一种用于行波故障定位的故障录波器系统的制作方法

本发明涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种用于行波故障定位的故障录波器系统。

背景技术：

目前，在配电线路故障定位方面采用的方法有行波法和阻抗法。阻抗法故障定位存在精度问题，其误差主要来源于算法本身的假设，定位精度受故障点的过渡电阻的影响，只有当故障点的过渡电阻为零时，故障点的距离才能比较准确的计算出来。行波法的原理是利用行波在故障点和测量点之间传播的时间差来测量故障距离，行波法不受故障点过渡电阻、线路结构等因素的影响，测距精度高，适用范围广。

故障录波器是用于监测电力系统运行状况的一种自动化装置。通过对故障录波器装置所记录的信息进行分析，可以确定出故障相别、电流电压幅值、继电保护装置的动作行为、开关动作次数等故障信息。线路发生故障后，快速准确地寻找到故障点，缩短故障处理时间以便尽快恢复供电，成为供电可靠性的一个重要指标。传统的故障录波器主要记录故障发生后的稳态波形，能够诊断出故障发生后的稳态、低频故障信息，把重要的暂态故障信息作为无效信息过滤。行波法故障定位需要采用故障发生后的暂态波形进行故障定位，因此，如何提供一种高精度的暂态故障录波器成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种用于行波故障定位的故障录波器系统，以解决现有技术中的问题。

作为本发明的一个方面，提供一种用于行波故障定位的故障录波器系统，其中，所述用于行波故障定位的故障录波器系统包括：数据采集装置、数据汇聚装置和数据控制中心，所述数据采集装置安装在输电线上，所述数据汇聚装置安装在杆塔上，所述数据采集装置和所述数据汇聚装置通信连接，所述数据汇聚装置和所述数据控制中心通信连接，

所述数据采集装置能够实时采集输电线上的电压信号和电流信号，并能够将采集到的所述电压信号和电流信号进行处理后发送至所述数据汇聚装置，所述数据汇聚装置能够接收所述数据控制中心的控制指令，并能够根据所述控制指令向所述数据采集装置发送指令，以及能够对所述电压信号和所述电流信号进行分类合并和存储，且能够将分类合并后的所述电压信号和所述电流信号发送至所述数据控制中心，所述数据控制中心能够将所述电压信号和所述电流信号加载至行波故障定位算法中进行计算得到故障发生的位置。

优选地，所述数据采集装置包括第一数据采集装置、第二数据采集装置和第三数据采集装置，所述第一数据采集装置安装在输电线的a相上，所述第二数据采集装置安装在输电线的b相上，所述第三数据采集装置安装在输电线的c相上，所述第一数据采集装置用于采集输电线的a相上的电压信号和电流信号，所述第二数据采集装置用于采集输电线的b相上的电压信号和电流信号，所述第三数据采集装置用于采集输电线的c相上的电压信号和电流信号。

优选地，所述数据采集装置包括信号采集单元、模数转换单元、时钟同步单元、第一数据处理单元、第一数据存储单元和第一无线通信单元，

所述信号采集单元用于实时采集输电线上的电压信号和电流信号；

所述模数转换单元用于将模拟的电压信号和电流信号模数转换，得到数字化的电压信号和电流信号；

所述时钟同步单元用于对所述数据采集装置进行授时得到时间戳；

所述第一数据处理单元用于将数字化的电压信号和电流信号与授时后的时间戳合并进行处理，以及用于对所述数据汇聚装置发送的控制指令进行处理和应答；

所述第一数据存储单元用于对所述第一数据处理单元处理后的电压信号和电流信号进行存储；

所述第一无线通信单元用于实现所述数据采集装置与所述数据汇聚装置之间的无线通信。

优选地，所述数据采集装置还包括第一供电单元，所述第一供电单元分别与所述时钟同步单元、第一数据处理单元和第一无线通信单元连接，所述第一供电单元用于为所述数据采集装置的工作提供电源供应。

优选地，所述第一供电单元包括ct取电模块、ct线圈、充电模块和充电电池，所述ct取电模块通过所述ct线圈安装在所述输电线上，所述ct取电模块能够将从所述输电线上获取的电能为所述数据采集装置工作提供电源供应，以及能够通过所述充电模块对所述充电电池进行充电。

优选地，所述第一供电单元还包括光伏取电模块和太阳能电池板，所述光伏取电模块能够将通过所述太阳能电池板发电得到的电能为所述数据采集装置工作提供电源供应，以及能够通过所述充电模块对所述充电电池进行充电。

优选地，所述采集单元包括信号采集传感器和模拟信号调理电路，所述信号采集传感器用于实时采集输电线上的电压信号和电流信号，所述模拟信号调理电路用于将采集到的模拟的电压信号以及电流信号进行放大处理。

优选地，所述数据汇聚装置包括第二数据处理单元、第二数据存储单元和第二无线通信单元，

所述第二数据处理单元用于接收所述数据控制中心的控制指令，并能够根据所述控制指令向所述数据采集装置发送指令，以及能够对所述电压信号和所述电流信号进行分类合并和存储，且能够将分类合并后的所述电压信号和所述电流信号发送至所述数据控制中心；

所述第二数据存储单元用于将所述第二数据处理单元处理后的所述电压信号和所述电流信号进行存储，以及用于对所述数据汇聚装置的配置数据进行存储；

所述第二无线通信单元用于实现所述数据汇聚装置与所述数据采集装置的无线通信，以及实现所述数据汇聚装置与所述数据控制中心的无线通信和数据交互。

优选地，所述数据汇聚装置还包括第二供电单元，所述第二供电单元分别与所述第二数据处理单元和所述第二无线通信单元连接，所述第二供电单元用于实现对所述数据汇聚装置的电源供应。

优选地，所述数据汇聚装置还包括外壳，所述外壳用于安装和固定所述数据汇聚装置的第二数据处理单元、第二数据存储单元、第二无线通信单元和第二供电单元。

本发明提供的用于行波故障定位的故障录波器系统，通过数据采集装置实时采集输电线上的电压和电流，并对电压和电流进行处理后通过数据汇聚装置发送至数据控制中心，数据控制中心通过将实时采集的电压和电流在故障定位算法中进行计算实现输电线路精确的故障定位，本发明提供的该用于行波故障定位的故障录波器系统具有精度高、可靠性高且测距准确的特点。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的用于行波故障定位的故障录波器系统的结构示意图。

图2为本发明提供的用于行波故障定位的故障录波器系统的具体实施方式结构示意图。

图3为本发明提供的数据采集装置的结构示意图。

图4为本发明提供的数据汇聚装置的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的一个方面，提供一种用于行波故障定位的故障录波器系统，其中，如图1所示，所述用于行波故障定位的故障录波器系统10包括：数据采集装置110、数据汇聚装置120和数据控制中心130，所述数据采集装置110安装在输电线上，所述数据汇聚装置120安装在杆塔上，所述数据采集装置110和所述数据汇聚装置120通信连接，所述数据汇聚装置120和所述数据控制中心130通信连接，

所述数据采集装置110能够实时采集输电线上的电压信号和电流信号，并能够将采集到的所述电压信号和电流信号进行处理后发送至所述数据汇聚装置120，所述数据汇聚装置120能够接收所述数据控制中心130的控制指令，并能够根据所述控制指令向所述数据采集装置110发送指令，以及能够对所述电压信号和所述电流信号进行分类合并和存储，且能够将分类合并后的所述电压信号和所述电流信号发送至所述数据控制中心130，所述数据控制中心130能够将所述电压信号和所述电流信号加载至行波故障定位算法中进行计算得到故障发生的位置。

本发明提供的用于行波故障定位的故障录波器系统，通过数据采集装置实时采集输电线上的电压和电流，并对电压和电流进行处理后通过数据汇聚装置发送至数据控制中心，数据控制中心通过将实时采集的电压和电流在故障定位算法中进行计算实现输电线路精确的故障定位，本发明提供的该用于行波故障定位的故障录波器系统具有精度高、可靠性高且测距准确的特点。

应当理解的是，所述输电线上有a、b和c三相，因此，所述数据采集装置110包括第一数据采集装置、第二数据采集装置和第三数据采集装置，所述第一数据采集装置安装在输电线的a相上，所述第二数据采集装置安装在输电线的b相上，所述第三数据采集装置安装在输电线的c相上，所述第一数据采集装置用于采集输电线的a相上的电压信号和电流信号，所述第二数据采集装置用于采集输电线的b相上的电压信号和电流信号，所述第三数据采集装置用于采集输电线的c相上的电压信号和电流信号。

如图2所示，为用于行波故障定位的故障录波器系统的具体实施方式结构示意图，所述数据采集装置安装在输电线的a、b、c三相，进行录波和数据存储。所述数据汇聚装置安装在杆塔上面或者杆塔附近，与数据采集装置进行无线通信，同时与数据控制中心进行远程通信。

具体地，如图3所示，所述数据采集装置110包括信号采集单元111、模数转换单元112、时钟同步单元113、第一数据处理单元114、第一数据存储单元115和第一无线通信单元116，

所述信号采集单元111用于实时采集输电线上的电压信号和电流信号；

所述模数转换单元112用于将模拟的电压信号和电流信号模数转换，得到数字化的电压信号和电流信号；

所述时钟同步单元113用于对所述数据采集装置进行授时得到时间戳；

所述第一数据处理单元114用于将数字化的电压信号和电流信号与授时后的时间戳合并进行处理，以及用于对所述数据汇聚装置发送的控制指令进行处理和应答；

所述第一数据存储单元115用于对所述第一数据处理单元处理后的电压信号和电流信号进行存储；

所述第一无线通信单元116用于实现所述数据采集装置与所述数据汇聚装置之间的无线通信。

需要说明的是，所述时钟同步单元113采用gps授时或者无线授时的方式对数据采集装置110进行授时。

还需要说明的是，所述第一无线通信单元116包括但不局限于wifi、2.4ghz等通信方式。

具体地，所述时钟同步单元113采用gps电力系统同步时钟为整个录波器系统提供精确的同步时间。可以选择u-blox公司的neo-m8模块，它具有rs232接口，同时还具有秒脉冲同步信号，可以进行精确的时间分频。同时支持gps、北斗等定位技术，为故障录波器提供精确的位置数据。

具体地，为了实现所述数据采集装置的工作，所述数据采集装置110还包括第一供电单元117，所述第一供电单元117分别与所述时钟同步单元113、第一数据处理单元115和第一无线通信单元116连接，所述第一供电单元117用于为所述数据采集装置110的工作提供电源供应。

进一步具体地，所述第一供电单元117包括ct取电模块、ct线圈、充电模块和充电电池，所述ct取电模块通过所述ct线圈安装在所述输电线上，所述ct取电模块能够将从所述输电线上获取的电能为所述数据采集装置工作提供电源供应，以及能够通过所述充电模块对所述充电电池进行充电。

进一步具体地，所述第一供电单元117还包括光伏取电模块和太阳能电池板，所述光伏取电模块能够将通过所述太阳能电池板发电得到的电能为所述数据采集装置工作提供电源供应，以及能够通过所述充电模块对所述充电电池进行充电。

具体地，所述ct取电模块通过ct线圈安装在输电线上，通过电流互感的原理进行取电，经过整流电路和稳压电路实现对数据采集装置110进行供电和接入充电模块对充电电池进行充电。所述光伏取电模块通过安装在装置外壳上的太阳能电池板进行光伏发电，通过dc-dc稳压模块对数据采集装置进行供电和接入充电模块对充电电池进行充电。所述充电电池为数据采集装置110的备用电池，当发生停电事故和光伏取电不能满足条件时对数据采集装置进行供电，保证数据汇聚装置在发生停电事故后能够对数据采集装置记录的数据进行召回。

优选地，所述采集单元111包括信号采集传感器和模拟信号调理电路，所述信号采集传感器用于实时采集输电线上的电压信号和电流信号，所述模拟信号调理电路用于将采集到的模拟的电压信号以及电流信号进行放大处理。

具体地，所述信号采集传感器包括隧道磁电阻传感器、光纤传感器（如光ct）、罗氏线圈和电子式ct等。所述信号调理电路将采集的模拟电压信号和模拟电流信号进行信号放大，使得其满足a/d转换单元的输入。

具体地，所述数据采集装置110还包括外壳结构，所述数据采集装置110的外壳结构用于安装和固定数据采集装置的各个单元和模块，并将数据采集装置安装在输电线上，对输电线的电压数据和电流数据进行采集。

作为所述数据汇聚装置120的具体实施方式，如图4所示，所述数据汇聚装置120包括第二数据处理单元121、第二数据存储单元122和第二无线通信单元123，

所述第二数据处理单元121用于接收所述数据控制中心的控制指令，并能够根据所述控制指令向所述数据采集装置110发送指令，以及能够对所述电压信号和所述电流信号进行分类合并和存储，且能够将分类合并后的所述电压信号和所述电流信号发送至所述数据控制中心；

所述第二数据存储单元122用于将所述第二数据处理单元121处理后的所述电压信号和所述电流信号进行存储，以及用于对所述数据汇聚装置120的配置数据进行存储；

所述第二无线通信单元123用于实现所述数据汇聚装置120与所述数据采集装置110的无线通信，以及实现所述数据汇聚装置120与所述数据控制中心130的无线通信和数据交互。

需要说明的是，所述第二无线通信单元123与数据采集装置110的无线通信方式包括但不局限于wifi、2.4ghz等通信方式，所述第二无线通信单元123与数据控制中心130的无线通信方式包括但不局限于4g、5g、wifi等通信方式。

具体地，所述数据汇聚装置120还包括第二供电单元124，所述第二供电单元124分别与所述第二数据处理单元121和所述第二无线通信单元123连接，所述第二供电单元124用于实现对所述数据汇聚装置120的电源供应。

进一步具体地，所述数据汇聚装置120的第二供电单元124包括220v交流供电、光伏取电模块、充电模块和充电电池。所述220v交流供电是指安装在杆塔附近的数据汇聚装置能够接入220v交流电，对接入的220v交流电进行降压、整流和稳压实现对数据汇聚装置120的供电和接入充电模块对充电电池进行充电。所述光伏取电模块是指采用安装在外壳外面的太阳能电池板进行发电，经过dc-dc降压电路实现对数据汇聚装置的供电和接入充电模块对充电电池进行充电。所述充电电池为数据汇聚装置的备用电池，当发生停电事故和光伏取电不能满足条件时对数据汇聚装置进行供电，保证在停电事故发生后能够在一定时间内继续与数据控制中心进行数据交互。

具体地，所述数据汇聚装置还包括外壳，所述外壳用于安装和固定所述数据汇聚装置的第二数据处理单元、第二数据存储单元、第二无线通信单元和第二供电单元。

可以理解的是，所述数据汇聚装置120的外壳结构用于安装和固定数据汇聚装置的各个模块和单元，并对数据汇聚装置120进行固定，使其安装在杆塔或者杆塔附近的基座上。

具体地，如图2所示，本发明提供的用于行波故障定位的故障录波器系统由数据采集装置和数据汇聚装置组成，其中每一个节点中安装三个数据采集装置分别采集输电线a、b、c三相的故障数据，每一个节点安装一个数据汇聚装置用于与数据控制中心进行数据交互和对三个数据采集装置的数据进行汇聚和融合处理。

具体地，数据采集装置用于实时采集暂态行波电流、暂态行波电压、稳态工频电流和稳态工频电压。对采集的数据与时钟同步单元的时钟数据融合并进行存储。

具体地，数据汇聚装置用于对三个子节点的数据采集装置的数据进行汇聚和融合处理，当数据控制中心召回数据时将融合后的数据发送到数据控制中心，并接收数据控制中心的控制指令进行远程控制和系统升级等。

当输电线发生电力事故后需要对发生事故的线路上各个节点的故障信息数据进行召回，各个节点的数据汇聚装置将相应子节点的数据采集装置的数据融合后发送到数据控制中心，数据控制中心运行行波故障定位算法，实现对故障点的精确定位。

数据采集装置与数据汇聚装置之间采用wifi、2.4ghz无线通信的方式进行数据交互。

下面对本发明提供的用于行波故障定位的故障录波器系统的工作原理进行详细说明。用于行波故障定位的故障录波器系统的数据采集装置能够记录输电线的暂态故障电压波形和暂态故障电流波形。所述的暂态故障电压波形和暂态故障电流波形是指通过数据采集装置上的传感器采集的输电线的电压信号和电流信号经过调理电路、a/d转换单元、时钟同步单元和数据处理单元处理后的数字波形，为线路故障后的电压波形和电流波形。本发明提供的用于行波故障定位的故障录波器系统每一个节点包括三个数据采集装置分别安装在输电线的a、b、c三相，包括一个数据汇聚装置对三个数据采集装置的数据进行汇聚和融合处理。每一个数据采集装置都具有时钟同步单元实现整个录波器的时间同步。数中心运行行波故障定位算法，当发生输电线电力事故后，召回发生故障线路上的所有节点的故障录波器的数据，通过运行的行波故障定位算法可以实现输电线路精确的故障定位。其行波故障定位算法采用暂态行波测距算法，具有可靠性高、测距准确的特点，具体地，暂态行波故障定位的步骤包括：

（1）通过数据控制中心召回故障线路所有节点的三相暂态故障电压波形；

（2）通过数据控制中心召回故障线路所有节点的三相暂态故障电流波形；

（3）根据召回的三相暂态故障电流，采用暂态行波测距法进行故障定位；

双端暂态行波测距算法是通过计算故障行波到达线路两端的时间差来计算故障位置，本发明中通过计算故障行波到达线路两端故障录波器节点的时间差来精确计算故障发生的位置。其数学公式为：

l1=(l-(t2-t1)v)/2，

l2=(l-(t1-t2)v)/2，

其中，l表示两个故障录波器节点间的距离，l1、l2表示故障点到两端故障录波器节点的距离，t1、t2表示行波到达故障录波器的时间，v表示行波的传播速度，特定输电线路的行波速度为接近光速的常数。

（4）通过步骤（3）的算法实现故障线路故障点的精确定位。

因此，本发明提供的用于行波故障定位的故障录波器系统，能够记录故障发生后的暂态波形，根据所记录的暂态波形采用行波法故障定位技术精确的计算出配电线路的故障位置和得到暂态故障信息，同时可以为研制和试验新型基于暂态故障信息的继电保护和故障测距装置提供故障数据，从而满足未来对故障录波器装置的更高要求。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。