專利名稱：一種采用行波測距算法的故障錄波器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)的故障錄波器，特別涉及一種采用行波測距算法的故障錄波器。
背景技術：
目前，運用在電力系統(tǒng)中的故障錄波器都帶有傳統(tǒng)單端和雙端測距功能，這種測距的原理是阻抗法，但是阻抗法測距存在精度問題，它們的誤差主要來源于算法本身的假設，測距精度深受故障點的過渡電阻的影響，只有當故障點的過渡電阻為零時，故障點的距離才能夠比較準確的計算出來。而且由于實際系統(tǒng)中線路不完全對稱以及測量端對側(cè)系統(tǒng)阻抗值的不可知等因素的影響，測距誤差往往遠大于某些故障測距產(chǎn)品在理想條件下給出的誤差標準。從原理上看，行波測距與阻抗法相比幾乎不受過渡電阻和線路不對稱等因素的影響，精度優(yōu)于阻抗法；但行波法存在反射波識別問題，且在近區(qū)還存在無法識別反射波區(qū)域，而近端恰好是阻抗法測距較準確的區(qū)段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種在故障錄波器中增加行波測距單元，提高輸電線路故障點定位的準確度，可以大大縮短故障查線和故障修復時間的采用行波測距算法的故障錄波器。本發(fā)明解決上述技術問題的技術方案如下:一種采用行波測距算法的故障錄波器，包括電壓變送器，電流變送器，錄波接入單元，故障錄波單元，行波測距單元和CPU插件；所述電壓變送器，用于將電力系統(tǒng)中輸入的電壓信號按線性比例轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號，并將模擬電壓信號輸出給錄波接入單元；所述電流變送器，用于將電力系統(tǒng)中輸入的電流信號按線性比例轉(zhuǎn)化成相同的兩路模擬電流信號，其中一路模擬電流信號輸出給錄波接入單元，另一路模擬電流信號輸出給行波測距單元；所述錄波接入單元，用于接收電壓變送器發(fā)送的模擬電壓信號和電流變送器發(fā)送的模擬電流信號，并接收電力系統(tǒng)輸入的開關量信號，將模擬電壓信號和模擬電流信號分別轉(zhuǎn)化成數(shù)字電壓信號和數(shù)字電流信號，對開關量信號進行輸入輸出隔離，形成安全開關信號，之后將數(shù)字電壓信號、數(shù)字電流信號和安全開關信號發(fā)送給故障錄波單元；所述故障錄波單元，用于根據(jù)安全開關信號攜帶的開關信息，對數(shù)字電壓信號、數(shù)字電流信號進行采樣，判斷是否滿足啟動錄波的條件、進行錄波，獲得錄波數(shù)據(jù)，將錄波數(shù)據(jù)發(fā)送給行波測距單元；所述行波測距單元，用于對電流變送器發(fā)送的模擬電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成高速數(shù)字電流信號，對高速數(shù)字電流信號進行采樣，判斷是否滿足啟動行波測距的條件、進行行波測距，獲得行波數(shù)據(jù)，將行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU插件；所述CPU插件，用于接收行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)，并根據(jù)行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)計算出故障位置。本發(fā)明的有益效果是:在故障錄波單元中增加行波測距單元，利用阻抗算法對故障進行準確定時，利用小波算法捕捉行波波頭，提高了傳統(tǒng)故障錄波單元的測距精度。在上述技術方案的基礎上，本發(fā)明還可以做如下改進。進一步，所述電流變送器為雙路輸出電流變送器。采用上述進一步方案的有益效果是雙路輸出的電流變送器可以同時輸出兩路相同的模擬電流信號。進一步，所述錄波接入單元包括光電耦合器和兩個A/D轉(zhuǎn)換器，所述光電耦合器用于對開關量信號進行輸入輸出隔離，兩個所述A/D轉(zhuǎn)換器用于對模擬電壓信號和模擬電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換。采用上述進一步方案的有益效果是采用光電耦合器可以對信號進行安全隔離，減少干擾；采用A/D轉(zhuǎn)換器可以將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。進一步，所述故障錄波單元包括第一 FPGA和第一 DSP ；所述第一 FPGA用于根據(jù)安全開關信號的開關狀態(tài)，對錄波接入單元發(fā)送的的數(shù)字電流信號和數(shù)字電壓信號進行采樣，并將錄波采樣結(jié)果發(fā)送給第一 DSP ；所述第一 DSP，用于根據(jù)錄波采樣結(jié)果，判斷是否滿足啟動錄波的條件，進行錄波，獲得錄波數(shù)據(jù)和將錄波數(shù)據(jù)發(fā)送給所述行波測距單元。采用上述進一步方案的有益效果是采用FPGA對信號進行采樣，可實現(xiàn)快速精確采樣；采用DSP進行運算及錄波控制，更加快速精確。進一步，所述行波測距單元包括高速A/D，第二 FPGA，第二 DSP和交換機；所述高速A/D，用于將電流變送器發(fā)送的模擬電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換，生成高速數(shù)字電流信號；所述第二 FPGA，用于對高速數(shù)字電流信號進行行波采樣，并將行波采樣結(jié)果發(fā)送給第二 DSP ；所述第二 DSP，用于根據(jù)行波采樣結(jié)果，判斷是否滿足啟動行波測距的條件，獲得行波數(shù)據(jù)和將行波數(shù)據(jù)發(fā)送給所述交換機；所述交換機，用于將所述故障錄波單元發(fā)送的錄波數(shù)據(jù)和第二 DSP發(fā)送的行波數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU插件。采用上述進一步方案的有益效果是采用高速A/D對模擬電流信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，不產(chǎn)生延遲，實現(xiàn)實時采樣，采用FPGA及DSP。進一步，所述第二 FPGA發(fā)送給第二 DSP的行波采樣結(jié)果，存儲于所述第二 DSP中的256個緩沖區(qū)中。采用上述進一步方案的有益效果是采用多個緩沖區(qū)，防止由于行波采樣率過高導致的數(shù)據(jù)量大，保證行波數(shù)據(jù)能夠可靠的傳給CPU插件。進一步，當不滿足啟動行波測距的條件時，將行波采樣結(jié)果在一個緩沖區(qū)內(nèi)循環(huán)覆蓋；當滿足啟動行波測距的條件時，將當前緩沖區(qū)切換到下一個緩沖區(qū)。 采用上述進一步方案的有益效果是可以保證行波數(shù)據(jù)的可靠性。
進一步,所述啟動錄波的條件包括電壓/電流突變量啟動、電壓/電流越限量啟動、電壓/電流序量啟動和開關量變位啟動。進一步，所述啟動行波測距的條件包括電壓/電流突變量啟動、電壓/電流越限量啟動、電壓/電流序量啟動和開關量變位啟動。采用上述進一步方案的有益效果是設置啟動錄波條件及啟動行波測距的條件，有益于安全實現(xiàn)錄波及行波測距的過程，挺高系統(tǒng)運行的可靠性。


圖1為本發(fā)明整體結(jié)構圖；附圖中，各標號所代表的部件列表如下:1、電壓變送器，2、電流變送器，3、錄波接入單元，4、故障錄波單元，5、行波測距單元，6、CPU插件。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖對本發(fā)明的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本發(fā)明，并非用于限定本發(fā)明的范圍。如圖1所示，為本發(fā)明整體結(jié)構圖。實施例1一種采用行波測距算法的故障錄波器，包括電壓變送器1，電流變送器2，錄波接入單元3，故障錄波單元4，行波測距單元5和CPU插件6 ；所述電壓變送器1，用于將電力系統(tǒng)中輸入的電壓信號按線性比例轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號，并將模擬電壓信號輸出給錄波接入單元3 ;所述電流變送器2，用于將電力系統(tǒng)中輸入的電流信號按線性比例轉(zhuǎn)化成相同的兩路模擬電流信號，其中一路模擬電流信號輸出給錄波接入單元3，另一路模擬電流信號輸出給行波測距單元5 ；所述錄波接入單元3，用于接收電壓變送器I發(fā)送的模擬電壓信號和電流變送器2發(fā)送的模擬電流信號，并接收電力系統(tǒng)輸入的開關量信號，將模擬電壓信號和模擬電流信號分別轉(zhuǎn)化成數(shù)字電壓信號和數(shù)字電流信號，對開關量信號進行輸入輸出隔離，形成安全開關信號，之后將數(shù)字電壓信號、數(shù)字電流信號和安全開關信號發(fā)送給故障錄波單元4 ；所述故障錄波單元4，用于根據(jù)安全開關信號攜帶的開關信息，對數(shù)字電壓信號、數(shù)字電流信號進行采樣，判斷是否滿足啟動錄波的條件、進行錄波，獲得錄波數(shù)據(jù)，將錄波數(shù)據(jù)發(fā)送給行波測距單元5 ；所述行波測距單元5，用于對電流變送器發(fā)送的模擬電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成高速數(shù)字電流信號，對高速數(shù)字電流信號進行采樣，判斷是否滿足啟動行波測距的條件、進行行波測距，獲得行波數(shù)據(jù)，將行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU插件；所述CPU插件6，用于接收行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)，并根據(jù)行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)計算出故障位置。所述電流變送器2為雙路輸出電流變送器。所述錄波接入單元3包括光電耦合器和兩個A/D轉(zhuǎn)換器，所述光電耦合器用于對開關量信號進行輸入輸出隔離，兩個所述A/D轉(zhuǎn)換器用于對模擬電壓信號和模擬電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換。所述故障錄波單元4包括第一 FPGA和第一 DSP ；所述第一FPGA用于根據(jù)安全開關信號的開關狀態(tài)，對錄波接入單元3發(fā)送的的數(shù)字電流信號和數(shù)字電壓信號進行采樣，并將錄波采樣結(jié)果發(fā)送給第一 DSP，采樣率為IMHz ；所述第一 DSP，用于根據(jù)錄波采樣結(jié)果，判斷是否滿足啟動錄波的條件，進行錄波，獲得錄波數(shù)據(jù)和將錄波數(shù)據(jù)發(fā)送給所述行波測距單元5。所述行波測距單元5包括高速A/D，第二 FPGA，第二 DSP和交換機；所述高速A/D，用于將電流變送器發(fā)送的模擬電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換，生成高速數(shù)字電流信號；所述第二 FPGA，用于對高速數(shù)字電流信號進行行波采樣，并將行波采樣結(jié)果發(fā)送給第二 DSP，采樣率為IMHz ；所述第二 DSP，用于根據(jù)行波采樣結(jié)果，判斷是否滿足啟動行波測距的條件，獲得行波數(shù)據(jù)和將行波數(shù)據(jù)發(fā)送給所述交換機；所述交換機，用于將所述故障錄波單元4發(fā)送的錄波數(shù)據(jù)和第二 DSP發(fā)送的行波數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU插件。所述第二 FPGA發(fā)送給第二 DSP的行波采樣結(jié)果，存儲于所述第二 DSP中的256個緩沖區(qū)中。當不滿足啟動行波測距的條件時，將行波采樣結(jié)果在一個緩沖區(qū)內(nèi)循環(huán)覆蓋；當滿足啟動行波測距的條件時，將當前緩沖區(qū)切換到下一個緩沖區(qū)。所述啟動錄波的條件包括電壓/電流突變量啟動、電壓/電流越限量啟動、電壓/電流序量啟動和開關量變位啟動。所述啟動行波測距的條件包括電壓/電流突變量啟動、電壓/電流越限量啟動、電壓/電流序量啟動和開關量變位啟動。FPGA將采樣數(shù)據(jù)通過LinkPort高速通道將數(shù)據(jù)傳給DSP。行波插件的DSP采用32位高速浮點DSP，DSP將所有通道的IMHz高采樣率數(shù)據(jù)保存到RAM中，同時，將IMHz采樣數(shù)據(jù)抽樣為IkHz保存到獨立的低采樣率緩沖區(qū)。DSP利用低采樣率數(shù)據(jù)進行啟動判據(jù)的計算，啟動判據(jù)采樣突變量算法。一旦任一通道的判據(jù)滿足，則將高采樣率的數(shù)據(jù)記錄下來，并發(fā)送給CPU插件，由CPU插件進行行波分析。由于行波采樣率高，數(shù)據(jù)量非常大，為保證行波記錄的數(shù)據(jù)可以可靠的傳給CPU，而不至于很快被覆蓋掉。高采樣率數(shù)據(jù)采用了 256個緩沖區(qū)，當啟動判據(jù)不滿足時，高采樣率數(shù)據(jù)在一個緩沖區(qū)內(nèi)循環(huán)覆蓋，當判據(jù)滿足后，記錄滿當前緩沖區(qū)后切換到下一個緩沖區(qū)。在填滿本緩沖區(qū)期間，不再做啟動判據(jù)計算。在下一個緩沖區(qū)時，同樣是啟動判據(jù)不滿足則在本緩沖區(qū)內(nèi)循環(huán)覆蓋。如此反復，256個高采樣率緩沖區(qū)循環(huán)使用。為提高故障分析的準確性，按照下述原則將阻抗原理的故障判相、故障測距和行波故障測距的結(jié)果進行綜合處理:如果相同時間內(nèi)有故障錄波但沒有行波錄波，則認為無故障線路；如果相同時間內(nèi)有行波錄波但沒有故障錄波，則認為是干擾行波啟動的，無故障線路；如果故障錄波的故障判相結(jié)果是無故障，則認為無故障線路；如果故障錄波是近端故障且行波錄波無法分析出入射行波和反射行波波頭時間，則認為是近端故障，故障報告中采用阻抗測距結(jié)果；如果故障錄波是近端故障且行波錄波測距結(jié)果與故障錄波差別不大，則故障報告中采用兩者測距結(jié)果的平均值；否則，故障報告采用行波測距的結(jié)果。主要指標a)輸入信號I)錄波插件最大可接入80路|吳擬量和160路開關量；2)行波插件最大可接入15路電流信號(5條線)；3)行波和錄波插件共用電流變送器。b)性能指標I)錄波數(shù)據(jù)最高采樣率為IOkHz ；2)行波數(shù)據(jù)采樣率為IMHz ;3)25°C時，額定值下的電流、電壓波形采樣精度優(yōu)于±0.3% ;4) 25 °C時，額定值下的各路電壓、電流之間的有效值測量相對誤差小于±0.5% ；5)有功功率、無功功率、視在功率測量誤差不超過±0.5%;6)裝置的各路交流電壓、交流電流相互之間的相位測量誤差彡1° ；7)溫度從-20°C至60°C變化引起的誤差不超過滿刻度的±1.0% ;8)采用零漂自適應技術。c)通信接口和規(guī)約I)提供4個網(wǎng)絡接口，可選為4個電口，或3電I光；2)電以太網(wǎng)口為10/100Mb自適應RJ45接口 ；3)光以太網(wǎng)口速度為100Mb，可選擇單模或多模光纖，接口為SC或ST ;
4)支持IEC61850-8MMS通信規(guī)約，最大允許8個客戶端；5)支持TCP/IP協(xié)議和103規(guī)約，103規(guī)約最大允許16個客戶端。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修 改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
權利要求
1.一種采用行波測距算法的故障錄波器，其特征在于:包括電壓變送器(1)，電流變送器(2)，錄波接入單元(3)，故障錄波單元(4)，行波測距單元(5)和CPU插件(6)； 所述電壓變送器(1)，用于將電力系統(tǒng)中輸入的電壓信號按線性比例轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號，并將模擬電壓信號輸出給錄波接入單元(3)； 所述電流變送器(2)，用于將電力系統(tǒng)中輸入的電流信號按線性比例轉(zhuǎn)化成相同的兩路模擬電流信號，其中一路模擬電流信號輸出給錄波接入單元(3)，另一路模擬電流信號輸出給行波測距單元(5)； 所述錄波接入單元(3)，用于接收電壓變送器(I)發(fā)送的模擬電壓信號和電流變送器(2)發(fā)送的模擬電流信號，并接收電力系統(tǒng)輸入的開關量信號，將模擬電壓信號和模擬電流信號分別轉(zhuǎn)化成數(shù)字電壓信 號和數(shù)字電流信號，對開關量信號進行輸入輸出隔離，形成安全開關信號，之后將數(shù)字電壓信號、數(shù)字電流信號和安全開關信號發(fā)送給故障錄波單元(4)； 所述故障錄波單元(4)，用于根據(jù)安全開關信號攜帶的開關信息，對數(shù)字電壓信號、數(shù)字電流信號進行采樣，判斷是否滿足啟動錄波的條件、進行錄波，獲得錄波數(shù)據(jù)，將錄波數(shù)據(jù)發(fā)送給行波測距單元(5)； 所述行波測距單元(5)，用于對電流變送器發(fā)送的模擬電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換成高速數(shù)字電流信號，對高速數(shù)字電流信號進行采樣，判斷是否滿足啟動行波測距的條件、進行行波測距，獲得行波數(shù)據(jù)，將行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU插件； 所述CPU插件(6)，用于接收行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)，并根據(jù)行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)計算出故障位置。
2.根據(jù)權利要求1所述的采用行波測距算法的故障錄波器，其特征在于:所述電流變送器(2 )為雙路輸出電流變送器。
3.根據(jù)權利要求1所述的采用行波測距算法的故障錄波器，其特征在于:所述錄波接入單元(3 )包括光電耦合器和兩個A/D轉(zhuǎn)換器，所述光電耦合器用于對開關量信號進行輸入輸出隔離，兩個所述A/D轉(zhuǎn)換器用于對模擬電壓信號和模擬電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換。
4.根據(jù)權利要求1所述的采用行波測距算法的故障錄波器，其特征在于:所述故障錄波單元(4)包括第一 FPGA和第一 DSP ； 所述第一 FPGA用于根據(jù)安全開關信號的開關狀態(tài)，對錄波接入單元(3)發(fā)送的的數(shù)字電流信號和數(shù)字電壓信號進行采樣，并將錄波采樣結(jié)果發(fā)送給第一 DSP ； 所述第一 DSP，用于根據(jù)錄波采樣結(jié)果，判斷是否滿足啟動錄波的條件，進行錄波，獲得錄波數(shù)據(jù)和將錄波數(shù)據(jù)發(fā)送給所述行波測距單元(5 )。
5.根據(jù)權利要求1所述的采用行波測距算法的故障錄波器，其特征在于:所述行波測距單元(5 )包括高速A/D，第二 FPGA，第二 DSP和交換機； 所述高速A/D，用于將電流變送器發(fā)送的模擬電流信號進行A/D轉(zhuǎn)換，生成高速數(shù)字電流號; 所述第二 FPGA，用于對高速數(shù)字電流信號進行行波采樣，并將行波采樣結(jié)果發(fā)送給第二 DSP ； 所述第二 DSP，用于根據(jù)行波采樣結(jié)果，判斷是否滿足啟動行波測距的條件，獲得行波數(shù)據(jù)和將行波數(shù)據(jù)發(fā)送給所述交換機；所述交換機，用于將所述故障錄波單元(4)發(fā)送的錄波數(shù)據(jù)和第二 DSP發(fā)送的行波數(shù)據(jù)發(fā)送給CPU插件(6)。
6.根據(jù)權利要求5所述的采用行波測距算法的故障錄波器，其特征在于:所述第二FPGA發(fā)送給第二 DSP的行波采樣結(jié)果，存儲于所述第二 DSP中的256個緩沖區(qū)中。
7.根據(jù)權利要求6所述的采用行波測距算法的故障錄波器，其特征在于:當不滿足啟動行波測距的條件時，將行波采樣結(jié)果在一個緩沖區(qū)內(nèi)循環(huán)覆蓋；當滿足啟動行波測距的條件時，將當前緩沖區(qū)切換到下一個緩沖區(qū)。
8.根據(jù)權利要求1至7任一所述的采用行波測距算法的故障錄波器，其特征在于:所述啟動錄波的條件包括電壓/電流突變量啟動、電壓/電流越限量啟動、電壓/電流序量啟動和開關量變位啟動。
9.根據(jù)權利要求1至7任一所述的采用行波測距算法的故障錄波器，其特征在于:所述啟動行波測距的條件包括電壓/電流突變量啟動、電壓/電流越限量啟動、電壓/電流序量啟動和開關量變位 啟動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種采用行波測距算法的故障錄波器，包括電壓變送器，電流變送器，錄波接入單元，故障錄波單元，行波測距單元和CPU插件；電壓變送器將電力系統(tǒng)中輸入的電壓信號轉(zhuǎn)化成模擬電壓信號；電流變送器將電力系統(tǒng)中輸入的電流號轉(zhuǎn)化成兩路模擬電流信號；錄波接入單元將模擬電壓信號和模擬電流信號分別轉(zhuǎn)化成數(shù)字電壓信號和數(shù)字電流信號等；故障錄波單元對數(shù)字電壓信號、數(shù)字電流信號進行采樣等；所述行波測距單元對模擬電流信號A/D轉(zhuǎn)換成高速數(shù)字電流信號等，CPU插件接收行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)，并根據(jù)行波數(shù)據(jù)和錄波數(shù)據(jù)計算出故障位置。本發(fā)明將故障錄波與行波測距一體化減少電力系統(tǒng)高壓輸電線路的硬件投資，大大縮短故障修復的時間。
文檔編號G01R31/08GK103163426SQ20131005920
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權日2013年2月25日
發(fā)明者段振坤, 卓露, 張雁忠, 陳奇, 任俊, 張小波, 李國武 申請人:武漢中元華電科技股份有限公司, 華北電網(wǎng)有限公司張家口供電公司