CN105656208A - 一种广域故障录波***及同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开<b>一</b>种广域故障录波***及同步方法，包括：在地理位置上分散的每个变电站设置1台故障录波装置；每台故障录波装置都接入通信网络，且同一工作组内不同装置间可以利用该网络相互通信；每台故障录波装置的自启动判据启动后，都向同一工作组内的其它装置发送启动信号（网络启动信号），且发送的信号中带有启动时刻的绝对时标；开始等待△T时间，比选△T时间内的所有启动信号（含自启动信号和网络启动信号）中的最早启动时刻，并从该时刻开始按照录波预定规则存储记录波形文件。此同步录波方法对通信网络的实时性要求不高，可以利用既有非实时通信网络实现广域同步录波，节省了建设专用实时通道的投资，具有很大的实用价值。
Description
技术领域
本发明涉及一种广域范围内的远程同步录波方法，适用于需要实现广域同步录波的各类型供电***。
背景技术
在传统录波器配置方案中，故障录波器通常布置在地理分散的不同变电站内，且每台装置的启动条件是彼此独立整定的。一旦供电***中发生故障，分散安装的故障录波器会各自独立判断是否启动录波。这样就会出现以下两种情况：
（1）故障时仅部分故障录波器启动了录波，另外一部分录波器由于故障特征不明显，或者定值门槛较高，而没有启动录波；
（2）故障时全部故障录波器都启动了录波，但是由于故障特征不同和定值门槛不同，没有实现同步启动录波；
以上两种情况对于分析变电站内故障的需求，没有影响。
但是，随着应用的深入，近来***性故障分析的需求被不断提出。例如高速铁路的牵引供电***，采用自耦变压器（AutoTransformer,AT）供电方式，牵引供电***由牵引变电所、AT变电所和分区变电所共同供电和协同工作，属于强关联***。牵引***内发生故障时，上述三种变电所都会出现不同程度的故障特征。如果能够在牵引供电***内实现广域同步故障录波，将对提升***故障的分析水平具有很大的意义。
之前已经公开的技术资料中也提出了一些故障录波广域同步方法。《电力***广域保护故障录波方法》（专利申请号：201210035742.9）提出了基于IEC61850-9-2通信协议的广域同步方法，该方法对通信网络的实时性、专用性和通信带宽要求较高。以铁路牵引供电***为例，仅能够提供E1通信网络来实现同步通信。E1网络受路由链路动态生成的影响，通信延时具有较大的离散性；而且E1网络的通信带宽仅有2Mbps，不能满足IEC61850-9-2的通信带宽要求。在这种情况下，为了上述专利中的同步方法，则需要搭建专用的广域过程层通信网络，建设成本过高。
因此，针对上述需求，目前公开资料中还没有一种高性价比解决方法。如果能够提出一种新型广域同步录波方法，并且可以利用已经建设了的非实时网络进行同步通信，将具有良好的社会和经济效益。
发明内容
本发明的目的在于提供一种广域故障录波***及同步方法，其可以利用通信延时较长的一般性网络进行广域跨站同步录波，以满足铁路牵引供电等强关联***所需要的广域同步录波需求。
为了达成上述目的，本发明的解决方案和步骤是：
（1）故障录波装置设置在广域分散的不同变电站内，并保证每台装置可靠接入卫星授时***，实现卫星对时同步。授时***可以选用GPS、北斗卫星***等所有可以实现卫星授时功能的全球卫星***。
（2）将需要实现同步录波功能的多台故障录波装置定义为同一工作组。工作组根据需要同步录波的范围划分，每个供电***内可以同时设置多个工作组。某一变电站的故障录波装置也可以同时属于多个工作组。
（3）故障录波装置接入通信网络，且同一工作组内的装置间可以利用该网络相互通信。
（4）每台故障录波装置都设置自启动判据，该判据监视电力***中是否发生故障。同一工作组内不同故障录波器的自启动判据彼此独立设定，启动条件可以不同。因此，电力***中发生故障后，同一工作组内的多台故障录波器可能一同启动，也可能仅部分启动。
（5）每台故障录波装置的自启动判据启动后，都通过通信网络向同一工作组内的其它故障录波装置发送启动信号（网络启动信号），且发送的信号中带有启动时刻的绝对时标；该绝对时标是通过步骤（1）所述的卫星授时***同步的。
（6）如图1中的逻辑，每台故障录波装置自启动后，或者接收到同一工作组内其它装置发送的启动信号后，开始等待△T时间，以便继续接收其它启动信号；△T时间结束后，比选△T时间内的所有启动信号（含自启动信号和网络启动信号）中的最早启动时刻，并从该时刻开始按照录波预定规则存储记录波形文件。
结合图2进一步详细说明装置内的实现机制。故障录波装置内设置一个录波缓冲区，缓冲区的长度T根据硬件***的存储能力确定。缓冲区采用循环存储方式，当缓冲区存满后最新需要存储的数据会覆盖最早已经存储的数据，并不断循环。另外，用户可利用定值设置录波预定规则，即故障前录波长度T1和故障后录波长度T2。△T为等待本机或网络启动信号的延时周期，其时长的选择需根据通信网络的延时情况和故障录波装置内的数据缓存能力确定。装置间的通信延时越长，需要等待的△T时间越长，但不能超过装置的最大数据缓冲能力和录波预定规则的要求，即△T＜T-T1。
图2中，装置的自启动判据首先启动，启动后开始等待△T时长，在△T时间内先后接收到了同一工作组内另外两台故障录波装置发送的网络启动信号，即SOE1和SOE2。每个网络启动信号都带有发送装置的启动时刻绝对时标。等待的△T时间结束后，装置比较本机启动时刻、SOE1的时标和SOE2的时标，选出最早启动的SOE2信号，并在缓冲区中从SOE2时刻向前推进T1时间截取和存储记录波形，直到波形总长度达到T1+T2为止。
由于SOE2信号在同一工作组内是最早启动的，同一工作组内的所有故障录波装置根据图1逻辑和图2方式都会选择SOE2的绝对时标来触发录波，从而实现了同步启动录波。
附图说明
图1基于绝对时标触发的广域录波同步方法；
图2绝对时标触发机制示意图；
图中，T为故障录波装置内的数据缓冲区的长度，单位为秒；T1为录波预定规则中的“故障前录波长度”，即触发录波时刻向前延伸的录波长度，单位为毫秒；△T为等待本机或网络启动信号的延时周期；
图3高速铁路牵引供电***广域同步录波方案配置图。
具体实施方式
以下将结合附图3，对本发明的技术方案进行详细说明。
图3为高速铁路牵引供电***广域同步录波方案配置图。高速铁路牵引供电***由牵引变电所、AT变电所（AT所）和分区变电所（分区所）组成，且三个变电所的间距在10km～15km范围内。接触网和正馈线共同为动车组机车提供电源，并同时与上述三类变电所相互连接。因此，接触网或者正馈线发生故障时，牵引供电***的三类变电所的电流和电压都会出现不同程度的故障特征。为了能够全面分析***的故障情况，必须实现牵引变电所、AT所和分区所的广域同步故障录波。
高速铁路牵引供电***为55kV交流供电方式，为了保证对机车的供电电压，牵引所到分区所的间距被限制在25km以内；列车经过分区所后，将进入下一牵引变电所的供电范围。图3中的分区所即为牵引所1右侧供电臂和牵引所2左侧供电臂的分区点。由于分区所的位置和作用较为特殊，分区所内部设置了两套变压器设备，分别服务于两侧的供电臂。
图3中的每个变电所内都安装1台故障录波装置，并将装置可靠接入卫星授时***，实现卫星对时同步。按照铁路相关标准的要求，授时***选用GPS或北斗卫星***。
图3中的牵引供电***根据录波需求划分为2个工作组。工作组1包括牵引变电所1、AT所1和分区所；工作组2包括牵引变电所2、AT所2和分区所。
所有故障录波装置都通过站内接口接入既有的铁路E1通信网络。E1网络是铁路综合通信网络的一个逻辑子网，带宽为2Mbps。利用E1网络，同一工作组内的故障录波装置可以相互通信，但是通信延时具有离散性，一般在100ms以内。
另外，每台故障录波装置都设置了自启动判据，该判据监视铁路牵引***中是否发生故障。牵引所、AT所和分区所内故障录波装置的自启动判据不完全相同，因此，牵引供电***中发生故障后，同一工作组内的3台故障录波器可能一同启动，也可能仅部分启动。
每台故障录波装置的自启动判据启动后，都通过E1通信网络向同一工作组内的其它2台故障录波装置发送启动信号（网络启动信号），且发送的信号中带有启动时刻的绝对时标。例如：某次故障时，牵引***中的3台装置都启动了，则每台装置会自产1个自启动信号和接收到2个网络启动信号。
故障录波装置自启动后，或者接收到同一工作组内其它装置发送的启动信号后，开始等待△T时间，以便继续接收其它启动信号；△T时间结束后，比选△T时间内的所有启动信号（含自启动信号和网络启动信号）中的最早启动时刻，并从该时刻开始按照录波预定规则存储记录波形文件。
假设故障录波装置内的数据缓冲区的长度为2秒，用户整定的故障前录波长度为1秒，则△T的最长整定时间为1秒钟，实际考虑一定可靠性系数后△T的整定时间不超过800ms。根据E1网络的通信延时离散性特点，一般装置间通信延时小于100ms，最大延时不超过300ms，因此在等待的△T（800ms）内，最恶劣情况也可以接受到同一工作组内的全部已启动信号。
故障录波装置等待800ms后选取所有启动信号中最早启动的时刻触发故障录波，即实现的广域同步录波功能。
以上实施案例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种广域故障录波***，其特征在于：包含多台故障录波装置、通信网络和上位机，所述故障录波装置之间通过通信网络进行信息交互；
当发生故障时，故障录波装置采用广域故障录波同步方法来确保同时启动录波，并各自独立地将故障录波数据上送上位机，由上位机故障分析软件进行波形合并及统一展示。
2.一种广域故障录波同步方法，其特征在于：所述广域故障录波同步方法包括如下步骤：
步骤一：在区域内的各变电站内装设故障录波装置，并保证每台故障录波装置可靠接入卫星授时***，实现卫星对时同步；
步骤二：将区域内需要实现同步录波的多台故障录波装置定义为同一工作组；
步骤三：故障录波装置接入通信网络，且同一工作组内的不同装置间利用通信网络相互通信；
步骤四：故障录波装置在电力***出现故障时置自启动标志，记录自启动时刻的绝对时标，并通过通信网络向同一工作组内的其它录波装置发送自启动标志，所述自启动标注包含启动时刻的绝对时标；
步骤五：故障录波装置通过通信网络接收同一工作组内其它故障录波装置传送过来的自启动标志；
步骤六：每台故障录波装置独立判断和启动录波。
3.如权利要求2所述的一种广域故障录波同步方法，其特征在于：步骤六中，所述判断和启动录波的具体过程包括：
601、故障录波装置自启动后，开始等待△T时长；△T时间结束后，比选△T时间内的所有自启动标志中的最早启动时刻，并从该时刻开始按照预定录波规则存储记录波形文件；
602、故障录波装置没有自启动，但是通过网络接收到其它装置的自启动信号，则从接收到信号的时刻开始等待△T时长，或者等待本装置自启动；△T时间结束后，比选△T时间内的所有自启动标志中的最早启动时刻，并从该时刻开始按照预定录波规则存储记录波形文件；
603、故障录波装置没有自启动，也没有通过网络接收到其它装置的自启动信号，则继续监测自启动信号。
4.如权利要求2所述的一种广域故障录波同步方法，其特征在于：步骤六中所述的△T时长，其时长的选择需根据通信网络的延时情况和故障录波装置内的数据缓存能力确定，装置间的通信延时越长，需要等待的△T时间越长，△T不超过装置的最大数据缓冲能力和预定录波规则的要求。
5.如权利要求3所述的一种广域故障录波同步方法，其特征在于：步骤603中所述的预定录波规则，具体为，根据用户整定，录波装置从开始录波时刻向前记录固定时长T1的数据，向后记录固定时长T2的数据。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |