CN201845066U - 应用于智能变电站的输电线路行波故障测距装置 - Google Patents
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Abstract
一种应用于智能变电站的输电线路行波故障测距装置，本实用新型主要由GPS接口单元1、光电转换单元2、I/O接口单元3、信号线板4、触摸屏5、双端测距单端采集控制电路板6、中央数据处理单元7、采集第一条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元8、采集第二条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元9、采集第三条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元10、采集第四条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元11等部分构成。本实用新型可直接采集电子式互感器输出的光数字故障信息，实现与传统测距同样的测距精度，满足测距需要；本实用新型应用于110～500KV智能变电站的输电线路行波故障测距。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种应用于智能变电站的输电线路行波故障测距装置，属电力系统继电保护技术领域。
背景技术
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。
发明内容
本实用新型的目的是，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，本实用新型从电子式互感器提取可用的行波故障信息，提供一种应用于智能变电站的输电线路行波故障测距装置，提供电子式互感器的数字信号输入、处理和输出模块，实现与智能变电站二次系统的无缝集成。
本实用新型的技术方案是：
本实用新型故障测距装置主要由GPS接口单元1、光电转换单元2、I/O接口单元3、信号线板4、触摸屏5、双端测距单端采集控制电路板6、中央数据处理单元7、采集第一条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元8、采集第二条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元9、采集第三条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元10、采集第四条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元11构成。GPS对时装置对时信号通过GPS接口单元1与信号线板4接口相连；被监测线路电子互感器信号通过光电转换单元2与信号线板4接口相连；装置异常告警信号通过I/O接口单元3与信号线板4接口相连；触摸屏5、双端测距单端采集控制电路板6、中央数据处理单元7分别与信号线板4的相应接口相连；采集第一、二、三、四条线路的6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元8、9、10、11分别与信号线板4的相应接口相连。
其中，中央处理单元实现定值整定、系统参数的输入，形成故障数据文件，协调各个子板的工作，实现机间通信、显示和键盘控制等功能。高速数据采集单元实现故障检测，行波故障数据的采集、记录和处理，并把采集到的数据传送给中央处理单元。GPS接口单元把由GPS同步时钟提供的GPS时间信息传送给测距装置，同时记录下被硬件行波启动元件所触发的时刻，并传给中央处理单元，为故障初始时刻贴上时间标签，用于实现两端行波测距并作为事故后故障分析的时间依据。I/O接口单元将保护出口信号或中央事故信号输入到本装置，可作为装置启动的依据，并可将装置启动或自检异常的信息送至变电站监控系统或故障信息处理系统。
本实用新型的根本特征是，所述数字量采集板可直接采集电子式互感器输出的数字故障信息；通过构建合适的综合处理算法，实现与传统的行波测距系统一样的测距精度，满足测距需要；提供遵循IEC 61850标准的测距结果输出接口，实现与智能变电站二次系统的无缝集成。
本实用新型应用于智能变电站的输电线路行波故障测距装置采用以下技术：
本实用新型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。
本实用新型装置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。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，以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。
本实用新型采用了高速数据采集存贮技术。由于采集频率高，因此数据量特别大，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所需。
本实用新型采用了行波采集装置间的精确时间同步。为了保证测距可靠性，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1μs)系统进行精确秒同步，使其走时误差始终不超过1μs，满足了双端时间同步的要求。
本实用新型对行波浪涌到达时刻能准确标定。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。
本实用新型与现有技术相比较的有益效果是，①可直接采集电子式互感器(经改造)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。
本发明方法适用于智能变电站的行波故障测距。
附图说明
图1为本实用新型的基本组成结构示意图；
图2为本实用新型的数据处理流程示意图；
图3为本实用新型的具体实施方案示意图。
图中图号表示为：1是GPS接口单元；2是光电转换单元；3是I/O接口单元；4是信号线板；5是触摸屏；6是双端测距单端采集控制电路板；7是中央数据处理单元；8是采集第一条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元；9是采集第二条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元；10是采集第三条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元；11是采集第四条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元；20是电子式电流互感器；21是电子式电流互感器传感头；22是原低频信号采集线路板；23是原二次处理系统；24是行波信号高速采集处理板；25是光纤；26是行波故障测距装置；27是行波信号合并单元；28是行波信号处理单元；29是61850标准行波数据传输单元；31是智能变电站；32是母线；33是GPS天线；34是被监测线路；35是电子式电流互感器的数字光信号；36是继保小室。
具体实施方式
本实用新型的具体实施方式如图1、图2及图3所示。
图1为本实用新型实施例的基本组成结构示意图。如图1所示，它主要由GPS接口单元1、光电转换单元2、I/O接口单元3、信号线板4、触摸屏5、双端测距单端采集控制电路板6、中央数据处理单元7、采集第一条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元8、采集第二条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元9、采集第三条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元10、采集第四条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元11等部分组成。其中，中央处理单元实现定值整定、系统参数的输入，形成故障数据文件，协调各个子板的工作，实现机间通信、显示和键盘控制等功能。高速数据采集单元实现故障检测，行波故障数据的采集、记录和处理，并把采集到的数据传送给中央处理单元。GPS接口单元把由GPS同步时钟提供的GPS时间信息传送给测距装置，同时记录下被硬件行波启动元件所触发的时刻，并传给中央处理单元，为故障初始时刻贴上时间标签，用于实现两端行波测距并作为事故后故障分析的时间依据。I/O接口单元将保护出口信号或中央事故信号输入到本装置，可作为装置启动的依据，并可将装置启动或自检异常的信息送至变电站监控系统或故障信息处理系统。
图2为本实用新型的数据处理流程示意图。如图2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10kHz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，电子式电流互感器传感头21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23的数据采集，在原低频信号采集线路板22的基础上，增加一块行波高速数据采集处理板24，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25输入行波故障测距装置26，实现智能变电站中的故障测距功能。
图3为本实用新型的具体实施方案示意图。如图3，取自所测输电线路电子式电流互感器的数字光信号35，经过本实用新型单端行波测距装置26内的光电转换器变成电信号，然后通过数据采集处理单元进行处理和计算。正常运行时，单端行波测距装置26中的采集单元实时监测运行中的电气信号。当系统发生扰动时，采集单元根据故障启动判据检测到扰动后开始进行录波，同时读取GPS单元33提供的统一时间码以得到扰动启动时刻的时标。本实用新型的单端行波测距装置26和GPS天线33安装于变电站31的继保小室36。
Claims (2)
1.一种应用于智能变电站的输电线路行波故障测距装置，其特征是，所述装置由GPS接口单元（1）、光电转换单元（2）、I/O接口单元（3）、信号线板（4）、触摸屏（5）、双端测距单端采集控制电路板（6）、中央数据处理单元（7）、采集第一条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元（8）、采集第二条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元（9）、采集第三条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元（10）、采集第四条线路6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元（11）构成；GPS对时装置对时信号通过GPS接口单元（1）与信号线板（4）接口相连；被监测线路电子互感器信号通过光电转换单元（2）与信号线板（4）接口相连；装置异常告警信号通过I/O接口单元（3）与信号线板（4）接口相连；触摸屏（5）、双端测距单端采集控制电路板（6）、中央数据处理单元（7）分别与信号线板（4）的相应接口相连；采集第一、二、三、四条线路的6路电子式互感器电流量的高速数据采集单元（8、9、10、11）分别与信号线板（4）的相应接口相连。
2.根据权利要求1所述的应用于智能变电站的输电线路行波故障测距装置，其特征是，所述装置可直接采集电子式互感器输出的光数字故障信息，提供遵循IEC 61850标准的测距结果输出接口，实现与智能变电站二次系统的无缝集成。
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