本實(shí)用新型涉及一種基于雙速數(shù)據(jù)采集的單端行波測距裝置。

背景技術(shù)：

行波測距裝置是根據(jù)行波傳輸理論實(shí)現(xiàn)輸電線路故障測距的裝置，通過測量電壓、電流行波在故障點(diǎn)及母線(電站)之間的傳播時(shí)間測距。行波在線路上傳播速度接近光速，且不受故障電阻、線路結(jié)構(gòu)及電壓、電流互感器誤差影響，因而測量精度高，適應(yīng)性好。

目前的行波測距裝置一般采用雙端測距，即利用故障初始行波到達(dá)線路兩端的時(shí)間計(jì)算故障距離，需要在線路兩端安裝裝置及通信配合。但由于受通訊、硬件水平、管理權(quán)限等因素的影響，雙端行波測距受到一定的限制。單端行波測距法不受通訊條件、經(jīng)濟(jì)條件、管理權(quán)限等因素制約，成本低、可靠性高，易于實(shí)現(xiàn)，從運(yùn)行維護(hù)考慮，有效可靠的單端測距也有助于減少系統(tǒng)的維護(hù)工作量。

若能夠保證單端算法的精度，單端量法比其他方法更有優(yōu)勢。但是，單端行波測距的主要問題是無法有效識別故障點(diǎn)反射波和對端母線反射波，由于波形復(fù)雜，往往導(dǎo)致測距失敗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型為了解決上述問題，提出了一種基于雙速數(shù)據(jù)采集的單端行波測距裝置，本實(shí)用新型即采集高頻的行波量，也采集低速的工頻量，采用工頻量測距可靠性高的優(yōu)點(diǎn)，為行波量法提供反射波的辨識參考，從而有效實(shí)現(xiàn)單端行波測距。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案：

一種基于雙速數(shù)據(jù)采集的單端行波測距裝置，包括電流采集板、電壓采集板、CPU板、GPS板、控制板和故障濾波板，其中，所述電流數(shù)據(jù)采集板連接電流互感器的二次側(cè)，引入電流，分別通過電流數(shù)據(jù)采集板的行波變送器和低頻變送器提取行波分量與基波分量，所述電壓采集板，采集母線電壓數(shù)據(jù)；

所述CPU板，連接電壓采集板和電流采集板，計(jì)算基波分量的電壓和電流值，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的啟動值判斷是否有故障，滿足啟動錄波條件時(shí)，記錄故障觸發(fā)時(shí)刻，將故障前后所有通道行波采樣數(shù)據(jù)、低頻采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，同時(shí)，所述CPU板還連接有GPS板，接收GPS和北斗天線信號，為電流采集板、電壓采集板提供同步采樣脈沖和時(shí)間基準(zhǔn)；

所述控制板，接收CPU板傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，利用工頻量測距算法進(jìn)行計(jì)算得到測距結(jié)果。

所述電流采集板，包括低頻采集通道和行波采集通道，將采集的低速和高速數(shù)據(jù)傳輸給控制模塊，數(shù)據(jù)緩存模塊對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存。

進(jìn)一步，所述低通采集通道，包括依次電連接的低頻變送器、低通濾波器和低速AD變換器。

進(jìn)一步，所述行波采集通道，包括依次電連接的行波變送器、高通濾波器和高速AD變換器。

所述電壓采集板，包括低通濾波器、FPGA控制模塊、AD變換器和數(shù)據(jù)存儲器，所述低通濾波器接收母線電壓，低通濾波器的輸出端連接AD變換器，所述AD變換器連接FPGA控制模塊，所述FPGA控制模塊連接數(shù)據(jù)存儲器。

所述GPS板，接收GPS、北斗天線信號，或接收外部GPS同步裝置的IRIG-B碼對時(shí)信號，使所有采集的數(shù)據(jù)都帶有絕對時(shí)刻時(shí)間標(biāo)簽。

所述控制板采用嵌入式工控結(jié)構(gòu)，接收高速和低速錄波數(shù)據(jù)，采用工頻量測距算法對工頻量進(jìn)行初步測距，通過小波變換檢測初始波頭，利用工頻量測距結(jié)果對反射波進(jìn)行辨識，實(shí)現(xiàn)單端測距。

所述啟動錄波條件，包括電壓電流的突變量、序分量越限或突變。

本實(shí)用新型的有益效果為：

(1)克服傳統(tǒng)行波裝置頻繁起動的缺點(diǎn)。傳統(tǒng)行波裝置采用行波量啟動方式記錄錄波數(shù)據(jù)，由于行波量為高頻量，沒有量綱，啟動定值整定比較困難，造成大量的啟動記錄，故障后很難查找；

(2)本實(shí)用新型采用工頻量啟動方式，啟動量可設(shè)置為電壓電流的突變量、序分量越限或突變等，有明確的量綱，對故障的判斷準(zhǔn)確可靠，避免了大量的啟動記錄，故障后故障檢索方面，數(shù)據(jù)量大大減少；

(3)本實(shí)用新型解決了傳統(tǒng)行波測距難以進(jìn)行單端測距的缺陷，裝置在線路發(fā)生故障后首先采用記錄的工頻量進(jìn)行測距，工頻量測距的優(yōu)點(diǎn)是測距可靠性很高，能夠給出一個(gè)相對精確的故障位置；

(4)本實(shí)用新型借助現(xiàn)有的小波變換方法對行波量的線模分量進(jìn)行變換，獲取初始行波的波頭以及可能的故障點(diǎn)反射波的波頭，利用工頻量測距結(jié)果在可能的故障點(diǎn)反射波中尋找精確的反射波，從而實(shí)現(xiàn)高精度的單端測距。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的工頻錄波記錄方式示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的行波錄波記錄方式示意圖；

圖3為本實(shí)用新型的裝置整體原理框圖；

圖4為本實(shí)用新型的裝置工頻錄波圖；

圖5為本實(shí)用新型的裝置行波錄波圖。

具體實(shí)施方式：

下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

傳統(tǒng)的行波測距裝置只有高速采樣電路，由于故障點(diǎn)反射波判斷困難，難以實(shí)現(xiàn)單端測距功能。本實(shí)用新型提出了一種基于高速采樣和低速采樣并存的行波裝置，低速采樣電路負(fù)責(zé)對工頻量電壓和電流的采集，因此可以實(shí)現(xiàn)工頻量測距，高速采樣電路負(fù)責(zé)對電流行波量的采集，根據(jù)工頻量測距的結(jié)果優(yōu)化行波測距的結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)了單端行波測距。

(1)工頻量錄波記錄方式

通過工頻啟動量判斷故障后，按圖1的方式對各種所有通道電壓、電流進(jìn)行記錄(其中A、B段的時(shí)間長度可由用戶設(shè)定)，記錄數(shù)據(jù)帶有絕對時(shí)標(biāo)。

A時(shí)段：(5～25周波)系統(tǒng)大擾動開始前狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出原始記錄波形，采樣頻率5kHz。

B時(shí)段：(5～25周波)系統(tǒng)大擾動后初期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出原始記錄波形，采樣頻率5kHz。

第一次啟動：

符合任一啟動條件時(shí),裝置即由S開始按A-B時(shí)段順序記錄,同時(shí)觸發(fā)行波錄波模塊。

重復(fù)啟動：

在B段結(jié)束前，如果再次發(fā)生故障，那么此次故障記錄在本次錄波文件中。如果B段結(jié)束后再次發(fā)生故障，那么以當(dāng)前周波為基準(zhǔn)，前推A周波、后推B周波組成一個(gè)新的錄波文件，工頻觸發(fā)錄波的同時(shí)觸發(fā)行波錄波模塊進(jìn)行錄波操作。

(2)行波錄波記錄方式

通過工頻啟動量判斷故障后，觸發(fā)行波錄波模塊，按圖2的方式對各種接入量進(jìn)行記錄(其中A、B段的時(shí)間長度可由用戶設(shè)定)，記錄數(shù)據(jù)帶有絕對時(shí)標(biāo)。

A時(shí)段：(1～4周波)系統(tǒng)大擾動開始前狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出原始記錄波形，采樣頻率2MHz。

B時(shí)段：(1～4周波)系統(tǒng)大擾動后初期的狀態(tài)數(shù)據(jù)，輸出原始記錄波形，采樣頻率2MHz。輸出方式

存硬盤(≥500G)或電子盤(≥32G)；

存USB接口的移動硬盤，供操作完畢后取走；

存USB接口的優(yōu)盤，供操作完畢后取走；

數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳；

打印輸出。

輸出分析報(bào)告內(nèi)容

輸出內(nèi)容：故障發(fā)生時(shí)間、啟動量分析、故障性質(zhì)、故障線路、故障相別、阻抗法測距結(jié)果、行波法測距結(jié)果、綜合測距結(jié)果，故障前3周波、故障后5周波電壓和電流有效值，故障波形等。

裝置的整體原理圖如圖3所示，主要有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)同步、數(shù)據(jù)管理等部分組成。數(shù)據(jù)采集實(shí)現(xiàn)行波數(shù)據(jù)和工頻數(shù)據(jù)的采集，主要分工頻量采集和行波量采集兩大電路，其中工頻量采集所有的三相電壓和三相電流通道，行波量僅采集三相電流通道。數(shù)據(jù)同步是在GPS同步時(shí)鐘模塊的控制下實(shí)現(xiàn)各個(gè)模擬量通道和同步采樣。數(shù)據(jù)管理負(fù)責(zé)錄波數(shù)據(jù)的存儲、查詢、遠(yuǎn)傳等工作。

行波量采集電路由行波變送器、高通濾波、高速AD采樣以及FPGA控制模塊等組成。

工頻量采集電路由低頻變送器、低通濾波、低速AD變換器以及FPGA控制模塊等組成。

圖4和圖5為裝置在現(xiàn)場的實(shí)際錄波圖，圖4為工頻量錄波圖，圖5為行波量錄波圖。圖4和圖5說明裝置具備同時(shí)記錄工頻量和行波量的能力，據(jù)圖4的波形可計(jì)算故障的初步位置，據(jù)圖5波形可在初步故障位置基礎(chǔ)上確定精確故障位置。

上述雖然結(jié)合附圖對本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本實(shí)用新型的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍以內(nèi)。