CN209486227U - 行波录波的启动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种行波录波的启动装置，其包括：工频电流调理模块、行波通道调理模块、母线零序电压调理电路、高频模数转换电路、硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块、可编程门阵列、处理器、工频模数转换电路和开关量信号调理模块；工频电流调理模块分别连接行波通道调理模块、工频模数转换电路；行波通道调理模块分别与硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块和高频模数转换电路相连；硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块和高频模数转换电路与可编程门阵列相连；可编程门阵列、工频模数转换电路、开关量信号调理模块还与处理器相连。本实用新型能够有效启动行波录波。

Description

行波录波的启动装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种行波录波的启动装置。

背景技术

智能电网的发展，构建更多的电网线路，电网线路故障精确测距是电力行业一大难题。故障行波测距具有定位精度高、不受线路阻抗影响等优点，成为一种新兴的故障测距技术，其中关键核心技术有：启动行波录波。

如何保证有效地启动行波录波是本领域需要解决的重点问题，目前主要运用工频故障电流和故障行波波头触发分别启动录波方式。

但对于风偏、树障、山火等高阻接地故障，此类故障特性体现为工频电流变化不大、行波信号比较微弱，运用工频故障电流和故障行波波头触发分别启动录波方式，难以实现故障时刻故障信号的有效录波，有时故障录波启动失败。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于提供一种行波录波的启动装置，旨在实现有效启动行波录波。

为实现上述目的，本实用新型提供一种行波录波的启动装置，所述启动装置包括：

工频电流调理模块、行波通道调理模块、母线零序电压调理电路、高频模数转换电路、硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块、可编程门阵列、处理器、工频模数转换电路和开关量信号调理模块，

工频电流调理模块的输入端连接变电站输出线路的电流互感器的二次侧，工频电流调理模块的输出端分别与行波通道调理模块、工频模数转换电路的输入端相连，行波通道调理模块的输出端分别与硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块和高频模数转换电路的输入端相连，硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块和高频模数转换电路的输出端与可编程门阵列相连，

可编程门阵列、工频模数转换电路的输出端、开关量信号调理模块的输出端还与处理器相连，开关量信号调理模块的输入端与变电站中断路器的开关状态端子相连。

可选地，工频电流调理模块包括第一工频电流调理电路、第二工频电流调理电路和第三工频电流调理电路，

行波通道调理模块包括第一行波通道调理电路、第二行波通道调理电路和第三行波通道调理电路，

硬件行波低触发阈值调理模块包括第一硬件行波低触发阈值调理电路、第二硬件行波低触发阈值调理电路和第三硬件行波低触发阈值调理电路，

硬件行波高触发阈值调理模块包括第一硬件行波高触发阈值调理电路、第二硬件行波高触发阈值调理电路和第三硬件行波高触发阈值调理电路，

第一工频电流调理电路、第二工频电流调理电路和第三工频电流调理电路的输入端分别接入变电站输出线路电流互感器的二次侧，

第一工频电流调理电路、第二工频电流调理电路和第三工频电流调理电路的输出端分别与对应的第一行波通道调理电路、第二行波通道调理电路和第三行波通道调理电路的输入端相连，第一工频电流调理电路、第二工频电流调理电路和第三工频电流调理电路的输出端还与工频模数转换电路的输入端相连，

第一行波通道调理电路、第二行波通道调理电路和第三行波通道调理电路的输出端还与高频模数转换电路的输入端相连，

第一行波通道调理电路的输出端分别与第一硬件行波低触发阈值调理电路、第一硬件行波高触发阈值调理电路的输入端相连，第二行波通道调理电路的输出端分别与第二硬件行波低触发阈值调理电路、第二硬件行波高触发阈值调理电路的输入端相连，第三行波通道调理电路的输出端分别与第三硬件行波低触发阈值调理电路、第三硬件行波高触发阈值调理电路的输入端相连，

第一硬件行波低触发阈值调理电路、第一硬件行波高触发阈值调理电路、第二硬件行波低触发阈值调理电路、第二硬件行波高触发阈值调理电路、第三硬件行波低触发阈值调理电路、第三硬件行波高触发阈值调理电路的输出端与可编辑门阵列相连。

可选地，开关量信号调理模块包括第一开关量信号调理电路、第二开关量信号调理电路和第三开关量信号调理电路，第一开关量信号调理电路、第二开关量信号调理电路和第三开关量信号调理电路的输出端分别与处理器相连。

可选地，所述行波录波的启动装置还包括GPS授时模块时钟，GPS授时模块时钟分别与可编辑门阵列、处理器相连。

可选地，所述行波录波的启动装置还包括：第一外部存储器，所述第一外部存储器分别与可编辑门阵列、处理器相连。

可选地，所述行波录波的启动装置还包括：第二外部存储器，所述第二外部存储器与处理器相连。

可选地，所述可编辑门阵列包括：一级缓存区和二级缓存区，一级缓存区存储所有路线通道行波数据，二级缓存区为共享缓存区。

本实用新型启动装置包括：工频电流调理模块、行波通道调理模块、母线零序电压调理电路、高频模数转换电路、硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块、可编程门阵列、处理器、工频模数转换电路和开关量信号调理模块，工频电流调理模块的输入端连接变电站输出线路电流互感器的二次侧，工频电流调理模块的输出端分别与行波通道调理模块、工频模数转换电路的输入端相连，行波通道调理模块的输出端分别与硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块和高频模数转换电路的输入端相连，硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块和高频模数转换电路的输出端与可编程门阵列相连，可编程门阵列、工频模数转换电路的输出端、开关量信号调理模块的输出端还与处理器相连，开关量信号调理模块的输入端与变电站中断路器的开关状态端子相连。由于本方案通过对变电站的电流、断路器开关量、母线零序电压进行实时数据采集，并对线路的工频电流进行对应分析，以判定某线路是否为准故障线路，同时对录波启动设为高、低触发录波阀值，准故障时间段内，启动行波录波为有效录波，从而解决低阻接地故障时有效触发录波。

附图说明

图1为本实用新型行波录波的启动装置第一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型行波录波的启动装置第二实施例的结构示意图。

本实用新型目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，本实用新型实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本实用新型要求的保护范围之内。

参见图1，在本实用新型行波录波的启动装置的第一实施例中，行波录波的启动装置包括：

工频电流调理模块10、行波通道调理模块20、母线零序电压调理电路30、高频模数转换电路40、硬件行波低触发阈值调理模块50、硬件行波高触发阈值调理模块60、可编程门阵列70、处理器80、工频模数转换电路90和开关量信号调理模块100，

工频电流调理模块10的输入端连接变电站输出线路电流互感器的二次侧，工频电流调理模块10的输出端分别与行波通道调理模块20、工频模数转换电路90的输入端相连，工频模数转换电路90的输出端与处理器80相连，行波通道调理模块20的输出端分别与硬件行波低触发阈值调理模块50、硬件行波高触发阈值调理模块60和高频模数转换电路40的输入端相连，硬件行波低触发阈值调理模块50、硬件行波高触发阈值调理模块60和高频模数转换电路40的输出端与可编程门阵列70相连，

可编程门阵列70、工频模数转换电路90的输出端、开关量信号调理模块 100的输出端还与处理器80相连，开关量信号调理模块100的输入端与处理器80相连。

本实用新型采集变电站工频电流和行波数据(下称CT信号)、母线零序电压和开关状态的数据，CT信号通过工频电路调理模块10后，一路给工频模数AD采样转化电路90，转化为数字信号送给处理器80，该处理器可以为 MCU；另一路给行波通道调理模块20，行波通道调理模块20输出又分为二路，一路经高频模数转化电路40转化后，送给FPGA70，进行行波录波，FPGA 内嵌软件高、低触发录波阀值控制器，一路分给硬件行波高触发阀值调理模块60和低触发阀值调理模块50，然后输出给FPGA，作为硬件启动录波的条件信号；母线3U₀信号，经过母线零序电压调理电路30后，给工频模数转化电路90转化为数字信号后送给MCU；开关量信号经调理电路后，给MCU。

通过高、低触发阀值触发，触发信号送给FPGA，启动行波录波，MCU 则将录波文件发送给后台进行处理。

本实用新型启动装置包括：工频电流调理模块、行波通道调理模块、母线零序电压调理电路、高频模数转换电路、硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块、可编程门阵列、处理器、工频模数转换电路和开关量信号调理模块，工频电流调理模块的输入端连接变电站输出线路电流互感器的二次侧，工频电流调理模块的输出端分别与行波通道调理模块、工频模数转换电路的输入端相连，行波通道调理模块的输出端分别与硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块和高频模数转换电路的输入端相连，硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块和高频模数转换电路的输出端与可编程门阵列相连，可编程门阵列、工频模数转换电路的输出端、开关量信号调理模块的输出端还与处理器相连，开关量信号调理模块的输入端与变电站中断路器相连。由于本方案通过对变电站的电流、断路器开关量、母线零序电压进行实时数据采集，并对线路的工频电流进行对应分析，以判定某线路是否为准故障线路，同时对录波启动设为高、低触发录波阀值，准故障时间段内，启动行波录波为有效录波，从而解决低阻接地故障时有效触发录波。

进一步地，参阅图2，图2为本实用新型行波录波的启动装置第二实施例的结构示意图，基于上述实施例，本实施例中：

工频电流调理模块10包括第一工频电流调理电路11、第二工频电流调理电路12和第三工频电流调理电路13，行波通道调理模块20包括第一行波通道调理电路21、第二行波通道调理电路22和第三行波通道调理电路23，硬件行波低触发阈值调理模块50包括第一硬件行波低触发阈值调理电路51、第二硬件行波低触发阈值调理电路52和第三硬件行波低触发阈值调理电路53，硬件行波高触发阈值调理模块60包括第一硬件行波高触发阈值调理电路61、第二硬件行波高触发阈值调理电路62和第三硬件行波高触发阈值调理电路 63，第一工频电流调理电路11、第二工频电流调理电路12和第三工频电流调理电路13的输入端分别接入变电站输出线路电流互感器的二次侧，第一工频电流调理电路11、第二工频电流调理电路12和第三工频电流调理电路13的输出端分别与对应的第一行波通道调理电路21、第二行波通道调理电路22和第三行波通道调理电路23的输入端相连，第一工频电流调理电路11、第二工频电流调理电路12和第三工频电流调理电路13的输出端还与工频模数转换电路90的输入端相连，第一行波通道调理电路21、第二行波通道调理电路 22和第三行波通道调理电路23的输出端还与高频模数转换电路40的输入端相连，第一行波通道调理电路21的输出端分别与第一硬件行波低触发阈值调理电路51、第一硬件行波高触发阈值61调理电路的输入端相连，第二行波通道调理电路22的输出端分别与第二硬件行波低触发阈值调理电路52、第二硬件行波高触发阈值调理电路62的输入端相连，第三行波通道调理电路的输出端23分别与第三硬件行波低触发阈值调理电路53、第三硬件行波高触发阈值调理电路63的输入端相连，第一硬件行波低触发阈值调理电路51、第一硬件行波高触发阈值调理电路61、第二硬件行波低触发阈值调理电路52、第二硬件行波高触发阈值调理电路62、第三硬件行波低触发阈值调理电路53、第三硬件行波高触发阈值调理电路63的输出端与可编辑门阵列70相连。

开关量信号调理模块100包括第一开关量信号调理电路101、第二开关量信号调理电路102和第三开关量信号调理电路103，第一开关量信号调理电路 101、第二开关量信号调理电路102和第三开关量信号调理电路103的输出端分别与处理器80相连。

进一步地，所述行波录波的启动装置还包括GPS授时模块时钟110，GPS 授时模块时钟110分别与可编辑门阵列70、处理器80相连。

进一步地，所述行波录波的启动装置还包括：第一外部存储器120，所述第一外部存储器120分别与可编辑门阵列70、处理器80相连。

进一步地，所述行波录波的启动装置还包括：第二外部存储器130，所述第二外部存储器130与处理器80相连。

进一步地，所述可编辑门阵列包括：一级缓存区和二级缓存区，一级缓存区存储所有路线通道号，二级缓存区为共享缓存区。

本实施例中，工频电流调理模块10包括3条工频电流调理电路(变电站某一条线路的A、B、C3相)，分别连接变电站输出线路电流互感器的二次侧，每条回路设置有对应的行波通道调理电路、硬件行波低触发阀值调理电路和硬件行波高触发阀值调理电路。

通过实时采集变变电站内所有线路的工频电流和行波数据，所有母线的 3U₀，所有线路中断路器的开关量。工频电流和3U₀经过硬件调理电路后接入 AD电路，再接入MCU，或直接接入MCU的AD模块接口；断路器的开关量经过硬件调理电路后接入MCU；行波信号通过调理电路后接入高速AD电路，数字信号接入FPGA，最后到MCU，FPGA外挂单口SRAM₂，MCU外挂单口SRAM₁，GPS授时模块时钟对所有的FPGA和MCU提供秒脉冲信号， FPGA和MCU配合实现对变电站内所有监测线路电流、断路器开关量和母线 3U₀的实时信号采集。

处理器分别对各回路的工频电流进行时域分析，以四分之一工频周波(5 毫秒)为单位进行滑窗，分别计算同一回路本周波的工频电流与推前二个对应周波的有效值，比较分析电流的变化率，计算公式如下：

设一条线路第k个周波的工频电流的有效值为I_K，第k-2个周波的工频电流的有效值为I_R，第n个周波的电流有效值为I₀，△I₁、△I₂、△I₃为工频电流变化率，其中n≤k+48，计算公式为：

1)若△I₁≥K₁％时，第一次识别为此线路为准故障线路，对应第k个周波最后一个采样点为准故障时间参考点，以此时间参考点向前推T₁毫秒的时间段为准故障时段T₁；

2)若某线路中，如果如下条件：

同时成立时，则If＝1，识别为此线路为故障线路，第n个周波最后一个采样点为故障时间参考点，以此故障时间参考点向前推T2毫秒的时间段为故障时段T2；准故障时段T1内，MCU将准故障线路的工频录波数据存入外部SRAM₁的A存储区，SRAM₁分为A、B二个环形循环存储区。

每个回路行波采样硬件调理电路设为高、低二个行波通道的录波启动阀值，同时嵌入式软件设定也可自主设定高通道、低通道的各自录波启动阀值，当一定脉宽行波幅值大于预设的录波启动阀值时，启动行波录波，单次录波时长为T₃，超过录波时间后可进行第二次触发，依次类推；准故障时段T₁内，当启动行波录波时，FPGA的一级状态机分多回路接收行波数据，二级存储空间为共享内存SRAM，分成A、B两组，两组SRAM轮流无缝切换实时存储行波录波数据，即录波先实时存储在A组，录波完成后切换到B组进行实时存储，B组实时存储过程中FPGA同时把前面A组的数据转存到外挂SRAM₂中，在时序上控制B组录波完成前A组数据已全部转存到外部SRAM₂中，B 组录波完成后再切换到A组，如此循环存入外部SRAM₂中，以确保录波的连续性；SRAM₂为环形循环存储区，同时依据GPS授时时钟对存入的行波数据标定时间。对实时采集母线的3U₀信号的四分之一周波为单位进行滑窗，计算周波有效值，当有效值大于预定阀值U_f时，判定该线路为潜在故障预警线路。

若监测到某条线路对应的断路器分闸的开关量或If＝1时，则此线路为故障线路，则以母线3U₀或断路器分闸开关量或If＝1检测识别时间点T₄为起点，向前推T₂毫秒形成故障时间段T₂，将故障时间段SRAM₂的行波录波数据按录波时长T₃为单位依次取出存入SRAM₁的B环形存储区，并标示此数据块为故障行波数据块，同时将故障时间段的SRAM₁的A环形存储区的工频电流录波数据区标示为故障工频电流数据块；在MCU从SRAM₂读取行波数据期间内，FPGA可能会触发录波，录波数据暂存于FPGA的二级共享内存中， MCU从SRAM₂以T₃为时间片读取行波录波数据，多次分时进行，当二级缓存区有数据要存入SRAM₂时，FPGA通知MCU放弃数据读取，确保数据录波存储的优先性。

或不是则以T₄+T₂为时间起点，向前清空SRAM₁、SRAM₂存储数据区非故障数据块的数据；存储于外部存储空间SRAM₁中的工频故障电流录波文件和故障行波录波文件，MCU将文件读出并通过不同的通讯方式将文件上传给后台主站系统。

此外现有技术针对有时故障录波启动失败的原因，目前通过采用降低行波触发阀值来启动故障高频录波方法进行解决，然而这种方式存在行波录波误触发，产生大量无效高频录波文件，增加数据存储空间及有效行波数据识别难度的问题。本实施例中存储数据的方式不会产生大量无效高频录波文件，从而降低数据存储空间及有效行波数据识别难度。

以上仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种行波录波的启动装置，其特征在于，所述启动装置包括：

工频电流调理模块、行波通道调理模块、母线零序电压调理电路、高频模数转换电路、硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块、可编程门阵列、处理器、工频模数转换电路和开关量信号调理模块，

工频电流调理模块的输入端连接变电站输出线路电流互感器的二次侧，工频电流调理模块的输出端分别与行波通道调理模块、工频模数转换电路的输入端相连，行波通道调理模块的输出端分别与硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块和高频模数转换电路的输入端相连，硬件行波低触发阈值调理模块、硬件行波高触发阈值调理模块和高频模数转换电路的输出端与可编程门阵列相连，

可编程门阵列、工频模数转换电路的输出端、开关量信号调理模块的输出端还与处理器相连，开关量信号调理模块的输入端与变电站的断路器开关状态端子相连。

2.根据权利要求1所述的行波录波的启动装置，其特征在于，工频电流调理模块包括第一工频电流调理电路、第二工频电流调理电路和第三工频电流调理电路，

行波通道调理模块包括第一行波通道调理电路、第二行波通道调理电路和第三行波通道调理电路，

硬件行波低触发阈值调理模块包括第一硬件行波低触发阈值调理电路、第二硬件行波低触发阈值调理电路和第三硬件行波低触发阈值调理电路，

硬件行波高触发阈值调理模块包括第一硬件行波高触发阈值调理电路、第二硬件行波高触发阈值调理电路和第三硬件行波高触发阈值调理电路，

第一工频电流调理电路、第二工频电流调理电路和第三工频电流调理电路的输入端分别接入变电站的输出线路电流互感器的二次侧，

第一工频电流调理电路、第二工频电流调理电路和第三工频电流调理电路的输出端分别与对应的第一行波通道调理电路、第二行波通道调理电路和第三行波通道调理电路的输入端相连，第一工频电流调理电路、第二工频电流调理电路和第三工频电流调理电路的输出端还与工频模数转换电路的输入端相连，

第一行波通道调理电路、第二行波通道调理电路和第三行波通道调理电路的输出端还与高频模数转换电路的输入端相连，

第一行波通道调理电路的输出端分别与第一硬件行波低触发阈值调理电路、第一硬件行波高触发阈值调理电路的输入端相连，第二行波通道调理电路的输出端分别与第二硬件行波低触发阈值调理电路、第二硬件行波高触发阈值调理电路的输入端相连，第三行波通道调理电路的输出端分别与第三硬件行波低触发阈值调理电路、第三硬件行波高触发阈值调理电路的输入端相连，

第一硬件行波低触发阈值调理电路、第一硬件行波高触发阈值调理电路、第二硬件行波低触发阈值调理电路、第二硬件行波高触发阈值调理电路、第三硬件行波低触发阈值调理电路、第三硬件行波高触发阈值调理电路的输出端与可编辑门阵列相连。

3.根据权利要求1所述的行波录波的启动装置，其特征在于，开关量信号调理模块包括第一开关量信号调理电路、第二开关量信号调理电路和第三开关量信号调理电路，第一开关量信号调理电路、第二开关量信号调理电路和第三开关量信号调理电路的输出端分别与处理器相连。

4.根据权利要求1所述的行波录波的启动装置，其特征在于，所述行波录波的启动装置还包括GPS授时模块时钟，GPS授时模块时钟分别与可编辑门阵列、处理器相连。

5.根据权利要求1所述的行波录波的启动装置，其特征在于，所述行波录波的启动装置还包括：第一外部存储器，所述第一外部存储器分别与可编辑门阵列、处理器相连。

6.根据权利要求1所述的行波录波的启动装置，其特征在于，所述行波录波的启动装置还包括：第二外部存储器，所述第二外部存储器与处理器相连。

7.根据权利要求2所述的行波录波的启动装置，其特征在于，所述可编辑门阵列包括：一级缓存区和二级缓存区，一级缓存区存储所有路线行波通道数据，二级缓存区为共享缓存区。