一种智能变电站输电线路继电保护行波测距一体化装置的制作方法

本实用新型涉及一种智能变电站输电线路继电保护行波测距一体化装置，属于电力系统输电线路故障定位技术领域。

背景技术：

输电线路故障点及时、准确的定位有利于减小输电线路故障对电力系统造成的危害，是智能电网安全可靠运行的关键。目前在电力系统中广泛采用的测距手段基于两种方式：阻抗法故障测距和行波法故障测距。阻抗法基于故障时稳态量和线路阻抗参数计算故障点位置，易受过渡电阻、线路分布电容和系统运行方式影响，测距精度低。行波法基于故障时电压或电流行波信号计算故障点位置，不受上述因素影响，具有测距精度高的优点。

目前在智能变电站中采用的输电线路行波测距系统，大多数仍然基于电磁式互感器或专用行波传感器采集故障行波信号，通过硬电缆方式接入行波测距装置实现行波信号采集、分析和处理。这种方式增大了二次接线复杂度、增大了智能变电站运行维护工作量，提升了系统出错几率，已经无法满足智能变电站的需求。

此外，目前在智能变电站中使用的输电线路行波测距系统采用按站配置模式，由一套行波测距系统完成变电站所有重要线路接入，完成与线路对侧变电站数据通信。存在以下不足：（1）需要为行波测距装置配置专用通信通道，增加施工成本、运行和维护工作量，部分变电站使用传统通信手段，线路两侧行波测距装置通信稳定性和时效性得不到保证；（2）需要为行波测距装置配置专用屏柜，增加变电站屏位占用。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种智能变电站输电线路继电保护行波测距一体化装置，在智能变电站输电线路继电保护装置基础上，增加行波测距相关的软硬件模块，组成的一体化装置，通过过程层通信接口接收工频和行波信号采样数据，在此基础上实现传统继电保护功能和行波测距功能。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种智能变电站输电线路继电保护行波测距一体化装置，所述一体化装置安装于间隔层，包括管理CPU插件、计算DSP插件、站间通信插件、过程层通信插件、开入插件、电源插件和背板；所有插件均通过插槽方式独立安装在机箱中；所述背板包括电源总线与数据总线，所有插件均连接到背板的电源总线与数据总线；所述开入插件采集常规开关量输入信号；所述过程层通信插件与过程层的合并单元和智能终端相连；所述站间通信插件配置光纤接口，所述站间通信插件的光纤接口与线路对侧的一体化装置的站间通信插件的光纤接口通过光纤通道连接起来；所述计算DSP插件包括FPGA芯片、DSP芯片和内存芯片；所述管理CPU插件包括微处理器、本地存储介质、以太网通信接口和驱动控制模块。

前述的过程层通信插件配置以太网通信接口；所述过程层通信插件通过以太网通信接口与过程层的合并单元相连。

前述的过程层通信插件与智能终端采用GOOSE以太网的方式进行通信。

前述的微处理器采用嵌入式Linux内核操作系统。

前述的管理CPU插件与站控层的时钟系统相连接。

前述的管理CPU插件通过以太网通信接口，采用标准IEC61850规约与站控层设备进行通信。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

（1）该装置所接收的工频信号和行波信号采样数据均通过过程层通信接口实现，统一了信号接入方式，适应智能变电站需求。

（2）该装置充分利用原有的保护专用光纤通道，实现线路两侧装置行波信息数据交换，无需再专门提供行波测距装置变电站间通信信道，节省了施工、运行和维护成本，提高了行波信息站间通信可靠性。

（3）该装置实现了传统继电保护功能与行波测距功能的集成，按间隔配置，无需再专门配置行波测距相关屏柜，节省了施工、运行和维护成本，简化了行波测距系统结构复杂度，提升了系统可靠性。

附图说明

图1为本实用新型装置应用场景示意图；

图2为本实用新型装置插件安装示意图；图2（a）为正视图；图2（b）为俯视图；

图3为本实用新型装置各插件功能示意图。

具体实施方式

本实用新型提供了一种智能变电站输电线路继电保护行波测距一体化装置，该装置在智能变电站中的应用场景如图1所示。

该装置属于间隔层设备，

（1）与过程层设备（合并单元、智能终端）连接，基于标准传输协议接收合并单元的采样值（SV），与智能终端之间的开关量传输采用GOOSE以太网。

（2）与站控层设备之间通信遵循IEC61850标准，采用MMS网络通信。

（3）接收站控层时钟同步系统输出的对时信号，对时精度优于1us。

（4）采用专用光纤通道与线路对侧装置连接，实现站间工频数据和行波信息交换。

为了满足所述装置的继电保护功能与行波测距精度要求，过程层设备需满足以下条件：

（1）电子式电流互感器行波电流信号采样速率不低于1MHz，行波电流信号响应速率小于1μs。

（2）合并单元输出用于继电保护功能使用的工频数据采样率不低于1kHz，输出用于行波测距功能使用的行波电流数据采样率不低于1MHz。

本实用新型装置以智能变电站输电线路继电保护装置为基础，增加了行波测距相关的软硬件模块，组成的智能一体化装置插件示意图如图2（a）和（b）所示，各插件功能如图3所示。

如图2（a）和（b）所示，装置包含：①管理CPU插件、②计算DSP插件、③站间通信插件、④过程层通信插件、⑤开入插件、⑥电源插件和⑦背板。各插件均通过插槽方式独立安装在机箱中。具体的，

开入插件实现常规开入量采集；过程层通信插件的以太网通信接口与过程层的合并单元相连，接收合并单元输出的采样数据；过程层通信插件还与过程层的智能终端采用GOOSE以太网的方式进行通信；站间通信插件的光纤接口与线路对侧的一体化装置的站间通信插件的光纤接口利用原有的保护专用光纤通道连接起来，实现与线路对侧装置之间的工频数据与行波信息交换；通过计算DSP插件实现继电保护功能和行波测距功能计算；通过管理CPU插件实现装置对时、管理、通信和录波存储功能。以上所有插件均连接到背板的电源总线与数据总线，实现工作电源获取与插件间数据高速交换。

本实用新型装置不改变智能变电站传统继电保护硬件接口，升级过程层通信插件中FPGA芯片处理能力与内存芯片缓存容量，实现工频与行波数字信号的接收、解码与循环存储。因此该装置实现了工频与行波信号接入方式的统一，适应智能变电站需求。

该装置利用原有的保护专用光纤通道，实现线路两侧装置间工频数据与行波信息的数据交换。行波测距功能所需要交换的行波信息包括行波波头到达时标和装置对时状态。

该装置采用计算DSP插件实现继电保护功能与行波测距功能计算。除了传统继电保护功能，计算DSP插件实现的行波测距功能主要包括行波启动判据计算、行波数据转存、行波波形分析与行波故障测距。计算DSP插件主要包括FPGA芯片、DSP芯片、内存芯片。该插件通过背板数据总线获取工频与行波采样数据、开关量状态、对侧工频数据与行波信息；DSP芯片基于采样数据实现行波启动判据计算，并完成启动后行波波形分析与行波故障测距计算；启动后行波数据转存由FPGA芯片和内存芯片实现，这些计算功能的实现在现有技术中已经非常成熟。

该装置采用管理CPU插件实现装置对时、管理、通信和录波存储功能。管理CPU插件硬件上主要包括微处理器、本地存储介质、以太网通信接口及驱动控制模块，操作系统采用嵌入式Linux内核。管理CPU插件通过背板数据总线从计算DSP插件获取继电保护与行波测距信息，实现行波测距相关的管理、通信和录波功能，这些功能的实现在现有技术中已经非常成熟。驱动控制模块存在与所有主电路与硬件接口之间，主要实现信号的放大、转换等功能，实现信号接口匹配，为通用技术模块。基于本地存储介质，可以实现行波录波文件的循环存储；基于原有继电保护装置的IEC61850模型扩展行波测距相关信息，可以实现行波测距信息的IEC61850通信；基于原有继电保护装置的事件与报告记录模块扩展变量引用表，可以实现行波启动及测距结果的事件记录。另外，管理CPU插件通过接收并解析对时信号实现装置时钟同步功能；通过以太网通信接口，采用标准IEC61850规约实现与站控层设备通信。

以上所述实施例仅用于说明而非限定本实用新型的保护范围。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，所进行的修改或等同替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。