CN102033190A - 基于电子式互感器的输电线路行波故障测距方法 - Google Patents

基于电子式互感器的输电线路行波故障测距方法 Download PDF

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    • H02H7/265Sectionalised protection of cable or line systems, e.g. for disconnecting a section on which a short-circuit, earth fault, or arc discharge has occured making use of travelling wave theory

Abstract

一种基于电子式互感器的输电线路行波故障测距方法,其特征在于,所述方法为:(a)在电子式互感器中增加行波信号高速数据采集模块4,以满足行波故障测距的需要;(b)将原有行波故障测距装置的信号输入模块改为适用于电子式互感器的数字信号输入模块,主要包括行波信号合并单元7、行波信号处理单元8、行波数据传输单元9;(c)电子式互感器光数字信号与行波故障测距装置6的光纤5通信。本发明对行波故障信号进行多项式曲线拟合,通过最小二乘法确定系数,再利用求得的系数重构动态过程,以使最终数据同常规变电站中行波故障测距数据,实现双端测距和单端测距分析功能,同时保证测距精度。本发明方法适用于智能变电站的行波故障测距。

Description

基于电子式互感器的输电线路行波故障测距方法技术领域[0001] 本发明涉及一种基于电子式互感器的输电线路行波故障测距方法,属电力系统继 电保护技术领域。背景技术[0002] 为了能够在二次侧观察到输电线路上的暂态行波现象,要求电压、电流信号变换 回路要有足够的响应速度。例如,假定行波传播速度等于光速,为了将测距分辩率控制在 500m以内,电压和电流暂态信号变换回路输出信号的上升时间必须在3. 3us以内,相应变 换回路的截止频率不能低于25kHz。[0003] 随着智能电网的发展,变电站的数字化、智能化已经成为一种趋势。在智能变电站 中,由于一些一、二次设备以及运行方式不同于常规的变电站,原有一些设备已经不能正常 工作,只有在改进后才能继续应用于智能变电站。输电线路行波测距装置就存在这方面的 问题。在数字化变电站中,行波测距装置在测距原理上与传统变电站一样,两者主要差异在 于信号提取及处理方式的改变。在传统变电站中,主要是利用电磁式电流互感器和电压互 感器获取行波故障信息,而智能变电站中主要依赖电子式互感器提取电气信息,那么如何 从电子式互感器提取可用的行波故障信息就成为实现行波测距的关键。[0004] 公开号101776725A公开了一种输电线路故障测距方法,该发明通过在高压输电 线上安装基于罗氏线圈的宽频穿芯式行波检测装置,采集三相线路电流行波信号,运用相 模变换和小波模极大值原理进行奇异值检测,准确识别行波线模波头,并利用GPS高粘度 时钟精确判定波头到达时刻;依据不同的波头时差信息,在线测量实时行波线模波速,实现 精确故障测距。但这种方法需在两个变电站之间的高压输电线路上安装两套行波检测装 置,显得十分麻烦,一旦检测装置出现故障,检修十分不便。发明内容[0005] 本发明的目的是,为了解决输电线路行波测距装置在智能变电站应用中存在的一 些问题,本发明从电子式互感器提取可用的行波故障信息,提供一种基于电子式互感器的 输电线路行波故障测距方法。[0006] 本发明的技术方案是:基于电子式互感器的输电线路行波故障测距方法为:[0007] (a)在电子式互感器中增加行波信号高速数据采集模块,以满足行波故障测距的需要;[0008] (b)将原有行波故障测距装置的信号输入模块改为适用于电子式互感器的数字信 号输入模块,主要包括行波信号合并单元、行波信号处理单元、行波数据传输单元。[0009] (c)电子式互感器光数字信号与行波故障测距装置的光纤通信。[0010] 由于现有的电子式互感器在采样频率上主要满足保护等功能需求,因而其采样频 率基本在IOkHz以内,虽然能够满足保护等设备的要求,但对于行波故障测距需要的上兆 赫兹的信号,现有的电子式互感器则不能提供,因而不能满足行波测距的要求。因此,在数字化变电站中要实现行波故障测距功能,首先就要解决行波信号的提取问题。为此,本发明 从电子互感器入手,对现有的电子式互感器做适当改动,在现有保护信号输出不变的前提 下,另外再增加一路适用于行波故障测距的不小于IMHz的信号输出。[0011] 本发明采用的方式是在互感器(罗氏线圈型电子式电流互感器)中专门增加一 个行波信号高速数据采集模块,输出采样频率为500KHZ的信号,以满足行波故障测距的需 要。由于这个频率仍小于1MHz,因此需要对此信号进行进一步的处理,以满足行波故障测距 的可靠性和精度。[0012] 由于高速数据采集频率高,数据量特别大,为了实现对暂态行波信号的不间断采 集,需要一种高灵活性(采样时间长度、采样通道数、触发方式等都可以在线设置)、连续性 (多次数据记录之间无死区)以及低成本的高速数据采集存贮系统,以满足高速数据处理 的需求,本发明中的行波信号高速数据采集模块能够满足这种需求。[0013] 为了保证测距可靠性,本发明中的电子式互感器所采集信息实时送往行波故障测 距装置,但只有在检测到故障时,行波测距装置才起动。为了实现双端测距功能,同常规站 中的装置一样,行波测距装置需接入时间同步信号。采用基于GPS/北斗技术的电力系统同 步时钟,对行波采集装置内部的高稳定度硬件实时时钟(分辨率为lys)系统进行精确秒 同步,使其走时误差始终不超过ι μ s,满足了双端时间同步的要求。[0014] 由于采集信号频率的限制,因此需要对行波故障信号做不同于常规站的处理。本 发明对行波故障信号做不同于常规站的处理方法为,对行波故障信号进行多项式曲线拟 合,通过最小二乘法确定系数,再利用求得的系数重构动态过程,使最终数据同常规变电站 中行波故障测距数据,以实现双端测距和单端测距分析功能,同时保证测距精度。[0015] 本发明采用了区别于传统行波测距系统的信号输入处理单元。由于不同于常规站 中行波测距装置采集的是模拟信号,从电子式互感器上采集的是数字信号,因此,对于原有 的故障测距装置的信号输入模块,也要改为适用于电子式互感器的数字信号输入模块,包 括行波信号合并单元、行波信号处理单元和基于IEC 61850标准的数据传输单元。[0016] 本发明采用了区别于传统行波测距系统的数据处理算法。即使在进行相关互感器 改造后,采样频率也只能满足行波故障测距的基本需要,为了达到和传统的行波测距系统 一样的测距精度,需要采用新的数据处理算法,以满足测距需要。[0017] 本发明对行波浪涌到达时刻能进行准确标定。故障初始行波浪涌只在其波头起始 点表现为奇异点,并且这种奇异性不受行波频散和冲击电晕等因素引起的行波波形衰减和 畸变的影响。因此,应该用暂态行波浪涌波头的起始点来表征行波浪涌的到达时刻,而对应 于该点的传播速度就是行波浪涌的整体传播速度。由于实际故障行波信号存在一定的上升 时间,行波采集装置直接检测到的行波浪涌到达时间与实际的行波浪涌到达时间之间存在 一定的偏差,需要采取数字信号处理方法予以修正。采用小波模极大值分析方法可以用于 行波浪涌到达时刻的标定,选取具有2阶消失矩的基小波函数,以消除线路本身以及行波 采集装置中模拟低通滤波电路对行波浪涌波头起始点奇异特性的影响。[0018] 本发明与现有技术相比较的有益效果是,①可直接采集经改造的电子式互感器输 出的数字故障信息;②采用专门的数字信号处理算法,提高测距精度;③采用嵌入式系统 技术和插件式结构,不需要配置后台工控机,提高了测距装置的可靠性;④采用专门的高速 数据存贮处理单元对行波信号进行缓存、记录与实时处理;⑤采用小波变换技术检测行波波头起始点所对应的绝对时间,从而将双端现代行波测距原理的测距误差控制在300米以 内。[0019] 本发明方法适用于智能变电站的行波故障测距。 附图说明[0020] 图1为本发明的数据处理流程示意图;[0021] 图2为本发明用于行波信号提取的高速数据采集模块工作原理图;[0022] 图3为本发明的行波故障测距装置功能模块示意图;[0023] 图4为本发明的具体实现示意图;[0024] 图中图号表示为:1是电子式电流互感器传感头;2是原低频信号采集线路板;3 是原二次处理系统;4是行波信号高速采集处理板;5是光纤;6是行波故障测距装置;7是 行波信号合并单元;8是行波信号处理单元;9是61850标准行波数据传输单元;11是行波 采集与处理系统;12是行波综合分析系统;13是远程维护系统。具体实施方式[0025] 本发明具体实施方式如图1至图4所示。[0026] 图1为本发明的数据处理流程示意图。如图1所示,现有电子式互感器采样频率 主要满足保护、测量等功能需求,其采样频率基本在IOkHz左右,难以达到行波测距要求, 必须在增加单独的高速数据采集模块。以电流互感器为例,高压传感头1由Rogowisk线圈 及采集器电路组成,Rogowisk线圈作为电流传感器输出正比于一次电流的小电压信号。为 了不改变互感器特性和不影响原保护、测量等二次处理系统3的数据采集,在原低频信号 采集线路板2的基础上,增加一块行波高速数据采集处理板4,同时采集Rogowski线圈的数 据,在做到两个采集模块互不影响的情况下,既能够保证低频率信号的输出,也可以满足行 波故障信号的采集。从电子式电流互感器采集的信号,通过光纤5输入行波故障测距装置 6,实现采用电子式互感器实现监测的输电线路故障测距功能。[0027] 图2为行波信号高速数据采集处理板的工作原理示意图。如图2所示,采样板主 要包括以下三个功能模块:①高速采样单元:用于采集行波测距所需三相数据;②低速采 样单元:判断故障发生与否,判断结果发送给高速采集单元,确认是否保存数据;③高速缓 存RAM :临时存储高速采集数据,等待发送。[0028] 图3本发明的行波故障测距装置功能模块示意图。由于不同于常规站中行波测距 装置采集的是模拟信号,从电子式互感器上采集的是数字信号,因此,对于原有的故障测距 装置的信号输入模块,也要改为适用于电子式互感器的数字信号输入模块。如图3所示,行 波故障测距装置主要包括以下三个功能模块:①行波信号合并单元:用于采集行波测距所 需三相数据;②行波信号处理单元:判断故障发生与否,判断结果发送给数据传输单元;③ 行波数据传输单元:提供遵循IEC 61850标准的数据传输接口。[0029] 图4为本发明具体实现流程示意图,如图4所示。采用电子式互感器实现监测的 输电线路故障测距系统主要由行波存贮与处理系统、行波综合分析系统、远程维护系统以 及通信网络等4部分组成,除信号来源和处理算法与传统的行波故障测距系统有所区别, 其他一样。

Claims (3)

1. 一种基于电子式互感器的输电线路行波故障测距方法,其特征在于,所述方法为:(a)在电子式互感器中增加行波信号高速数据采集模块,以满足行波故障测距的需要;(b)将原有行波故障测距装置的信号输入模块改为适用于电子式互感器的数字信号输 入模块,主要包括行波信号合并单元、行波信号处理单元、行波数据传输单元;(c)电子式互感器光数字信号与行波故障测距装置的光纤通信。
2.根据权利要求1所述的基于电子式互感器的输电线路行波故障测距方法,其特征在 于,所述方法采用了区别于传统行波测距系统的数据处理算法,由于采集信号频率的限制, 因此需要对行波故障信号采用曲线拟合方法进行不同于常规站的处理,即对行波故障信号 进行多项式曲线拟合,通过最小二乘法确定系数,再利用求得的系数重构动态过程,以使最 终数据同常规变电站中行波故障测距数据,实现双端测距和单端测距分析功能,同时保证 测距精度。
3.根据权利要求1所述的基于电子式互感器的输电线路行波故障测距方法,其特征 在于,所述方法采用小波模极大值分析方法可以用于行波浪涌到达时刻的标定,选取具有2 阶消失矩的基小波函数,以消除线路本身以及行波采集装置中模拟低通滤波电路对行波浪 涌波头起始点奇异特性的影响。
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Effective date of registration: 20121207

Address after: 330000 No. 88 min Qiang Road, private science and Technology Park, Jiangxi, Nanchang

Applicant after: Jiangxi Electric Power Science Academy

Applicant after: State Grid Corporation of China

Address before: 330000 No. 88 min Qiang Road, private science and Technology Park, Jiangxi, Nanchang

Applicant before: Jiangxi Electric Power Science Academy

C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20110427