具有故障錄波功能的配電自動化饋線終端的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有故障錄波功能的配電自動化饋線終端，包括：監控模塊、錄波模塊和電源模塊；所述監控模塊與錄波模塊通過高速數據通道相連，所述監控模塊定時從錄波模塊獲取監控所需的配電網數據；本實用新型集成配電線路終端的監控功能與故障錄波器的數據錄波功能，實現帶錄波功能的配電終端代替普通的配電終端，與現有配電終端的外部接口兼容，不改變安裝和接線方式，為配電網電磁暫態過程、穩態過程等各種工況提供完整可靠的記錄手段，解決配電網發生故障后缺少故障分析數據的難題，彌補了現有配電終端功能上的不足。
【專利說明】具有故障錄波功能的配電自動化饋線終端
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及電力系統自動化領域，具體涉及一種具有故障錄波功能的配電自動化饋線終端。
【背景技術】
[0002]配電網是現代電網的重要組成部分，分為高(35-110kV)、中(10kV)、低(0.4kV)壓配電網，是控制和保證用戶供電可靠性和供電質量的關鍵環節。我國配電網由于歷史原因，還比較落后，是電網中最為薄弱的一環。配電網接點數量多、覆蓋面積廣、線路結構復雜且累加距離長、設備絕緣水平不高、各種防護措施不完善，以及運行環境惡劣(受氣候、地理的環境影響較大)，尤其在雷電、污染、內部過電壓等諸多因素影響下，配電網故障頻繁發生。近年來，隨著我國經濟的高速發展，配電網正發生深刻的變化。配電網的規模不斷擴大，電纜線所占的比例不斷提高(電纜電容性效應會導致穩態過電壓)；普遍存在大容量波動性負荷(易造成電壓波動和閃變)；分布式能源、電動汽車、儲能裝置等開始接入中壓或低壓配電網。傳統配電網由無源網變為有源網、潮流由單向變為多向；分布式能源發電和電動汽車充電還具有分散和隨機變動的特點，大批量接入將對配電系統的安全穩定運行產生極大的影響。
[0003]配電自動化系統是提高配網可靠運行的重要手段，配電自動化系統通過配電終端，實現對配電網的遠程監測和控制。配電自動化饋線終端(Feeder Terminal Unit)是配電終端的一種，用于架空配電線路分段開關或聯絡開關的就地監控，實時監測開關位置、電壓、電流等信息，并對開關進行遙控。但現有饋線終端僅是一種測控裝置，向配電自動化主站秒級上送實時數據，配電主站對上送數據按分鐘級存儲，無法全面記錄配電網故障時毫秒至微秒級的電網暫態過程的變化信息。
[0004]電力系統故障錄波裝置也稱為故障錄波器，電力部于1994年就已頒布《220-500kV電力系統故障動態記錄技術準則》。故障錄波器通過高速采樣(每周波大于4K)計算電力系統運行時的各類參數，當系統發生故障或振蕩(短路、接地、系統振蕩、頻率崩潰、電壓崩潰等)時，對故障時刻前后的數據采集波形進行錄波，是準確分析電網故障的必備手段。目前，故障錄波器己成為變電站綜合自動化系統的標準配置，通常可同時對多條電力線路進行錄波。這種故障錄波器安裝于室內、體積大、成本高，不能用于室外配電線路。對配電網而言，目前還沒有用于室外架空配電線路的故障錄波裝置。
[0005]中國專利ZL201220032081.X公開了一種配電自動化饋線終端，包括遙測板、遙控板、控制單元、電容管理單元以及電源管理單元，實現了多回線路模擬量的采集，同時提高了信號采集處理的實時性和可靠性，但該饋線終端不具備故障錄波功能。
[0006]中國專利ZL201220561580.8公開了一種低壓故障錄波器，包括互感器單元、信號調理單元、A/D轉換單元、數字量I/O、鍵盤、顯示器、CPLD邏輯處理控制器、DSP處理器、GPS衛星同步時鐘、存儲器、通訊接口。該錄波器不具備饋線終端的監測功能，未通過電壓或電流互感器取電，不能用于室外配電線路。[0007]現有配電饋線終端均不具備線路故障時錄波功能，配電線路出現過電壓、諧振、短路、接地等故障時，缺少反映配電網運行狀態的毫秒級數據記錄，對復雜配電網故障無法進行準確定位和原因分析。配電網絡具有負荷小、分支多、投資少的特點，現場迫切需要一種功能完善、結構簡單、安裝方便、成本經濟的新型饋線終端，將故障錄波功能集成到饋線監控終端中，實現對配電網運行狀態的全面監控。
實用新型內容
[0008]本實用新型的目的就是為了解決上述問題，提出了一種具有故障錄波功能的配電自動化饋線終端，該裝置與普通配電饋線終端的外部接口兼容，共用一套電壓互感器和電流互感器，除具備普通饋線終端的監控功能外，還集成高速數據采樣和錄波處理功能，實現配電網運行異常與故障時的暫態波形的記錄。
[0009]為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案:
[0010]一種具有故障錄波功能的配電自動化饋線終端，包括:監控模塊、錄波模塊和電源模塊；所述監控模塊與錄波模塊通過高速數據通道相連，所述監控模塊定時從錄波模塊獲取監控所需的配電網數據；所述錄波模塊與電壓互感器和配電線路負荷分段開關內置的電流互感器分別連接；所述電源模塊與電壓互感器連接，為監控模塊和錄波模塊提供合適的電源。
[0011]所述負荷分段開關為一體式三相開關，所述負荷分段開關的電源側AB相和負荷側BC相各接入一個電壓互感器(分別為AB相電壓互感器、CB相電壓互感器)。兩個電壓互感器的二次側B相公共端相連并接地，兩個電壓互感器二次側輸出端(A相和C相端)分別接入所述錄波模塊和電源模塊。
[0012]所述監控模塊包括:主控制器與開關量采集板、控制量輸出板、網絡通信板、GPRS通信板和紅外通信板分別連接；所述主控制器通過網絡通信板和GPRS通信板與遠方配電自動化主站通訊，所述主控制器通過紅外通信板與就地的人工手持終端通訊；所述主控制器基于ARM平臺；所述開關量采集板具有8路輸入，采用光耦隔離；所述控制量輸出板具有4路輸出。
[0013]所述錄波模塊包括錄波處理器與高速模擬信號采集板、GPS時鐘板、高速內存和外部存儲擴展卡分別連接；所述錄波處理器基于DSP平臺；所述高速模擬信號采集板具有8路輸入，采用高精度高速14位AD轉換器；所述外部存儲擴展卡可熱插拔，用于存儲錄波數據。
[0014]所述電源模塊包括電源管理器、蓄電池和電源切換開關；所述電源管理器通過外接電壓互感器取電，所述電源切換開關由主控制器控制，所述電源切換開關有3個工作位置，分別接入AB相電壓互感器二次側、CB相電壓互感器二次側和懸空。
[0015]所述具有錄波功能的配電線路饋線終端外殼為非金屬材料，全密閉設計，外部接口位于底部，具有不低于IP54的防護等級；所述具有錄波功能的配電線路饋線終端的外部接口采用防水航空插頭。
[0016]具體工作原理:
[0017]在配電線路狀態正常時，錄波處理器只對電壓和電流數據進行采集和處理。當滿足錄波啟動條件時，才啟動故障錄波；錄波處理器首先將錄波數據存儲到高速內存，當錄波結束后，錄波處理器再將該條錄波數據轉存到外部存儲擴展卡；根據錄波狀態，主控制器控制電源切換開關在AB相電壓互感器二次側、CB相電壓互感器二次側和懸空三個位置進行切換。
[0018]所述錄波啟動的條件包括但不限于:(1)AB、CB線電壓突變量越限啟動；(2) A、B、C三相和零序電流突變量越限啟動；(3)諧波越限啟動；(4)開關位置啟動；(5)手動和遙控啟動。
[0019]所述主控制器控制電源切換開關的過程為:
[0020]( I)故障錄波未啟動時，主控制器控制電源切換開關切換到AB相或CB相電壓互感器位置(優先連接電源側的AB相互感器)，以電壓互感器作為外部電源，通過電源管理器為整個裝置供電，同時為蓄電池充電。
[0021 ] (2)故障錄波啟動后，主控制器控制電源切換開關切換到懸空位置，切斷外部電源的輸入，整個裝置由蓄電池供電，以避免因電壓互感器供電影響電壓采樣精度。
[0022](3 )故障錄波結束后，主控制器控制電源切換開關切換到AB相或CB相電壓互感器位置，直至錄波結束。
[0023](4)當啟動長周期穩態錄波時，外部電源切換開關切換到AB相或CB相電壓互感器位置，保持外部電源的正常供電。
[0024]本實用新型的有益效果是:本實用新型集成配電線路終端的監控功能與故障錄波器的數據錄波功能，實現帶錄波功能的配電終端，替代普通配電終端分布式安裝到架空配電線路；與現有配電終端的外部接口兼容，不改變安裝和接線方式；提供基于啟動元件的暫態波形記錄(采樣率Ik?10kHz)、穩態向量記錄(記錄間隔最小20ms)、無啟動元件長錄波(采樣率Ik?2kHz)三種數據記錄方式，為配電網電磁暫態過程、穩態過程等各種工況提供完整可靠的記錄手段，解決配電網發生故障后缺少故障分析數據的難題，彌補了現有配電終端功能上的不足。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為本實用新型的系統組成結構示意圖；
[0026]圖2為本實用新型安裝示意圖。
[0027]其中，1.監控模塊，2.錄波模塊，3.電源模塊，4.主控制器，5.網絡通信板，6.GPRS通信板，7.紅外通信板，8.開關量采集板，9.控制量輸出板，10.錄波處理器，11.GPS時鐘板，12.高速內存，13.外部存儲擴展卡，14.高速模擬信號采集板，15.電源管理器，16.蓄電池，17.電源切換開關。
【具體實施方式】:
[0028]下面結合附圖與實施例對本實用新型做進一步說明:
[0029]如圖1所示，一種帶有故障錄波功能的配電自動化饋線終端，包括監控模塊1、錄波模塊2和電源模塊3，其中監控模塊I包括主控制器4、開關量采集板8、控制量輸出板9、網絡通信板5、GPRS通信板6、紅外通信板7 ;錄波模塊2包括錄波處理器10、GPS時鐘板11、高速模擬信號采集板14、高速內存12、外部存儲擴展卡13 ;電源模塊3包括電源管理器15、蓄電池16和電源切換開關17。[0030]所述監控模塊I的主控制器4基于ARM平臺和嵌入式Linux系統，是整個終端的控制中心。所述錄波模塊2的錄波處理器10基于DSP平臺，利用其信號處理和數據運算方面的強大功能，實現配電網電壓及電流的高速錄波。
[0031]所述高速模擬信號采集板14具有8路輸入，采用高精度高速14位AD轉換器。所述開關量采集板8具有8路輸入，采用光耦隔離。所述控制量輸出板9具有4路輸出。
[0032]當配電線路供電時，所述電源管理器15通過外接電壓互感器取電，為配電饋線終端內其它板卡提供電源，并為蓄電池16充電；當配電線路斷電時，由蓄電池16為配電終端供電。所配蓄電池16采用免維護鉛酸蓄電池，電壓為DC24V，容量不小于7Ah。
[0033]所述主控制器4通過網絡通信板5和GPRS通信板6與遠方配電自動化主站通訊，所述主控制器4通過紅外通信板7與就地的人工手持終端通訊。
[0034]基本工作原理:
[0035]本裝置與普通配電饋線終端的外部接口兼容，共用一套電壓互感器和電流互感器，除具備普通饋線終端的監控功能外，集成高速數據采樣和錄波處理功能，實現配電網運行異常與故障時的暫態波形的記錄。
[0036]負荷分段開關接入配電線路A、B、C三相，負荷分段開關的電源側AB相和負荷側BC相各接入一個電壓互感器(分別為AB相電壓互感器、CB相電壓互感器)。兩個電壓互感器的二次側B相公共端相連并接地，兩個電壓互感器二次側輸出端(A相和C相端)分別接入錄波模塊2和電源模塊3。
[0037]AB相及CB相電壓互感器的變比為10/0.22，額定容量應不小于100VA，二次側輸出AC220V，二次繞組內阻不大于10 Ω。終端正常運行時功率小于20W，工作電流小于0.1A。兩個電壓互感器除作為電壓信號采集源外，還作為終端的外部電源。
[0038]AB及CB相電壓互感器經過3位置電源切換開關17接入電源管理器15。所述電源切換開關17有3個位置，分別接入AB相電壓互感器二次側、CB相電壓互感器二次側和空位置。電源切換開關17由主控制器4控制，根據兩路外部電源帶電情況和裝置錄波狀態，進行切換。
[0039]故障錄波未啟動時，電源切換開關17切換到AB相或CB相電壓互感器作為外部電源。外部電源通過電源管理器15為整個裝置供電，同時為蓄電池16充電，蓄電池16充電電流限制在IA以下，以減少電壓互感器的負載。當故障錄波啟動后，電源切換開關17切換到空位置，切斷外部電源的輸入，整個裝置由蓄電池16供電，避免壓互感器作為電源對電壓信號采集精度的影響；故障錄波結束后，電源切換開關17切換到AB相或CB相電壓輸入位置。直至錄波結束，以減少對電壓采集信號精度的影響。當啟動長周期穩態錄波時，電源切換開關17不切換到空位置，仍保持外部電源的正常供電。
[0040]所述監控模塊I的主控制器4基于ARM平臺和嵌入式實時Linux操作系統，基于Linux操作系統可屏蔽底層硬件的細節，減少軟件編程的開發工作量。所述錄波模塊2的錄波處理器10采用高速DSP處理器，利用DSP信號處理和數據運算能力強的特點，實現多路模擬量的微秒級錄波。所述主控制器4與錄波處理器10通過高速數據通道相連，主控制器4定時從錄波處理器10獲取監控所需的配電網電壓及電流數據。
[0041]所述故障錄波模塊2配置數據存儲擴展卡13，用于存儲大數量的錄波數據，數據存儲擴展卡可熱插拔。數據存儲時按日期建子目錄，錄波數據文件以啟動時間命名。[0042]所述監控模塊I的網絡通信板5提供網絡通訊接口，GPRS通信板6提供無線通訊接口，紅外無線通信板7提供與就地手持式數據讀取器的通訊功能。
[0043]配電線路分段開關的位置經開關量采集板8變成電信號，再經光耦隔離后，接入主控制器4。在正常情況下，錄波處理器10只對電壓、電流進行采集，對位置只進行掃描。當滿足錄波啟動條件時，啟動故障錄波。錄波處理器10首先將錄波數據存儲到高速內存12，當錄波結束后，錄波處理器10再將該條錄波數據轉存到外部存儲擴展卡13。外部存儲擴展卡13取出后插入計算機，通過離線程序顯示波形曲線圖。
[0044]所述終端的錄波啟動條件可配置，包括但不限于以下幾種情況:1)AB、CA線電壓突變量及越限啟動；2) A、B、C相和零序電流突變量及越限啟動；3)諧波越限啟動；4)開關位置啟動；5)手動和遙控啟動。
[0045]如圖2所示，配電線路負荷分段開關為三相并箱的真空開關，內設聯動隔離刀閘，內置3相及零序電流互感器(CT)，接入所述具有錄波功能的配電終端。
[0046]所述負荷分段開關安裝在配電線路桿塔上，所述具有錄波功能的配電線路饋線終端固定于同一桿塔，位于負荷開關下方。所述具有錄波功能的配電線路饋線終端外殼為非金屬材料，全密閉設計，具有不低于IP54的防護等級。所述具有錄波功能的配電線路饋線終端的外部接口采用防水航空插頭，連接牢靠。
[0047]所述具有錄波功能的配電終端具有多種通訊接口。通過光纖以太網或GPRS與配電自動化主站進行通訊，向配電自動化主站上送所采集的配電網狀態和錄波數據。通過紅外無線通信與用戶手持終端端相連，可現場修改配置或下載錄波數據。
[0048]上述雖然結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本實用新型保護范圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本實用新型的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實用新型的保護范圍以內。
【權利要求】
1.一種具有故障錄波功能的配電自動化饋線終端，其特征是，包括:監控模塊、錄波模塊和電源模塊；所述監控模塊與錄波模塊通過高速數據通道相連，所述監控模塊定時從錄波模塊獲取監控所需的配電網數據；所述錄波模塊與電壓互感器和配電線路負荷分段開關內置的電流互感器分別連接；所述電源模塊與電壓互感器連接，為監控模塊和錄波模塊提供合適的電源； 所述監控模塊包括:主控制器與開關量采集板、控制量輸出板、網絡通信板、GPRS通信板和紅外通信板分別連接；所述主控制器通過網絡通信板和GPRS通信板與遠方配電自動化主站通訊，所述主控制器通過紅外通信板與就地的人工手持終端通訊；所述主控制器基于ARM平臺；所述開關量采集板具有8路輸入，采用光耦隔離；所述控制量輸出板具有4路輸出； 所述錄波模塊包括錄波處理器與高速模擬信號采集板、GPS時鐘板、高速內存和外部存儲擴展卡分別連接；所述錄波處理器基于DSP平臺；所述高速模擬信號采集板具有8路輸入，采用高精度高速14位AD轉換器；所述外部存儲擴展卡可熱插拔，用于存儲錄波數據。
2.如權利要求1所述的一種具有故障錄波功能的配電自動化饋線終端，其特征是，所述負荷分段開關接入配電線路A、B、C三相，所述負荷分段開關電源側AB相接入一個電壓互感器，所述負荷分段開關負荷側CB相接入一個電壓互感器，兩個電壓互感器的二次側B相公共端連接并接地，兩個電壓互感器二次側輸出端分別接入所述錄波模塊和電源模塊。
3.如權利要求1所述的一種具有故障錄波功能的配電自動化饋線終端，其特征是，所述電源模塊包括電源管理器、蓄電池和電源切換開關；所述電源管理器通過外接電壓互感器取電，所述電源切換開關由主控制器控制，所述電源切換開關有3個位置，分別接入AB相電壓互感器二次側、CB相電壓互感器二次側和懸空。
4.如權利要求1所述的一種具有故障錄波功能的配電自動化饋線終端，其特征是，所述具有錄波功能的配電線路饋線終端外殼為非金屬材料，全密閉設計，具有不低于IP54的防護等級；所述具有錄波功能的配電線路饋線終端的外部接口采用防水航空插頭。
【文檔編號】H02J13/00GK203504297SQ201320634209
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年10月15日 優先權日:2013年10月15日
【發明者】孫勇, 邵志敏, 李立生, 張世棟, 李建修 申請人:國家電網公司, 國網山東省電力公司電力科學研究院