CN105785233A - 一种综合性输电线路故障在线监测系统 - Google Patents

一种综合性输电线路故障在线监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种综合性输电线路故障在线监测系统，包括前端采集系统和后端系统分析装置，所述前端采集系统包括取样CT、高速数据采集装置、故障启动装置、无线传输装置、微气象装置和取电装置，所述后端系统分析装置包括数据分析装置和数据存储装置，所述前端采集系统与后端系统分析装置通讯连接；本发明可在线准确检测并记录线路单相接地故障距离、相间短路故障距离、断路故障距离、瞬间故障发生的距离，具有快速自动定位故障位置、故障距离、故障时间、故障类型等功能，故障检测装置检测方法新颖，不仅动作可靠、性能稳定，而且安装和卸落都极其简单方便。

Description

一种综合性输电线路故障在线监测系统
技术领域
本发明涉及电力设备领域，具体是一种综合性输电线路故障在线监测系统。
背景技术
随着电力系统规模的日益扩大，高压远距离架空输电线路日益增多。输电线路作为能量传输的纽带，是各大型电力系统之间的联络线，同时也是整个系统安全稳定运行的基础。一旦输电线路上发生故障，须尽快找到故障点，排除故障，恢复供电。但是，由于高压和超高压输电线路往往暴露在不同的环境并分布在广大的地理区域，运行环境恶劣(如险峻山区，不良地质，严寒气候，交通困难等)，因此，它也是电力系统中发生故障最多的地方。在线路故障后迅速准确找到故障点，不仅对及时修复线路和快速恢复供电，而且对整个电力系统的安全稳定和经济运行都有十分重要的作用。
输电线路故障定位在线监测系统是是一种在线测定输电线路故障点位置的装置。不仅可以根据不同的故障特征迅速准确地判定故障点，提高故障定位精度从而提高故障巡线效率，而且还能够捕捉暂态故障行波波形，对故障是雷击故障还是非雷击故障、雷击故障属绕击还是反击进行智能辨识。输电线路故障定位在线监测系统不仅能有助于及时修复故障线路，确保整个电网的安全稳定运行，减少因输电线路故障带来的经济损失，而且能大量节省巡线的人力和物力，减轻巡线人员繁重的体力劳动。从技术上保证电网的安全、稳定和经济运行，具有巨大的社会和经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种综合性输电线路故障在线监测系统。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种综合性输电线路故障在线监测系统，包括前端采集系统和后端系统分析装置，所述前端采集系统包括取样CT、高速数据采集装置、故障启动装置、无线传输装置、微气象装置和取电装置，所述后端系统分析装置包括数据分析装置和数据存储装置，所述前端采集系统与后端系统分析装置通讯连接；
所述取样CT的取样对象为故障信息和工频信息；
所述高速数据采集装置采用20MHZ的采集卡进行高速采集，在高速数据采集电路捕捉到暂态数据后，记录并初步分析，然后传到服务器，并进一步地分析处理以实现高精度故障定位，当装备接收到触发信号后，高速数据采集装置开始工作，将导线的暂态信号转变为数据，存入板载RAM中；
所述故障启动装置采用相电流的硬件启动方式，故障启动电路的输入信号由套接在电流回流上的电流传感器提供，故障启动信号产生单元实时检测被监视线路是否发生故障，并提供给各高速采集卡的触发信号及开关量输入；
所述无线传输装置主要将故障信息传到服务器，在没有故障的情况下，只会发送握手信息；
所述微气象装置针对输电线路走廊局部气象环境监测而设计的多要素微气象监测装置，前端监控装置实时监测线路区域温度、湿度、风向、风速、气压和降雨量。
所述取电装置电流互感取电,供前端采集装置正常工作，在故障产生的时刻，输电线路会崩毁，为保证故障信息可以传送到服务器，特在前端采集装置中加有锂电池以及大电容，进行电能的切换。
作为本发明进一步的方案：所述前端采集系统与后端系统分析装置通过GSM、CDMA或Internet通讯连接。
作为本发明再进一步的方案：所述高速数据采集装置的触发方式采用中间触发方式。
作为本发明再进一步的方案：通过数据分析装置的数据分析，判定该采集数据是由干扰引起的数据上传，还是由短路故障引起的数据上传；再通过提取的故障信息判断故障类型，并区分是否是被监视线路故障；确定故障线路后，还要判断是否是区内故障，若判断为区内故障，则选择故障定位所需信息分量实现高精度故障定位；最后输出故障信号指示及报警，并将输出定位结果统计到数据库中，以供故障历史查询。
作为本发明再进一步的方案：所述数据分析装置包括两种数据分析：
(1)当数据采集模块新收到高速数据采集卡的数据时，自动将采集数据以文件形式存盘，然后启动故障定位模块进行数据分析；
(2)由人工操作根据数据文件索引库将历史数据文件导入应用程序变量中，启动故障定位模块进行数据分析。
作为本发明再进一步的方案：所述数据存储装置在保存数据文件时，首先保存所有回路的采集数据，然后保存开关量输入。
作为本发明再进一步的方案：所述数据存储装置采集数据保存顺序为：首先保存第一回线路的高速数据，然后保存第二回线路的高速数据，以此类推地保存所有回线路的高速数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：可在线准确检测并记录线路单相接地故障距离、相间短路故障距离、断路故障距离、瞬间故障发生的距离；可在线记录线路雷电流、进行雷击点定位和雷击次数的统计；可在线检测线路负荷电流，包括定时回传及召测负荷电流数据；具有快速自动定位故障位置、故障距离、故障时间、故障类型等功能；采用双RAM记录技术，消除暂态信号“记录死区”，防止雷电流干扰造成漏记故障数据；测距精度不受故障电阻、线路参数不对称、互感器误差、线路分布电容等因素的影响；故障检测装置检测方法新颖，不仅动作可靠、性能稳定，而且安装和卸落都极其简单方便。
附图说明
图1为综合性输电线路故障在线监测系统的结构示意图。
图2为综合性输电线路故障在线监测系统中数据文件保存顺序流程图。
图3为综合性输电线路故障在线监测系统中“T”节点线路上单端故障定位装置的安装示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～3，本发明实施例中，一种综合性输电线路故障在线监测系统，包括前端采集系统1和后端系统分析装置2，所述前端采集系统1包括取样CT3、高速数据采集装置4、故障启动装置5、无线传输装置6、微气象装置7和取电装置8，所述前端采集系统1与后端系统分析装置2通讯连接，所述前端采集系统1与后端系统分析装置2通过GSM、CDMA或Internet通讯连接。
所述取样CT3的取样对象为故障信息和工频信息。
所述高速数据采集装置4：为了保证行波法具有较高的定位精度需要有较高的采集频率，为保证定位精度在100米，采用20MHZ的采集卡进行高速采集。鉴于带宽的限制和仅需记录故障前后数据，高速采集卡需要具备足够大的板载缓存。在高速数据采集电路捕捉到暂态数据后，记录并初步分析，然后传到服务器，并进一步地分析处理以实现高精度故障定位。所述高速数据采集装置4的主要功能：当装备接收到触发信号后，高速数据采集装置4开始工作，将导线的暂态信号转变为数据，存入板载RAM中。
所述高速数据采集装置4的触发方式采用中间触发方式。单个数据采集采用边沿正向中间触发方式，即触发事件位于整个采样数据的中间某个位置，触发事件之前M段采样长度M_Length和触发事件之后N段采样长度N_Length均可通过上层应用程序调节，且满足M_Length与N_Length之和等于Sample_Length。当用户启动采集时，ADC(模数转换器)即刻进入实际的采样过程，采集数据从板载RAM的物理位置开始一次写入，写入到Sample_Length指定的长度位置时，则返回到该位置继续写入，直到触发事件发生时继续采集N_Length长度后自动停止。
故障采集终端号输入和波形颜色与通道号对应关系如表1所示。
表1信号输入和波形颜色与通道对应关系
名称 CH0 CH1 CH2 CH3
信号输入 A相电流 B相电流 C相电流 各用
波形颜色 黄 绿 红 /
所述故障启动装置5：启动元件是故障定位的一个重要组成部分。对它的基本要求是简单可靠、动作快速、灵敏度高、选择性好。为了更好地满足启动元件的基本要求，所述故障启动装置5采用相电流的硬件启动方式。同时为了更好地保证故障启动电路的输入阻抗不影响数据采集电路的输入，故障启动电路的输入信号由套接在电流回流上的电流传感器提供。故障启动信号产生单元实时检测被监视线路是否发生故障，并提供给各高速采集卡的触发信号及开关量输入。
所述无线传输装置6主要将故障信息传到服务器，在没有故障的情况下，只会发送握手信息，鉴于一次故障信息只有2M数据，基本上每月只要基本流量10M即可。
所述微气象装置7针对输电线路走廊局部气象环境监测而设计的多要素微气象监测装置，前端监控装置实时监测线路区域温度、湿度、风向、风速、气压、降雨量等气象参数。
所述取电装置8电流互感取电,供前端采集装置正常工作，在故障产生的时刻，输电线路会崩毁，为保证故障信息可以传送到服务器，特在前端采集装置中加有锂电池以及大电容，进行电能的切换。
所述后端系统分析装置2包括数据分析装置9和数据存储装置10。
所述数据分析装置9：启动故障定位模块进行数据分析有两种情况：
(1)当数据采集模块新收到高速数据采集卡的数据时，自动将采集数据以文件形式存盘，然后启动故障定位模块进行数据分析；
(2)由人工操作根据数据文件索引库将历史数据文件导入应用程序变量中，启动故障定位模块进行数据分析。
通过数据分析，判定该采集数据是由干扰引起的数据上传，还是由短路故障引起的数据上传；再通过提取的故障信息判断故障类型，并区分是否是被监视线路故障；确定故障线路后，还要判断是否是区内故障，若判断为区内故障，则选择故障定位所需信息分量实现高精度故障定位；最后输出故障信号指示及报警，并将输出定位结果统计到数据库中，以供故障历史查询。
所述数据存储装置10：故障定位前端装置采集的故障数据上传到服务器的内存中后，需要从内存中取出故障数据以数据文件的形式保存到服务器的硬盘中。所有故障定位前端装置采集的故障数据和开关量输入均存放到同一个数据文件中，作为该次故障的完整信息。保存数据文件时，首先保存所有回路的采集数据，然后保存开关量输入。采集数据保存顺序为：首先保存第一回线路的高速数据，然后保存第二回线路的高速数据，以此类推地保存所有回线路的高速数据。
本发明的工作原理：输电线路故障定位在线监测系统采用的是单端故障定位法以及双端定位、多端定位原理研发，具有较好的经济性，定位实时性更强，不受通信设备和对端设备可靠性的影响。
所述综合性输电线路故障在线监测系统的安装方法，包括：
(1)对于任意一回输电线路，至少有一端安装故障定位装置以定位该回输电线路上的故障；
(2)尽量在进出线较多的变电站安装故障定位装置；
(3)对于进出线剩余回数较少的情况，可以考虑分配给对端的故障定位装置；
(4)如图3所示，对于“T”节点线路，把“T”节点视为母线，将线路拓扑结构转化为没有“T”节点的情况，在与“T”节点相连的三个支路母线处分别安装故障定位装置。
本发明的综合性输电线路故障在线监测系统具有以下功能：
1、监测量的检测和采集功能：主要实现输电线路故障行波信号和工频故障信号的检测与采集；通过高速循环采集技术实现故障信号的全过程采集。
2、数据处理功能：对采集的信号进行相应的数据处理和分析；
3、数据通信功能：根据不同故障监测装置的通讯条件，实时、准确地将数据发送到中心监测站。支持数据校验、误码重发等功能，不丢失数据。在通讯中断时，自动保存测得的数据，待通讯恢复后，及时将存储的数据传回中心站；
4、自检和自恢复功能：定时自检终端状态上报管理系统；对终端可能出现的死机问题具有自恢复功能，故障监测装置可自动对其全部组件进行自检，并自动向中心站报告各类故障情况；断电后具有自动复位功能；
5、故障监测装置参数设定：支持自动运行时远程设定测量参数。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种综合性输电线路故障在线监测系统，其特征在于，包括前端采集系统(1)和后端系统分析装置(2)，所述前端采集系统(1)包括取样CT(3)、高速数据采集装置(4)、故障启动装置(5)、无线传输装置(6)、微气象装置(7)和取电装置(8)，所述后端系统分析装置(2)包括数据分析装置(9)和数据存储装置(10)；所述前端采集系统(1)与后端系统分析装置(2)通讯连接；
所述取样CT(3)的取样对象为故障信息和工频信息；
所述高速数据采集装置(4)采用20MHZ的采集卡进行高速采集，在高速数据采集电路捕捉到暂态数据后，记录并初步分析，然后传到服务器，并进一步地分析处理以实现高精度故障定位，当装备接收到触发信号后，高速数据采集装置(4)开始工作，将导线的暂态信号转变为数据，存入板载RAM中；
所述故障启动装置(5)采用相电流的硬件启动方式，故障启动电路的输入信号由套接在电流回流上的电流传感器提供，故障启动信号产生单元实时检测被监视线路是否发生故障，并提供给各高速采集卡的触发信号及开关量输入；
所述无线传输装置(6)主要将故障信息传到服务器，在没有故障的情况下，只会发送握手信息；
所述微气象装置(7)针对输电线路走廊局部气象环境监测而设计的多要素微气象监测装置，前端监控装置实时监测线路区域温度、湿度、风向、风速、气压和降雨量。
所述取电装置(8)电流互感取电,供前端采集装置正常工作，在故障产生的时刻，输电线路会崩毁，为保证故障信息可以传送到服务器，特在前端采集装置中加有锂电池以及大电容，进行电能的切换。
2.根据权利要求1所述的综合性输电线路故障在线监测系统，其特征在于，所述前端采集系统(1)与后端系统分析装置(2)通过GSM、CDMA或Internet通讯连接。
3.根据权利要求1所述的综合性输电线路故障在线监测系统，其特征在于，所述高速数据采集装置(4)的触发方式采用中间触发方式。
4.根据权利要求1所述的综合性输电线路故障在线监测系统，其特征在于，通过数据分析装置(9)的数据分析，判定该采集数据是由干扰引起的数据上传，还是由短路故障引起的数据上传；再通过提取的故障信息判断故障类型，并区分是否是被监视线路故障；确定故障线路后，还要判断是否是区内故障，若判断为区内故障，则选择故障定位所需信息分量实现高精度故障定位；最后输出故障信号指示及报警，并将输出定位结果统计到数据库中，以供故障历史查询。
5.根据权利要求1或4所述的综合性输电线路故障在线监测系统，其特征在于，所述数据分析装置(9)包括两种数据分析：
(1)当数据采集模块新收到高速数据采集卡的数据时，自动将采集数据以文件形式存盘，然后启动故障定位模块进行数据分析；
(2)由人工操作根据数据文件索引库将历史数据文件导入应用程序变量中，启动故障定位模块进行数据分析。
6.根据权利要求1所述的综合性输电线路故障在线监测系统，其特征在于，所述数据存储装置(10)在保存数据文件时，首先保存所有回路的采集数据，然后保存开关量输入。
7.根据权利要求1或6所述的综合性输电线路故障在线监测系统，其特征在于，所述数据存储装置(10)采集数据保存顺序为：首先保存第一回线路的高速数据，然后保存第二回线路的高速数据，以此类推地保存所有回线路的高速数据。
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