一种基于双速数据采集的单端行波测距装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于双速数据采集的单端行波测距装置。

背景技术：

行波测距装置是根据行波传输理论实现输电线路故障测距的装置，通过测量电压、电流行波在故障点及母线(电站)之间的传播时间测距。行波在线路上传播速度接近光速，且不受故障电阻、线路结构及电压、电流互感器误差影响，因而测量精度高，适应性好。

目前的行波测距装置一般采用双端测距，即利用故障初始行波到达线路两端的时间计算故障距离，需要在线路两端安装装置及通信配合。但由于受通讯、硬件水平、管理权限等因素的影响，双端行波测距受到一定的限制。单端行波测距法不受通讯条件、经济条件、管理权限等因素制约，成本低、可靠性高，易于实现，从运行维护考虑，有效可靠的单端测距也有助于减少系统的维护工作量。

若能够保证单端算法的精度，单端量法比其他方法更有优势。但是，单端行波测距的主要问题是无法有效识别故障点反射波和对端母线反射波，由于波形复杂，往往导致测距失败。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种基于双速数据采集的单端行波测距装置，本实用新型即采集高频的行波量，也采集低速的工频量，采用工频量测距可靠性高的优点，为行波量法提供反射波的辨识参考，从而有效实现单端行波测距。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于双速数据采集的单端行波测距装置，包括电流采集板、电压采集板、CPU板、GPS板、控制板和故障滤波板，其中，所述电流数据采集板连接电流互感器的二次侧，引入电流，分别通过电流数据采集板的行波变送器和低频变送器提取行波分量与基波分量，所述电压采集板，采集母线电压数据；

所述CPU板，连接电压采集板和电流采集板，计算基波分量的电压和电流值，根据预先设定的启动值判断是否有故障，满足启动录波条件时，记录故障触发时刻，将故障前后所有通道行波采样数据、低频采样数据进行保存，同时，所述CPU板还连接有GPS板，接收GPS和北斗天线信号，为电流采集板、电压采集板提供同步采样脉冲和时间基准；

所述控制板，接收CPU板传输的数据，利用工频量测距算法进行计算得到测距结果。

所述电流采集板，包括低频采集通道和行波采集通道，将采集的低速和高速数据传输给控制模块，数据缓存模块对采集的数据进行缓存。

进一步，所述低通采集通道，包括依次电连接的低频变送器、低通滤波器和低速AD变换器。

进一步，所述行波采集通道，包括依次电连接的行波变送器、高通滤波器和高速AD变换器。

所述电压采集板，包括低通滤波器、FPGA控制模块、AD变换器和数据存储器，所述低通滤波器接收母线电压，低通滤波器的输出端连接AD变换器，所述AD变换器连接FPGA控制模块，所述FPGA控制模块连接数据存储器。

所述GPS板，接收GPS、北斗天线信号，或接收外部GPS同步装置的IRIG-B码对时信号，使所有采集的数据都带有绝对时刻时间标签。

所述控制板采用嵌入式工控结构，接收高速和低速录波数据，采用工频量测距算法对工频量进行初步测距，通过小波变换检测初始波头，利用工频量测距结果对反射波进行辨识，实现单端测距。

所述启动录波条件，包括电压电流的突变量、序分量越限或突变。

本实用新型的有益效果为：

(1)克服传统行波装置频繁起动的缺点。传统行波装置采用行波量启动方式记录录波数据，由于行波量为高频量，没有量纲，启动定值整定比较困难，造成大量的启动记录，故障后很难查找；

(2)本实用新型采用工频量启动方式，启动量可设置为电压电流的突变量、序分量越限或突变等，有明确的量纲，对故障的判断准确可靠，避免了大量的启动记录，故障后故障检索方面，数据量大大减少；

(3)本实用新型解决了传统行波测距难以进行单端测距的缺陷，装置在线路发生故障后首先采用记录的工频量进行测距，工频量测距的优点是测距可靠性很高，能够给出一个相对精确的故障位置；

(4)本实用新型借助现有的小波变换方法对行波量的线模分量进行变换，获取初始行波的波头以及可能的故障点反射波的波头，利用工频量测距结果在可能的故障点反射波中寻找精确的反射波，从而实现高精度的单端测距。

附图说明

图1为本实用新型的工频录波记录方式示意图；

图2为本实用新型的行波录波记录方式示意图；

图3为本实用新型的装置整体原理框图；

图4为本实用新型的装置工频录波图；

图5为本实用新型的装置行波录波图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

传统的行波测距装置只有高速采样电路，由于故障点反射波判断困难，难以实现单端测距功能。本实用新型提出了一种基于高速采样和低速采样并存的行波装置，低速采样电路负责对工频量电压和电流的采集，因此可以实现工频量测距，高速采样电路负责对电流行波量的采集，根据工频量测距的结果优化行波测距的结果，从而实现了单端行波测距。

(1)工频量录波记录方式

通过工频启动量判断故障后，按图1的方式对各种所有通道电压、电流进行记录(其中A、B段的时间长度可由用户设定)，记录数据带有绝对时标。

A时段：(5～25周波)系统大扰动开始前状态数据，输出原始记录波形，采样频率5kHz。

B时段：(5～25周波)系统大扰动后初期的状态数据，输出原始记录波形，采样频率5kHz。

第一次启动：

符合任一启动条件时,装置即由S开始按A-B时段顺序记录,同时触发行波录波模块。

重复启动：

在B段结束前，如果再次发生故障，那么此次故障记录在本次录波文件中。如果B段结束后再次发生故障，那么以当前周波为基准，前推A周波、后推B周波组成一个新的录波文件，工频触发录波的同时触发行波录波模块进行录波操作。

(2)行波录波记录方式

通过工频启动量判断故障后，触发行波录波模块，按图2的方式对各种接入量进行记录(其中A、B段的时间长度可由用户设定)，记录数据带有绝对时标。

A时段：(1～4周波)系统大扰动开始前状态数据，输出原始记录波形，采样频率2MHz。

B时段：(1～4周波)系统大扰动后初期的状态数据，输出原始记录波形，采样频率2MHz。输出方式

存硬盘(≥500G)或电子盘(≥32G)；

存USB接口的移动硬盘，供操作完毕后取走；

存USB接口的优盘，供操作完毕后取走；

数据远传；

打印输出。

输出分析报告内容

输出内容：故障发生时间、启动量分析、故障性质、故障线路、故障相别、阻抗法测距结果、行波法测距结果、综合测距结果，故障前3周波、故障后5周波电压和电流有效值，故障波形等。

装置的整体原理图如图3所示，主要有数据采集、数据同步、数据管理等部分组成。数据采集实现行波数据和工频数据的采集，主要分工频量采集和行波量采集两大电路，其中工频量采集所有的三相电压和三相电流通道，行波量仅采集三相电流通道。数据同步是在GPS同步时钟模块的控制下实现各个模拟量通道和同步采样。数据管理负责录波数据的存储、查询、远传等工作。

行波量采集电路由行波变送器、高通滤波、高速AD采样以及FPGA控制模块等组成。

工频量采集电路由低频变送器、低通滤波、低速AD变换器以及FPGA控制模块等组成。

图4和图5为装置在现场的实际录波图，图4为工频量录波图，图5为行波量录波图。图4和图5说明装置具备同时记录工频量和行波量的能力，据图4的波形可计算故障的初步位置，据图5波形可在初步故障位置基础上确定精确故障位置。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。