CN103823159A - 基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置及测距方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置及测距方法，其中基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置，包括信号调理板、高速信号采集板和监控板，所述信号调理板的输出端和高速信号采集板的输入端电连接，所述高速信号采集板和监控板双向通信连接。达到了简化测距步骤，降低测距难度且抗干扰的目的。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置及测距方法，具体地，涉及35kV及以下的配网线路的接地故障距离判断。
背景技术
目前，配网线路的接地故障距离判断主要有以下方法，
其中阻抗法以故障时测得的电压和电流量计算故障回路的阻抗，由于阻抗的大小和线路的长度成正比，所以可以求出故障距离。该方法容易受过渡电阻、线路分布电容、暂态分量等因素的影响，而且对于混合线路或分支较多的配电线路，无法排除伪故障点，只适合于结构简单的线路。
行波测距法在电力系统中现存在于110kV以上的变电站，采用该算法的现有装置都只能解决无分支的输电线路，因此在35kV及以下的配网中还无法应用。
信号注入法采用通过母线向故障线路注入一定频率的电流信号，在故障线路跟踪寻找注入信号的通路，并进行选线和定位。当接地电阻比较大的时候，线路的分布电容会对注入信号分流，使故障测距受到干扰。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置及测距方法，以实现简化测距步骤，降低测距难度且抗干扰的优点。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置，包括信号调理板、高速信号采集板和监控板，所述信号调理板的输出端和高速信号采集板的输入端电连接，所述高速信号采集板和监控板双向通信连接。
根据本发明的优选实施例，所述信号调理板，采集接地故障行波信号；所述高速信号采集板，接收经信号调理板调理后的接地故障行波信号；所述监控板，处理人机界面及通信。
根据本发明的优选实施例，所述信号调理板包括滤波器、电流或电压传感器和运算放大器，所述滤波器的输出端与电流或电压传感器的输入端电连接，所述电流或电压传感器的输出端与运算放大器的输入端电连接。
根据本发明的优选实施例，所述高速信号采集板包括高速A/D采集芯片和可编程阵列FPGA，所述高速A/D采集芯片的输入端与运算放大器的输出端电连接，所述高速A/D采集芯片的输出端与可编程阵列FPGA的输入端电连接。
根据本发明的优选实施例，所述监控板包括微控制器、存诸器、通信接口电路和LCD模块，所述微控制器与可编程阵列FPGA双向通信，所述存诸器、通信接口电路和LCD模块均与微控制器电连接。
根据本发明的优选实施例，所述微控制器采用32位微控制器。
根据本发明的优选实施例，所述通信接口电路至少包括RS232/RS485接口、CAN总线接口和以太网接口。
同时本发明的技术方案还公开一种基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置的测距方法，上述滤波器将输电线路的电流或电压的工频分量和谐波分量滤除，保留因故障接地产生的行波信号；
电流或电压传感器将行波信号隔离，从而消除二次回路与设备弱电信号的直接耦合；
经隔离后的行波信号经运算放大器调整到高速A/D采集芯片接收的范围内；
高速A/D采集芯片在可编程阵列FPGA的控制下对行波信号进行采集，并存入到可编程阵列FPGA的高速RAM缓存中；
接地故障发生后微控制器从可编程阵列FPGA的高速RAM缓存中取出信号采集板所获取的行波信号，并计算故障暂态行波零模分量和线模分量速度和到达测量端时间差,根据单端故障测距公式，计算出故障距离；
通信接口电路用于将所计算到的接地故障距离和接地故障发生的行波波形传输到远程计算机监控系统中；
LCD模块为人机操作提供显示界面，同时LCD模块显示输电线网络的拓扑结构、输电线路发生接地故障的点在网络拓扑中的位置。
根据本发明的优选实施例，所述单端故障测距公式为 
，
式中：s为故障点到测量点的距离；v1 为线模波速度；v0 为零模波速度；Δt为零模分量从故障点到达测量点的时间与线模分量从故障点到达测量点的时间之差。
本发明的技术方案具有以下有益效果：
本发明的技术方案，利用故障信号暂态分量的电气特征的测距方法，因该方法受互感器饱和、故障初相角、故障电阻及系统运行方式的影响较小，只需检测出线模和零模波头首次到达测量端的时间差即可，从而达到了简化测距步骤，降低测距难度且抗干扰的目的。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明实施例所述的基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置的原理框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，一种基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置，包括信号调理板、高速信号采集板和监控板，信号调理板的输出端和高速信号采集板的输入端电连接，高速信号采集板和监控板双向通信连接。
其中，信号调理板，采集接地故障行波信号；高速信号采集板，接收经信号调理板调理后的接地故障行波信号；监控板，处理人机界面及通信。
信号调理板包括滤波器、电流或电压传感器和运算放大器，所述滤波器的输出端与电流或电压传感器的输入端电连接，电流或电压传感器的输出端与运算放大器的输入端电连接。
高速信号采集板包括高速A/D采集芯片和可编程阵列FPGA，高速A/D采集芯片的输入端与运算放大器的输出端电连接，高速A/D采集芯片的输出端与可编程阵列FPGA的输入端电连接。
监控板包括微控制器、存诸器、通信接口电路和LCD模块，微控制器与可编程阵列FPGA双向通信，存诸器、通信接口电路和LCD模块均与微控制器电连接。
微控制器采用32位微控制器。
通信接口电路至少包括RS232/RS485接口、CAN总线接口和以太网接口。
同时本发明的技术方案还公开一种基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置的测距方法，上述滤波器将输电线路的电流或电压的工频分量和谐波分量滤除，保留因故障接地产生的行波信号；
电流或电压传感器将行波信号隔离，从而消除二次回路与设备弱电信号的直接耦合；
经隔离后的行波信号经运算放大器调整到高速A/D采集芯片接收的范围内；
高速A/D采集芯片在可编程阵列FPGA的控制下对行波信号进行采集，并存入到可编程阵列FPGA的高速RAM缓存中；
接地故障发生后微控制器从可编程阵列FPGA的高速RAM缓存中取出信号采集板所获取的行波信号，并计算故障暂态行波零模分量和线模分量速度和到达测量端时间差,根据单端故障测距公式，计算出故障距离；
通信接口电路用于将所计算到的接地故障距离和接地故障发生的行波波形传输到远程计算机监控系统中；
LCD模块为人机操作提供显示界面，同时LCD模块显示输电线网络的拓扑结构、输电线路发生接地故障的点在网络拓扑中的位置。
其中，单端故障测距公式为
，式中：s为故障点到测量点的距离；v1 为线模波速度；v0 为零模波速度；Δt为零模分量从故障点到达测量点的时间与线模分量从故障点到达测量点的时间之差。
本发明具体实施方式如下：
配网接地故障测距装置包括采集接地故障行波信号的信号调理板；采集接地故障行波的高速信号采集板；处理人机界面及通信功能的监控板。
信号调理板由滤波器、电流（电压）传感器、运算放大器构成，滤波器将输电线路的电流（电压）的工频分量和谐波分量滤除，保留因故障接地产生的行波信号；电流（电压）传感器将行波信号隔离，从而消除二次回路与设备弱电信号的直接耦合；经隔离后的电流（电压信号）再经运算放大器调整到高速A/D采集芯片可接收的范围内。
高速信号采集板由高速A/D器件、现场可编程阵列FPGA等构成。 高速A/D采集芯片在可编程阵列FPGA的控制下对电流（电压）行波信号进行采集，并存入到可编程阵列FPGA的高速RAM缓存中。
人机界面及通信功能的监控板主要由32位微控制器、存诸器、通信接口、LCD模块等构成。接地故障发生后微控制器从FPGA的高速RAM缓存中取出信号采集板所获取的行波信号，并计算故障暂态行波零模分量和线模分量速度和到达测量端时间差,根据单端故障测距公式
，式中：s为故障点到测量点的距离；v1 为线模波速度；v0 为零模波速度；Δt为零模分量从故障点到达测量点的时间与线模分量从故障点到达测量点的时间之差。从而计算出故障距离；通信接口电路主要由RS232/RS485接口、CAN总线接口、以太网接口来构成，用于将所计算到的接地故障距离和接地故障发生的行波波形传输到远程计算机监控系统中；LCD模块主要是为人机操作提供显示界面，同时LCD模块还可显示输电线网络的拓扑结构、输电线路发生接地故障的点在网络拓扑中的位置。
配电网单相接地故障测距的行波方法主要有两类，一类是在首端注入诊断信号的方法；另一类是利用故障信号暂态分量的电气特征的测距方法。本技术方案的故障测距装置根据零模行波和线模行波的速度以及二者到达测量端的时间差来进行故障定位。
根据零模行波和线模行波的速度以及二者到达测量端的时间差来进行故障定位，解决了配网线路接地故障测距的难题。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置，其特征在于，包括信号调理板、高速信号采集板和监控板，所述信号调理板的输出端和高速信号采集板的输入端电连接，所述高速信号采集板和监控板双向通信连接。
2.根据权利要求1所述的基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置，其特征在于，所述信号调理板，采集接地故障行波信号；所述高速信号采集板，接收经信号调理板调理后的接地故障行波信号；所述监控板，处理人机界面及通信。
3.根据权利要求1或2所述的基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置，其特征在于，所述信号调理板包括滤波器、电流或电压传感器和运算放大器，所述滤波器的输出端与电流或电压传感器的输入端电连接，所述电流或电压传感器的输出端与运算放大器的输入端电连接。
4.根据权利要求3所述的基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置，其特征在于，所述高速信号采集板包括高速A/D采集芯片和可编程阵列FPGA，所述高速A/D采集芯片的输入端与运算放大器的输出端电连接，所述高速A/D采集芯片的输出端与可编程阵列FPGA的输入端电连接。
5.根据权利要求4所述的基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置，其特征在于，所述监控板包括微控制器、存诸器、通信接口电路和LCD模块，所述微控制器与可编程阵列FPGA双向通信，所述存诸器、通信接口电路和LCD模块均与微控制器电连接。
6.根据权利要求5所述的基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置，其特征在于，所述微控制器采用32位微控制器。
7.根据权利要求6所述的基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置，其特征在于，所述通信接口电路至少包括RS232/RS485接口、CAN总线接口和以太网接口。
8.一种权利要求6所述的基于故障暂态行波采集的配网故障测距装置的测距方法，其特征在于，
上述滤波器将输电线路的电流或电压的工频分量和谐波分量滤除，保留因故障接地产生的行波信号；
电流或电压传感器将行波信号隔离，从而消除二次回路与设备弱电信号的直接耦合；
经隔离后的行波信号经运算放大器调整到高速A/D采集芯片接收的范围内；
高速A/D采集芯片在可编程阵列FPGA的控制下对行波信号进行采集，并存入到可编程阵列FPGA的高速RAM缓存中；
接地故障发生后微控制器从可编程阵列FPGA的高速RAM缓存中取出信号采集板所获取的行波信号，并计算故障暂态行波零模分量和线模分量速度和到达测量端时间差,根据单端故障测距公式，计算出故障距离；
通信接口电路用于将所计算到的接地故障距离和接地故障发生的行波波形传输到远程计算机监控系统中；
LCD模块为人机操作提供显示界面，同时LCD模块显示输电线网络的拓扑结构、输电线路发生接地故障的点在网络拓扑中的位置。
9.根据权利要求8所述的测距方法，其特征在于，所述单端故障测距公式为 
式中：s为故障点到测量点的距离；v1 为线模波速度；v0 为零模波速度；Δt为零模分量从故障点到达测量点的时间与线模分量从故障点到达测量点的时间之差。
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| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140528 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |