CN204613348U - 一种输电线路继电保护行波测距一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种输电线路继电保护行波测距一体化装置，该装置在已有的输电线路继电保护装置的基础上增加行波测距的软硬件模块，组成的一体化装置包含：管理CPU插件、交流输入插件、保护DSP插件、站间通信插件、行波DSP插件、开入开出插件和电源插件；各插件通过装置背板上的电源总线、模拟量总线、数据总线连接。保护DSP插件完成传统的继电保护功能和阻抗法故障测距功能，交流输入插件的行波传变回路和行波DSP插件完成行波信号采集和行波法故障测距功能，管理CPU完成事件管理和文件存储，站间通信插件实现线路差动保护和双端故障测距所需的站间数据交换，网络通信接口实现故障波形和故障分析结果的站内通信功能。

Description

一种输电线路继电保护行波测距一体化装置

技术领域

本实用新型涉及电网保护及自动化技术，尤其涉及一种输电线路继电保护行波测距一体化装置。

背景技术

高压及超高压输电线路通常采用两类方法进行故障测距：阻抗测距方法和行波测距方法。阻抗测距方法基于稳态量和阻抗原理，具有较好的鲁棒性，但容易受到系统运行方式、过渡电阻、衰减直流分量和测量误差的影响，难以实现精确的故障定位。行波测距方法是利用电流或电压行波进行故障测距的方法，具有不受过渡电阻影响、不受CT饱和影响、不受系统振荡影响、不受长线分布电容影响、测距精度高等优点，但行波测距方法均存在易受干扰、易误启动的问题。因此，有必要根据两类方法的特点进行综合利用，取长补短，优势互补，但目前阻抗测距方法和行波测距方法分别是由不同的装置来实现，例如输电线路保护装置或故障录波器通常只采用阻抗测距方法，而行波测距装置则采用行波测距方法，未能实现两种测距方法在同一装置中的集成。

另外，目前行波测距装置是按站配置，由一套行波测距装置监视该站的所有重要线路，这与线路保护按线路间隔成套配置的模式有显著的不同，如图1所示。由于目前行波测距装置缺乏规范统一的数据存储格式和通信规约，导致不同厂家的行波测距装置不能实现测距配合和信息交互，且波形分析和站间通信通常都依赖于工控机，从而导致了如下几个方面的不足：(1)未在线路两端配备相同厂家行波测距装置的线路不能实现双端行波测距(例如图1中的AC线路)，降低了双端行波测距功能的覆盖率；(2)按站配置的模式容易导致电网按区域被某一家行波测距产品所垄断，不利于产品竞争和技术发展；(3)行波测距装置和所需的工控机通常需要专门配置行波测距屏，因此增加了屏位占用；(4)依赖于工控机的模式增加了工程造价，降低了系统可靠性。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供了一种输电线路继电保护行波测距一体化装置，该装置以输电线路保护装置为基础，增加了行波测距相关的软硬件模块，装置可同时实现输电线路保护功能、阻抗法测距功能及行波测距功能。

为达到上述目的，本实用新型实施例的技术方案是这样实现的：一种输电线路继电保护行波测距一体化装置，其特征在于：所述装置是在输电线路继电保护装置的软硬件基础上，保持装置的对外硬件接口不变，增加行波测距相关的硬件模块，组成的一体化装置包含：

包含工频信号传变回路和行波信号传变回路的交流输入插件，

用于工频信号采集和继电保护计算的保护DSP插件，

用于行波信号采集和行波故障测距计算的行波DSP插件，

用于与线路对端装置进行信息交互的站间通信插件，

包含装置管理、对时接口、文件存储和网络通信的管理CPU插件，

用于开关量输入输出的插件，以及电源插件；

以上插件通过装置的背板总线进行连接，背板总线包括：电源总线、模拟量总线、数据总线；交流输入插件的工频信号经模拟量总线输入到保护DSP插件，行波信号经模拟量总线输入到行波DSP插件，保护DSP插件完成传统的继电保护功能和阻抗法故障测距功能，行波DSP插件完成行波信号采集和行波法故障测距功能，两类信号的故障波形和故障测距结果经数据总线传入管理CPU进行本地存储，站间通信插件实现线路差动保护、阻抗法双端测距、行波法双端测距所需的站间数据交换，网络通信接口实现故障波形、测距结果和继电保护信息的站内通信功能。

上述方案中：本装置不改变输电线路继电保护典型装置的交流输入插件的输入接口，只是在交流输入插件中增加传变电流行波的回路，该回路线性范围限定在能有效反应电流行波的范围内，输出的行波信号经装置背板输入到行波DSP插件进行高速采集。

上述方案中：采用行波DSP插件实现行波信号高速采集、循环数据缓存、行波启动判据计算、行波波形分析和行波故障测距功能；行波DSP插件主要包括：信号调理回路、FPGA芯片、FPGA控制的高速多路选择开关芯片和单通道高速AD芯片、浮点DSP芯片、DSP外挂的DDR3内存芯片。

上述方案中：行波双端测距所需的与线路对端装置的信息交换是通过继电保护装置已有站间通信插件实现，站间通信插件将行波站间通信信息通过装置数据总线向行波DSP插件输入或输出。

上述方案中：行波测距相关的管理通信功能通过继电保护装置已有的管理CPU插件实现，行波测距相关的管理通信功能包括：行波录波功能、行波启动事件记录功能、故障测距结果管理功能、行波自检告警管理功能、行波测距信息的IEC61850通信功能利用，这些信息由行波DSP插件通过装置数据总线传输给管理CPU插件。

上述方案中：装置采用标准的COMTRADE1999格式将故障波形和测距结果保存在管理CPU的本地存储介质中，采用标准的IEC61850通信规约和以太网通信接口与站内的管理系统通信，文件存储和网络通信均无需依赖于外部工控机。

本实用新型的有益效果是：本实用新型装置可为被监测的线路同时提供阻抗测距方法和行波测距方法，有利于两类测距算法的优势互补；该装置按线路间隔成套配置，线路两侧的装置具有兼容的测量特性和通信规约，因此可实现双端法的阻抗法测距和行波法测距，从而可提高故障测距的精度；采用该一体化装置后，无需再专门配置集中式的行波测距装置和屏柜，因此可简化PT、CT二次回路布线、降低二次回路负载，可节省厂站的屏柜空间和设备投资；该装置实现行波测距功能无需依赖外部工控机，因此可提高系统可靠性；另外，本实用新型装置同时适宜于新站建设和旧站改造，其按间隔配置的模式有利于避免行波测距产品形成区域垄断模式，有利于行波测距产品竞争和技术发展。

附图说明

图1为当前模式线路保护和行波测距装置配置示意图；

图2为本实用新型装置应用场景示意图；

图3为本实用新型装置功能模块示意图；

图4为本实用新型实施例装置功能插件示意图；

图5为本实用新型实施例行波DSP插件功能模块示意图；

具体实施方式

本实用新型实施例提供了一种输电线路继电保护行波测距一体化装置，该装置的应用场景示意图如图2所示。该装置以输电线路保护装置的软硬件模块为基础，增加了行波测距相关的软硬件模块，装置的软硬件功能模块示意图如图3所示。

本实用新型实施例的具体实施方式如下：

本实用新型所述装置是在输电线路继电保护装置的软硬件基础上，保持装置的对外硬件接口不变，增加行波测距相关的硬件模块和软件模块，装置同时实现输电线路继电保护功能和行波测距功能。行波测距功能完全由一体化装置自身实现，无需依赖于外部工控机。

本实用新型所述装置采用标准嵌入式装置(例如标准4U结构)实现线路保护和行波测距一体化功能，装置插件包含:管理CPU插件、交流输入插件、保护DSP插件、站间通信插件、行波DSP插件、开入开出插件和电源插件，各插件通过装置背板上的模拟量总线和数据总线连接。实施例装置功能插件示意图如图4所示。功能插件主要包括：①管理及通信插件，②交流输入插件，③保护DSP插件，④站间通信插件，⑤行波DSP插件，⑥开入开出插件⑦电源插件。其中：②交流输入插件需为行波测距进行改造，增加行波传变回路；⑤行波DSP插件为新增插件。其余插件均是输电线路继电保护装置原有插件。

本实用新型所述装置在不改变交流输入插件的输入接口的前提下，在线路保护交流输入插件中增加传变电流行波的回路，该回路线性范围限定在能有效反应电流行波的范围内，输出的行波信号经装置背板输入到行波DSP插件进行高速采集。因此，装置实现了电流输入的共用，无需专门为行波测距再接入CT二次回路。

本实用新型所述装置采用行波DSP插件实现行波信号高速采集、循环数据缓存、行波启动判据计算、录波数据转存、行波波形分析和行波故障测距等功能。行波DSP插件主要包括：信号调理回路、FPGA芯片、FPGA控制的高速多路选择开关芯片和单通道高速AD芯片、浮点DSP芯片、DSP外挂的DDR3内存芯片。行波DSP插件功能模块示意图如图5所示。该插件从装置的背板总线获得电流行波信号，信号调理后，由FPGA控制进行高速AD采集、循环数据缓存、行波启动判据计算和启动后的录波数据转存，由浮点DSP芯片实现行波波形分析和故障测距。

本实用新型所述装置利用已有的通信插件和站间通信通道实现双端行波测距的站间信息交互，实现方式是在站间通信帧中加入行波测距相关的信息字段。因此，无需为双端行波测距功能增加站间通信插件和通信通道。

本实用新型所述装置利用已有的管理CPU插件实现行波测距相关的管理通信功能，包括：行波录波功能、行波启动事件记录功能、故障测距结果管理功能、行波自检告警管理功能、行波测距信息的IEC61850通信等功能。另外，管理CPU插件可接收IRIG-B码信号实现装置时间同步功能。

本实用新型所述装置采用标准的COMTRADE1999格式将故障波形和测距结果保存在管理CPU的本地存储介质中，采用标准的IEC61850通信规约和以太网通信接口与站内的管理系统通信，文件存储和网络通信均无需依赖于外部工控机。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用于限定本实用新型的保护范围。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型的披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种输电线路继电保护行波测距一体化装置，其特征在于：所述装置是在输电线路继电保护装置的软硬件基础上，保持装置的对外硬件接口不变，增加行波测距相关的硬件模块，组成的一体化装置包含：

包含工频信号传变回路和行波信号传变回路的交流输入插件，

用于工频信号采集和继电保护计算的保护DSP插件，

用于行波信号采集和行波故障测距计算的行波DSP插件，

用于与线路对端装置进行信息交互的站间通信插件，

包含装置管理、对时接口、文件存储和网络通信的管理CPU插件，

用于开关量输入输出的插件，以及电源插件；

以上插件通过装置的背板总线进行连接，背板总线包括：电源总线、模拟量总线、数据总线；交流输入插件的工频信号经模拟量总线输入到保护DSP插件，行波信号经模拟量总线输入到行波DSP插件，保护DSP插件完成传统的继电保护功能和阻抗法故障测距功能，行波DSP插件完成行波信号采集和行波法故障测距功能，两类信号的故障波形和故障测距结果经数据总线传入管理CPU进行本地存储，站间通信插件实现线路差动保护、阻抗法双端测距、行波法双端测距所需的站间数据交换，网络通信接口实现故障波形、测距结果和继电保护信息的站内通信功能。

2.根据权利要求1所述的输电线路继电保护行波测距一体化装置，其特征在于：本装置不改变输电线路继电保护典型装置的交流输入插件的输入接口，只是在交流输入插件中增加传变电流行波的回路，该回路线性范围限定在能有效反应电流行波的范围内，输出的行波信号经装置背板输入到行波DSP插件进行高速采集。

3.根据权利要求1所述的输电线路继电保护行波测距一体化装置，其特征在于：采用行波DSP插件实现行波信号高速采集、循环数据缓存、行波启动判据计算、行波波形分析和行波故障测距功能；行波DSP插件主要包括：信号调理回路、FPGA芯片、FPGA控制的高速多路选择开关芯片和单通道高速AD芯片、浮点DSP芯片、DSP外挂的DDR3内存芯片。

4.根据权利要求1所述的输电线路继电保护行波测距一体化装置，其特征在于：行波双端测距所需的与线路对端装置的信息交换是通过继电保护装置已有站间通信插件实现，站间通信插件将行波站间通信信息通过装置数据总线向行波DSP插件输入或输出。

5.根据权利要求1所述的输电线路继电保护行波测距一体化装置，其特征在于：行波测距相关的管理通信功能通过继电保护装置已有的管理CPU插件实现，行波测距相关的管理通信功能包括：行波录波功能、行波启动事件记录功能、故障测距结果管理功能、行波自检告警管理功能、行波测距信息的IEC61850通信功能利用，这些信息由行波DSP插件通过装置数据总线传输给管理CPU插件。

6.根据权利要求1所述的输电线路继电保护行波测距一体化装置，其特征在于：装置采用标准的COMTRADE1999格式将故障波形和测距结果保存在管理CPU的本地存储介质中，采用标准的IEC61850通信规约和以太网通信接口与站内的管理系统通信，文件存储和网络通信均无需依赖于外部工控机。