一种混合输电线路的行波故障定位装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种混合输电线路的行波故障定位装置，属于电力电子的高压输电线路技术领域；所述装置包括：电流提取模块、信号调理电路、A/D转换模块、GPS高精度同步时钟模块、DSP中央处理器模块、GPRS通信模块、PC主站综合分析模块；在整个混合输电线路中安装七个行波提取装置，分别置于混合线路的两端、架空线中点、GIL中点、电缆线中点、架空线与GIL连接处、GIL与电缆连接处。本发明专利技术利用GPS对输电线路中各端行波提取装置进行时间同步，提高了故障定位的精度；利用DSP芯片实现对故障信号的处理，从而实现了对混合输电线路中故障的快速识别与定位。

【技术实现步骤摘要】
一种混合输电线路的行波故障定位装置
本专利技术属于高压混合输电线路故障测距
，特别涉及一种混合输电线路的行波故障定位装置。
技术介绍
架空线、气体绝缘输电线路(GIL)和电缆线因其不同的结构特点，可以满足电力输电系统在不同条件下的铺设安排，提高整个输电线路的适应性和灵活性。然而对于新型的架空线-GIL-电缆混合输电线路，传统的单端、双端测距均不能达到很好的效果。为了能够在二次侧检测到线路中的暂态行波现象，需要准确的提取线路中的行波分量，同时为保证故障定位精度，对故障模拟信号采集速度有较高的要求。传统的基于行波的故障测距方法中，依靠第一次和第二次行波的波头到达各检测点的时间来进行测距，然而由于架空线、GIL、电缆线路参数存在差异，电流行波在混合线路中会出现多个波阻抗不连续点，导致出现行波折反射现象，将难以判断到达检测装置的行波为第一次行波的波头或者后续反射得到的行波信号。对于基于行波的多端测距方法，需要在数据同步采样的基础上得到初始行波到达各记录装置的准确时间。而由于输电线路各装置的时间总会出现差异，导致时间不同步，最终将会影响测距精度。综上，亟需一种新的基于GPS基准时差的混合输电线路的行波故障定位装置。
技术实现思路
为了解决架空线-气体绝缘输电线路(GIL)-电缆混合这种新型输电线路测距问题，本专利技术对已有的行波测距装置进行改进，提出一种混合输电线路的行波故障定位装置，利用GPS对分布于输电线路中的行波提取装置的进行时间同步，可提高故障定位的精度；利用DSP芯片对故障信息进行高速处理，提高故障信号处理的速度；利用GPRS实现故障数据包的发送，提高通信的自动化和精确度。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的一种混合输电线路的行波故障定位装置，包括：电流提取模块，用于提取线路故障行波信号；信号调理电路模块，用于将电流提取模块获得的故障行波信号调整到符合A/D转换模块的量程范围内，获得调整后的故障行波信号；A/D转换模块，用于将信号调理电路模块调整后的故障行波信号处理为故障行波数字信号；DSP中央处理器模块，用于对A/D转换模块输出的故障行波数字信号进行处理，得到故障行波信号到达各电流提取模块的时间；PC主站综合分析模块，所述PC主站综合分析模块内嵌有故障测距算法，用于基于DSP中央处理器模块获得的时间完成故障定位。本专利技术的进一步改进在于，还包括：GPS同步时钟模块，用于为所述行波故障定位装置提供统一的时间基准。本专利技术的进一步改进在于，还包括：GPRS通信模块，用于实现将DSP中央处理模块处理后所得故障信息发送到PC主站综合分析模块。本专利技术的进一步改进在于，所述电流提取模块分别设置于混合线路两端、架空线中点、GIL中点、电缆线中点、架空线与GIL连接处、GIL与电缆线连接处；所述电流提取模块包括：电流互感器，用于实现将输电线路一次侧的电流信号通过二次侧电流互感器转变为便于采集与测量的电流信号；其中，采集到的电流信号为电路故障的三相电流信号。本专利技术的进一步改进在于，所述调理电路模块包括：Π型滤波电路和模拟放大电路。本专利技术的进一步改进在于，DSP中央处理器中，首先对采集到的故障电流行波信号进行相模变换，得到α线模分量；对提取得到的α线模分量进行小波变换，分析其模极大值，得到故障行波信号到达各电流提取模块的时间。本专利技术的进一步改进在于，DSP中央处理器中，对α分量进行连续小波变换的表达式为：式中，χ(t)是为电流信号，a为比例因子，b为转移因子，为所选择的母小波的复共轭。本专利技术的进一步改进在于，所述PC主站综合分析模块内嵌的故障测距算法是：基于故障行波信号到达各电流提取模块的时间，根据最小时间法以及临近测点时间差值比较法判断出故障发生的区段；基于获得的故障发生的区段，计算波速和故障起始时间；基于计算获得的波速和故障起始时间，确定故障位置，完成故障定位。本专利技术的进一步改进在于，所述PC主站综合分析模块内嵌的故障测距算法中：当时间tm最小时，故障发生在架空线前半段；当时间ta最小时，若tb>tm，故障发生在架空线前半段；否则，故障发生在架空线后半段；当时间tb最小时，若td-tc＝tc-tb，故障发生在架空线后半段；否则，故障发生在气体绝缘输电线路前半段；当时间tc最小时，若tb<td，故障发生在气体绝缘输电线路前半段；否则，故障发生在气体绝缘输电线路后半段；当时间td最小时，若te-td＝tn-te，故障发生在气体绝缘输电线路后半段；否则，故障发生在电缆线前半段；当时间te最小时，若tn>td，故障发生在电缆线前半段；否则，故障发生在电缆线后半段；当时间tn最小时，故障发生在电缆线后半段；其中，tm为终端m处行波探头的第一个波头到达时间，ta为架空线中点行波探头的第一个波头到达时间，tb为架空线和气体绝缘输电线路连接处行波探头的第一个波头到达时间，tc为气体绝缘输电线路中点处行波探头的第一个波头到达时间，td为气体绝缘输电线路和电缆线连接处行波探头的第一个波头到达时间，te为电缆线中点行波探头的第一个波头到达时间，tn为终端n处行波探头的第一个波头到达时间。本专利技术的进一步改进在于，(1)故障发生在架空线前半段，计算波速和故障起始时间t0的表达式为：确定故障位置的表达式为：d＝(tm-t0)v1；(2)故障发生在架空线后半段，计算波速和故障起始时间t0的表达式为：确定故障位置的表达式为：d＝l1+(ta-t0)v1；(3)故障发生在气体绝缘输电线路前半段，计算波速和故障起始时间t0的表达式为：确定故障位置的表达式为：d＝2l1+(tb-t0)v2；(4)故障发生在气体绝缘输电线路后半段，计算波速和故障起始时间t0的表达式为：确定故障位置的表达式为：d＝2l1+l2+(tc-t0)；(5)故障发生在电缆线前半段，计算波速和故障起始时间t0的表达式为：确定故障位置的表达式为：d＝2l1+2l2+(td-t0)v3；(6)故障发生在电缆线后半段，计算波速和故障起始时间t0的表达式为：确定故障位置的表达式为：d＝2l1+2l2+l3+(te-t0)v3；式中，l1为架空线长度的一半，l2为气体绝缘输电线路长度的一半，l3为电缆线长度的一半，v1为行波在架空线中的传播速度，v2为行波在气体绝缘输电线路中的传播速度，v3为行波在电缆线中的传播速度，d为故障位置与终端m的距离。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术的基于GPS基准时差的混合输电线路的行波故障定位装置，利用GPS对分布于输电线路中的行波提取装置的进行时间同步，可提高故障定位的精度；利用DSP芯片对故障信息进行高速处理，提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合输电线路的行波故障定位装置，其特征在于，包括：/n电流提取模块，用于提取线路故障行波信号；/n信号调理电路模块，用于将电流提取模块获得的故障行波信号调整到符合A/D转换模块的量程范围内，获得调整后的故障行波信号；/nA/D转换模块，用于将信号调理电路模块调整后的故障行波信号处理为故障行波数字信号；/nDSP中央处理器模块，用于对A/D转换模块输出的故障行波数字信号进行处理，得到故障行波信号到达各电流提取模块的时间；/nPC主站综合分析模块，所述PC主站综合分析模块内嵌有故障测距算法，用于基于DSP中央处理器模块获得的时间完成故障定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种混合输电线路的行波故障定位装置，其特征在于，包括：
电流提取模块，用于提取线路故障行波信号；
信号调理电路模块，用于将电流提取模块获得的故障行波信号调整到符合A/D转换模块的量程范围内，获得调整后的故障行波信号；
A/D转换模块，用于将信号调理电路模块调整后的故障行波信号处理为故障行波数字信号；
DSP中央处理器模块，用于对A/D转换模块输出的故障行波数字信号进行处理，得到故障行波信号到达各电流提取模块的时间；
PC主站综合分析模块，所述PC主站综合分析模块内嵌有故障测距算法，用于基于DSP中央处理器模块获得的时间完成故障定位。


2.根据权利要求1所述的一种混合输电线路的行波故障定位装置，其特征在于，还包括：
GPS同步时钟模块，用于为所述行波故障定位装置提供统一的时间基准。


3.根据权利要求1所述的一种混合输电线路的行波故障定位装置，其特征在于，还包括：
GPRS通信模块，用于实现将DSP中央处理模块处理后所得故障信息发送到PC主站综合分析模块。


4.根据权利要求1所述的一种混合输电线路的行波故障定位装置，其特征在于，
所述电流提取模块分别设置于混合线路两端、架空线中点、GIL中点、电缆线中点、架空线与GIL连接处、GIL与电缆线连接处；
所述电流提取模块包括：
电流互感器，用于实现将输电线路一次侧的电流信号通过二次侧电流互感器转变为便于采集与测量的电流信号；其中，采集到的电流信号为电路故障的三相电流信号。


5.根据权利要求1所述的一种混合输电线路的行波故障定位装置，其特征在于，
所述调理电路模块包括：Π型滤波电路和模拟放大电路。


6.根据权利要求1所述的一种混合输电线路的行波故障定位装置，其特征在于，DSP中央处理器中，首先对采集到的故障电流行波信号进行相模变换，得到α线模分量；对提取得到的α线模分量进行小波变换，分析其模极大值，得到故障行波信号到达各电流提取模块的时间。


7.根据权利要求6所述的一种混合输电线路的行波故障定位装置，其特征在于，DSP中央处理器中，
对α分量进行连续小波变换的表达式为：



式中，χ(t)是为电流信号，a为比例因子，b为转移因子，为所选择的母小波的复共轭。


8.根据权利要求1所述的一种混合输电线路的行波故障定位装置，其特征在于，所述PC主站综合分析模块内嵌的故障测距算法是：基于故障行波信号到达各电流提取模块的时间，根据最小时间法以及临近测点时间差值比较法判断出故障发生的区段；基于获得的故障发生的区段，计算波速和故障起始时间；基于计算获得的波速和故障起始时间，确定故障位置，完成故障定位。


9.根据权利要求4所述的一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：成林，刘健，毕闯，卢江平，吴经锋，吴健，耿鹏杰，郭安祥，徐伟锋，方玉鑫，高峰，马雪杰，王辰曦，吴子豪，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司电力科学研究院，电子科技大学，国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61