CN220137290U - 一种分布式输电线路雷击故障识别装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电力系统输电线路故障检测领域。目的是提供一种分布式输电线路雷击故障识别装置，该装置应能及时准确地识别出雷击故障以及雷击故障类型。技术方案是：一种分布式输电线路雷击故障识别装置，其特征在于：该装置包括依次连接的信号采集单元、信号处理单元、数据发送单元以及向上述单元供电的电源单元。

Description

一种分布式输电线路雷击故障识别装置

技术领域

本实用新型涉及电力系统输电线路故障检测领域，尤其是涉及一种分布式输电线路雷击故障识别装置。

背景技术

随着电网结构的发展和完善，电力线路建设的迅猛发展，与之相关的许多问题随之出现。电力线路所处地理位置和环境条件特殊，主要在于这些因素：杆塔点多、面广、线长、线路走廊环境复杂、终年暴露在野外、线路容易遭受恶劣自然天气的侵袭引起线路跳闸与线路被迫停电。

在自然天气袭击中雷电引起的故障约占总故障的40％-70％，并且瞬时性雷击故障痕迹不明显，人工巡线很难辨识，但瞬时性雷击故障容易引发下一次故障。因此如何及时有效地识别出雷击故障以及雷击故障的具体类型，对输电线路安全稳定运行尤为重要。

传统输电线路巡检，大多依赖运行维护人员肉眼或手持仪器排查电路中的故障，根据经验判断潜在隐患。然而，纯靠人力检测本身就是一个巨大隐患，巡检员很难一处不落地排除掉所有隐患，而在电网的运行中，任何微小的安全问题都有可能造成事故，造成巨大的经济损失。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种分布式输电线路雷击故障识别装置，该装置应能及时准确地识别出雷击故障以及雷击故障类型。

本实用新型的技术方案是：

一种分布式输电线路雷击故障识别装置，其特征在于：该装置包括依次连接的信号采集单元、信号处理单元、数据发送单元以及向上述单元供电的电源单元。

所述信号处理单元包括依次连接的信号调理电路、AD8138差分运放驱动器、高速AD9226模块、现场可编程门阵列与DDR3存储器；所述信号处理单元还包括OSC时钟源，OSC时钟源通过分频器同时连接高速AD9226模块、现场可编程门阵列与DDR3存储器；所述信号处理单元还包括Flash存储器以及同时连接现场可编程门阵列与Flash存储器的QSPI-Flash存储控制器。

所述信号采集单元包括依次连接的罗氏线圈与积分放大电路；所述积分放大电路包括放大电路与积分器。

所述数据发送单元包括依次连接的温度传感器、CPU模块、GPRS/4G模块。

所述信号调理电路包括依次连接的缓冲器、滤波器、平移放大电路。

所述积分放大电路连接缓冲器；所述平移放大电路连接AD8138差分运放驱动器；所述DDR3存储器连接CPU模块；所述分频器还连接CPU模块。

所述电源单元包括依次连接的BNWGK-300取电模块、整流滤波电路、DC/DC变换器、充电管理模块、锂电池；所述电源单元还包括连接整流滤波电路的太阳能板以及连接DC/DC变换器与锂电池的电量检测模块；所述DC/DC变换器连接信号采集单元、信号处理单元与数据发送单元。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型采用四个独立运行的单元，避免互相之间发生干扰，可使装置独立高效地采集、处理、分析数据，提高了分析故障的实时性、可靠性和准确性，能够快速且准确地识别出雷击故障、雷击故障类型、故障点距离，具有识别准确率高、工作效率快等优点，降低了人工故障排查难度和成本，提高了供电安全性和可靠性，具有巨大的经济和社会效益。

附图说明

图1是本实用新型的连接关系示意图。

图2是信号采集单元、信号处理单元、数据发送单元的连接关系示意图。

图3是电源单元的示意图。

图4是现场可编程门阵列的读写数据流程图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种分布式输电线路雷击故障识别装置，包括电源单元、信号采集单元、信号处理单元、数据发送单元。所述信号采集单元、信号处理单元、数据发送单元依次连接，电源单元向信号采集单元、信号处理单元、数据发送单元进行供电。

所述信号采集单元包括依次连接的罗氏线圈、积分放大电路。所述积分放大电路包括放大电路、积分器。所述罗氏线圈套在被测量的导线上，导线中流过的交流电会在导体周围产生一个交替变化的磁场，从而在罗氏线圈中感应出一个与电流变化成比例的交流电压信号。由于罗氏线圈感应出的电压很小，在积分器前面加一放大电路将信号放大再积分，一方面可以增大还原信号，另一方面，放大电路的电容可以过滤掉不必要的干扰，采集到的电压信号可以准确地再现被测量电流信号的波形。

所述信号处理单元包括信号调理电路、AD8138差分运放驱动器、高速AD9226模块、现场可编程门阵列、DDR3存储器、OSC时钟源、分频器、QSPI-Flash存储控制器、Flash存储器。

所述信号调理电路、AD8138差分运放驱动器、高速AD9226模块、现场可编程门阵列与DDR3存储器依次连接，OSC时钟源通过分频器同时连接高速AD9226模块、现场可编程门阵列、DDR3存储器与数据发送单元的CPU模块，QSPI-Flash存储控制器同时连接现场可编程门阵列与Flash存储器。

所述信号调理电路包括依次连接的缓冲器、滤波器、平移放大电路。所述信号调理电路的输入端(缓冲器)与信号采集单元的积分放大电路相连，信号调理电路的输出端(平移放大电路)分别连接两个AD8138差分运放驱动器的SMA接口。

所述高速AD9226模块的第2、3管脚连接其中一个AD8138差分运放驱动器的输出端，高速AD9226模块的第14、15管脚连接另一个AD8138差分运放驱动器的输出端，高速AD9226模块的输出端连接现场可编程门阵列的第22管脚。

所述现场可编程门阵列包括读FIFO

模块、写FIFO模块、axi_master总线控制模块、MIG_IP核、frame_fifo_write模块、frame_fifo_read模块。其中，frame_fifo_write模块与写FIFO模块的一端连接高速AD9226模块并且另一端连接axi_master总线控制模块，frame_fifo_read模块与读FIFO模块的一端连接CPU模块并且另一端连接axi_master总线控制模块，MIG_IP核的一端通过Axi读写总线连接axi_master总线控制模块，MIG_IP核的另一端连接DDR3存储器，OSC时钟源连接分频器的输入端，分频器的输出端同时连接CPU模块、现场可编程门阵列、DDR3存储器、高速AD9226模块。

所述信号处理单元的功能是把采集到的行波信号进行滤波、平移放大、模拟信号转换为数字信号以及将带有时间信息的数据存储到DDR3中，供CPU调用分析。滤波器对采集到的行波信号滤除干扰，平移放大电路将模拟信号放大调整到高速AD9226模块的采样量程之内，充分发挥高速AD9226模块的性能，保证采样数据的完整性。

所述高速AD9226模块采用双通道高速AD9226转换器，可保证较高的采样率，采样频率高达65MHZ，可转换的数据长度为12位，并且具有优异的SNR和SFDR性能。所述信号处理单元采用高速AD9226模块与现场可编程门阵列结合的方式对数据进行采集，处理和缓存，可以连续采集行波数据，保证了对行波数据的连续采样，增加了对高频行波数据采集的可靠性及准确性。所述信号处理单元采用Axi读写总线对数据进行读写操作，保证了数据传输的实时性，独立的读写通道提升数据读写的速度，保证了数据采集的实时性。

所述现场可编程门阵列的功能是根据通信系统需要控制高速AD9226模块实时开始或者停止采样，当采集到行波数据后，现场可编程门阵列给高速AD9226模块发送时钟信号，高速AD9226模块对行波信号进行模数转换，将连续的模拟量转换为数字量。数据转换完成后，现场可编程门阵列给写FIFO发送写时钟命令，写FIFO模块在写时钟命令控制下将高速AD9226模块转换的数字信号存储到写FIFO模块中；采集到的行波数据超过写FIFO模块给定的阈值时，axi_master总线控制模块给写FIFO模块发送写数据请求，写FIFO模块根据burst的起始地址与burst场地自动进行地址计算，将对应的数据发送到axi_master侧，MIG_IP核通过地址通道、数据通道将数据写入到DDR3存储器中；数据的发送过程为通过给MIG_IP核发送时钟信号，MIG_IP核将DDR3存储器中的数据传输到axi_master侧，读FIFO模块给axi_master总线控制模块发送读数据请求以及读地址请求，读FIFO模块通过数据与地址线读取行波数据，当读FIFO数据为满状态时，在读时钟的控制下，数据从读FIFO模块中发送至CPU模块。frame_fifo_write模块完成Fifo数据到外部存储器的写入，frame_fifo_read模块完成从外部存储器读取数据。

所述Flash存储器是一种长寿命的非易失性存储器，用作存储操作系统、程序代码、数据信息，并且具有掉电时仍能保存数据的优点。QSPI-Flash存储控制器与Flash存储器相连，用于Flash数据传输和执行Flash存储的代码。OSC时钟源模块主要用于时钟同步，统一时间基准并提供时间信息。OSC时钟源接收卫星的位置以及时间信号，将秒脉冲信号发送至现场可编程门阵列，后经过现场可编程门阵列的控制实现所有节点同步采集信号，保证采集到的每组数据有着相应的采集时间，方便之后的数据分析。OSC时钟源还将秒脉冲发送给CPU模块从而实现数据分析同步。

所述电源单元包括BNWGK-300取电模块、太阳能板、整流滤波电路、DC/DC变换器、充电管理模块、锂电池、电量检测模块。所述NWGK-300取电模块、整流滤波电路、DC/DC变换器、充电管理模块、锂电池依次连接，太阳能板也连接整流滤波电路,电量检测模块同时连接DC/DC变换器与锂电池，DC/DC变换器连接硬件系统(信号采集单元、信号处理单元与数据发送单元)。

所述电源单元采用BNWGK-300取电模块与太阳能板、锂电池结合的方式为整个装置供电。BNWGK-300取电模块和太阳能板的输出端连接整流滤波电路的输入端，整流滤波电路的输出端连接DC/DC变换器的输入端，DC/DC变换器的输出端向硬件系统(信号采集单元、信号处理单元、数据发送单元)供电，DC/DC变换器还通过充电管理模块连接锂电池，并且电量检测模块同时连接DC/DC变换器与锂电池。

BNWGK-300取电模块从高压线路中感应出电势，太阳能板将太阳能转化为电能，BNWGK-300取电模块与太阳能板相结合为装置供电，并把多余的电量储存在锂电池中，保证装置能在夜间以及雷雨天气正常工作。所述DC/DC变换器与硬件系统相连，根据硬件系统需要将电压转换为所需电压值，例如3.3V，5V等。

BNWGK-300取电模块通过电磁感应从架空线路获取电能，当输电线路中流过交流电时，BNWGK-300取电模块的取电线圈两端会感应出电势，整流滤波电路对电势进行整流、滤波、稳压后供给DC/DC变换器，电量检测模块对DC/DC变换器输入电压以及锂电池电压进行检测；当DC/DC变换器输入电压小于12V时表明线圈一次侧供电不足，此时测量锂电池电压，通过充电管理模块调整电池占空比，由锂电池进行供电，保证系统正常工作；当DC/DC变换器输入电压为12V-14V之间时，供电电源部分处于临界稳定状态，能够同时给系统供电和电池充电；当DC/DC变换器输入电压大于14V时,说明供电电源部分处于稳定状态，即一次侧电压较大，取电线圈接近饱和状态而供电稳定，这时测量电池电压，通过充电管理模块调整电池占空比，使电源单元正常工作。这种供电方式提高了电源单元的灵活性和适用范围，使本装置能够长期稳定运行。所述电源单元能够稳定地为整个装置供电，保证了装置供电灵活性、适用范围以及长期稳定运行。

所述数据发送单元包括CPU模块、温度传感器、GPRS/4G模块。所述温度传感器、CPU模块、GPRS/4G模块依次连接。

所述数据发送单元的功能是：

CPU模块对带有时间信息的行波数据进行处理分析，并通过GPRS/4G模块把数据传输给终端服务器，终端服务器根据带有时间信息的行波数据(行波第一个波峰时刻、波速等)进行识别，判断雷击故障、雷击故障类型、故障具体位置，之后将结果通过局域网发送给客户端，用户通过客户端查询具体故障信息。温度传感器用于测量CPU模块的温度。

本实用新型采用小波能量谱法识别输电线路雷击故障，通过实时监测导线上的行波信号，完整记录下每次故障电流暂态行波，利用各现场终端的行波数据对雷击故障进行识别，可以达到较高的准确率。

本实用新型安装在输电线路导线或塔台上，每隔20-30KM安装一套，实时监测导线上的行波信号，完整记录每次故障电流暂态行波，再通过GPRS/4G模块将故障电流暂态行波传输到终端服务器，终端服务器利用各现场终端的行波数据识别出雷击故障、雷击故障类型以及计算出故障点的精确位置，将计算结果通过局域网发送到客户端供用户查询，极大地方便维修人员检修线路。

本实用新型的各部件均为现有技术，可外购获得。

附图中给出了本实用新型的较佳实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容的理解更加透彻全面。

Claims (3)

1.一种分布式输电线路雷击故障识别装置，其特征在于：该装置包括依次连接的信号采集单元、信号处理单元、数据发送单元以及向上述单元供电的电源单元；

所述信号处理单元包括依次连接的信号调理电路、AD8138差分运放驱动器、高速AD9226模块、现场可编程门阵列与DDR3存储器；所述信号处理单元还包括OSC时钟源，OSC时钟源通过分频器同时连接高速AD9226模块、现场可编程门阵列与DDR3存储器；所述信号处理单元还包括Flash存储器以及同时连接现场可编程门阵列与Flash存储器的QSPI-Flash存储控制器；

所述信号采集单元包括依次连接的罗氏线圈与积分放大电路；所述积分放大电路包括放大电路与积分器；

所述数据发送单元包括依次连接的温度传感器、CPU模块、GPRS/4G模块；

所述电源单元包括依次连接的BNWGK-300取电模块、整流滤波电路、DC/DC变换器、充电管理模块、锂电池；所述电源单元还包括连接整流滤波电路的太阳能板以及连接DC/DC变换器与锂电池的电量检测模块；所述DC/DC变换器连接信号采集单元、信号处理单元与数据发送单元。

2.根据权利要求1所述的一种分布式输电线路雷击故障识别装置，其特征在于：所述信号调理电路包括依次连接的缓冲器、滤波器、平移放大电路。

3.根据权利要求2所述的一种分布式输电线路雷击故障识别装置，其特征在于：所述积分放大电路连接缓冲器；所述平移放大电路连接AD8138差分运放驱动器；所述DDR3存储器连接CPU模块；所述分频器还连接CPU模块。