CN201993433U - 高压直流输电接地极线路行波测距系统 - Google Patents

高压直流输电接地极线路行波测距系统 Download PDF

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Abstract

一种高压直流输电接地极线路行波测距系统，是利用电流暂态分量的接地极线路行波故障测距原理的在线故障测距系统，主要解决高压直流输电系统接地极线路的准确、在线故障定位等问题。包括电流互感器、故障行波采集装置、直流电源、GPRS通信网络和行波分析主站，其特征在于：将PC机作为行波故障分析主站，与故障行波采集装置T1和故障行波采集装置T2构成行波测距系统。能够连续监视接地极线路上发生的各种类型的故障，并给出准确的故障点位置的测距系统，实现高压直流输电系统接地极线路故障测距。

Description

高压直流输电接地极线路行波测距系统
技术领域
一种高压直流输电接地极线路行波测距系统，是利用电流暂态分量的接地极线路行波故障测距原理的在线故障测距系统，主要解决高压直流输电系统接地极线路的准确、在线故障定位等问题。
背景技术
高压直流输电系统一般具有双极、单极金属回线和单极大地回线三种运行方式。利用大地作为廉价和低损耗回流回路是经济有效的，因而在直流输电工程中，利用大地构成直流电流回路已得到广泛的应用。当接地极线路发生短路或断线故障时，将对直流系统单极大地回线运行方式产生严重影响，并导致单极闭锁故障。可见，对接地极线路进行故障监视和快速、准确故障定位对于提高高压直流输电系统的运行可靠性具有重要意义。
高压直流输电系统单极大地回线运行时，在接地极线路上将通过全部负荷电流；双极运行时，接地极线路作为不平衡电流的通道。即使在单极通过全部负荷电流时，接地极线路上电压也很低。因此，换流站采用传统的电流、电压测量方法，难以检测到靠近接地极的对地短路故障。
为了检测接地极线路故障，国内外已经开发出脉冲回声、阻抗等接地极线路故障监测装置。其基本原理是，在换流站两根接地极引线之间加低压高频脉冲，通过接收这些脉冲的回波，计算接地极线路的阻抗。当引线任何地点发生对地短路时，其阻抗的变化将反映到监测装置中，从而判定是否发生故障，并能判断故障地点。但从实际应用来看，测距存在较大的死区和无法对高阻抗接地故障和瞬时故障进行定位等众多问题。
近几年来，基于行波原理的电力线路在线故障测距技术在我国交、直流输电线路中获得了越来越广泛的应用。理论分析表明，基于行波原理的电力线路在线故障测距技术完全可以用于直流输电系统接地极线路。该系统的最大特点是能够连续监视接地极线路上发生的各种类型的故障，并给出准确的故障点位置。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：设计一种能够连续监视接地极线路上发生的各种类型的故障，并给出准确的故障点位置的测距系统，实现高压直流输电系统接地极线路故障测距的高压直流输电接地极线路行波测距系统。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该高压直流输电接地极线路行波测距系统，包括电流互感器、故障行波采集装置、直流电源、GPRS通信网络和行波分析主站，其特征在于：将PC机作为行波故障分析主站，与故障行波采集装置T1和故障行波采集装置T2构成行波测距系统。
故障行波采集装置T1的一端连接换流站侧，另一端通过GPRS通信网络连接行波故障分析主站PC；故障行波采集装置T2的一端连接极址侧，另一端通过GPRS通信网络连接行波故障分析主站PC。
故障行波采集装置T1还包括GPS对时装置G1和GPS天线，故障行波采集装置T1通过GPS对时装置G1与GPS天线相连，故障行波采集装置T2还包括GPS对时装置G2和GPS天线，直流电源为太阳能电源，故障行波采集装置T2通过GPS对时装置G2与GPS天线相连，太阳能电源与故障行波采集装置T2相连。
工作原理
故障行波采集装置T1和故障行波采集装置T2分别通过换流站侧互感器CT1-CT4和极址侧互感器CT5-CT6获取接地极线路两端的电流暂态信号，由故障行波采集装置T1和T2内的超高速数据采集电路进行超高速数据采集，故障行波采集装置T1和T2通过全球定位系统GPS对时装置对时，通过GPRS通信网络将各自记录的故障行波数据发送到行波故障分析主站，由行波故障分析主站自动给出接地极线路故障测距结果。
极址侧故障行波采集装置所需直流电源采用太阳能供电技术，以解决在极址侧终端塔周围无现成的供电电源现状。
与现有技术相比本装置的有益效果是：
1、本系统所利用的行波信号为高压直流输电系统接地极线路故障本身所产生，而无需配备专门的故障探测信号发射设备，因此能够连续监视高压直流输电系统接地极线路上发生的各种类型的故障。
2、可利用接地极线路内部故障产生的初始行波，计算故障点到换流站和接地极之间的距离；也可利用接地极线路故障时在换流站感受到的第1个正向行波浪涌(由换流站向故障点方向传播)与第2个反向行波浪涌(由故障点向换流站方向传播)之间的时延计算换流站到故障点之间的距离，给出接地极线路故障时精确的故障点位置信息。
附图说明
图1是高压直流输电接地极线路行波测距系统构成图，是本实用新型的最佳实施例。
其中：极I、极II中性母线  CT1-CT4换流站侧电流互感器  CT5-CT6极址侧电流互感器  K1、K2开关  C1、C2电容  G1、G2GPS对时装置  T1、T2故障行波采集装置  GPRS通信网络  PC行波故障分析主站主机  DC太阳能电源。
具体实施方式
下面结合附图1对高压直流输电接地极线路行波测距系统做进一步说明。
参照图1
高压直流输电接地极线路行波测距系统主要由六部分构成，电流互感器CT1-CT6、开关K1、K2，电容C1、C2，故障行波采集装置T1，T2、行波故障分析主站PC、GPS对时装置G1，G2、太阳能电源和GPRS通信网络组成。将PC机作为行波故障分析主站的主机，与接地极线路两端的故障行波采集装置T1和故障行波采集装置T2构成行波测距系统。其中故障行波采集装置T1安装在接地极线路的换流站侧，故障行波采集装置T2安装在接地极线路所在的极址侧。
故障行波采集装置T1的一端连接换流站侧，另一端通过GPRS通信网络连接行波故障分析主站PC；故障行波采集装置T2的一端连接极址侧，另一端通过GPRS通信网络连接行波故障分析主站PC。
换流站侧包括极I和极II中性母线、开关K1、K2、电流互感器CT1-CT4和过电压吸收电容C1、C2，电流互感器CT1、CT2分别安装在电容C1、C2的接地端，极I和极II中性母线分别经K1、K2后连接接地极线路侧M点，CT3、CT4分别安装在接地极线路侧两相上，极址侧包括电流互感器CT5-CT6，CT5、CT6分别安装在接地极线路极址侧两相上，极址侧N点接地。
故障行波采集装置T1通过GPS对时装置G1与GPS天线相连，故障行波采集装置T2通过GPS对时装置G2与GPS天线相连，太阳能电源与故障行波采集装置T2相连。
1、故障行波信号的获取：
在换流站，通过专门研制的小型电流互感器分别安装在过电压吸收电容C1，C2低压侧以及接地极线路侧，获取接地极线路行波信号，在极址侧，为了获取接地极线路的行波信号，也需要安装小型电流互感器。
2、超高速数据采集：
采用现代微电子技术可以实现暂态行波波形的超高速记录，应用高级的数字信号分析处理方法，检测行波脉冲到达时刻，精确，抗干扰能力强，可靠性高。
为了保证行波测距分辨率在500m以上，行波信号采集频率一般不应少于500kHz，使用常规的由微处理器直接控制模数转换器(A/D)的方式很难实现。需要专门设计由硬件实现的高速数据采集电路单元(DAU)来记录故障电流行波信号。
由于故障行波信号有一定的上升时间以及干扰的影响，信号检测触发电路翻转时间与实际行波信号到达测量点的时间可能有偏差，需要采取数字信号处理方法，准确地检测出行波信号到达时间。
在现代行波故障分析中一般使用B一样条函数的导函数作为基小波函数，并对行波信号进行二进小波变换。因为小波系数的模极大值点与行波信号的奇异点(即行波浪涌波头的起始点)相对应，因此可以将小波系数模极大值点出现的时间确定为行波浪涌的到达时刻。
3、双端采集装置的精确时间同步：
对于双端D型测距方法来说，如果要达到不少于500m的测距分辨率，两端行波采集装置的时间同步精度应该达到3μs。在行波测距装置内部设计一个高稳定度晶振构成的时钟，由来自GPS时钟系统的1PPS(秒)脉冲信号进行同步，使其走时误差不大于1μs。在暂态电流行波信号出现时，信号检测触发电路翻转，精确地记录下行波脉冲信号到达时刻。
4、通信问题的解决：
双端D型测距法需要知道线路两端装置记录下的初始故障电流行波到达时间，因此，需要解决数据通信远传问题。
由于不像保护装置那样需要在故障后立即动作，因此，不要求为测距装置之间设置专用通信通道。一般做法是在换流站或控制中心配置一台PC机作为行波测距系统主站，与所管辖的接地极线路两端故障行波采集装置构成行波测距系统。PC主站可通过无线分组业务(GPRS)通信技术与现场故障行波采集装置通信，读取装置记录下的故障电流行波数据。
5、极址侧行波采集装置电源的解决：
极址侧的故障行波采集装置安装在极址侧终端塔上，周围没有现成的供电电源，因而必须解决电源问题。本方案采用太阳能供电技术为极址处故障行波采集装置提供所需的直流电源。
工作过程如下：
故障行波采集装置T1、T2通过专门研制的小型电流互感器获取接地极线路电流暂态信号，故障行波采集装置T1获取换流站侧的电流互感器CT1-CT4上的电流暂态信号，并进行超高速采集(采样频率为2MHz)，故障行波采集装置T2获取极址侧的电流互感器CT5-CT6上的电流暂态信号，并进行超高速采集(采样频率为2MHz)，其中极址侧的故障行波采集装置T2使用太阳能电源。故障行波采集装置T1通过GPS对时装置G1对时，故障行波采集装置T2通过GPS对时装置G2对时，故障行波采集装置T1和T2通过GPRS通信网络将各自记录的故障行波数据发送到行波故障分析主站PC，由行波故障分析主站PC自动给出接地极线路故障测距结果。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。

Claims (2)

1.一种高压直流输电接地极线路行波测距系统，包括电流互感器、故障行波采集装置、直流电源、GPRS通信网络和行波分析主站，其特征在于：将PC机作为行波故障分析主站，与故障行波采集装置T1和故障行波采集装置T2构成行波测距系统，故障行波采集装置T1的一端连接换流站侧，另一端通过GPRS通信网络连接行波故障分析主站PC，故障行波采集装置T2的一端连接极址侧，另一端通过GPRS通信网络连接行波故障分析主站PC。
2.根据权利要求1所述的高压直流输电接地极线路行波测距系统，其特征在于：故障行波采集装置T1还包括GPS对时装置G1和GPS天线，故障行波采集装置T1通过GPS对时装置G1与GPS天线相连，故障行波采集装置T2还包括GPS对时装置G2和GPS天线，直流电源为太阳能电源，故障行波采集装置T2通过GPS对时装置G2与GPS天线相连，太阳能电源与故障行波采集装置T2相连。 
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