專利名稱：一種小電流接地系統單相接地故障行波選線及測距裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于電力系統領域 ，涉及小電流接地系統單相接地故障行波選線及行波測
距裝置。
背景技術：
配電網中性點采用小電流接地方式有著一系列的優點，所以被很多國家的配電系統采用。當小電流接地系統發生單相接地故障時，由于中性點不直接接地，所以，不能形成短路回路，因此沒有短路電流，只有數值不大的電容電流流向故障點。但是，這種情況不能長期存在。一方面非故障相電壓會升高，對線路絕緣造成威脅；另一方面接地點的電弧電流會燒壞線路，造成線路永久損壞。中國電力運行規程規定單相接地持續時間不得超過2小時，否則故障線路必須從電網退出。因此，就提出了哪一條線路是接地線路即故障選線問題。圍繞這個問題，各國進行了無數的研究，也研制出了許多方法與裝置。由于工頻零序電流數值很小，難以和正常運行時的不平衡零序電流相區別，所以圍繞工頻電流量選線無法正確選擇出故障線。近年來，采用零序電流故障行波信號選線已有較為成熟的應用。檢測每條線路的電流行波，根據故障線路行波幅值大于非故障線路，且方向相反，選擇故障線路。現有裝置能夠滿足一般電站選線要求。現有行波選線裝置的問題1、只能記錄幾百個采樣點，不能反映故障時刻的工頻變化，即只能局部不能全面了解故障過程，不具備錄波功能，給運行人員不知道行波選線結果是否是故障還是干擾引起的。2、不具備行波打絕對時標的功能，當選線路數較多需增加多臺裝置時，無法實現不同選線裝置同步比較，也就無法應用出線路數多的場合。3、不具備行波測距功能，只選線而不知道故障在具體地點，無疑給查找故障點帶來不便。
發明內容
本發明提供了一種小電流接地系統單相接地故障行波選線及測距裝置，針對目前小電流接地故障線路選擇問題，采取高速采集、高分辨率采樣及高精度同步的硬件技術，結合獨創的故障啟動判別算法，使裝置故障后準確啟動錄波，避免了采用硬件提取暫態擾動判啟動容易受干擾信號影響的問題，并結合小波變換理論實現初始行波的檢測，經比較行波幅值、相位及行波初始時間等，得出故障線路。加上錄波數據的支持，可以在初始波頭后找到故障點的反射波頭，實現故障測距。本發明的技術問題通過以下技術方案予以解決。這種小電流接地系統單相接地故障行波選線及測距裝置，包括信號轉換板，將母線零序電壓和線路電流包括相電流、零序電流等，經隔離變換成O 10伏電壓信號，傳輸到與信號轉換板連接的高速采集板。高速采集板，接收信號轉換板的0 10伏電壓信號后，完成模擬信號轉換成數字信號，然后進行高速采集和緩存。高速采集板同時接收GPS、北斗衛星等授予的秒脈沖或B 碼等時間作為各裝置的同步采樣信號，將數據打上絕對時標。再由高速采集板的DSP數字信號處理器計算零序電壓是否超過錄波啟動設定值，超過設定值表示線路發生故障，DSP將自動查找并計算初始行波波頭大小及方向，通過連接高速采集板的開關量輸出板輸出選線結果。同時啟動錄波，高速采集板啟動錄波后，將記錄采集故障前和故障后各兩個周波的故障數據。再將數據通過高速總線傳輸到連接高速采集板的中央管理機。中央管理機接收高速采集板發送的故障數據，通過小波變換計算故障線路電流行波的幅值，查找初始行波及故障點反射的波頭時間，計算故障點的距離。誤差在300米以內。最后將故障數據及故障報告通過內置WEB SERVER平臺發布故障信息，用戶通過IE瀏覽器，實現故障報告及故障數據的查閱等網絡通信功能。 本發明的技術問題通過以下進一步的技術方案予以解決。1、高速采集板DSP自動查找并計算初始行波波頭大小及方向，輸出選線結果。選線方法是 故障線路上所出現的初始暫態電流行波數值最大，其它非接地線路的暫態行波電流數值很小； 故障線路電流行波的極性和非故障線路相反； 非故障線路的電流行波極性相同。2、中央管理機接收高速采集板發送的故障數據，經過小波變換計算故障線路初始行波及故障點反射的波頭時間，計算故障點的距離。測距方法是利用故障點產生的行波傳輸到測量點(測量行波第一次到達時刻)，然后由測量點母線反射的行波傳向故障點，又在故障點發生反射，重新傳向測量點(測量行波第二次到達時刻)，根據測量點到故障點往返一次的時間和行波波速可確定故障點距離。對于故障線路來說，設輸電線路全長L，故障點初始行波達到測量點S端母線及由此反射到故障點后二次到達S端的時間分別為TS1，TS2，則故障點距測量點S端的距離為Zs =^(71S2-7Sl)v式中ν為行波波速，L為線路全長。這種小電流接地系統單相接地故障行波選線及測距裝置的主要性能指標是1、故障后準確選線，且選線路數不限，從故障開始到選線結果輸出不超過100ms。2、故障后啟動錄波，可記錄故障故障前和故障后各兩個周波的故障數據。3、故障后準確測出故障距離，誤差小于300米。4、本裝置適用范圍廣泛，既適用于零序電流互感器，也適用于三相電流互感器，還適合于只配置AC兩相電流互感器的現場情況。本發明與現有技術對比的有益效果是1、能準確選擇故障線路，不論是瞬時性還是永久接地故障，也不論是金屬性還是非金屬性接地故障。2、具備錄波功能，裝置以1ΜΗζ-5ΜΗζ的采樣率采集故障前和故障后各兩個周波的故障數據，相當于80000個采樣點。不僅能反映故障時刻的工頻變化，能全面了解故障過程，讓運行人員知道行波選線結果是否是故障還是干擾引起的。 3、能夠準確測量故障距離。錄波功能記錄的行波數據，可以在初始波頭后找到故障點的反射波頭，實現故障測距。4、具備行波打絕對時標的功能，該時標實現了對系統內其他裝置數據在時間上統一，當選線路數較多需增加多臺裝置時，可實現不同行波選線裝置同步比較，解決了行波選線因為接入量少而不能應用于多回路出線的問題，同時為低壓長線路雙端故障行波測距提供必要條件。5、裝置內置TOB SERVER平臺發布故障信息。用戶只需要IE瀏覽器，不用考慮管理機在通信規約和數據記錄格式上的不統一，且使得客戶端不再需要任何客戶端軟件，免除了客戶端軟件的開發和維護成本。
圖1是本發明小電流接地系統單相接地故障行波選線及測距裝置工作原理圖；圖2是本發明小電流接地系統單相接地故障行波選線及測距裝置的采集板工作原理框具體實施例方式下面結合具體實施方式
并對照附圖對本發明作進一步的說明。本發明的工作原理圖，如圖1所示。信號轉換板，將母線零序電壓和線路電流包括相電流、零序電流等，經隔離變換成0 10伏電壓信號，傳輸到與信號轉換板連接的高速采集板。高速采集板，接收信號轉換板的0 10伏電壓信號后，完成模擬信號轉換成數字信號，然后進行高速采集和緩存。高速采集板同時接收GPS、北斗衛星等授予的秒脈沖或B 碼等時間作為各裝置的同步采樣信號，將數據打上絕對時標。再由高速采集板的DSP數字信號處理器計算零序電壓是否超過錄波啟動設定值，超過設定值表示線路發生故障，DSP將自動查找并計算初始行波波頭大小及方向，通過連接高速采集板的開關量輸出板輸出選線結果。同時啟動錄波，高速采集板啟動錄波后，將記錄采集故障前和故障后各兩個周波的故障數據。再將數據通過高速總線傳輸到連接高速采集板的中央管理機。中央管理機接收高速采集板發送的故障數據，通過小波變換計算故障線路電流行波的幅值，查找初始行波及故障點反射的波頭時間，計算故障點的距離。誤差在300米以內。最后將故障數據及故障報告通過內置WEB SERVER平臺發布故障信息，用戶通過IE瀏覽器，實現故障報告及故障數據的查閱等網絡通信功能。本發明的采集板工作原理圖，如圖2所示。高速數據采集板完成行波信號的高速采集和緩存，接收信號轉換板傳輸的0 10伏電壓信號，進行A/D采樣，完成模擬信號轉換成數字信號，正常運行情況下，以1ΜΗζ-5ΜΗζ的頻率并在FPGA的控制下寫入SDRAM，SDRAM 被分為以80毫秒為單位的若干塊存儲區域，以塊為控制單元，同時接收GPS、北斗衛星等獲得時間基準，以GPS、北斗衛星等授予的秒脈沖或B碼等時間作為裝置的同步采樣時標。數據在寫入時被打上絕對時標，時間信號誤差為IX 10_8秒。該時標實現對系統內其他裝置數據在時間上統一。采樣數據采用循環存儲方式存放于一塊數據區中，當收到外部選線啟動信號后， 該數據存儲區停止刷新，啟動后的采樣數據存入另一塊數據區，數據塊沒被讀完時不允許刷新，但可外部控制刷新信號。選線數據記錄緩沖區的長度為80毫秒。為保證電網發生連續性故障時不丟失故障數據，在高速采集DSP板上共開辟了多塊的數據緩沖區。當前次錄波數據轉存過程中發生故障時，仍可繼續記錄當前的故障數據。當某塊數據傳給中央管理機后，由中央管理機給出刷新信號以及對應的選線數據塊序號，高速采集DSP板接到刷新信號后，可對相應數據塊進行刷新操作。高速采集板帶有線路故障的檢測判斷功能，在線路正常運行時，系統對模擬量進行采集，計算零序電壓是否超過錄波啟動設定值，當線路發生接地故障時，母線上零序電壓量越限啟動，再由高速采集板的DSP數字信號處理器自動計算并比較行波波頭大小及方向，通過連接高速采集板的開關量輸出板輸出選線結果。同時啟動錄波，存儲故障前和故障后各兩個周波的故障數據共80毫秒。并采用浮動門檻啟動方式，以提高故障檢測判斷的靈敏性和可靠性。再將數據通過高速總線傳輸到連接高速采集板的中央管理機。 以上內容是結合具體的優選實施方式對本發明所作的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只局限于這些說明。對于本發明所屬技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下做出若干等同替代或明顯變型，而且性能或用途相同，則應當視為屬于本發明由所提交的權利要求書確定的保護范圍。
權利要求
1.一種小電流接地系統單相接地故障行波選線及測距裝置，其特征在于信號轉換板，將母線零序電壓和線路電流經隔離變換成O 10伏電壓信號，傳輸到與信號轉換板連接的高速采集板；高速采集板，完成模擬信號轉換成數字信號，進行高速采集和緩存，同時接收同步對時信號，將數據打上絕對時標，再由高速采集板的DSP數字信號處理器計算零序電壓是否超過啟動設定值，超過設定值表示線路發生故障，DSP將自動查找并計算初始行波波頭大小及方向，通過連接高速采集板的開關量輸出板輸出選線結果。同時啟動錄波，記錄故障數據， 再將數據通過高速總線傳輸到連接高速采集板的中央管理機；中央管理機接收高速采集板發送的故障數據，查找故障線路初始行波及故障點反射的波頭時間，計算故障點的距離。最后將故障數據及故障報告通過WEB SERVER平臺發布故障 信息。
2.根據權利要求1所述的行波選線及測距裝置，其特征在于所述的信號轉換板，將母線零序電壓和線路電流經隔離變換成0 10伏電壓信號，傳輸到高速采集板。線路電流包括相電流、零序電流等。
3.根據權利要求1所述的行波選線及測距裝置，其特征在于所述的高速采集板，完成模擬信號轉換成數字信號，以1ΜΗζ-5ΜΗζ的采樣率進行高速采集和緩存。
4.根據權利要求1所述的行波選線及測距裝置，其特征在于所述的高速采集板接收GPS、北斗衛星等信號獲得時間基準，以GPS、北斗衛星等授予的秒脈沖或B碼等時間作為各裝置的同步采樣信號，將數據打上絕對時標。
5.根據權利要求1所述的行波選線及測距裝置，其特征在于所述的高速采集板的DSP數字信號處理器通過小波變換算法自動查找并計算初始行波波頭大小及方向，輸出選線結果。
6.根據權利要求1所述的行波選線及測距裝置，其特征在于所述的高速采集板啟動錄波后，將記錄采集故障前和故障后各兩個周波的故障數據。
7.根據權利要求1所述的行波選線及測距裝置，其特征在于所述的中央管理機接收高速采集板發送的故障數據，通過小波變換計算故障線路電流行波的幅值，查找初始行波及故障點反射的波頭時間，計算故障點的距離。誤差在300米以內。
8.根據權利要求1所述的行波選線及測距裝置，其特征在于所述的中央管理機將故障數據及故障報告通過管理機內置WEBSERVER平臺發布故障信息。用戶通過IE瀏覽器，實現故障報告及故障數據的查閱等網絡通信功能。
全文摘要
本發明提供了一種小電流接地系統單相接地故障行波選線及測距裝置，包括信號轉換板，將母線零序電壓和線路電流經隔離變換成0～10伏電壓信號。連接信號轉換板的高速采集板，完成模擬信號轉換成數字信號，并進行高速采集和緩存，同時接收同步對時信號，將數據打上絕對時標，高速采集板的DSP數字信號處理器計算零序電壓是否超過啟動設定值，超過設定值表示線路發生故障，DSP將自動查找并計算行波波頭大小及方向，通過連接高速采集板的開關量輸出板輸出選線結果。同時啟動錄波，記錄故障數據，再將數據通過高速總線傳輸到中央管理機，中央管理機根據錄波數據，自動查找故障線路的初始波頭，及故障點反射波頭的時間，計算故障點的距離。最后將故障數據及故障報告通過WEB SERVER平臺發布故障信息。
文檔編號G01R31/08GK102221662SQ201110077510
公開日2011年10月19日 申請日期2011年3月29日 優先權日2011年3月29日
發明者單常勝, 周振, 趙元 申請人:深圳市索圖科技有限公司