CN203054155U - 双定位高精度配网电压行波测距系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型是双定位高精度配网电压行波测距系统，其结构包括中央智能处理器、互感器机箱、打印机、控制键盘，行波信号发生源通过中央智能处理器发送/接受线路行波往返信号；中央智能处理器将行波运算分析结果通过GPS信号发生器实现与主站间的数据交换，比对确认线路故障点位置。优点：1）利用线路故障所产生的电压行波到达故障线路两端的时间差计算出故障距离；2）准确记录下行波到达线路两端的相对时间，利用接收GPS的卫星信号并配合高精度恒温晶振的使用，获取精度在0.1us以内的时间脉冲。准确判定故障点精度达到100米以内，最佳在60米以内。系统具有精准、无源、简便、数据存储量大、适应性强、经济等优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及的是一种双定位高精度配网电压行波测距系统，适用高压配电网线路的故障测距，本系统能用于电力系统的配电网线路及大型厂矿企业的配电电路的线路的故障判断，使用准确度好精度高。
背景技术
在高压输配电的线路中，对主网线路的故障定位问题，已达到300米内，测距设备的应用是比较可靠成熟的。而对配网线路的故障定位，通常都是采用阻抗法、S注入法和故障指示器技术、行波法来判断，但在准确度和精度方面都没能达到配网线路的故障测距要求。其主要原因在于：
首先，高压输电网采用中性点有效接地的接地方式，属于大电流接地系统，故障信号明显，易于判别提取。而配电网采用中性点非有效接地的接地方式，发生单相接地故障后，故障电流为各非故障线路电容电流之和，与中性点接地的大电流接地系统相比，数值较小，故障信号较弱，故障特征量难以获得。其次，高压输电线从线路的始端到末端是一回线到底，中间没有分支，线路简单。而配电网是多分支的复杂网状结构，进行配电网故障定位时，既要知道故障点的距离，又要知道故障点在哪一个分支。满足故障距离的分支可能有多个，必须有效地排除伪故障点，确定真故障点，既要准确度好又要定位精度高。
随着“十二五”国家加大对智能电网建设力度，电网建设及用电规模得到了迅猛增长，电网运行对经济对社会的影响更大，因此快速准确高精度的排查电网线路故障，对提高电网安全和经济运行有着十分重要的作用。
发明内容
本实用新型提出的是一种双定位高精度配网电压行波测距系统，其目的旨在对输配电线路发生故障时所产生的电压行波，采用电压行波测距技术，实现高速采集数据并记录分析，结合GPS通讯系统，对配网线路的故障点实现“双定位”，准确判定故障点精度达到100米以内，最佳在60米以内。
本实用新型的技术解决方案：双定位高精度配网电压行波测距系统，其结构包括中央智能处理器、互感器机箱（选配设备）、打印机、控制键盘，其中双中央管理器的第一信号输入/输出端与互感器机箱（选配设备）的信号输出/输入端通过信号线对应相接，中央管理器的第二信号输入/输出端与显示器的信号输出/输入端通过信号线对应相接，中央管理器的第三信号输入/输出端与打印机的信号输出/输入端通过信号线对应相接，中央管理器的第四信号输入/输出端与控制键盘的信号输出/输入端通过信号线对应相接；外部电源与UPS电源形成双冗余的电源，为GPS信号发生器、行波信号发生源和中央智能处理器保障供电；行波信号发生源通过中央智能处理器发送/接受线路行波往返信号；中央智能处理器将行波运算分析结果通过GPS信号发生器实现与主站间的数据交换，比对确
认线路故障点位置。
本实用新型的优点：利用线路故障所产生的电压行波到达故障线路两端的时间差计算出故障距离，可准确记录下行波到达线路两端的相对时间，利用接收GPS的卫星信号并配合高精度恒温晶振的使用，可获取精度在0.1us以内的时间脉冲，GPS作为同步时间单元。准确和可靠地判定故障点精度达到100米以内，最佳在60米以内。系统具有精准、无源、简便、数据存储量大、适应性强、经济等优点。
附图说明
附图1是双定位行波原理图。
附图2是双定位高精度配网电压行波测距系统结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，双定位高精度配网电压行波测距方法，包括如下工艺步骤：
1）利用线路故障所产生的电压行波到达故障线路两端的时间差计算出故障距离，
设输电线路全长Ｌ，故障点初始行波达到两端母线Ｍ，Ｎ的时间分别为ＴM，TN，则故障点距线路两端的距离分别为：
式中v为行波波速，L为线路全长；
2）准确记录下行波到达线路两端的相对时间，利用接收GPS的卫星信号并配合高精度恒温晶振的使用，获取精度在0.1us以内的时间脉冲，
由于输电线路零模行波存在衰耗大、参数随频率变化大、波速不稳定等问题，一般不采用零模行波测距，线模行波的波速利用线路参数计算和实测；考虑线路参数的频率相关特性，行波波速计算公式如下：
式中：Ｒ，Ｌ，Ｇ，Ｃ分别为线路单位长度的电阻、电感、电导和电容参数的频率特性，近似认为输电线路为均匀的无损长线，可按下式简化计算线模行波波速：
式中：L ma ，C ma ，L mb ，C mb 分别为输电线路单位长度的模量电感和电容；
通过对故障特征进行详细的理论研究和实验分析，在此基础上提出基于小行波理论的故障测距原理，并以行波理论为基础，完成双端定位测距的软件系统设计。
如图2所示，双定位高精度配网电压行波测距系统
其结构包括双冗余的电源、中央智能处理器、互感器机箱（选配设备）、打印机、控制键盘其中双冗余的电源由外部电源与UPS电源形成，中央管理器的第一信号输入/输出端与互感器机箱（选配设备）的信号输出/输入端通过信号线对应相接，中央管理器的第二信号输入/输出端与显示器的信号输出/输入端通过信号线对应相接，中央管理器的第三信号输入/输出端与打印机的信号输出/输入端通过信号线对应相接，中央管理器的第四信号输入/输出端与控制键盘的信号输出/输入端通过信号线对应相接；
外部电源与UPS电源形成双冗余的电源，为GPS信号发生器、行波信号发生源和中央智能处理器保障供电；
行波信号发生源通过中央智能处理器发送/接受线路行波往返信号；
中央智能处理器将行波运算分析结果通过GPS信号发生器实现与主站间的数据交换，比对确认线路故障点位置；
系统核心部分为中央数据处理集成模块，其功能为接收行波往返信号，结合行波时间与频率等综合运算分析，确定线路故障点位置，运算结果通过GPS通讯模式发送至主站端，将线路两端行波测距结果进行比对分析，确定线路故障点，以提高故障点诊断；行波信号发生源将根据主站问答要求，从线路端发出固有频率行波信号，并触发中央数据处理集成模块启动运算模式；UPS电源是为适应配网系统现场简易环境要求，使系统具备外部电源及UPS电源双冗余电源供应，以满足线路故障后系统短时间运行需要，提高系统安全稳定性；系统通讯模式也是双冗余设计，既有GPS无线通讯模式也有RS485通讯方式，确保子站与主站间信号联络稳定性。
为满足系统操作人员需要，系统配备了人机操作界面以及打印装置，同时也提供了互感器信号源的可选设备，结合故障录波系统，对线路故障原因进行更加全面的分析。
本发明采用电压行波测距技术，实现双端定位的高压配电线路故障的测距系统。上述电压测距方法抗干扰能力强，对输电线路发生短路故障或遭受雷电过电压侵袭时所产生的各种高低频的行波信号，特别是其中对电容比较敏感的高频分量，能排除不平衡电流的影响，还具有抗电晕干扰等特点。其测量精度不受线路类型及故障电阻及两端系统的影响，自主研发的中央智能处理器能够做到高速采样且两端同步采样，保证了测量的高精度，其测距精度达到≤100米，最佳达到60米内。
上述测距系统的主设备做到小型化，扩展性能好，组网方便，安装简单。
1、主设备中央管理器密封固定在机箱内。
2、由UPS电源系统供电，在线路发生断路故障时，主设备连续检测不间断工作，记录格式：故障前0.3秒，故障后0.1秒。
3、内置GPRS信号发生器，可接入外部GPS时钟校对。
4、电压行波发生器，行波到达故障点的时间是故障测距定位的主要数据。电压行波测距技术关键为采集板以5MHZ的数据速率采样，并在FPGA的控制下写入SDRAM，SDRAM被分为以毫秒为单位的数据若干块存储区域，以块为控制单元，数据块没被读完时不允许刷新，但可外部控制刷新信号。
故障行波波头检测采用小波变换方法进行行波波头检测，并通过自适应门槛消噪、结合小波变换理论实现初始行波的检测，经比较行波达到的时间等，得出故障距离。
5、中央数据智能处理器，能高速采集数据，完成与GPRS系统的数据交换，分析排除伪故障点，及时而准确且高精度地报告调度中心，为及时抢修提供了科学依据，有利于提高高压输配电网运行的安全可靠性。输出报告给中调网。
主要技术性能指标如下：
1、记录容量：模拟量：6路，开关量：32路
2、采样指标：同步采样频率：5MHz；
3、A/D分辨率：14位；
4、电压波形采样精度：≤0.5%；
5、测距精度：≤100米，最佳达到60米；
6、启动方式：突变量启动、手动启动、远方启动等。
Claims (1)
1.双定位高精度配网电压行波测距系统，其特征是结构包括中央智能处理器、互感器机箱、打印机、控制键盘，其中双中央管理器的第一信号输入/输出端与互感器机箱的信号输出/输入端通过信号线对应相接，中央管理器的第二信号输入/输出端与显示器的信号输出/输入端通过信号线对应相接，中央管理器的第三信号输入/输出端与打印机的信号输出/输入端通过信号线对应相接，中央管理器的第四信号输入/输出端与控制键盘的信号输出/输入端通过信号线对应相接；
外部电源与UPS电源形成双冗余的电源，为GPS信号发生器、行波信号发生源和中央智能处理器保障供电；
行波信号发生源通过中央智能处理器发送/接受线路行波往返信号；
中央智能处理器将行波运算分析结果通过GPS信号发生器实现与主站间的数据交换，比对确认线路故障点位置。
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| CN 201220581216 CN203054155U (zh) | 2012-11-07 | 2012-11-07 | 双定位高精度配网电压行波测距系统 |
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| CN203054155U true CN203054155U (zh) | 2013-07-10 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102901911A (zh) * | 2012-11-07 | 2013-01-30 | 陆宇平 | 双定位高精度配网电压行波测距系统及测距方法 |
| CN104730422A (zh) * | 2015-03-31 | 2015-06-24 | 河南行知专利服务有限公司 | 一种配电网单相接地故障定位装置及方法 |
| CN112578221A (zh) * | 2020-11-26 | 2021-03-30 | 广东电网有限责任公司电力科学研究院 | 一种输电线路故障定位方法和系统 |
| CN114743353A (zh) * | 2022-03-23 | 2022-07-12 | 康威通信技术股份有限公司 | 基于时钟同步的高压橡套软电缆故障定位预警系统及方法 |
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