CN102890223A

CN102890223A - 一种电力线路故障行波定位系统

Info

Publication number: CN102890223A
Application number: CN2012103120260A
Authority: CN
Inventors: 郭建平; 郭建虎; 蒋云峰; 王英军; 岳素华; 孟超; 张宇贤; 赵一明; 熊敏俊; 肖恩国
Original assignee: Shenzhen Suotu Technology Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC; State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Xingtai Power Supply Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Suotu Technology Co Ltd; State Grid Corp of China SGCC; State Grid Hebei Electric Power Co Ltd; Xingtai Power Supply Co Ltd
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-01-23

Abstract

本发明公开了一种电力线路故障行波定位系统，涉及电力系统保护装置技术领域，包括安装在母线的M端和/或N端的行波定位子系统，所述行波定位子系统包括行波测距装置、录波器、后台计算机和服务器，所述行波测距装置和录波器与后台计算机之间通过以太网进行连接，后台计算机与服务器之间通过网络进行连接，行波测距装置和录波器与GPS进行通信。所述系统将录波和行波定位功能相结合，定位故障准确；将行波测距装置和录波器相结合由原来2个独立的屏柜，合并为一个屏柜，减小了系统的体积，节约了控制室面积，简化了安装调试过程，2次回路电缆接线简单，减少出错的概率，从硬件上可以节省共用设备，降低制造成本。

Description

一种电力线路故障行波定位系统

技术领域

本发明涉及电力系统保护装置技术领域，尤其涉及一种电力线路故障行波定位系统。

背景技术

目前生产故障行波测距装置的厂家一般采用电流行波进行故障定位，直接从电流互感器二次侧提取电流行波波头的突变信号。该定位方法需要具有海量数据存储的高速数据采集系统和能进行复杂小波分析的高性能计算机系统。这使现有的电流行波测距装置结构复杂、造价高。由于采集的数据量大、路数多，受此限制，采样率定位精度大打折扣。

通过建立CVT（电容式电压互感器）行波传变分析高频等值模型，分析CVT各元件对频率响应的影响，通过仿真和装置实测数据结果显示，电压行波比电流行波相对幅值大，理论上较易测量；当故障行波波头到达时，在CVT二次侧会引起明显的频率突变和高频振荡，线路阻波器对CVT二次电压行波奇异检测影响有限，雷击及高阻接地时的行波波头是可测的，基于CVT二次电压的全网故障行波定位系统也是可行的，具有实用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种电力线路故障行波定位系统，具有定位故障准确的特点。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种电力线路故障行波定位系统，其特征在于包括安装在母线的M端和/或N端的行波定位子系统，所述行波定位子系统包括行波测距装置、录波器、后台计算机和服务器，所述行波测距装置和录波器与后台计算机之间通过以太网进行连接，后台计算机与服务器之间通过网络进行连接，行波测距装置和录波器与GPS进行通信。

优选的：所述行波测距装置为电压行波测距装置，包括开关量采集板、电压转换板、高速采集板、PC机和报警输出板，所述开关量采集板和电压转换板的输出端与高速采集板的输入端连接，高速采集板的输出端通过PCI总线与PC机进行连接，报警输出板与高速采集板的输出端连接，指示板与报警输出板的输出端连接。

优选的：所述高速采集板包括运算放大器、A/D转换器、FPGA、DSP、SDRAM和FLASH，经过隔离后的电压模拟信号依次经运算放大器、A/D转换器后通过数据/地址总线与FPGA连接，FPGA与DSP之间通过EMIF总线连接，SDRAM和FLASH与DSP连接。

优选的：所述录波器包括开关量采集板、互感器转换箱、低速采集板和前置计算机，所述开关量采集板和互感器转换箱的输出端与低速采集板的输入端连接，低速采集板通过高速总线与前置计算机连接。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：录波器由于原理性的原因，测距精度及准确性不高，行波测距由于采样率太高，记录时间短所记录的线路信息有限，不能全面反映故障的性质，所述系统将录波和行波定位功能相结合，弥补录波器和行波测距装置相互的缺点，定位故障准确；将行波测距装置和录波器相结合由原来2个独立的屏柜，合并为一个屏柜，减小了系统的体积，节约了控制室面积，简化了安装调试过程，2次回路电缆接线简单，减少接线出错的概率和工作量，并且从硬件上可以节省共用设备，制造成本低。所述系统直接利用电压互感器二次行波信号进行故障定位，而无需加装专用传感器，系统简单，只需测量变电站母线电压，具有测量信号少，实用性强，成本低，易于应用的特点。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是本发明的原理框图；

图2是图1中高速采集板的原理框图；

图3是系统运行的流程图；

图4是双端行波测距原理图。

具体实施方式

如图1所示，一种电力线路故障行波定位系统，包括安装在母线的M端和/或N端的行波定位子系统，即可以使用单端定位方式也可以使用双端定位方式来定位线路故障，所述行波定位子系统包括行波测距装置、录波器、后台计算机和服务器；所述行波测距装置和录波器与后台计算机之间通过以太网进行连接，后台计算机与服务器之间通过网络进行连接，行波测距装置和录波器与GPS进行通信，所述行波测距装置可以是电流行波测距装置也可以是电压行波测距装置。

如图1和2所示，为了增加定位故障的准确性，所述行波测距装置为电压行波测距装置，其包括开关量采集板、电压转换板、高速采集板、PC机和报警输出板。所述开关量采集板和电压转换板的输出端与高速采集板的输入端连接，高速采集板的输出端通过PCI总线与PC机进行连接，报警输出板与高速采集板的输出端连接，指示板与报警输出板的输出端连接。所述高速采集板包括运算放大器、A/D转换器、FPGA、DSP、SDRAM和FLASH，经过隔离后的电压模拟信号依次经运算放大器、A/D转换器后通过数据/地址总线与FPGA连接，FPGA与DSP之间通过EMIF总线连接，SDRAM和FLASH与DSP连接。

开关量采集板将开关量信号隔离处理，如果开关发生变位，则通过硬件信号通知高速采集板启动记录数据。开关量的接入主要用于对故障线路的判别，如哪个开关量启动，说明是哪条线路故障，对测距精度没有影响。

高速采集板是以DSP、FPGA为基本结构的数据采集平台，其主要构成为：DSP、FPGA、高速A/D转换器等。主要完成电压行波信号的高速数据采集和缓存、接收GPS对时信号和同步采样调整；自带一个高稳定度的恒温晶振，通过秒脉冲信号倍频或其它方式产生5MHz的同步采样信号，两端采样同步精度优于1us。高稳晶振在GPS信号失效的情况下，2小时内的误差小于10us。支持PCI总线，系统通过PCI桥可及时获取高速采集板的运行情况，若出现故障，及时告警。接受开关量启动信号，进行行波数据记录。接受命令完成相关操作，如：手动启动录波、上传录波数据、定值整定等。

装置自检包括开机启动时的自检和正常运行时的巡检，因此，在任何情况下，装置的任何异常都能及时反映出来，并准确定位。自检内容包括：电源错误告警、A/D采集错误告警、GPS信号错误告警、数据区满告警、DSP错误告警、SDRAM错误告警、有坏数据区告警等。报警输出板完成信号输出即：故障告警、运行指示灯、录波启动、GPS信号等，同时主界面将显示告警信息，保存在日志中。指示板将指示电源、系统启动、系统异常、GPS异常、运行灯等信号的显示功能。

相应的录波器也可以选择电流或电压录波器，优选的所述录波器包括开关量采集板、互感器转换箱、低速采集板和前置计算机，所述开关量采集板和互感器转换箱的输出端与低速采集板的输入端连接，低速采集板通过高速总线与前置计算机连接。

软件算法：利用故障行波到达故障线路两端的时间差计算出故障距离，双端行波定位最大的一个特点就是原理简单，只需要捕捉行波第一个波头，不受各种反射波、折射波的影响。目前随着GPS授时技术、网络通讯技术的发展，同步和通讯问题已能圆满解决。当故障行波波头到达时，在CVT二次侧会引起明显的频率突变和高频振荡，采用小波变换方法进行行波波头检测，并通过自适应门槛消噪、相电压和线电压综合判断等方法，提高行波波头识别的准确性和可靠性。据此，可进行行波波头的准确检测，实现故障点的精确定位，系统工作流程图如图3所示。

网络组建技术：在同一电压等级的复杂电力网应用时，变电站各条出线电流各不相同，不利于建立基于整个输电网络的故障电流行波定位系统，而各条出线在母线处电压相等，便于建立基于整个输电网络的故障电压行波定位系统网络。由于电压行波测距装置的管理应用软件采用最新的B/S（Browser/Server）结构即浏览器和服务器结构，用户计算机上仅需要安装有网络浏览器即可实现对行波测距装置的远程管理和通讯，无需再进行安装单独的通讯管理软件，通过WEB服务器，就能实现WEB多种游览功能。

系统原理：在线路正常运行时，系统对电压量进行采集，突变量启动元件不动作。当线路发生短路故障时，母线上电压信号异常，突变量启动，高速采集板进行数据记录，开关量状态也写入故障文件。录波数据记录完成后，PC机将通过PCI总线从高速采集板读取录波数据，备份保存于自带的硬盘中，并对行波波头到达时间进行分析判断。当判断出本变电站线路发生故障时，此时调用分析软件将故障文件中的数据读出，通过分析计算，检测出行波波头到达时刻和反射波头的到达时刻，此时便可以完成单端测距。与此同时，另一端的变电站中行波定位子系统同样检测到故障的发生和开关量状态，并检测到故障行波波头到达本站的时刻。其中一个变电站的行波定位子系统(从站)将本侧波头时刻发送到另一侧变电站的行波定位子系统(主站)，主站定位软件将根据两个变电站行波到达的时刻和行波波速，可以利用双端测距的原理最终确定故障点位置。

双端行波定位原理是利用故障行波到达故障线路两端的时间差计算出故障距离，关键是准确记录下行波到达线路两端的相对时间，利用接收GPS的卫星信号并配合高精度恒温晶振的使用，可以获取精度在0.1us以内的时间脉冲，因此GPS可作为同步时间单元。由于母线两端都只检测第一个到达的行波，线路的过渡电阻的电弧特性、系统运行方式的变化、线路的分布电容以及负荷电流等因素对测距复杂性不会造成大的影响，因此双端行波法比单端行波法测距结果更准确和可靠。

如图4所示，对于故障线路来说，设输电线路全长Ｌ，故障点初始行波达到两端母线Ｍ，Ｎ的时间分别为T_M和T_N，则故障点距线路两端的距离分别为：

L_{M} = \frac{1}{2} [(T_{M} - T_{N}) v + L]

L_{N} = \frac{1}{2} [(T_{N} - T_{M}) v + L]

式中v为行波波速，L为线路全长。

由于输电线路零模行波存在衰耗大、参数随频率变化大、波速不稳定等问题，一般不采用零模行波定位。线模行波的波速可以利用线路参数计算和实测。考虑线路参数的频率相关特性，行波波速计算公式如下：

v = \frac{w}{\sqrt{\frac{1}{2} w^{2} LC - RG + \sqrt{(R^{2} + w^{2} L^{2}) (G^{2} + w^{2} C^{2})}}}

式中：Ｒ，Ｌ，Ｇ，Ｃ分别为线路单位长度的电阻、电感、电导和电容参数的频率特性，近似认为输电线路为均匀的无损长线，可按下式简化计算线模行波波速：

V_{ma} = V_{mb} = \frac{1}{\sqrt{L_{ma} C_{ma}}} = \frac{1}{\sqrt{L_{mb} C_{mb}}}

式中：L_ma，C_ma，L_mb，C_mb分别为输电线路单位长度的模量电感和电容。

输电线路扰动暂态信号和故障暂态行波信号中包含了比工频量更丰富的故障信息、开关操作信息、输电线路雷击信息，小波分析具有良好的时频分析能力，在处理输电线路故障等非平稳暂态信号等领域具有它独特的优势。单端检测原理与双端检测原理大致相同，单端检测只检测一端的行波数据即可，为了提高定位的准确性可以选择双端定位方式。

所述系统将录波和行波定位功能相结合，定位故障准确；将行波测距装置和录波器相结合由原来2个独立的屏柜，合并为一个屏柜，减小了系统的体积，节约了控制室面积，简化了安装调试过程，2次回路电缆接线简单，减少出错的概率，从硬件上可以节省共用设备，制造成本低。所述系统直接利用电压互感器二次行波信号进行故障定位，而无需加装专用传感器，系统简单，只需测量变电站母线电压，具有测量信号少，适应性强，成本低，易于应用的特点。

Claims

1.一种电力线路故障行波定位系统，其特征在于包括安装在母线的M端和/或N端的行波定位子系统，所述行波定位子系统包括行波测距装置、录波器、后台计算机和服务器，所述行波测距装置和录波器与后台计算机之间通过以太网进行连接，后台计算机与服务器之间通过网络进行连接，行波测距装置和录波器与GPS进行通信。

2.根据权利要求1所述的一种电力线路故障行波定位系统，其特征在于所述行波测距装置为电压行波测距装置，包括开关量采集板、电压转换板、高速采集板、PC机和报警输出板，所述开关量采集板和电压转换板的输出端与高速采集板的输入端连接，高速采集板的输出端通过PCI总线与PC机进行连接，报警输出板与高速采集板的输出端连接，指示板与报警输出板的输出端连接。

3.根据权利要求2所述的一种电力线路故障行波定位系统，其特征在于所述高速采集板包括运算放大器、A/D转换器、FPGA、DSP、SDRAM和FLASH，经过隔离后的电压模拟信号依次经运算放大器、A/D转换器后通过数据/地址总线与FPGA连接，FPGA与DSP之间通过EMIF总线连接，SDRAM和FLASH与DSP连接。

4.根据权利要求1所述的一种电力线路故障行波定位系统，其特征在于所述录波器包括开关量采集板、互感器转换箱、低速采集板和前置计算机，所述开关量采集板和互感器转换箱的输出端与低速采集板的输入端连接，低速采集板通过高速总线与前置计算机连接。