干擾電路、第一級(jí)緩沖器、CPLD和第二級(jí)緩沖器；多路光電隔離器的輸出端依次通過抗電壓干擾電路和第一級(jí)緩沖器連接CPLD的輸入端；CPLD的輸出端通過第二級(jí)緩沖器連接背板數(shù)據(jù)總線。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，其特征在于:所述的多路光電隔離器采用TLP121器件。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，其特征在于:所述的抗電壓干擾電路采用型號(hào)為P6SMB43CA的TVS的抗電壓干擾電路。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，其特征在于:所述的第一級(jí)緩沖器采用四片通用緩沖器，四片通用緩沖器將32路開關(guān)量信號(hào)分為4組八路信號(hào)，CPLD通過第一級(jí)緩沖器對(duì)其中2組八路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖;所述的第二級(jí)緩沖器采用兩片通用緩沖器，CPLD通過第二級(jí)緩沖器對(duì)4組八路信號(hào)中未進(jìn)行緩沖的2組八路信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)緩沖。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，其特征在于:所述的信號(hào)處理模塊包括FPGA模塊以及分別與FPGA模塊連接的多路故障行波信號(hào)監(jiān)測(cè)電路和多路3U0信號(hào)監(jiān)測(cè)電路，F(xiàn)PGA模塊通過行波的變化率、上升或下降時(shí)間和波頭的幅值進(jìn)行判斷，辨識(shí)行波波頭。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于電壓行波的故障測(cè)距采集裝置，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)處理模塊包括CPU單元、ETX核心單元、PCI橋接單元和調(diào)試接口單元。
【文檔編號(hào)】G01R31/08GK205562728SQ201620370111
【公開日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】韓偉, 石光, 楊海晶, 孔圣立, 劉磊, 趙文沛, 黎波, 陳賢平, 彭錦鳳, 熊彬, 聶云根
【申請(qǐng)人】國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院, 深圳市雙合電氣股份有限公司, 國家電網(wǎng)公司