一种基于电压行波原理的故障录波装置及测距方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于电压行波原理的故障录波装置及测距方法，基于电压行波原理的故障录波装置结构为：录波判据单元、行波单元、时间同步单元、管理单元均安装在录波器模拟机箱内，管理单元分别与行波单元、录波判据单元相连，录波判据单元负责判断录波启动以及各类特征参数的计算；行波单元负责软硬件结合判定行波波头到来时间；时间同步单元接入所需时间模块，为装置提供可靠精准的系统时间；管理单元负责装置的通信管理、录波管理、综合判据管理和系统任务管理。本发明专利技术通过在故障录波装置中集成母线电压行波的方法，提高故障录波器中输电线路故障点定位的准确度，可以大大缩短故障查线和故障修复时间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电力系统继电保护故障录波测距
，具体涉及一种基于电压行波原理的故障录波装置及测距方法。
技术介绍
高压输电线路，输电走廊复杂，容易发生故障。尤其是超高压输电线路输送距离长，暴露在旷野，且多为山区丘陵地形，是高压输电网中故障发生率最高的地方。输电线路故障对系统的安全运行构成较大威胁，也给线路运行维护人员带来了繁重的查找故障点的负担。故障点的快速、准确定位，可以大大缩短故障修复的时间，减少因停电造成的损失，提高系统运行的可靠性，具有重大的社会和经济效益。目前电力系统中的故障录波装置都具有故障测距功能，且通常采用阻抗原理实现。从原理上看，行波测距与阻抗类算法相比几乎不受过渡电阻和线路不对称等因素的影响，精度优于阻抗法；但行波法存在反射波识别问题，且在近区还存在无法识别反射波区域，而近端恰好是阻抗法测距较准确的区段，而现阶段市面上存在行波测距装置均采用电流行波测距装置，接入电流通道较多，无法与录波装置有效结合。CN201310059206公开了一种采用行波测距算法的故障录波器，包括电压变送器，电流变送器，录波接入单元，故障录波单元，行波测距单元和CPU插件；电压变送器将电力系统中输入的电压信号转化成模拟电压信号；电流变送器将电力系统中输入的电流号转化成两路模拟电流信号；录波接入单元将模拟电压信号和模拟电流信号分别转化成数字电压信号和数字电流信号等；故障录波单元对数字电压信号、数字电流信号进行采样等；所述行波测距单元对模拟电流信号A/D转换成高速数字电流信号等，CPU插件接收行波数据和录波数据，并根据行波数据和录波数据计算出故障位置。CN201310059206采用电流信号进行行波算法分析，行波插件最大接入15路电流信号，而对一个常见的双母线接线的变电站而言，满配情况下电流通道有至少有64路左右，因此该公开技术无法满足配置要求，当故障线路为未配置行波通道的(64-15)路之一时，行波插件未起到相应作用，局限性较大。CN201310059206行波采样率为1M，已不能满足当前标准要求(国标要求行波测距采样率不小于2M)，同时受硬件平台性能以及内置交换机通信速率的限制(2M采用率下，15通道电流行波数据流量为480Mb，远大于交换机流量限制)。
技术实现思路
本专利技术的目的为了克服上述现有技术不足，提供一种一种基于电压行波原理的故障录波装置及测距方法，在故障录波装置中采用母线电压行波分析法集成行波测距装置的功能，并综合分析行波测距装置和录波装置的测距结果，得出最优的测距输出，提高输电线路故障点定位的准确性和精度，缩短故障查线和故障修复时间，以克服现有技术中存在的不足。本专利技术不仅可以正确分析和确定事故原因，研究有效的防止措施，而且通过与行波测距相结合，实现了准确性更高的故障点定位功能，对提高变电站基础理论研究水平、保障变电站可靠运行具有重要意义。本专利技术所要解上述技术问题的技术方案如下：一种基于电压行波原理的故障录波装置，包括录波判据单元、行波单元、时间同步单元、管理单元，其特征在于：录波判据单元、行波单元、时间同步单元、管理单元均安装在故障录波装置内，管理单元分别与行波单元、录波判据单元进行数据交互，录波判据单元负责判断录波启动以及各类特征参数的计算；行波单元负责判定行波波头到来时间以及行波波形的存储；时间同步单元接入所需时间模块，为装置提供可靠精准的系统时间；管理单元负责装置的通信管理、录波管理、综合测距管理和系统任务管理。所述的行波单元包括FPGA硬件波头检测、行波CPU、A/D转换电路、硬件波头调理电路、电压互感器、存储插件；电压互感器接入的母线电压信号分别与A/D转换电路、硬件波头调理电路相连，FPGA硬件波头检测分别与行波CPU、A/D转换电路、硬件波头调理电路相连，FPGA硬件波头监测接收时间同步信号，行波CPU与管理单元交互信息；其中FPGA硬件波头检测对电压行波信号进行有源带宽滤波，并经硬件波头调理电路的微分电路、正负变化率比较器、正负峰值比较器进行调理，结合大规模FPGA进行波头和极性检测；行波CPU接收经FPGA硬件波头检测处理的信号，根据波头检测结果进行深度小波分析，并连接存储插件进行波形存储。该部分结合FPGA硬件波头检测以及软件小波换算进行综合的行波波头判断，FPGA硬件波头检测时间分辨率较高，可弥补软件小波算法带来的时间误差，进一步提高测距精度，同时在FPGA硬件波头检测未检测到波头期间进行波形管理相关处理(绝大部分时间都没有行波波头)，解决了因为CPU性能瓶颈带来的成本问题，选用低性能CPU，降低装置生产成本。所述的时间同步单元由泰斗模块和时钟同步单片机组成，泰斗模块和时钟同步单片机相连，泰斗模块实时接收天线信号，解析泰斗模块输出的串口报文以及PPS信号，提取出时间信息，为整个装置进行时间同步管理；同时该单元可以接受站内时间同步装 置输出的对时信号，作为辅助时间同步管理输入。时间同步单元有如下优点：可自动补偿泰斗模块产生的精度偏差，正常情况外部时间同步装置输出信号精度为1us，而通过装置内自动集成该模块，自动补偿精度偏差，可将信号精度提升到500ns以内，按行波速度为3*108m/s速率计算，测距精度将直接由300米提升到150米，更有利现场故障点定位。所述的录波判据单元包括FPGA、AD采样单元、录波判据CPU、信号调理电路，其中信号调理电路进行信号的低通滤波处理以及硬件测频，AD采样单元对故障录波模拟信号、数字开关信号进行AD采样，通过PCIE高速总线输出至录波判据CPU，录波判据CPU对信号进行数据分析，数据分析包括突变量启动判断、有效值、谐波值和序量值启动分析等，并将判据结果发送至管理单元。管理CPU单元包括管理CPU、液晶显示屏、键盘鼠标接口、打印机接口、网口、USB口、串口、存储插件，管理CPU接收录波判断CPU、行波CPU发过来的录波判据启动信息、行波启动信息、实时波形信息，进行录波存储以及故障测距综合判据分析，同时通过液晶显示、键盘鼠标外设进行人机交互以及对外通信，存储插件存储管理CPU产生的波形数据、告警数据和日志数据等。本专利技术的基于电压行波原理的故障录波装置的测距方法，其特征在于按以下步骤进行：(1)行波单元进行母线电压硬件波头检测，如果检测到硬件波头，进行软件小波算法深度分析判断；(2)如果软件小波算法检测到波头信息，认为有行波波形产生；若未检测到波头信息，则认为是小波滤波算法本身产生的干扰，跳过；(3)由于波头的反射，折射性质，可能检测到N个波头，把每个波头的时间、N-1个可能的测距结果传递给管理单元；(4)录波判据单元根据数据进行故障启动、正反向故障判别、故障选相、以及单端故障测距处理，把故障测距信息以及跳闸和合闸的时间信息反馈给管理单元。(5)管理单元根据行波波头信息、录波判据单元测距信息进行综合判断分析，具体有以下几种情况：(a)情况一相近时间内无行波波头信息且无故障录波信息，认为无故障；(b)情况二相近时间内无行波波头信息，但有故障录波信息，认为是母线近端故 障，以阻抗法判据为最终结果输出；(c)情况三相近时间内有行波波形信息，但波头只有1个，且有故障录波信息，认为是对侧远距离母线反射造成的行波衰减，是母线近端故障，以阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于电压行波原理的故障录波装置，包括录波判据单元、行波单元、时间同步单元、管理单元，其特征在于：录波判据单元、行波单元、时间同步单元、管理单元均安装在故障录波装置内，管理单元分别与行波单元、录波判据单元进行数据交互，录波判据单元负责判断录波启动以及各类特征参数的计算；行波单元负责判定行波波头到来时间以及行波波形的存储；时间同步单元接入所需时间模块，为装置提供可靠精准的系统时间；管理单元负责装置的通信管理、录波管理、综合测距管理和系统任务管理。

【技术特征摘要】
1.一种基于电压行波原理的故障录波装置，包括录波判据单元、行波单元、时间同步单元、管理单元，其特征在于：录波判据单元、行波单元、时间同步单元、管理单元均安装在故障录波装置内，管理单元分别与行波单元、录波判据单元进行数据交互，录波判据单元负责判断录波启动以及各类特征参数的计算；行波单元负责判定行波波头到来时间以及行波波形的存储；时间同步单元接入所需时间模块，为装置提供可靠精准的系统时间；管理单元负责装置的通信管理、录波管理、综合测距管理和系统任务管理。2.根据权利要求1所述的基于电压行波原理的故障录波装置，其特征在于：所述的行波单元包括FPGA硬件波头检测、行波CPU、A/D转换电路、硬件波头调理电路、电压互感器、存储插件；电压互感器接入的母线电压信号分别与A/D转换电路、硬件波头调理电路相连，FPGA硬件波头检测分别与行波CPU、A/D转换电路、硬件波头调理电路相连，FPGA硬件波头监测接收时间同步信号，行波CPU与管理单元交互信息；其中FPGA硬件波头检测对电压行波信号进行有源带宽滤波，并经硬件波头调理电路的微分电路、正负变化率比较器、正负峰值比较器进行调理，结合大规模FPGA进行波头和极性检测；行波CPU接收经FPGA硬件波头检测处理的信号，根据波头检测结果进行深度小波分析，并连接存储插件进行波形存储。3.根据权利要求1所述的基于电压行波原理的故障录波装置，其特征在于：所述的时间同步单元由泰斗模块和时钟同步单片机组成，泰斗模块和时钟同步单片机相连，泰斗模块实时接收天线信号，解析泰斗模块输出的串口报文以及PPS信号，提取出时间信息，为整个装置进行时间同步管理；同时该单元可以接受站内时间同步装置输出的对时信号，作为辅助时间同步管理输入。4.根据权利要求1所述的基于电压行波原理的故障录波装置，其特征在于：所述的录波判据单元包括FPGA、AD采样单元、录波判据CPU、信号调理电路，其中信号调理电路进行信号的低通滤波处理以及硬件测频，AD采样单元对故障录波模拟信号、数字开关信号进行AD采样，通过PCIE高速总线输出至录波判据CPU，录波判据CPU对信号进行数据分析，数据分析包括突变量启动判断、有效值、谐波值和序量值启动分析等，并将判据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王永业，张小波，熊少华，冯维纲，黄勇，郭海蛟，李凡，
申请(专利权)人：武汉中元华电科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42