一种一体化的行波综合测距装置的制作方法

本实用新型涉及电力模块传输线路故障测距领域，具体的说，是涉及一种一体化的行波综合测距装置。

背景技术：

现有主流的电力系统传输线路的故障测距方法主要包括阻抗法和行波法两种，阻抗法通常作为故障录波装置的附加功能，其在实际应用中容易受过渡电阻、PT、CT等采样精度的影响，测距精度难以满足现场应用，且其设计一般采用管理机、变送箱等分体结构形式，如附图1所示；行波法测距通常通过常规的行波测距装置来实现，其测距精度较高，设计一般采用变送箱、GPS对时单元、工控机、显示器等分体结构组成，如附图2所示。以上两种测距方法的实现分别隶属于两种独立的二次设备，并且两种设备均为多种独立结构体模块的组合，在实际现场变电站或者电厂中使用时，两者需要各自安装，投资成本高、运行维护不方便；另外，亦有保护装置将阻抗法和行波法集成到一起的方式，但是由于保护装置所监测线路数目限制，难以大规模在现有成熟的变电站中大量应用和实施，且由于其录波长度和采样精度的限制，在暂态数据记录方面难以很全面的记录暂态故障的前后过程，难以实现对故障数据的就地分析。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供了一种一体化的行波综合测距装置，其能够实现在单体装置上完成对站内多条线路的工频和行波数据的采集、计算、测距和就地显示与分析等功能，即通过内部总线实现集电源模块、数据采集、数据处理与分析、后台管理与分析、对时模块和综合测距算法在内的一系列功能。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种一体化的行波综合测距装置，包括电源模块、数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块和对时模块，所述电源模块通过内部总线为装置供电，所述数据采集模块通过内部总线将所采集的数据传输到数据处理模块，所述数据处理模块对原始采样数据进行故障录波判断，并通过内部总线将所生成的录波数据转存到数据分析模块，所述对时模块通过内部总线与各模块相连以完成内部授时功能。

进一步的，所述电源模块与外部电源相连，通过对接入的外部交流电压信号进行电平转换为装置供电。

进一步的，所述数据采集模块包括常规传感器和行波传感器，所述常规传感器通过低通滤波和A/D转换模块后与FPGA模块相连，所述行波传感器通过行波滤波和高速A/D转换模块后与FPGA模块相连，所述FPGA模块与CPU相连。

所述常规传感器采集通道与行波传感器采集通道是两个独立的硬件通道。

进一步的，所述数据采集模块直接接入二次侧过来的PT和CT信号，其采集信号包括工频电压、工频电流和高频行波电流。

进一步的，所述数据处理模块包括依次连接的数据接收模块、数据计算模块、故障录波判断模块和录波数据转存模块，所述数据接收模块用于接收数据采集模块实时采集的电压和电流，所述数据计算模块用于对数据采集模块所采集工频电压和工频电流数据的有效值进行实时计算，所述故障录波判断模块根据数据计算模块的计算结果进行故障录波判断，并通过录波数据转存模块将故障录波数据转存至数据分析模块。

进一步的，所述数据分析模块包括综合测距算法分析模块和存储模块，所述综合测距算法分析模块用于对故障录波数据进行综合测距算法分析，完成对故障录波数据的故障选线和故障测距功能，并通过存储模块完成对故障录波文件的存档。

进一步的，所述数据分析模块还与显示器相连，用于完成对数据采集模块采集数据的实时显示。

进一步的，所述数据分析模块还与打印机相连。

进一步的，所述数据分析模块通过标准IEC-61850和IEC60870-5-103规约与主站通信。

进一步的，所述对时模块内设有信号接收模块，用于接收外部标准时钟源为整个装置提供统一的时钟源基准。

进一步的，所述外部标准时钟源包括GPS信号、北斗信号、光B码信号和电B码信号。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型的模块设计采用集电源模块、数据采集、数据处理与分析、后台管理与分析和对时模块于一体的一体化机体设计方案，实现了在单体装置上完成对工频电压、工频电流以及高频电流行波数据的采集、处理、综合测距算法分析、故障数据显示和装置联网等相关操作；

2)本实用新型各模块模块之间互联采用内部总线形式，大大减少了故障率，提高了模块的运行可靠性；

3)本实用新型数据采集部分装置直接接入二次侧电压和电流信号，无需附加专用的信号耦合设备；

4)本实用新型装置采用嵌入式、免风扇、高性能、低能耗的高性能处理器，而非工业控制计算机，充分保证了装置具有强大的数据吞吐及处理能力；

5)本实用新型装置单台最大可监测16条出线(ABC三相)、4条母线/出线电压(ABC三相)或10条出线(ABC三相)以及8条母线/出线电压(ABC三相)；

6)本实用新型装置单次录波长度基波可达1000ms、高频行波可达160ms，实现了对故障暂态数据的全面记录。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为常规故障录波装置结构图；

图2为常规行波测距装置结构图；

图3为本实用新型一体化行波综合测距装置结构图；

图4为本实用新型一体化行波综合测距装置立体图；

图5为本实用新型一体化行波综合测距装置后面板视图；

图6为本实用新型一体化行波综合测距装置数据采集部分示意图；

图7为本实用新型一体化行波综合测距装置模块内部总线连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施例对本实用新型做进一步的说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

正如背景技术所介绍的，现有技术中存在阻抗法测距精度不可靠、行波法测距容易误启动并且阻抗法和行波法测距分别为两种独立二次装置，亦有保护装置将两种测距方法结合到了一起，但是限于其所监测线路数目及自身录波长度的限制，升级、改造、增加此类装置相关的经济成本较高，难以大规模的在现有成熟的变电站中予以应用的问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种一体化的行波综合测距装置，其能够实现在单体装置上实现对阻抗法和行波法相结合的综合测距算法，在单体装置上实现对多条线路的故障测距监测，在单体装置上实现对故障暂态过程的前后较长时间的录波功能。

如图7所示，一种一体化的行波综合测距装置，包括电源模块、数据采集模块、数据处理模块、数据分析模块和对时模块，所述电源模块通过内部总线为装置供电，所述数据采集模块通过内部总线将所采集的数据传输到数据处理模块，所述数据处理模块对原始采样数据进行故障录波判断，并通过内部总线将所生成的录波数据转存到数据分析模块，所述对时模块通过内部总线与各模块相连以完成内部授时功能。

具体实施中，所述电源模块与外部电源相连，通过对接入的外部交流电压信号进行电平转换为整个测距装置供电。

如图6所示，具体实施中，所述数据采集模块包括常规传感器和行波传感器，所述常规传感器通过低通滤波和A/D转换模块后与FPGA模块相连，所述行波传感器通过行波滤波和高速A/D转换模块后与FPGA模块相连，所述FPGA模块与CPU相连，所述常规传感器采集通道与行波传感器采集通道是两个独立的硬件通道。

所述常规传感器用于采集基波电压和基波电流。

如图3所示，所述数据采集模块直接接入二次侧过来的PT和CT信号，无须专用的信号耦合设备，其采集信号包括工频电压、工频电流和高频行波电流。

具体实施中，所述数据处理模块包括依次连接的数据接收模块、数据计算模块、故障录波判断模块和录波数据转存模块，所述数据接收模块用于接收数据采集模块实时采集的电压和电流，所述数据计算模块用于对数据采集模块所采集工频电压和工频电流数据的有效值进行实时计算，所述故障录波判断模块根据数据计算模块的计算结果进行故障录波判断，并通过录波数据转存模块将故障录波数据转存至数据分析模块。

具体实施中，所述行波电流无需像基波似的需要去量化，而只是需要对其进行分析找出奇异点位置，然后利用找到的奇异点位置去进行行波法的测距分析。

所述数据分析模块用于对故障录波数据进行综合测距算法分析，完成对故障录波数据的故障选线和故障测距功能。

具体实施中，所述数据分析模块基于嵌入式linux模块平台开发，包括综合测距算法分析模块和存储模块，所述综合测距算法分析模块通过CPU对故障录波数据进行综合测距算法分析，完成对故障录波数据的故障选线和故障测距功能，并通过存储模块完成对故障录波文件的存档。所述综合测距算法为阻抗法和行波法相结合的行波综合测距算法，该方法并非阻抗法和行波法结果的简单取舍，而是建立在装置对工频和高频行波数据同步采样基础上经逻辑判断综合分析之后所给出的结果。

所述数据分析模块所生成的故障录波数据为标准COMTRADE格式文件，所述标准COMTRADE格式文件包含工频录波(电压、电流)以及高频行波(电流)文件。

具体实施中，所述后台管理与分析模块还与显示器相连，用于完成对数据采集模块采集数据的实时显示。

所述数据分析模块还与打印机相连。

所述数据分析模块还通过标准IEC-61850和IEC60870-5-103规约与主站通信。

具体实施中，所述对时模块内设有信号接收模块，用于接收外部标准时钟源为整个装置提供统一的时钟源基准。所述外部标准时钟源包括GPS信号、北斗信号、光B码信号和电B码信号

如图4和图5所示，本实用新型采用全嵌入式硬件结构平台和嵌入式linux实时多任务操作模块平台的软硬件架构设计，集电源模块、数据采集、数据处理、数据分析和对时模块于一体的一体化机体结构设计方案。

所述一体化机体结构设计不仅仅是将各模块集成到一个单体机箱中，而是建立在模块整体软硬件设计方案基础上的模块集成。

所述单台一体化装置可监测多条线路，并非简单的将硬件电路进行叠加，而是建立在数据采集、数据计算、数据存储、机械结构等统筹考虑后的方案。

所述嵌入式硬件结构平台为嵌入式高性能CPU平台，而非传统的工业控制计算机。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

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。