CN219016482U - 一种配电网故障行波信号采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种配电网故障行波信号采集系统，包括：光学传感模块、光电探测器、放大器模块、模数转换模块、光源模块；所述光学传感模块安装于电力线路的高压侧，并分别与交流母线和地电位连接；所述光电探测器、所述放大器模块、所述模数转换模块、所述光源模块均设置于电力线路的低压侧；所述光学传感模块通过光纤分别与所述光电探测器、所述光源模块连接；所述光电探测器与所述放大器模块连接；所述放大器模块与所述模数转换模块连接，提高了故障行波信号的采集精度。

Description

一种配电网故障行波信号采集系统

技术领域

本实用新型涉及配电网领域，尤其涉及一种配电网故障行波信号采集系统。

背景技术

当电网系统中的设备(如电力线路)发生故障时，在故障发生处会将会产生电压或电流暂态行波信号，向配电线路两端传播。为了及时确定故障点所在的位置，通常是在配电线路两端采集故障行波，根据采集到的故障行波信息进行故障测距，从而确定故障处的位置。因而，故障行波的采集和提取对故障定位而言极为重要。

然而，现有技术中采用的电磁式或者电容式的电压互感器采集故障行波时，会存在铁磁共振等问题，容易影响故障行波数据的采集，降低故障行波信号的精度，从而影响故障测距的精度。

实用新型内容

本实用新型实施例公开了一种配电网故障行波信号采集系统，用于提高采集到的故障行波信号的精度。

本实用新型实施例提供了一种配电网故障行波信号采集系统，包括：

光学传感模块、光电探测器、放大器模块、模数转换模块、光源模块；

所述光学传感模块安装于电力线路的高压侧，并分别与交流母线和地电位连接；

所述光电探测器、所述放大器模块、所述模数转换模块、所述光源模块均设置于电力线路的低压侧；

所述光学传感模块通过光纤分别与所述光电探测器、所述光源模块连接；

所述光电探测器与所述放大器模块连接；

所述放大器模块与所述模数转换模块连接。

可选地，所述放大器模块包括跨阻放大器和二级放大器；

所述光电探测器与所述跨阻放大器连接；

所述跨阻放大器与所述二级放大器连接；

所述二级放大器与所述模数转换模块连接。

可选地，所述光电探测器与所述跨阻放大器之间设置有铜罩。

可选地，所述铜罩的厚度为5mm。

可选地，所述光学传感模块包括光学电压互感器和恒温盒，所述光学电压互感器设置于所述恒温盒内。

可选地，所述系统还包括：低通滤波器；所述低通滤波器设置于所述放大器模块与模数转换模块之间的通路上，并分别与所述放大器模块和所述模数转换模块连接。

可选地，所述模数转换模块与外部的行波测距装置连接，用于向所述行波测距装置传输行波数据。

可选地，所述模数转换模块通过SMA至BNC的频闭连接线与所述行波测距装置连接。

可选地，所述系统还包括信号处理模块；

所述模数转换模块与所述信号处理模块连接；

所述信号处理模块通过SMA至BNC的频闭连接线与所述行波测距装置连接。

可选地，所述光源模块为LED光源。

从以上技术方案可以看出，本实用新型实施例具有以下优点：

本实用新型实施例提供了一种配电网故障行波信号采集系统，包括：光学传感模块、光电探测器、放大器模块、模数转换模块、光源模块；所述光学传感模块安装于电力线路的高压侧，并分别与交流母线和地电位连接；所述光电探测器、所述放大器模块、所述模数转换模块、所述光源模块均设置于电力线路的低压侧；所述光学传感模块通过光纤分别与所述光电探测器、所述光源模块连接；所述光电探测器与所述放大器模块连接；所述放大器模块与所述模数转换模块连接。

本实用新型通过将光学传感模块设置在高压侧，并将光电探测器和光源模块设置于低压侧，并且两者之间通过光纤连接，使得高压侧和低压侧之间无电磁能量传递，仅传输光信号，降低了当二次侧短路时影响一次侧的可能，提高了绝缘可靠性，实现了光电隔离，并且光学传感模块仅由光学元件制成，不存在铁磁谐振以及磁路饱和等现象，而且通过光纤连接不受外界复杂电磁场的影响，避免环境中复杂电磁场对金属线缆中传输的电信号的干扰，进一步提高了数据的可靠性。同时，本实用新型中的放大器模块对采集到的电信号进行放大后输出，减少高频信号的损失，最大程度还原行波电压信号。因此，本实用新型从整体上提高了采集到的行波信号的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例中提供的一种配电网故障行波信号采集系统的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中提供的一种配电网故障行波信号采集系统的工作原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，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做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。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“前”、“后”、“上”、“下”、“两端”、“中心”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。“第一”、“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

专业术语解释：

高压侧，也可被称为一次侧；低压侧，也可被称为二次侧。

本实用新型实施例公开了一种配电网故障行波信号采集系统，用于提高故障行波信号的精度

请参阅图1，图1为本实用新型实施例中提供的一种配电网故障行波信号采集系统结构示意图。

本实施例提供的一种配电网故障行波信号采集系统包括：

光学传感模块、光电探测器、放大器模块、模数转换模块、光源模块；

光学传感模块安装于电力线路的高压侧，分别与交流母线和地电位连接；

在本实施例中，交流母线可以是10kv交流母线。

光电探测器、放大器模块、模数转换模块、光源模块均设置于电力线路的低压侧；

光学传感模块通过光纤分别与光电探测器、光源模块连接；

光电探测器与放大器模块连接；

放大器模块与模数转换模块连接。

需要说明的是，本实施例提供的装置的工作流程可参阅图2，在本实施例中，位于低压侧的光源模块通过光纤将光信号传输至光学传感器模块，在高压侧电压的作用下，光学传感模块中的光信号受到调制，从而携带了电压信息，被调制的光信号通过光纤传输至光电探测器，光电探测器将接收到光信号，并对光信号进行光电转换，得到电信号，之后将电信号传输至放大器模块，放大器模块对接收到电信号进行两级放大后，得到满足预设幅度要求的电信号，并将满足预设幅度要求的电信号输出至模数转换模块，模数转换模块将接收到的电信号转换成数字信号输出。

本实施例通过将光学传感模块设置在高压侧，并将光电探测器和光源模块设置于低压侧，并且两者之间通过光纤连接，使得高压侧和低压侧之间无能量传递，仅传输光信号，降低了当二次侧短路时影响一次侧的可能性，提高了绝缘可靠性，实现了光电隔离，并且光学传感模块仅由光学元件制成，不存在铁磁谐振以及磁路饱和等现象，而且通过光纤连接不受外界复杂电磁场的影响，避免环境中复杂电磁场对金属线缆中传输的电信号的干扰，进一步提高了数据的可靠性。同时，本实施例中的放大器模块对采集到的电信号进行两级放大后输出，减少高频信号的损失，最大程度还原行波电压信号。因此，本实施例整体上提高了采集到的故障行波信号的精度和可靠性。

在一个具体的实施例中，光源模块可以采用LED光源。

在一个具体的实施例中，放大器模块包括跨阻放大器和二级放大器；

跨阻放大器与光电探测器连接；

二级放大器与跨阻放大器连接。

需要说明的是，电信号包括电流信号，光电探测器将光信号转换为电流信号，而转换之后的电流信号比较微弱，无法直接进行输出，因而光电探测器将得到的电流信号传输至跨阻放大器，跨阻放大器将接收到的电流信号转换为电压信号，并将转换之后的电压信号传输至二级放大器，二级放大器将接收到的电压信号进行进一步放大后，得到满足预设幅度大小的电压信号，使电压信号更容易被行波测距装置检测，或者具备相应的带载能力。可以理解的是，经过二级放大器放大的电压信号则为行波信号。

本实施例通过跨阻放大器对电信号进行一级放大，通过二级放大器进行二级放大，减少了高频信号的损失，最大程度还原行波电压信号，提高了行波信号采集的精度。

在一个具体的实施例中，在光电探测器与跨阻放大器之间设置铜罩。

需要说明的是，跨阻放大器选用低噪声、高性能的放大器，在光电探测器与跨阻放大器之间设置铜罩，减少被引进跨阻放大器的干扰信号，提高放大器模块的抗干扰能力，避免干扰信号对放大器模块的信号转换进行干扰，进一步提高了采集到的故障行波信号的精度和可靠性。

作为一个示例说明，铜罩的厚度可以取5mm。

在一个具体的实施例中，光学传感模块为光学电压互感器，光学电压互感器包括光电二极管。

在一个具体的实施例中，光电二极管为具备较小温度系数的光电二极管。优选地，光电二极管的温度系数的数值范围可以是1.1mV/℃～1.5mV/℃。

需要说明的是，光学电压互感器中的光电二极管应当采用较小温度系数的光电二极管，以降低温度变化对光电二极管影响。

光学电压互感器仅有光学元件制成，其内部无铁芯和线圈，不存在铁磁谐振以及磁路饱和等现象，而且其可直接实现对导体电压产生的电场进行测量，不需要借助任何分压装置，避免了因分压环节对宽频带行波信号传变产生干扰和造成衰减，可准确测量行波电压信号，有利于对长距离的行波电压信号进行准确测量。

作为进一步地改进，光学电压互感器设置于恒温盒内。

在原始设置的光学电压互感器的位置上，增加恒温盒，并将光学电压互感器放置于恒温盒内，从而尽可能将传感器的工作温度保持在恒定的状态，避免因光学电压互感器中各光学元件温度系数的差异引起光路耦合情况的改变。可以理解的是，恒温盒可以采用现有的可实现恒温控制的装置。在安装时，为了减少安装的不便，可以在恒温盒上设置相应的进线口和出线口，以便光学电压互感器通过进线口和出线口与其他设备进行连接。

在另一个优选的实施例中，还包括低通滤波器；低通滤波器设置于放大器模块与模数转换模块之间的通路上，分别与放大器模块和模数转换模块连接。

在本实施例中，放大器模块输出经过二级放大的电压信号至低通滤波器中，低通滤波器将接收到的电压信号进行噪声滤波处理，滤除信号中的噪声和高频成分，并将滤波处理后的电压信号传输至模数转换模块中，模数转换模块将经过滤波处理的电压信号转换成数字电压信号。

在另一个优选的实施例中，还包括：

模数转换模块与行波测距装置连接。

在本实施例中，模数转换模块与行波测距装置连接，将得到的数字电压信号传输至行波测距装置中，以便行波测距装置根据接收到的数字电压信号对故障发生处进行定位，从而便于运维人员更快处理故障，提高电力线路运行的可靠性。

在另一个优选的实施例中，还包括信号处理模块，信号处理模块与模数转换模块连接。

在本实施例中，信号处理模块包括DSP信号处理器。模数转换模块将得到的数字电压信号传输至DSP信号处理器，DSP信号处理器按照通信协议接收数字电压信号，并将数字电压信号转换为对应的电压信息，得到对应的电压信息。

在另一个优选的实施例中，还包括：

信号处理模块与行波测距装置连接。

在本实施例中，信号处理模块将得到的电压信息传输至行波测距装置中，为进行故障定位提供有力的数据支持。

在另一个优选的实施例中，模数转换模块通过SMA至BNC的频闭连接线与行波测距装置连接。

在另一个优选的实施例中，信号处理模块通过SMA至BNC的频闭连接线与行波测距装置连接。

本实施例通过采用SMA至BNC的屏蔽连接线，减少行波电压电信号的传输距离，提高行波信号的完整度。

在另一个优选的实施例中，模数转换模块中包括高速AD芯片。

在本实施例中，高速AD芯片的信号输入端为差分输入。

在另一个优选的实施例中，还包括电源模块；

电源模块的输出端连接电解电容，并经过电解电容与光电探测器、光源模块、放大器模块、模数转换模块连接。

在本实施例中，通过增加电解电容减少电源干扰，提高电源模块的供电质量。

作为一个示例说明，电解电容的取值可以是100uF。

在另一个优选实施例中，光电探测器的数量为多个，其中，多个光电探测器分别与光学传感模块连接。

需要说明的是，当应用于多分支线路时，本实施例通过增加多个光电探测器进行检测，便于确定故障分支。

以上对本实用新型所提供的一种配电网故障行波信号采集系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (10)

1.一种配电网故障行波信号采集系统，其特征在于，包括：

光学传感模块、光电探测器、放大器模块、模数转换模块、光源模块；

所述光学传感模块安装于电力线路的高压侧，并分别与交流母线和地电位连接；

所述光电探测器、所述放大器模块、所述模数转换模块、所述光源模块均设置于电力线路的低压侧；

所述光学传感模块通过光纤分别与所述光电探测器、所述光源模块连接；

所述光电探测器与所述放大器模块连接；

所述放大器模块与所述模数转换模块连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述放大器模块包括跨阻放大器和二级放大器；

所述光电探测器与所述跨阻放大器连接；

所述跨阻放大器与所述二级放大器连接；

所述二级放大器与所述模数转换模块连接。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述光电探测器与所述跨阻放大器之间设置有铜罩。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述铜罩的厚度为5mm。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光学传感模块包括光学电压互感器和恒温盒，所述光学电压互感器设置于所述恒温盒内。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：低通滤波器；所述低通滤波器设置于所述放大器模块与模数转换模块之间的通路上，并分别与所述放大器模块和所述模数转换模块连接。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述模数转换模块与外部的行波测距装置连接，用于向所述行波测距装置传输行波数据。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述模数转换模块通过SMA至BNC的频闭连接线与所述行波测距装置连接。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括信号处理模块；

所述模数转换模块与所述信号处理模块连接；

所述信号处理模块通过SMA至BNC的频闭连接线与所述行波测距装置连接。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述光源模块为LED光源。

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