CN201993432U - 基于行波及工频量原理的输电线路单端行波故障测距装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于行波及工频量原理的输电线路综合故障测距装置，该装置由高压开入板1、低压开入板2、GPS和故障检测板3、被监测线路模拟量采集板4、故障录波板5、单端行波故障测距板6、管理板7、自定义总线8、触摸屏9、以太网接口10和硬盘11构成。本实用新型通过故障录波板和行波故障测距板的结合，实现行波测距和录波器测距结果的综合利用，即当电网发生故障时，故障录波板计算得到一个测距结果，然后行波故障测距板与故障录波板通信，获取到其相应测距结果，并在测距装置中暂存，利用故障录波板的测距结果识别故障行波的第二个波头性质，实现单端行波故障测距功能。应用本实用新型可对110～500kV输电线路进行精确的单端故障测距。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种基于行波及工频量原理的输电线路综合故障测距装置，属电力系统继电保护技术领域。
背景技术
电力是国家经济发展的命脉，保障电力输电线路的畅通是电力部门的一项重要工作，电力输电线路故障的检测和判别对保障电力线路畅通尤其重要。现代电力输电线路故障由于现场影响因素复杂，测距过程所受干扰较多，单独使用任何一种故障测距方法都无法满足各种情况下的准确故障测距。对于复杂的电网情况，目前任一种输电线路故障测距算法均不能达到最佳效果。行波故障测距需要双端通信，对于通信失败或未接入双端行波测距系统的线路，则会双端测距失效；且运行情况说明，单端行波故障测距可靠性不高，单独使用单端行波测距的成功率较低。总体上看，目前行波测距精度的离散性较大，在某些情况下很精确，而某些情况下测距失效，可靠性有待提高。基于工频电气量的故障测距方法虽然准确性较低，但该方法鲁棒性较强，在大部分故障情况下故障测距结果与真实故障点的误差可限定在一定范围内，可用该结果来模糊判断故障点的大体位置。故障录波器只能采用单端数据实现故障定位，原理上不存在优势。保护装置的测距算法未考虑同杆并架双回线路情况、未考虑故障时线路参数的变化、未考虑分布电容的影响。因而，对于具体的输电线路和故障状况，研究鲁棒性较好的故障测距算法，并最终给出唯一可信、精确的测距结果十分必要。
发明内容
本实用新型的目的是，利用行波测距与工频相量测距结果的综合测距方法，提供一种基于行波及工频量原理的输电线路综合故障测距装置，给出具有优化效果的唯一故障测距结果。
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高压开入板1、低压开入板2、GPS和故障检测板3、被监测线路模拟量采集板4、故障录波板5、单端行波故障测距板6、管理板7、自定义总线8、触摸屏9、以太网接口10和硬盘11等构成。低压开入板2采集高压开入板1转换后的开入信号，并将开入信号送给故障录波板5。GPS和故障检测板3接收编码对时信号，产生同步采样脉冲，通过仪器背板的自定义总线8将同步采样脉冲发送给被监测线路模拟量采集板4和单端行波测距板6、故障录波板5用于同步采样。被监测线路模拟量采集板4完成高速数据采集及数字滤波并计算出交流量的实际值，通过双口RAM向故障录波板5发送。故障录波板5通过双口RAM收集被监测线路模拟量采集板4和单端行波测距板6的数据，判断是否有异常情况或有信号突变并自动启动录波，记录异常前30秒，异常后5分钟的数据，自动生成COMTRADE标准数据格式录波文件快速存入硬盘11，并且将实时及故障录波数据上送给触摸屏9，同时接受触摸屏9的定值修改指令。管理板7通过以太网接口9与其它计算机进行通信，实现定值文件和配置文件远方管理和故障录波数据的上载等功能。
本实用新型的根本特征是所述故障录波板和行波故障测距板进行有机结合，通过构建合适的综合处理算法，实现行波测距和录波器测距结果的综合利用，即当电网发生故障时，故障录波板计算得到一个测距结果，然后行波故障测距板与故障录波板通信，获取到其相应测距结果，并在行波测距装置中汇集暂存，利用故障录波板的测距结果辅助行波测距板识别故障行波的第二个波头性质，实现单端行波故障测距功能，从而提高测距装置的适应性和测距结果的鲁棒性。
本实用新型基于行波及工频量原理的输电线路综合故障测距装置实现故障测距的功能采用以下技术：
(1)基于行波测距与工频电气量测距的综合测距方法
行波故障测距结果其精度具有离散性，需要利用工频量的测距结果加以辅助判断，即利用单端行波数据和电气量测距结果的测距算法，在单端行波测距中依靠折反射行波极性判别并在极性关系不成立时参考基于工频电气量的故障录波测距结果，实现故障点反射波和对端母线反射行波的识别。尤其对于单端行波故障方法由于涉及第二个行波波头的性质判别，利用工频量测距结果可有效解决该问题。因此利用基于行波测距与工频电气量测距的综合测距方法能提高测距精度和可靠性。
(2)采用嵌入式系统技术研制输电线路单端行波故障测距装置
故障测距装置不需要配置后台工控机，采用插件式结构，电流变换器置入装置内部，控制按键、液晶显示器、指示灯装于装置的前面板上；开关量输入、电流输入端子排以及与GPS同步时钟的接口插座等置于装置的后面板上。每台测距装置能够监视4回输电线路，能够独立完成高速数据采集、大容量数据存储(带掉电保护)、故障线路识别、远程通信(支持拨号、2M以及电力调度数据网等多种通信方式)以及单端行波故障测距等功能。
(3)高速数据采集技术
测距装置能够记录线路故障、故障分闸以及重合闸产生的高频暂态行波波形，而且采样频率(不低于2MHz)、启动定值、每次记录的时间长度以及相邻两次记录之间的时间间隔均可配置。
(4)精确时钟同步技术
采用电力系统同步时钟利用GPS(全球定位系统)卫星发送的秒同步信号，向行波测距装置提供精确的同步时间信号；行波测距装置支持IRIG-B(DC)编码对时，且对时误差不超过1μs。
(5)具有双端行波测距通信接口
行波测距装置具有双端行波测距通信接口，可以直接与线路对端行波测距子站中对应的行波测距装置交换故障数据，并自动计算双端行波测距结果。
本实用新型与现有输电线路故障测距装置相比的有益效果是，本实用新型提供的故障测距装置具有如下优点：①实现行波测距与工频电气量测距的综合测距；②实现单端行波故障测距功能，提高测距装置的适应性和测距结果的鲁棒性；③采用嵌入式系统技术，不需要配置后台工控机，降低成本，提高可靠性；④针对不同类型的输电线路，自适应选用最佳的测距算法。
附图说明
图1为本实用新型的硬件体系结构示意图；
图2为综合单端行波数据和电气量测距结果的测距算法示意图；
图3为本实用新型的功能结构示意图；
图4为本实用新型的具体实施方案示意图；
图中图号表示为：1是高压开入板；2是低压开入板；3是GPS和故障检测板；4是被监测线路模拟量采集板；5是故障录波板；6是单端行波测距板；7是管理板；8是自定义总线；9是触摸屏；10是以太网接口；11是硬盘；12是开关信号(1-20路，0-220伏)；20是变电站；21是母线；22是电压互感器；23是电流互感器；24是被监测线路；25是电流互感器二次回路的电流信号；26是电压互感器二次回路的电流信号；27是GPS天线；28是故障测距装置；29是继保小屋。
具体实施方式
本实用新型的具体实施方式如图1～图4所示。
图1为本实用新型的硬件系统结构示意图。本实用新型实施例由高压开入板1、低压开入板2、GPS和故障检测板3、被监测线路模拟量采集板4、故障录波板5、单端行波测距板6、管理板7、自定义总线8、触摸屏9、以太网接口10和硬盘11等构成。其中，低压开入板2采集高压开入板1转换后的开入信号，并将开入信号送给故障录波板5。GPS和故障检测板3接收外部引入的IRIG-B(DC)编码对时信号，采用硬件产生同步采样脉冲，通过仪器背板的自定义总线8将同步采样脉冲发送给被监测线路模拟量采集板4和故障录波板5、单端行波测距板6用于同步采样。被监测线路模拟量采集板4完成高速数据采集及数字滤波，计算出交流量的实际值，通过双口RAM向故障录波板5发送。故障录波板5通过双口RAM收集被监测线路模拟量采集板4和单端行波测距板6的数据，然后根据自定义的录波启动判据，判断是否有异常情况或有信号突变，自动启动录波，可以记录异常前30秒，异常后5分钟的数据，自动生成COMTRADE标准数据格式录波文件快速存入硬盘11，并且将实时及故障录波数据上送给触摸屏9，同时接受触摸屏9的定值修改指令。管理板7通过以太网接口9与其它计算机进行通信，实现定值文件和配置文件远方管理和故障录波数据的上载等功能。
图2为本实用新型综合单端行波数据和电气量测距结果的测距算法流程示意图。如图2所示，当故障发生时，行波测距和故障录波器同时启动，当监测线路两端母线类型满足极性关系时，则行波测距可自动给出测距结果，并将测距结果与故障录波器的测距结果一起上传；当极性关系不成立时，此时因无法确定故障行波第二个波头性质，则会在单端测距中会得到两个测距结果，同时考虑到故障录波器基于阻抗法的故障测距一般情况下故障录波器的测距结果精度相对较低，但鲁棒性较好，可以比较可靠地确定故障的大致区域范围，比如确定故障点位于线路中点至本端区段或线路中点至对端区段。此时利用行波中两个测距结果经与故障录波器测距结果比较，取与其相近者作为行波故障测距结果，可实现基于单端行波和电气量测距结果的综合测距。
图3为本实用新型的功能结构示意图。如图3所示，它主要由中央处理单元(CPU)、高速数据采集单元(DAU)、I/O接口单元、GPS接口单元、人机界面、模拟信号输入和电源等几部分。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(DAU)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4为本实用新型的具体实施方案示意图。如图4，取自所测输电线路电流互感器二次回路的电流信号25和取自所测输电线路电压互感器二次回路的电压信号26，经过本实用新型单端行波测距装置28内的二次变换器变成小信号，然后通过数据采集单元变成数字量，最后进入微机进行处理和计算。正常运行时，单端行波测距装置28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27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28和GPS单元27安装于变电站20中的继保小室29。
Claims (2)
1.一种基于行波及工频量原理的输电线路综合故障测距装置，其特征是，所述装置由高压开入板(1)、低压开入板(2)、GPS和故障检测板(3)、被监测线路模拟量采集板(4)、故障录波板(5)、单端行波故障测距板(6)、管理板(7)、自定义总线(8)、触摸屏(9)、以太网接口(10)和硬盘(11)构成；
所述低压开入板(2)采集高压开入板(1)转换后的开入信号，并将开入信号送给故障录波板(5)；
所述GPS和故障检测板(3)接收编码对时信号，产生同步采样脉冲，通过仪器背板的自定义总线(8)将同步采样脉冲发送给被监测线路模拟量采集板(4)和单端行波测距板6、故障录波板5用于同步采样；
所述被监测线路模拟量采集板(4)完成高速数据采集及数字滤波并计算出交流量的实际值，通过双口RAM向故障录波板(5)发送；
所述故障录波板(5)通过双口RAM收集被监测线路模拟量采集板(4)和单端行波测距板(6)的数据，判断是否有异常情况或有信号突变并自动启动录波，记录异常前30秒，异常后5分钟的数据，自动生成COMTRADE标准数据格式录波文件快速存入硬盘(11)，并且将实时及故障录波数据上送给触摸屏(9)，同时接受触摸屏(9)的定值修改指令；
所述管理板(7)通过以太网接口(9)与其它计算机进行通信，实现定值文件和配置文件远方管理和故障录波数据的上载。
2.根据权利要求1所述的基于行波及工频量原理的输电线路综合故障测距装置，其特征是，所述装置采用采用插件式结构，电流变换器置入装置内部，控制按键、液晶显示器、指示灯装于装置的前面板上；开关量输入、电流输入端子排以及与GPS同步时钟的接口插座置于装置的后面板上。
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