CN108287293A - 一种直接获取故障行波的方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直接获取故障行波的方法及***，在高压铁塔下部，将监测终端分布安装于杆塔上，实现与高压部分无接触；监测终端采用定向电磁场传感器识别高压输电线路的故障信号；故障信号经定向传感器识别之后，按电压、电流方式分离电磁场，保持与工频信号的兼容，然后通过高速A/D转换器进行信号处理；经A/D转换器高速采样后的波形数据，采用2G/3G/4G移动通信网络，上传到主站***的服务器，实现对三相行波信号矢量的获取。本发明的监控终端与高压无接触，方便***的安装维护；直接获取三相信号矢量，减少二次信号影响，测距更准确。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路故障测距技术领域，特别是涉及一种直接获取故障行波的方法及***。
背景技术
目前，高压输电线路的故障行波的获取一般有两种方法，一种靠安装在变电站或换流站内的电压、电流互感器间接获得，称之为站端方式；另一种将互感器直接卡到高压线上获得，称之为分布式。站端设备依靠互感器获得电压或电流故障行波，对长距离输电线路或阻抗接地测距精度低或无法扑捉到有效行波信号，造成巨大的人力物力损失，对智能化变电站、T接线路等特殊***也无效。传统分布式测距***安装于高压输电线路，为设备的安装和维护带来诸多不便，且由于高压线路的特殊性，给***运行带来诸多的不稳定因素。
综上所述，现有技术中对于高压输电线路的故障行波在获取精度上还存在一定的不足，尚缺乏有效的解决方案。
发明内容
为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种直接获取故障行波的方法，其具有方法简单、可靠、安装维护方便效果。
一种直接获取故障行波的方法，包括以下步骤：
在高压铁塔下部，将监测终端分布安装于杆塔上，实现与高压部分无接触；
监测终端采用定向电磁场传感器识别高压输电线路的故障信号；
故障信号经定向电磁场传感器识别之后，按电压、电流方式分离电磁场，保持与工频信号的兼容，然后通过高速A/D转换器进行信号处理；
高速A/D转换器选用GPS/北斗双***时标，接收信号经A/D转换器转换成带有GPS时标的故障记录信息，满足故障启动算法的高动态启动范围；
经A/D转换器高速采样后的波形数据，采用移动通信网络上传到主站***的服务器，实现对三相行波信号矢量的获取。
进一步的，所述监测终端在安装时，采用分布式方式每隔30～60km沿线安装在距地面3～5米的杆塔位置。
进一步的，所述主站***的服务器采用双云服务器，数据双备份，稳定可靠，故障上报时间优于30秒。
进一步的，所述监测终端由定向电磁场传感器、电压/电流分离装置、高速同步A/D转换器、GPS+BD时间同步***、太阳能及电池管理***、无线数据通信装置以及在线分析***构成；
故障信号经定向传感器识别之后，利用电压/电流分离装置按电压、电流方式分离电磁场，保持与工频信号的兼容，然后通过高速同步A/D转换器进行信号处理，接收信号经高速同步A/D转换器转换成带有GPS时标的故障记录信息传输至GPS+BD时间同步***，GPS+BD时间同步***将信息进一步的通过无线数据通信装置传输至在线分析***。
进一步的，所述监测终端利用太阳能及电池管理***进行供电。
进一步的，所述监测终端按间隔时间定时发送检测的信息和设备运行状态，设备运行状态包括现场温度、GPS信号强度、通信信号强度、太阳能电池电压和电池电压，所述监测终端还能提供检测的稳态不平衡电压数值，以及分析的基本谐波分量。
进一步的，所述在线分析***存储有信号类型，用于根据接收的信号直接分离出输电线不同的故障类型。
进一步的，所述在线分析***收集各监测终端故障数据，通过对安装拓扑结构的分析并利用分布式测距算法对故障数据进行分析和处理，最终得到故障区段和故障距离。
进一步的，所述监测终端将故障结果发送至设定手机，或通过WEB、客户端或手机查看故障测距结果。
一种直接获取故障行波的***，包括：
多个监测终端，在高压铁塔下部，分布安装于杆塔上，实现与高压部分无接触；
监测终端由定向电磁场传感器、电压/电流分离装置、高速同步A/D转换器、GPS+BD时间同步***、太阳能及电池管理***、数据通信以及在线分析***构成；
每个监测终端采用定向电磁场传感器识别高压输电线路的故障信号，故障信号经定向电磁场传感器识别之后，按电压、电流方式分离电磁场，保持与工频信号的兼容，然后通过高速同步A/D转换器进行信号处理；高速同步A/D转换器选用GPS/北斗双***时标，接收信号经高速同步A/D转换器转换成带有GPS时标的故障记录信息，满足故障启动算法的高动态启动范围，在线分析***进行基本的信号分析确定故障类型；
主站***的服务器，接收移动通信网络上传的经A/D转换器高速采样后的波形数据，实现对三相行波信号矢量的获取。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明的监控终端与高压无接触，方便***的安装维护；直接获取三相信号矢量，减少二次信号影响，测距更准确。
本发明利用非接触传感器，既与高压隔离，又提高了测量精度。
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为电压传感器的极坐标方向；
图2为监控终端的安装示意图。
具体实施方式
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。
正如背景技术所介绍的，现有高压输电线路的故障行波在获取精度上还存在一定的不足，本申请提出了一种直接获取故障行波的方法及***。
本申请的一种典型的实施方式中，本发明弥补了现有技术的不足，摒弃了输电线路获取行波信号需要使用电压、电流传感器或安装于高压输电线路的传统方式。监测终端沿输电线路的杆塔以一定距离分布安装，利用太阳能板为***供电，如附图2所示，为本发明的现场安装示意图，该图示包括监测终端的安装位置和为装置提供电源的太阳能电池板。
监测终端分布安装于杆塔上，每隔30～60km沿线安装在距地面3～5米的杆塔位置上，与高压部分无接触。高压***输电线路一般都承载重要负荷、决定了输电线路的停电几率极小，给与高压有接触的设备的安装维护带来了难题，只能靠停电安装或带电作业来解决。
需要说明的是，本发明中，按照一定距离将监测终端安装于高压铁塔下部，与高压输电线路完全无接触，施工人员不需要穿防护服，安装方式安全方便。
另外，本发明中，通信***使用移动2G/3G/4G通信，主站***采用双云服务器，数据双备份，稳定可靠，故障上报时间优于30秒。终端采用-40℃～80℃宽温设计，满足线路多区域跨度的温度要求。
可见，本发明与高压部分无接触，获取故障行波方式通过非接触方式，采用电磁场传感器，通过非接触方式直接获取三相行波信号矢量，与采用互感器等方式相比，减少了相移或畸变对行波测距的影响，提高行波测量精度。
利用变化的电压和电流产生变化的电场和磁场，采用电磁场传感器就能获取到这一暂态行波，获取到的行波信号经过不同的处理通道进入AD通道，通过FPGA进行数据采集和运算。
本发明的创新点在于监测终端的安装位置和非接触式行波监测。本发明与高压完全隔离，方便***的安装维护；本发明与高压部分无接触，利用非接触传感器，既与高压隔离，又提高了测量精度。
需要说明的是，本发明的监测终端由定向电磁场传感器、电压/电流分离、高速同步A/D转换、GPS+BD时间同步***、太阳能及电池管理***、数据通信以及在线分析***构成。
监测终端按一定距离分布安装于杆塔，各终端通过GPS+BDS***达到同步数据采集，在输电线路发生故障时，终端通过非接触式传感器接收行波数据(电压行波和电流行波)并通过专用GPRS网络上传，中心主站接收各装置(终端)数据并根据分布式行波算法进行综合分析，实现故障的准确定位。并将故障结果发送至设定手机，也可通过WEB、客户端或手机查看测距结果，为运检人员提供丰富的故障数据支持。太阳能通过MPPT算法管理电池的充电，最大限度的利用太阳能，放电由***选择由太阳能直接供电还是电池供电。
监测终端中定向电磁场传感器测量暂态电压、电流行波信号。
GPS+BD时间同步***实现GPS和BDS的卫星对时转换，根据对时***的秒脉冲实现多终端的同步对时，在此基础上实现1-10MHz的分频，对行波信号进行高速同步采集，使任何采样脉冲的时间抖动均小于10ns
高速同步A/D转换模拟信号转换为数字信号的电子元器件。
电压/电流分离装置分别测量电压行波和电流行波，相互印证、相辅相成。
其中，定向电磁场传感器具有超宽频带范围和宽动态范围，能提供从几赫兹到几兆赫兹的平坦宽带信号，这对雷电波和各种接地故障的识别提供了信号基础。
电压/电流分离分别测量电压行波和电流行波，相互印证、相辅相成。
定向电磁场传感器(定向电场传感器)具有方向性，电压信号传感器的方向图垂直向上，在±90°范围内可以近似表示为v＝cos(θ)，半功率点约为±45度；图1表示的是电压传感器的极坐标接收方向图，在垂直向上方向接收的灵敏度最高，本线路的电压信号可以正常接收，邻近线路的信号则受到大幅度衰减。
电磁场是两种状态电场和磁场，变化的电压产生电场，变化的电流产生磁场。所以定向电场传感器和电压信号传感器是一个概念。
故障信号经定向传感器识别之后，按电压、电流方式分离电磁场，保持与工频信号的兼容，然后通过高速A/D转换器进行信号处理。
本发明中，要完成分布式行波数据分析，完成故障测距，就需要沿线装置具有同步采样记录能力。选用高速A/D转换选用GPS/北斗双***时标，对时精度优于100ns，接收信号经A/D***转换成带有GPS时标的故障记录信息，满足故障启动算法的高动态启动范围，***使用了过采样技术，使得用于启动分析的信号具有超过20位的有效数据，满足了启动分析要求。
过采样技术是使用远大于奈奎斯特采样频率的频率对输入信号进行采样，以改变噪声的分布，减少噪声在有用信号的带宽内，然后在通过低通滤波器滤除掉噪声，达到较好的信噪比。
***安装环境会存在显著的工频干扰，启动算法的设计对工频有明显的抑制，为防止安装环境高能量工频信号产生误启动，***采用宽动态范围的暂态冲击启动算法，启动信号值的动态范围超过60dB(1000倍)；宽范围的动态启动值可以适应金属接地、高阻接地、闪络和雷电等多种信号的启动要求。
经A/D高速采样后的波形数据，采用我国目前广泛使用的2G/3G/4G移动通信网络，上传到服务器，保证***的运行可靠性。监测终端按间隔时间定时发送检测的信息和设备运行状态，提供现场温度、GPS信号强度、通信信号强度、太阳能电池电压和电池电压等运行状态。还能提供检测的稳态不平衡电压数值，以及分析的基本谐波分量，以供联网分析***状态。
此处的所有信号均由终端采集并传送至主站***。
在线分析***需要完成独立的基本信号分析。由于通信***的限制，不能在测量装置和主站之间建立高速数据通道，每个测量装置都需要独立完成故障信号的识别、记录、分析和上传。***对故障信号启动的识别采用适应分布式处理的合适算法。
具体的，在线分析***提供完善的信号类型分析，可以直接分离出输电线不同的故障类型，此***可以准确识别接地、短路、闪络和雷电等不同的故障类型。
在线分析***收集各终端故障数据，通过对安装拓扑结构的分析并利用分布式测距算法对故障数据进行分析和处理，最终得到故障区段和故障距离。
分布式终端的数据最终要依靠在线分析***的数据分析，形成完整的综合数据提供给用户使用。
本发明的另一具体实施例子中，公开了一种直接获取故障行波的***，包括：
多个监测终端，在高压铁塔下部，分布安装于杆塔上，实现与高压部分无接触；每个监测终端采用定向电磁场传感器识别高压输电线路的故障信号，故障信号经定向电磁场传感器识别之后，按电压、电流方式分离电磁场，保持与工频信号的兼容，然后通过高速A/D转换器进行信号处理；高速A/D转换器选用GPS/北斗双***时标，接收信号经A/D转换器转换成带有GPS时标的故障记录信息，满足故障启动算法的高动态启动范围。
主站***的服务器，接收移动通信网络上传的经A/D转换器高速采样后的波形数据，实现对三相行波信号矢量的获取。
本发明的监测终端宜安装于高压输电线路安全距离之外且不易人为触碰为基准，既保证安装维护的方便性，又保证设备的防盗和人为干扰。
本发明专利安装于高压铁塔输电线路的安全距离之外，与高压输电线路完全隔离，本发明专利利用非接触方式获取故障行波，本发明专利采用太阳能为监测终端提供电源，与高压无接触。
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。
Claims (10)
1.一种直接获取故障行波的方法，其特征是，包括以下步骤：
在高压铁塔下部，将监测终端分布安装于杆塔上，实现与高压部分无接触；
监测终端采用定向电磁场传感器识别高压输电线路的故障信号；
故障信号经定向电磁场传感器识别之后，按电压、电流方式分离电磁场，保持与工频信号的兼容，然后通过高速A/D转换器进行信号处理；
高速A/D转换器选用GPS/北斗双***时标，接收信号经A/D转换器转换成带有GPS时标的故障记录信息，满足故障启动算法的高动态启动范围；
经A/D转换器高速采样后的波形数据，采用移动通信网络上传到主站***的服务器，实现对三相行波信号矢量的获取。
2.如权利要求1所述的一种直接获取故障行波的方法，其特征是，所述监测终端在安装时，采用分布式方式每隔30～60km沿线安装在距地面3～5米的杆塔位置。
3.如权利要求1所述的一种直接获取故障行波的方法，其特征是，所述主站***的服务器采用双云服务器，数据双备份，稳定可靠，故障上报时间优于30秒。
4.如权利要求1所述的一种直接获取故障行波的方法，其特征是，所述监测终端由定向电磁场传感器、电压/电流分离装置、高速同步A/D转换器、GPS+BD时间同步***、太阳能及电池管理***、无线数据通信装置以及在线分析***构成；
故障信号经定向电磁场传感器识别之后，利用电压/电流分离装置按电压、电流方式分离电磁场，保持与工频信号的兼容，然后通过高速同步A/D转换器进行信号处理，接收信号经高速同步A/D转换器转换成带有GPS时标的故障记录信息传输至GPS+BD时间同步***，GPS+BD时间同步***将信息进一步的通过无线数据通信装置传输至在线分析***。
5.如权利要求1所述的一种直接获取故障行波的方法，其特征是，所述监测终端利用太阳能及电池管理***进行供电。
6.如权利要求4所述的一种直接获取故障行波的方法，其特征是，所述监测终端按间隔时间定时发送检测的信息和设备运行状态，设备运行状态包括现场温度、GPS信号强度、通信信号强度、太阳能电池电压和电池电压，所述监测终端还能提供检测的稳态不平衡电压数值，以及分析的基本谐波分量。
7.如权利要求4所述的一种直接获取故障行波的方法，其特征是，所述在线分析***存储有信号类型，用于根据接收的信号直接分离出输电线不同的故障类型。
8.如权利要求4所述的一种直接获取故障行波的方法，其特征是，所述在线分析***收集各监测终端故障数据，通过对安装拓扑结构的分析并利用分布式测距算法对故障数据进行分析和处理，最终得到故障区段和故障距离。
9.如权利要求1所述的一种直接获取故障行波的方法，其特征是，所述监测终端将故障结果发送至设定手机，或通过WEB、客户端或手机查看故障测距结果。
10.一种直接获取故障行波的***，其特征是，包括：
多个监测终端，在高压铁塔下部，分布安装于杆塔上，实现与高压部分无接触；
监测终端由定向电磁场传感器、电压/电流分离装置、高速同步A/D转换器、GPS+BD时间同步***、太阳能及电池管理***、数据通信以及在线分析***构成；
每个监测终端采用定向电磁场传感器识别高压输电线路的故障信号，故障信号经定向电磁场传感器识别之后，按电压、电流方式分离电磁场，保持与工频信号的兼容，然后通过高速同步A/D转换器进行信号处理；高速同步A/D转换器选用GPS/北斗双***时标，接收信号经高速同步A/D转换器转换成带有GPS时标的故障记录信息，满足故障启动算法的高动态启动范围，在线分析***进行基本的信号分析确定故障类型；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20210121 Address after: 510507 7th floor, A4, 181 science Avenue, Guangzhou Science City, Luogang District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant after: MAINTENANCE & TEST CENTRE, CSG EHV POWER TRANSMISSION Co. Address before: 510507 7th floor, A4, 181 science Avenue, Guangzhou Science City, Luogang District, Guangzhou City, Guangdong Province Applicant before: MAINTENANCE & TEST CENTRE, CSG EHV POWER TRANSMISSION Co. Applicant before: SHANDONG SHANDA ELECTRIC POWER TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180717 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |