CN114094712A - 一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，涉及智能控制领域，包括包括信号采集处理模块、控制量输出模块、行波模块、处理模块、显示模块和与上级通信模块；所述信号采集处理模块用于将测量得到的电压电流信号转化为数字信号并发送给处理模块，所述电压电流信号包括线路工频电压电流信号和零序电压电流信号；所述行波模块用于接收处理模块发送的故障信息，然后获取故障时刻的行波电流波头时间，并将行波电流波头时间发送给处理模块。本发明能够对故障点精确定位，同时提高了对于单相接地故障判断的准确率，指导运行维护人员巡线，缩短查找和修复故障时间。

Description

一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端
技术领域
本发明涉及智能控制领域，具体涉及一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端。
背景技术
智能开关馈线终端（Feeder Terminal Unit，简称FTU）具有遥控、遥测、遥信、遥调，故障检测等功能，用于与配电自动化主站通信，提供配电系统运行情况、各种参数及监测控制所需信息，如开关状态、电能参数、相间故障、接地故障、故障时的参数等等，智能开关馈线终端还用于执行配电主站下发的命令，对配电设备进行调节和控制。
但现有的智能开关馈线终端仅具有故障隔离和非故障区域快速恢复供电功能，无法对故障点进行精确定位，且对于单相接地故障，现有的智能开关馈线终端存在判断不准确或漏判等问题。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，能够对故障点精确定位，同时提高了对于单相接地故障判断的准确率，指导运行维护人员巡线，缩短查找和修复故障时间。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是，包括信号采集处理模块、控制量输出模块、行波模块、处理模块、显示模块和与上级通信模块；
所述信号采集处理模块用于将测量得到的电压电流信号转化为数字信号并发送给处理模块，所述电压电流信号包括线路工频电压电流信号和零序电压电流信号；
所述行波模块用于接收处理模块发送的故障信息，然后获取故障时刻的行波电流波头时间，并将行波电流波头时间发送给处理模块；
所述处理模块用于根据电压电流信号判断得到线路发生故障时，生成故障信息并发送至行波模块，以及根据故障信息生成刀闸控制信号，以及接收行波模块发送的行波电流波头时间，并将电压电流信号、行波电流波头时间和自动化开关刀闸状态发送给与上级通信模块；
所述与上级通信模块用于将接收的电压电流信号、行波电流波头时间和自动化开关刀闸状态发送给配电自动化主站，以及接收配电自动化主站发送的刀闸控制信号并发送给处理模块；
所述控制量输出模块用于根据处理模块生成或接收的刀闸控制信号控制自动化开关刀闸的开合。
在上述技术方案的基础上，所述线路的故障包括短路故障和接地故障。
在上述技术方案的基础上，所述行波模块还用于主动采集测量得到的电压电流信号，并根据电压电流信号判断线路是否发生接地故障。
在上述技术方案的基础上，
当处理模块先于行波模块根据电压电流信号判断得到线路发生接地故障时，则处理模块生成故障信息并发送至行波模块，行波模块接收故障信息同时获取故障时刻的行波电流波头时间并发送至处理模块，处理模块根据故障信息生成刀闸控制信号，以根据极差配合断开自动化开关刀闸；
当行波模块先于处理模块根据电压电流信号判断得到线路发生接地故障时，行波模块生成故障信息并获取故障时刻的行波电流波头时间，然后将故障信息和行波电流波头时间发送至处理模块，处理模块接收故障信息和行波电流波头时间，并根据故障信息生成刀闸控制信号，以根据极差配合断开自动化开关刀闸。
在上述技术方案的基础上，
所述行波模块包括工频信号采集处理模块、行波采集处理模块、算法模块和通信模块；
所述工频信号采集处理模块用于采集测量得到的电压电流信号；
所述行波采集处理模块用于采集电压电流信号中的行波电流；
所述算法模块用于根据电压电流信号判断线路是否发生接地故障以生成故障信息，以及获取故障时刻的行波电流波头时间；
所述通信模块用于将算法模块生成的故障信息和获取的行波电流波头时间发送给处理模块，以及接收处理模块生成的故障信息。
在上述技术方案的基础上，
所述算法模块中存储有零序导纳法、相不对称法和零序无功功率法；
所述算法模块基于零序导纳法、相不对称法或零序无功功率法判断线路是否发生接地故障，并当发生接地故障时判断得到故障区间；
所述处理模块中存储有零序电压法和零序电流法；
所述处理模块基于零序电压法或零序电流法判断线路是否发生接地故障，并当发生接地故障时判断得到故障区间；
所述算法模块基于电压电流信号中两相或三相工频电流的幅值，判断线路是否发生短路故障。
在上述技术方案的基础上，
所述行波模块还包括存储模块和电源模块；
所述存储模块用于对工频信号采集处理模块采集的电压电流信号、行波采集处理模块采集的行波电流和算法模块获取的行波电流波头时间进行存储；
所述行波模块的电源模块用于对行波模块的工频信号采集处理模块、行波采集处理模块、算法模块、通信模块和存储模块进行供电。
在上述技术方案的基础上，
所述信号采集处理模块包括信号调理电路和A/D转换器；
所述信号调理电路用于将自动化开关上电压互感器和电流互感器测量得到的电压电流信号进行预处理，并将预处理后的电压电流信号传入A/D转换器；
所述A/D转换器用于将预处理后的电压电流信号转化为数字信号，然后通过串口发送给处理模块。
在上述技术方案的基础上，
所述智能开关馈线终端还包括显示模块；
所述显示模块用于对线路工频电压电流信号和自动化开关刀闸开合状态进行显示。
在上述技术方案的基础上，
所述智能开关馈线终端还包括电源模块；
所述智能开关馈线终端的电源模块用于对智能开关馈线终端的信号采集处理模块、控制量输出模块、行波模块、处理模块、与上级通信模块和显示模块进行供电。
与现有技术相比，本发明的优点在于：除了具有传统馈线终端装置所具有的故障隔离以及非故障区域快速恢复供电功能外，还能够对故障点精确定位，同时提高了对于单相接地故障判断的准确率，指导运行维护人员巡线，缩短查找和修复故障时间，保证及时恢复供电，有效提高运维检修效率和减少停电时间，同时提高配电线路运行维护水平，解决困扰运维人员的故障定位的难题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中智能开关馈线终端的安装示意图；
图2为本发明实施例中智能开关馈线终端的结构示意图；
图3为本发明实施例中行波模块的结构示意图；
图4为本发明实施例中智能开关馈线终端的一种可选结构示意图。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。
本发明实施例提供的一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，通过将行波模块和传统馈线终端设备融合，使得本发明的智能开关馈线终端除了具有传统馈线终端设备故障隔离和非故障区域快速恢复供电功能外，还具有故障精确定位功能，有效提高单相接地故障准确率。参见图1所示，为本发明的智能开关馈线终端在实际应用时的安装示意图，图1中，1表示自动化开关，2表示航空插头母线，3表示本发明的智能开关馈线终端，4表示信号输入母线，5表示信号输出母线。
具体的，参见图2所示，本发明的智能开关馈线终端包括信号采集处理模块、控制量输出模块、行波模块、处理模块、显示模块、与上级通信模块和电源模块。
信号采集处理模块用于将测量得到的电压电流信号转化为数字信号并发送给处理模块，电压电流信号包括线路工频电压电流信号和零序电压电流信号。具体的，信号采集处理模块包括信号调理电路和A/D转换器（模拟数字转换器）；信号调理电路用于将自动化开关上电压互感器和电流互感器测量得到的电压电流信号进行预处理，并将预处理后的电压电流信号传入A/D转换器；A/D转换器用于将预处理后的电压电流信号转化为数字信号，然后通过串口发送给处理模块。图2中的I0、IA、IB、IC、V0、VA、VB、VC表示电压电流信号。
行波模块用于接收处理模块发送的故障信息，然后获取故障时刻的行波电流波头时间，并将行波电流波头时间发送给处理模块。处理模块用于根据电压电流信号判断得到线路发生故障时，生成故障信息并发送至行波模块，以及根据故障信息生成刀闸控制信号，以及接收行波模块发送的行波电流波头时间，并将电压电流信号、行波电流波头时间和自动化开关刀闸状态发送给与上级通信模块。本发明实施例中，处理模块采用ARM处理器。
与上级通信模块用于将接收的电压电流信号、行波电流波头时间和自动化开关刀闸状态发送给配电自动化主站，以及接收配电自动化主站发送的刀闸控制信号并发送给处理模块。即与上级通信模块通过专网将电压电流信号、行波电流波头时间和自动化开关刀闸状态发送给配电自动化主站。控制量输出模块用于根据处理模块生成或接收的刀闸控制信号控制自动化开关刀闸的开合。
显示模块用于对线路工频电压电流信号和自动化开关刀闸开合状态进行显示。智能开关馈线终端的电源模块用于对智能开关馈线终端的信号采集处理模块、控制量输出模块、行波模块、处理模块、与上级通信模块和显示模块进行供电，智能开关馈线终端中电源模块的电能来自自动化开关上的电磁式/电容式电压互感器。
本发明实施例中，线路的故障包括短路故障和接地故障。当线路的故障为短路故障时，则行波模块和处理模块按照上述处理逻辑进行功能执行。
在一种可能的实施方式中，对于接地故障，考虑到传统馈线终端装置接地故障判断准确率较低，为此本发明采用多种判据进行判定，即当线路的故障为接地故障时，行波模块和处理模块按照以下所述处理逻辑进行功能执行：
行波模块主动采集测量得到的电压电流信号，并根据电压电流信号判断线路是否发生接地故障；
当处理模块先于行波模块根据电压电流信号判断得到线路发生接地故障时，则处理模块生成故障信息并发送至行波模块，行波模块接收故障信息同时获取故障时刻的行波电流波头时间并发送至处理模块，处理模块根据故障信息生成刀闸控制信号，以根据极差配合断开自动化开关刀闸；
当行波模块先于处理模块根据电压电流信号判断得到线路发生接地故障时，行波模块生成故障信息并获取故障时刻的行波电流波头时间，然后将故障信息和行波电流波头时间发送至处理模块，处理模块接收故障信息和行波电流波头时间，并根据故障信息生成刀闸控制信号，以根据极差配合断开自动化开关刀闸。
需要说明的是，参见图3所示，本发明实施例的行波模块包括工频信号采集处理模块、行波采集处理模块、算法模块、通信模块、存储模块和电源模块。
工频信号采集处理模块与信号采集处理模块的功能类似，均是用于采集测量得到的电压电流信号；行波采集处理模块具有高带宽高采样率，用于采集电压电流信号中的行波电流；算法模块用于根据电压电流信号判断线路是否发生接地故障以生成故障信息，以及获取故障时刻的行波电流波头时间，并将数据通过串口发送给存储模块；通信模块用于将算法模块生成的故障信息和获取的行波电流波头时间发送给处理模块，以及接收处理模块生成的故障信息，通信模块的通信协议为RS458/232；存储模块用于对工频信号采集处理模块采集的电压电流信号、行波采集处理模块采集的行波电流和算法模块获取的行波电流波头时间进行存储；行波模块的电源模块用于对行波模块的工频信号采集处理模块、行波采集处理模块、算法模块、通信模块和存储模块进行供电，行波模块中电源模块的电能取至智能开关馈线终端中的电源模块。
本发明实施例中，算法模块中存储有零序导纳法、相不对称法和零序无功功率法；算法模块基于零序导纳法、相不对称法或零序无功功率法判断线路是否发生接地故障，并当发生接地故障时判断得到故障区间；处理模块中存储有零序电压法和零序电流法；处理模块基于零序电压法或零序电流法判断线路是否发生接地故障，并当发生接地故障时判断得到故障区间；算法模块基于电压电流信号中两相或三相工频电流的幅值，判断线路是否发生短路故障，即当两相或三相工频电流的幅值大于设定值时，则判定线路发生了短路故障。
参见图4所示，在一种可能的实施方式中，为了提高设备的集成化程度，智能开关馈线终端中不再设置行波模块，将行波模块替换为行波采集处理模块，行波采集处理模块与处理模块相连，处理模块直接通过读取串口信息即可获得行波波形数据，无需利用通讯模块进行传输信息。行波模块中原有的算法模块和存储模块的功能集成到处理模块中。
即当处理模块检测到两相或三相工频电流幅值大于设定值，则判定线路发生短路故障，则生成故障信息和刀闸控制信号，同时根据处理模块内部的行波波头提取算法提取得到行波电流波头时间；当处理模块根据电压电流信号，并结合零序电压法、零序电流法、零序导纳法、相不对称法或零序无功功率法判定得到线路发生接地故障时，生成故障信息和刀闸控制信号，同时根据处理模块内部的行波波头提取算法提取得到行波电流波头时间。
本发明实施例的智能开关馈线终端，除了具有传统馈线终端装置所具有的故障隔离以及非故障区域快速恢复供电功能外，还能够对故障点精确定位，同时提高了对于单相接地故障判断的准确率，指导运行维护人员巡线，缩短查找和修复故障时间，保证及时恢复供电，有效提高运维检修效率和减少停电时间，同时提高配电线路运行维护水平，解决困扰运维人员的故障定位的难题。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，其特征在于，包括信号采集处理模块、控制量输出模块、行波模块、处理模块、显示模块和与上级通信模块；
所述信号采集处理模块用于将测量得到的电压电流信号转化为数字信号并发送给处理模块，所述电压电流信号包括线路工频电压电流信号和零序电压电流信号；
所述行波模块用于接收处理模块发送的故障信息，然后获取故障时刻的行波电流波头时间，并将行波电流波头时间发送给处理模块；
所述处理模块用于根据电压电流信号判断得到线路发生故障时，生成故障信息并发送至行波模块，以及根据故障信息生成刀闸控制信号，以及接收行波模块发送的行波电流波头时间，并将电压电流信号、行波电流波头时间和自动化开关刀闸状态发送给与上级通信模块；
所述与上级通信模块用于将接收的电压电流信号、行波电流波头时间和自动化开关刀闸状态发送给配电自动化主站，以及接收配电自动化主站发送的刀闸控制信号并发送给处理模块；
所述控制量输出模块用于根据处理模块生成或接收的刀闸控制信号控制自动化开关刀闸的开合。
2.如权利要求1所述的一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，其特征在于：所述线路的故障包括短路故障和接地故障。
3.如权利要求1所述的一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，其特征在于：所述行波模块还用于主动采集测量得到的电压电流信号，并根据电压电流信号判断线路是否发生接地故障。
4.如权利要求3所述的一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，其特征在于：
当处理模块先于行波模块根据电压电流信号判断得到线路发生接地故障时，则处理模块生成故障信息并发送至行波模块，行波模块接收故障信息同时获取故障时刻的行波电流波头时间并发送至处理模块，处理模块根据故障信息生成刀闸控制信号，以根据极差配合断开自动化开关刀闸；
当行波模块先于处理模块根据电压电流信号判断得到线路发生接地故障时，行波模块生成故障信息并获取故障时刻的行波电流波头时间，然后将故障信息和行波电流波头时间发送至处理模块，处理模块接收故障信息和行波电流波头时间，并根据故障信息生成刀闸控制信号，以根据极差配合断开自动化开关刀闸。
5.如权利要求4所述的一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，其特征在于：
所述行波模块包括工频信号采集处理模块、行波采集处理模块、算法模块和通信模块；
所述工频信号采集处理模块用于采集测量得到的电压电流信号；
所述行波采集处理模块用于采集电压电流信号中的行波电流；
所述算法模块用于根据电压电流信号判断线路是否发生接地故障以生成故障信息，以及获取故障时刻的行波电流波头时间；
所述通信模块用于将算法模块生成的故障信息和获取的行波电流波头时间发送给处理模块，以及接收处理模块生成的故障信息。
6.如权利要求5所述的一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，其特征在于：
所述算法模块中存储有零序导纳法、相不对称法和零序无功功率法；
所述算法模块基于零序导纳法、相不对称法或零序无功功率法判断线路是否发生接地故障，并当发生接地故障时判断得到故障区间；
所述处理模块中存储有零序电压法和零序电流法；
所述处理模块基于零序电压法或零序电流法判断线路是否发生接地故障，并当发生接地故障时判断得到故障区间；
所述算法模块基于电压电流信号中两相或三相工频电流的幅值，判断线路是否发生短路故障。
7.如权利要求4所述的一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，其特征在于：
所述行波模块还包括存储模块和电源模块；
所述存储模块用于对工频信号采集处理模块采集的电压电流信号、行波采集处理模块采集的行波电流和算法模块获取的行波电流波头时间进行存储；
所述行波模块的电源模块用于对行波模块的工频信号采集处理模块、行波采集处理模块、算法模块、通信模块和存储模块进行供电。
8.如权利要求1所述的一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，其特征在于：
所述信号采集处理模块包括信号调理电路和A/D转换器；
所述信号调理电路用于将自动化开关上电压互感器和电流互感器测量得到的电压电流信号进行预处理，并将预处理后的电压电流信号传入A/D转换器；
所述A/D转换器用于将预处理后的电压电流信号转化为数字信号，然后通过串口发送给处理模块。
9.如权利要求1所述的一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，其特征在于：
所述智能开关馈线终端还包括显示模块；
所述显示模块用于对线路工频电压电流信号和自动化开关刀闸开合状态进行显示。
10.如权利要求9所述的一种具有行波测距功能的智能开关馈线终端，其特征在于：
所述智能开关馈线终端还包括电源模块；
所述智能开关馈线终端的电源模块用于对智能开关馈线终端的信号采集处理模块、控制量输出模块、行波模块、处理模块、与上级通信模块和显示模块进行供电。
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Denomination of invention: An intelligent switch feeder terminal with traveling wave ranging function

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Pledgor: Wuhan Three Phase Electrical Co.,Ltd.

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