CN110672971A - 配电终端内置故障录波装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种配电终端内置故障录波装置，包括：主控单元、信号转换单元和信号采集单元，主控单元通过信号转换单元与信号采集单元连接；信号采集单元用于采集电压信号和电流信号；信号转换单元用于接收信号采集单元采集的电压信号和电流信号，并将电压信号和电流信号发送至主控单元；主控单元用于处理电压信号和电流信号，生成录波文件。通过信号采集单元将配电终端的电压信号和电流信号采集，并通过信号转换单元发送至主控单元，主控单元对电压信号和电流信号，生成录波文件，从而能够通过录波文件对配电终端的运行状态进行记录，以此清楚记载配电终端的负荷、电压等突变信息，以实现对配电网线路的故障做出准确的判断。

Description

配电终端内置故障录波装置

技术领域

本申请涉及电力***技术领域，特别是涉及一种配电终端内置故障录波装置。

背景技术

配电网网架结构复杂，分布广泛，配电网一次设备、二次设备可靠性远低于主网设备，缺陷类型多，配电网故障占电网故障的80％以上，配电网故障分析亟需故障录波，但目前配电网缺乏故障录波装置。变电站故障录波装置安装在站出口，只能采集整条馈线的录波情况，不能获取馈线上开关的动作情况和分支的电流电压、开关动作情况，因此变电站故障录波装置不满足配网故障分析。全国配电网已安装了大量的配电自动化终端设备，普遍不具备故障录波功能，仅记录故障的SOE(Sequence Of Event，事件顺序记录)信息，未保存故障录波信息，未记录负荷、电压突变等时刻线路的信息，故障电流遥测信息15分钟上传主站一次且各终端采用网络同步误差大，因此配电终端普遍不能满足对配网线路故障做出详细分析判断的需求。

也即是说，现有的电网中存在以下问题：

配电网网架结构复杂，分布广泛，配电网故障占电网故障的80％以上，配电网一二次设备可靠性远低于主网设备，缺陷类型多，配电网故障分析亟需故障录波，但目前配电网二次设备缺乏故障录波装置。

发明内容

基于此，有必要提供一种配电终端内置故障录波装置。

一种配电终端内置故障录波装置，包括：主控单元、信号转换单元和信号采集单元，所述主控单元通过所述信号转换单元与所述信号采集单元连接；

所述信号采集单元用于采集电压信号和电流信号；

所述信号转换单元用于接收所述信号采集单元采集的所述电压信号和所述电流信号，并将所述电压信号和所述电流信号发送至所述主控单元；

所述主控单元用于处理所述电压信号和所述电流信号，生成录波文件。

在其中一个实施例中，所述信号采集单元还用于采集遥信信号；所述信号转换单元用于接收所述信号采集单元采集的所述遥信信号，并将所述遥信信号发送至所述主控单元；所述主控单元用于处理所述遥信信号，根据所述遥信信号、所述电压信号和所述电流信号生成所述录波文件。

在其中一个实施例中，所述信号采集单元用于与配电终端的电流采样回路串联，以采集所述配电终端的电流信号；

所述信号采集单元还用于与配电终端的电压采样回路并联，以采集所述配电终端的电压信号；

所述信号采集单元还用于与配电终端的开关量信号回路并联，以采集所述配电终端的遥信信号；

所述故障录波装置还用于与配电终端的直流电源连接。

在其中一个实施例中，所述主控单元用于基于全波离散傅氏变换的快速算法，对所述电压信号和所述电流信号进行处理，得到基波数据和谐波数据，并计算得到有功功率、无功功率及功率因数，根据基波数据、谐波数据、有功功率、无功功率及功率因数，生成所述录波文件。

在其中一个实施例中，所述主控单元还用于在检测到预设电压事件和/或电流事件时，触发生成所述录波文件。

在其中一个实施例中，所述主控单元包括主控模块和模数采样模块，所述主控模块和所述模数采样模块连接，所述模数采样模块通过所述信号转换单元与所述信号采集单元连接。

在其中一个实施例中，所述主控单元还包括遥信输入模块，所述主控模块和所述遥信输入模块连接，所述遥信输入模块通过所述信号转换单元与所述信号采集单元连接。

在其中一个实施例中，所述主控单元还包括通信模块，所述主控模块与所述通信模块连接。

在其中一个实施例中，所述主控单元还包括定位模块，所述主控模块与所述定位模块连接。

在其中一个实施例中，所述主控单元还包括存储模块，所述主控模块与所述存储模块连接，所述存储模块用于存储所述录波文件。

上述配电终端内置故障录波装置，通过信号采集单元将配电终端的电压信号和电流信号采集，并通过信号转换单元发送至主控单元，主控单元对电压信号和电流信号，生成录波文件，从而能够通过录波文件对配电终端的运行状态进行记录，以此清楚记载配电终端的负荷、电压等突变信息，以实现对配电网线路的故障做出准确的判断，并以此生成录波文件，实现了对故障的录波。此外，无需针对配电终端对程序进行修改，使得故障的录波更为直接、方便和快捷，有效提高了故障录波的效率和精度。

附图说明

图1为一个实施例中的配电终端内置故障录波装置的连接结构示意图；

图2为一个实施例中的主控单元的内部结构连接示意图；

图3为另一个实施例中的配电终端内置故障录波装置的连接结构示意图；

图4为一实施例的采样模块低通滤波网络的电路原理图；

图5为一实施例的GPS模块的电路原理图；

图6为一实施例的无线通信模块的电路原理图；

图7为一实施例的信号采集单元的电路原理图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种配电终端内置故障录波装置，包括主控单元、信号转换单元和信号采集单元，所述主控单元通过所述信号转换单元与所述信号采集单元连接；所述信号采集单元用于采集电压信号和电流信号；所述信号转换单元用于接收所述信号采集单元采集的所述电压信号和所述电流信号，并将所述电压信号和所述电流信号发送至所述主控单元；所述主控单元用于处理所述电压信号和所述电流信号，生成录波文件。

具体地，信号采集单元与配电终端连接，用于采集配电终端的电压信号和电流信号。信号转换单元用于连接信号采集单元和主控单元，以使得信号采集单元采集的电压信号和电流信号能够发送至主控单元。主控单元与主站通信连接，这样，主控单元根据电压信号和电流信号生成的录波文件能够发送至主站。该主站也可称为监控后台。这样，后台人员能够及时获取配电终端的录波文件，以实现对配电网线路的故障做出准确的判断。在一个实施例中，该录波文件包括标题文件、配置文件、数据文件和信息文件，其中，配置文件用于记载采用的采样的数据，即电压信号和电流信号。

本实施例中，信号采集单元为信号采集板，也称为信号采样输入板，信号转换单元为信号转换板，也称为背板，主控单元为主控板。在一个实施例中，配电终端内置故障录波装置包括机箱，信号采集板、信号转换板和主控板设置于所述机箱内，这样通过将信号采集板、信号转换板和主控板设置于机箱内，能够使得配电终端内置故障录波装置整体结构更为精简，并且便于运输和安装，使得该配电终端内置故障录波装置能够方便地安装在配电终端上。

上述实施例中，通过信号采集单元将配电终端的电压信号和电流信号采集，并通过信号转换单元发送至主控单元，主控单元对电压信号和电流信号，生成录波文件，从而能够通过录波文件对配电终端的运行状态进行记录，以此清楚记载配电终端的负荷、电压等突变信息，以实现对配电网线路的故障做出准确的判断。

在其中一个实施例中，所述信号采集单元还用于采集遥信信号；所述信号转换单元用于接收所述信号采集单元采集的所述遥信信号，并将所述遥信信号发送至所述主控单元；所述主控单元用于处理所述遥信信号，根据所述遥信信号、所述电压信号和所述电流信号生成所述录波文件。

本实施例中，该信号采集单元还用于采集配电终端的遥信信号，遥信信号即为配电终端的断路器或开关的状态的信号。该录波文件通过记载遥信信号，能够清楚记载配电终端的断路器或开关的状态。

具体地，信号采集单元与配电终端连接，并且实现与配电终端的电压电流的隔离及转换。信号采集单元通过电流互感器接入至220V的交流输入电压，将交流输入电压转换为电流信号，经采样电阻的采集到电流信号对应的电压信号，进而将电流信号和电压信号输入至主控单元；此外，信号采集单元还接入至二次电流的电流互感器，将二次电流转换为小电流，经采样电阻的采集到电流信号对应的电压信号输入至主控单元，从而实现电流信号和电压信号的采集。此外，信号采集单元通过遥信输入端与配电终端的开关连接，这样，配电终端的开关的信号经过光耦的光电转换后，输入至遥信输入端，从而采集到遥信信号并且输入至主控单元，从而实现遥信信号的采集。

在其中一个实施例中，所述信号采集单元用于与配电终端的电流采样回路串联，以采集所述配电终端的电流信号；所述信号采集单元还用于与配电终端的电压采样回路并联，以采集所述配电终端的电压信号；所述信号采集单元还用于与配电终端的开关量信号回路并联，以采集所述配电终端的遥信信号；所述故障录波装置还用于与配电终端的直流电源连接。

本实施例中，故障录波装置的主控单元、信号转换单元以及信号采集单元均与配电终端的直流电源连接，这样，配电终端的直流电源能够为故障录波装置的主控单元、信号转换单元以及信号采集单元供电。本实施例中，配电网故障录波装置解决了目前配网缺乏故障录波导致配电网故障分析困难的问题，与当前的配电自动化终端配合使用，串接在配电终端的电流采样回路，采集配网故障电流信息；并联配电终端电压采样回路，采集配网故障电压信息；并联配电终端开关量信号回路，采集配网的遥信和遥控信息，采用配电终端直流电源作为***运行电源，实现不停电的安装，安装调试方便，实现多进多出的录波要求。

在一个实施例中，如图7所示，所述信号采集单元包括可变电阻RTV704和光耦U700，可变电阻RTV704的两端分别与配电终端的开关的两端连接，光耦 U700的两个输入端分别与配电终端的开关的两端连接，光耦U700的一个输出端接地，光耦U700的另一个输出端与通过所述信号转换单元与所述信号采集单元连接，具体地，光耦U700的另一个输出端与通过所述信号转换单元与所述信号采集单元的遥信输入模块连接。

为了生成录波文件，在其中一个实施例中，所述主控单元用于基于全波离散傅氏变换的快速算法，对所述电压信号和所述电流信号进行处理，得到基波数据和谐波数据，并计算得到有功功率、无功功率及功率因数，根据基波数据、谐波数据、有功功率、无功功率及功率因数，生成所述录波文件。

具体地，该全波离散傅氏变换的快速算法为全波FFT(Fast FourierTransformation)，本实施例中，主控单元采用全波FTT算法对电流信号和电压进行计算，得到电压信号和电流信号的基波和各次谐波含量，并计算各回路的有功功率、无功功率及功率因数，根据基波数据、谐波数据、有功功率、无功功率及功率因数生成所述录波文件。

此外，本实施例中，主控单元还用于进行16路模拟量和6路数字量的采集，采集频率为每周波128点，模拟量的AD位数是16位。

在其中一个实施例中，所述主控单元还用于在检测到预设电压事件和/或电流事件时，触发生成所述录波文件。

本实施例中，主控单元还用于在检测到预设电压事件和/或电流事件时，触发处理所述电压信号和所述电流信号，生成录波文件。

具体地，该电压事件为电压突变事件，电流事件为电流突变事件，一个实施例是，电压突变事件包括电压突变起动、电压越限起动、零序电压越限起动，电流突变事件包括电流突变起动、电流越限起动、零序电流越限起动及开关量变位起动，上述电压和电流的突变，能够反映出配电终端的电压和/或电流的异常，进而触发录波文件的生成，使得能够准确记录配电终端上的异常事件。

在其中一个实施例中，所述主控单元包括主控模块和模数采样模块，所述主控模块和所述模数采样模块连接，所述模数采样模块通过所述信号转换单元与所述信号采集单元连接。该模数采样模块用于对采集到的电压信号和电流信号进行模数转换，得到数字信号。即模数采样模块将模拟的电压信号和电流信号转换为数字的电压信号和电流信号，并将转换后的数字的电压信号和数字的电流信号发送至主控模块，主控模块用于转换后的数字的电压信号和数字的电流信号，生成录波文件。

本实施例中，模数采样模块为AD(Analog-to-Digital Convert)采样模块，该模数采样模块包括模数采样芯片，该模数采样芯片为AD7606模拟采样芯片，最高实现4M采样速率，其前端连接两介低通滤波网络。该主控模块用于基于全波离散傅氏变换的快速算法，对所述电压信号和所述电流信号进行处理，得到基波数据和谐波数据，并计算得到有功功率、无功功率及功率因数，根据基波数据、谐波数据、有功功率、无功功率及功率因数，生成所述录波文件。本实施例中，主控模块包括主控芯片，该主控芯片为微控制器。该为控制器微控制器采用MK60DN512ZVLQ10芯片，其内置DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)乘法器，在单指令周期实现FFT运算。

在其中一个实施例中，所述主控单元还包括遥信输入模块，所述主控模块和所述遥信输入模块连接，所述遥信输入模块通过所述信号转换单元与所述信号采集单元连接。遥信输入模块通过信号转换单元与信号采集单元连接，具体地，遥信输入模块通过信号转换单元与信号采集单元的光耦的输出端连接，该遥信输入模块用于通过信号采集单元获取配电终端的遥信信号，主控模块用于根据遥信信号生成录波文件。

在其中一个实施例中，所述主控单元还包括通信模块，所述主控模块与所述通信模块连接。本实施例中，通信模块用于与主站通信连接。通信模块用于将录波文件发送至主站。具体地，主控模块用于通过通信模块将录波文件发送至主站。本实施例中，在主控模块生成录波文件后，通过通信模块将录波文件发送至主站。这样，主站的监控人员能够及时获取配电终端的录波文件，以实现对配电网线路的故障做出准确的判断。

在其中一个实施例中，所述通信模块包括以太网通信模块、无线通模块及 RS232通信模块中的至少一种。一个实施例中，所述通信模块包括以太网通信模块、无线通模块及RS232通信模块，一个实施例中，所述通信模块包括以太网通信模块，一个实施例中，所述通信模块包括以RS232通信模块，一个实施例中，所述通信模块包括无线通模块，一个实施例中，无线通信模块包括2G模块、3G模块、4G模块和5G模块中的至少一种。例如，该3G模块为WCDMA(Wideband Code Division Multiple Access，宽带码分多址)模块，该4G模块为FDD-LTE (Frequency Division Duplexing-Long Term Evolution)模块。通过该通信模块与主站的连接，使得主控单元生成的文件能够发送至主站。此外，由于通信模块采用太网通信模块、无线通模块及RS232通信模块中的多个，能够实现通信线路的相互备份，有效避免单个通信模块故障而引起的通信失败，多个通信模块之间相互冗余，能够有效提高可靠性。

为了提高通信质量，提高通信效率，在一个实施例中，如图6所示，无线通信模块包括SIM7100CE全网通模块，支持移动、联通、电信等主流运营商的 2G、3G、4G网络制式，由于该全网通模块能够适应多种个网络制式，因此，具有良好的网络通信适配能力，能够有效提高通信质量，提高通信效率。

在其中一个实施例中，所述主控单元还包括定位模块，所述主控模块与所述定位模块连接。本实施例中，定位模块为GPS(Global Positioning System，全球定位***)定位模块，该定位模块用于获取配电终端内置故障录波装置的位置信息，将位置信息发送至主控模块，主控模块用于通过通信模块，将所述位置信息发送至主站。值得一提的是，该位置信息为配电终端内置故障录波装置的位置信息，由于配电终端内置故障录波装置安装在配电终端，因此，该配置信息也是配电终端的位置信息，本实施例中，该定位模块用于获取配配电终端的位置信息。这样，通过将位置信息发送至主站，使得主站的监控人员，便于监控人员和维护人员对故障录波装置进行定位，以及对故障录波装置的授时。本实施例中，如图5所示，GPS模块包括NEO-7M模块，具备GPS、GLONASS、Galileo 和QZSS的Multi-GNSS引擎，支持有源天线，先进的RF架构和干扰抑制确保在GPS信号微弱的环境下也能实现最佳性能。

在其中一个实施例中，所述主控单元还包括存储模块，所述主控模块与所述存储模块连接，所述存储模块用于存储所述录波文件。具体地，主控模块用于将生成的录波文件存储至录波文件，这样，录波文件不仅能够传输至主站，还能够保存在配电终端内置故障录波装置的本地，有利于数据的备份，并且提高数据的存储和读取效率。在一个实施例中，所述存储模块包括SD(Secure Digital Memory)卡存储模块及内存扩展模块，从而实现录波文件本地存储、本地读取。

在一个实施例中，主控单元还包括电源模块、状态指示模块及时钟模块，电源模块与主控模块连接，电源模块用于为主控模块供电，在一个实施例中，主控单元还包括主板，主板上设置连接电路，主控模块通过连接电路分别与通信模块、定位模块、存储模块连接，连接电路与电源模块连接，这样，电源模块即可为信模块、定位模块、存储模块供电。状态指示模块与主控模块连接，主控模块通过状态指示模块实现配电终端内置故障录波装置的运行状态的显示，一个实施例中，该状态指示模块包括状态指示灯。时钟模块与主控模块连接，时钟模块用于为主控模块提供时钟信号。

值得一提的是是，各实施例中，配电终端内置故障录波装置也可称为配电终端故障录波装置。

下面是一个具体的实施例：

本实施例中，提供一种配电终端内置故障录波装置，该配电终端内置故障录波装置也称为配电终端内置故障录波装置，如图3所示，其包括主板、背板及信号采样输入板，主板通过背板与信号采样输入板连接，主板即为上述实施例的主控单元，背板为上述实施例的信号转换单元，信号采样输入板为上述实施例的信号采集单元。其中，主板用于实现故障录波的AD采样，与主站通信， GPS定位及***对时，同时包含电源转换，并用于录波文件本地存储、本地读取，以及终端运行状态指示；背板用于将主板与信号采样输入板连接起来；信号采样输入板用于实现电流电压的转换和高电压隔离，遥信信号的光电隔离。

本实施例中，配电终端内置故障录波装置包括一机壳，机壳的高度为1U(4.445cm)，该机壳能够安装于标准机架上，进而便捷地安装于机房内。主板、背板及信号采样输入板均设置于机壳内。

该故障录波装置应用于电缆网配电线路，与当前配电终端配合使用，安装于配电终端的通信箱内，并联采集母线电压，串接在配电终端的电流采样回路，实现开关柜一进一出或一进多出的录波要求，具有线路不停电带电安装特点。

本实施例中，配电网故障录波装置依据《GB/T 22386-2008电力***暂态数据交换通用格式》、《DL/T 553-2013电力***动态记录装置通用技术条件》等标准开发，解决目前配网缺乏故障录波导致配电网故障分析困难的痛点，与当前配电自动化终端配合使用，串接在配电终端的电流采样回路，采集配网故障电流信息，并联配电终端电压采样回路，采集配网故障电压信息，并联与配电终端开关量信号回路，采集遥信和遥控信息，采用配电终端直流电源作为***运行电源，实现不停电的安装，安装调试方便，实现一进一出/以及多出/多进多出的录波要求。

主板包括主控模块，以及与主控模块连接的ADC采样模块、遥信输入模块、 GPS定位模块、电源模块、存储模块、通信模块、状态指示灯及实时时钟模块。本实施例的主控模块包括MK60DN512ZVLQ10芯片，其内置DSP乘法器，在单指令周期实现FFT运算。存储模块包括SD卡存储模块及内存扩展模块，实现录波文件的本地存储、本地读取。

本实施例作用，主板设有两组ADC采样模块，AD采样模块采用AD7606模拟采样芯片，最高实现4M采样速率，其前端连接两介低通滤波网络，具体电路如图4所示。

本实施例中的GPS定位模块采用NEO-7M模块，具备GPS，GLONASS，Galileo 和QZSS的Multi-GNSS引擎，支持有源天线，先进的RF架构和干扰抑制确保在GPS信号微弱的环境下也能实现最佳性能，其***电路连接图如图5所示。

本实施例的通信模块包括以太网通信模块、无线全网通模块及RS232通信模块，其中，无线全网通模块采用SIM7100CE全网通模块，支持移动、联通、电信等主流运营商的2G、3G、4G网络制式，其***电路连接图如图6所示。

信号采样输入板实现电压电流的隔离及转换，将220V的交流输入电压，接入2A:2mA的电流互感器，变为电流信号，经采样电阻变为电压信号输入到主板的ADC采样模块；将二次电流接入5A:2.5mA的电流互感器，将二次电流转化为小电流，经采样电阻变为电压信号输入到主板的ADC采样模块。同时将配电终端的开关信号经过光电转换后变为IO状态输入到主板的遥信输入模块，具体转换电路原理图如图7所示。其中，信号采样输入板具有8路电流输入和8路电压输入，并且具有6路的遥信输入。其中，8路电流输入和8路电压输入的信号为模拟信号，6路的遥信输入的信号为数字信号。

本实施例的配电终端内置故障录波装置的功能实现如下：

1、用于进行16路模拟量和6路数字量的采集，采集频率为每周波128点，模拟量的AD位数是16位。其中，16路模拟量包括8路的电压信号和8路的电流信号，6路数字量包括6路的遥信信号。

2、对模拟信号进行全波FFT计算，得到电压、电流的基波和各次谐波含量，计算各回路的有功、无功及功率因数。

3、根据启动条件，判断是否启动暂态记录。值得一提的是，启动条件即为上述实施例中的电压事件和电流事件。本实施例的启动条件包括电压突变起动、电压越限起动、零序电压越限起动、电流突变起动、电流越限起动、零序电流越限起动及开关量变位起动。具体功能及性能要求如下表1所示。

表1启动条件对应的功能要求和性能要求

值得一提的是，录波阶段分为4个阶段：A阶段为故障前阶段，B阶段为故障后阶段，C为长故障稳态阶段，D为超长故障稳态阶段，其中A和B阶段是记录的是AD原始值，C和D阶段是记录的是AD的工频有效值，每个阶段的录波采样频率和记录时间可以根据需要进行配置。同时故障启动记录顺序会按照以下顺序进行：

1、第一次启动：

符合启动元件的条件后，开始按A→B→C→D时段顺序执行直到故障消失或是各个阶段的时间走完。

2、重复起动：

在已经起动记录的过程中，如启动元件再次启动会按如下逻辑执行：在B 段则重新沿B→C→D时段顺序重复执行；在CD段则每次均应结束上一录波，重新沿A→B→C→D时段顺序重复执行直到故障消失或是各个阶段的时间走完。

本实施例中，主控模块用于生成故障录波文件，并将故障录波文件保存在 SD卡存储模块中。故障录波文件都包含一组最多四个与其相关的文件，四个文件中的每一个都具有一个不同的信息等级。四个文件分别为标题文件、配置文件、数据文件和信息文件。

标题文件，由COMTRADE数据的原创者建立的一种可选的ASCII文本文件，标题文件的创建者可以以任何需要的顺序创建任何信息。标题文件的格式为 ASCII。

配置文件，为一种ASCII文本文件，用于正确地说明数据(.DAT)文件的格式，因此必须以一种具体的格式保存。该文件诠释了数据(.DAT)文件所包含信息，其中包括诸如采样速率、通道数量、频率、通道信息等项。配置文件第一行中的一个字段识别文件所依照的COMTRADE标准版本的年份(例如1991、 1999等)。如果该字段不存在或是空的，则假设文件则遵照标准的最初发行日期 (1991)。配置文件还包含识别伴随的数据文件是以ASCII格式还是以二进制格式存储的字段。

配置文件有下列信息：

1、站名，记录装置的特征，COMTRADE标准的修改年份；

2、通道的数量和类型；

3、通道名称、单位和转换系数；

4、线路频率；

5、采样速率和每一速率下的采样数量；

6、第一数据点的日期和时间；

7、触发点和日期和时间；

8、数据文件类型；

9、时间标记倍乘系数。

数据文件，包含记录中每个采样所有输入通道的值。数据文件包含一个顺序号和每次采样的时间标志，这些采样值除记录模拟输入的数据之外，也记录状态，即表示开/关信号的输入。

信息文件，是一种文件创建者希望使之对用户有用的信息之外的特别信息，是可选文件。目前本装置是对两个回路，每个回路4个电压、4个电流和3路开入量进行录波，生成录波文件，一组故障录波只生成了必须的cfg配置文件和 dat录波数据文件。

存储模块可以保存近6个月的故障录波文件，主控模块根据故障产生的时间将录波文件保存在SD卡中，现场可以将SD卡取出将录波文件拷贝至计算机进行分析。

通信模块，通过录波装置内部集成的无线全网通模块，录波装置与主站以 4G全网通无线模块进行通信，采用101规约将生成的录波文件全部传送给主站***，同时装置还会将GPS位置信息传送给主站***，便于维护人员对故障录波装置进行定位，以及装置的授时。

本申请的配电终端内置故障录波装置，可以带电安装，将内置故障录波装置的电流回路串联至配电终端的电流回路，具体实施方案，以IA回路为例，将配电终端电流端子排的测试端子下桩用测试线短接，避免CT开路。将IA’从上桩解开，接入内置故障录波装置的IA，然后将内置路障录波装置的IA’接入配电终端端子排上桩的IA’位置，实现串联接入。然后将测试线解开。

电压采样信号，将内置故障录波装置电压采样信号与配电终端的电压采样并联，将内置故障录波装置的开关分合位及地刀位置遥信与配电终端的遥信输入并联。将配电终端的装置电源DC48V接入内置故障录波装置的Power端子。

本申请应用于配网线路，与当前配电自动化终端DTU(Data Transfer unit，数据传输单元)配合使用，并联采集母线电压，串接在DTU的电流采样回路，实现开关柜一进一出的录波要求。具有以下优点：

1)8通道电流和8通道电压采样，支持配电线路20kA一次故障电流采样，采样率最大支持6.4kb/s，可捕获故障的暂态过程，满足配电终端一进一出的录波需求；

2)实现各种短路故障类型、断线、***过电压、负荷不平衡事件的记录和录波功能，支持多种启动元件，包括开关分合位、地刀等遥信变位，每一通道的电压越限、电压突变，电流越限、电流突变；

3)根据配网线路的实际需求，将电流电压采样通道分配到两块采样板上，每块采样板支持IA、IB、IC、IO等4路电流，UA、UB、UC、UO等4路电压，以及分位、合位、地刀等遥信量的输入；

4)录波数据格式满足Comtrade1999《GBT22386-2008电力***暂态数据交换通用格式》；

5)终端内置4G全网通模块及10/100M以太网接口，可通过101或104协议与录波主站通信，上报录波数据；

6)本地配置SD卡作为录波数据的大容量存储介质，可保存超过1000条的故障录波数据；

7)录波装置可采用配电终端直流电源作为***运行电源，电流测量回路串接在配电终端的电流回路中，实现不停电的安装，安装调试方便。

上述实施例的配电终端内置故障录波装置具有以下功能和特点：

1、采样：

1)8通道电流和8通道电压采样，以及分位、合位、地刀等遥信量的输入，满足开关柜一进一出或一进多出的需求。

2)支持配电线路通常考虑最大20kA一次故障电流采样，可捕获故障的暂态过程。

2、启动量：

支持多种启动元件，包括零序电流越限起动、电压越限、电压突变，电流越限、电流突变、开关量启动等。

3、录波功能：

各种短路故障类型、断线、***过电压、负荷不平衡事件的记录和录波功能，录波数据格式满足Comtrade1999，具有1000条录波数据循环存储功能

4、通信和时钟同步功能：

1)终端内置4G全网通模块及10/100M以太网接口，可通过101或104协议与录波主站通信。

2)具有GPS和主站时钟同步.

5、其他可扩展的重要功能：

1)小电流故障选线功能，支持判断小电流接地***的故障区段。

2)雷击和故障区分功能，便于运维人员故障分析。

3)电能质量监测功能，实现捕捉现场的电压波动、闪变、功率和三相不平衡等。

4)谐波分析功能，高达64次谐波记录能力，满足终端用户对于谐波及超高次谐波对用电影响分析的问题。

上述实施例的配电终端内置故障录波装置的技术成果包括：

1、配电网故障录波：8通道电流和8通道电压采样，以及分位、合位、地刀等遥信量的输入，支持配电线路通常考虑最大20kA一次故障电流采样，可捕获故障的暂态过程，支持多种启动元件，启动灵敏。实现配电网故障分析的需求。

2、配电终端带电安装：安放在配电终端的通信箱内，并联采集母线电压，串接在配电终端的电流采样回路，具有配电终端带电安装特点。

3、便捷性好：与配电终端共用CT、PT采样回路和开关量信息、共用配电终端电源。

4、扩展性强：可扩展支持小电流接地选线、雷击和故障区分功能、电能质量监测功能、谐波分析功能等。

上述实施例的配电终端内置故障录波装置的经济效益为：

全国现已在运配电终端近30万台，每套配电终端内置故障录波装置按0.8～1 万元计算(包含施工费用)，则将产生经济效益24～30亿元，如果只在关键馈线节点安装，按1/3安装，则将产生经济效益8～10亿元，具有巨大的市场价值。

上述实施例的配电终端内置故障录波装置的技术效益为：

技术效益上能够为配电网、配电设备的故障分析、配电网运维、规划带来很大的方便，为配电网改造提供支持。

下面是一个具体的实施例：

本实施例中，如图3所示，提供一种配电终端内置故障录波装置，包括主板、背板及信号采样输入板，其中，主板用于实现故障录波的AD采样、主站通信，GPS定位及***对时，同时包含电源转换，录波文件本地存储、本地读取，以及终端运行状态指示；背板用于将主板与信号采样输入板连接起来；信号采样输入板用于实现电流电压的转换和高电压隔离，遥信信号的光电隔离。

主板以微控制器为核心，微控制器连接有ADC采样模块、遥信输入模块、 GPS定位模块、电源模块、存储模块、通信模块、状态指示灯及实时时钟模块。本实施例的微控制器采用MK60DN512ZVLQ10芯片，其内置DSP乘法器，在单指令周期实现FFT运算。存储模块包括SD卡存储模块及内存扩展模块，实现录波文件本地存储、本地读取。

本实施例设有两组ADC采样模块，AD采样模块采用AD7606模拟采样芯片，最高实现4M采样速率，其前端连接两介低通滤波网络，具体电路如图4所示。

本实施例的GPS定位模块采用NEO-7M模块，具备GPS，GLONASS，Galileo和 QZSS的Multi-GNSS引擎，支持有源天线，先进的RF架构和干扰抑制确保在 GPS信号微弱的环境下也能实现最佳性能，其***电路连接图如图5所示。

本实施例的通信模块包括以太网通信模块、无线全网通模块及RS232通信模块，其中，无线全网通模块采用SIM7100CE全网通模块，支持移动、联通、电信等主流运营商的2G、3G、4G网络制式，其***电路连接图如图6所示。

信号采样输入板实现电压电流的隔离及转换，将220V的交流输入电压，接入2A:2mA的电流互感器，变为电流信号，经采样电阻变为电压信号输入到主板的ADC采样模块；将二次电流接入5A:2.5mA的电流互感器，将二次电流转化为小电流，经采样电阻变为电压信号输入到主板的ADC采样模块。同时将开关信号经过光电转换后变为IO状态输入到主板的遥信输入模块，具体转换电路原理图如图7所示。

本实施例的配电终端内置故障录波装置的功能模块包括模拟量数字量采集模块、模拟信号处理模块、录波启动判断模块、故障录波文件生成与管理模块以及主站通信模块，其中，

模拟量数字量采集模块用于进行16路模拟量和6路数字量的采集，采集频率为每周波128点，模拟量的AD位数是16位。

模拟信号处理模块用于全波FFT计算，得到电压、电流的基波和各次谐波含量，计算各回路的有功、无功及功率因数。

录波启动判断模块，用于根据启动元件，判断是否启动暂态记录，本实施例的启动元件包括电压突变起动、电压越限起动、零序电压越限起动、电流突变起动、电流越限起动、零序电流越限起动及开关量变位起动，具体功能及性能要求如下表1所示。

而录波阶段分为4个阶段：A阶段为故障前阶段，B阶段为故障后阶段，C 为长故障稳态阶段，D为超长故障稳态阶段，其中A和B阶段是记录的是AD原始值，C和D阶段是记录的是AD的工频有效值，每个阶段的录波采样频率和记录时间可以根据需要进行配置。同时故障启动记录顺序会按照以下顺序进行：

1、第一次起动：

符合启动元件的条件后，开始按A→B→C→D时段顺序执行直到故障消失或是各个阶段的时间走完。

2、重复起动：

在已经起动记录的过程中，如启动元件再次启动会按如下逻辑执行：在B 段则重新沿B→C→D时段顺序重复执行；在CD段则每次均应结束上一录波，重新沿A→B→C→D时段顺序重复执行直到故障消失或是各个阶段的时间走完。

故障录波文件生成与管理模块，用于生成故障录波文件，并将故障录波文件保存在SD卡存储模块中。故障录波文件都有一组最多四个与其相关的文件，四个文件中的每一个都具有一个不同的信息等级。四个分别为：

标题文件，由COMTRADE数据的原创者建立的一种可选的ASCII文本文件，标题文件的创建者可以以任何需要的顺序创建任何信息。标题文件的格式为 ASCII；

配置文件，为一种ASCII文本文件，用于正确地说明数据(.DAT)文件的格式，因此必须以一种具体的格式保存。该文件诠释了数据(.DAT)文件所包含信息，其中包括诸如采样速率、通道数量、频率、通道信息等项。配置文件第一行中的一个字段识别文件所依照的COMTRADE标准版本的年份(例如1991、 1999等)。如果该字段不存在或是空的，则假设文件则遵照标准的最初发行日期(1991)。配置文件还包含识别伴随的数据文件是以ASCII格式还是以二进制格式存储的字段。

配置文件有下列信息：

1、站名，记录装置的特征，COMTRADE标准的修改年份

2、通道的数量和类型

3、通道名称、单位和转换系数

4、线路频率

5、采样速率和每一速率下的采样数量

6、第一数据点的日期和时间

7、触发点和日期和时间

8、数据文件类型

9、时间标记倍乘系数

数据文件，包含记录中每个采样所有输入通道的值。数据文件包含一个顺序号和每次采样的时间标志，这些采样值除记录模拟输入的数据之外，也记录状态，即表示开/关信号的输入。

信息文件，是一种文件创建者希望使之对用户有用的信息之外的特别信息，是可选文件。目前本装置是对两个回路，每个回路4个电压、4个电流和3路开入量进行录波，生成录波文件，一组故障录波只生成了必须的cfg配置文件和 dat录波数据文件。

装置中可以保存近6个月的故障录波文件，装置根据故障产生的时间将录波文件保存在SD卡中，现场可以将SD卡取出将录波文件拷贝至计算机进行分析。

主站通信模块，通过录波装置内部集成的无线全网通模块，录波装置与主站以4G全网通无线模块进行通信，采用101规约将生成的录波文件全部传送给主站***，同时装置还会将GPS位置信息传送给主站***，便于维护人员对故障录波装置进行定位，以及装置的授时。

本申请的配电终端内置故障录波装置，可以带电安装，将内置故障录波装置的电流回路串入配电终端的电流回路，具体实施方案，以IA回路为例，将配电终端电流端子排的测试端子下桩用测试线短接，避免CT开路。将IA’从上桩解开，接入内置故障录波装置的IA，然后将内置路障录波装置的IA’接入配电终端端子排上桩的IA’位置，实现串联接入。然后将测试线解开。

电压采样信号，将内置故障录波装置电压采样信号与配电终端的电压采样并联，将内置故障录波装置的开关分合位及地刀位置遥信与配电终端的遥信输入并联。将配电终端的装置电源DC48V接入内置故障录波装置的Power端子。

本申请应用于配网线路，与当前配电自动化终端DTU配合使用，并联采集母线电压，串接在DTU的电流采样回路，实现开关柜一进一出的录波要求。具有以下优点：

1)8通道电流和8通道电压采样，支持配电线路20kA一次故障电流采样，采样率最大支持6.4kb/s，可捕获故障的暂态过程，满足配电终端一进一出的录波需求；

2)实现各种短路故障类型、断线、***过电压、负荷不平衡事件的记录和录波功能，支持多种启动元件，包括开关分合位、地刀等遥信变位，每一通道的电压越限、电压突变，电流越限、电流突变；

3)根据配网线路的实际需求，将电流电压采样通道分配到两块采样板上，每块采样板支持IA、IB、IC、IO等4路电流，UA、UB、UC、UO等4路电压，以及分位、合位、地刀等遥信量的输入；

4)录波数据格式满足Comtrade1999《GBT22386-2008电力***暂态数据交换通用格式》；

5)终端内置4G全网通模块及10/100M以太网接口，可通过101或104协议与录波主站通信，上报录波数据；

6)本地配置SD卡作为录波数据的大容量存储介质，可保存超过1000条的故障录波数据；

7)录波装置可采用配电终端直流电源作为***运行电源，电流测量回路串接在配电终端的电流回路中，实现不停电的安装，安装调试方便。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM (EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM (SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM (DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种配电终端内置故障录波装置，其特征在于，包括：主控单元、信号转换单元和信号采集单元，所述主控单元通过所述信号转换单元与所述信号采集单元连接；

所述信号采集单元用于采集电压信号和电流信号；

所述信号转换单元用于接收所述信号采集单元采集的所述电压信号和所述电流信号，并将所述电压信号和所述电流信号发送至所述主控单元；

所述主控单元用于处理所述电压信号和所述电流信号，生成录波文件。

2.根据权利要求1所述的配电终端内置故障录波装置，其特征在于，所述信号采集单元还用于采集遥信信号；所述信号转换单元用于接收所述信号采集单元采集的所述遥信信号，并将所述遥信信号发送至所述主控单元；所述主控单元用于处理所述遥信信号，根据所述遥信信号、所述电压信号和所述电流信号生成所述录波文件。

3.根据权利要求2所述的配电终端内置故障录波装置，其特征在于，所述信号采集单元用于与配电终端的电流采样回路串联，以采集所述配电终端的电流信号；

所述信号采集单元还用于与配电终端的电压采样回路并联，以采集所述配电终端的电压信号；

所述信号采集单元还用于与配电终端的开关量信号回路并联，以采集所述配电终端的遥信信号；

所述故障录波装置还用于与配电终端的直流电源连接。

4.根据权利要求1所述的配电终端内置故障录波装置，其特征在于，所述主控单元用于基于全波离散傅氏变换的快速算法，对所述电压信号和所述电流信号进行处理，得到基波数据和谐波数据，并计算得到有功功率、无功功率及功率因数，根据基波数据、谐波数据、有功功率、无功功率及功率因数，生成所述录波文件。

5.根据权利要求1所述的配电终端内置故障录波装置，其特征在于，所述主控单元还用于在检测到预设电压事件和/或电流事件时，触发生成所述录波文件。

6.根据权利要求1至5任一项中所述的配电终端内置故障录波装置，其特征在于，所述主控单元包括主控模块和模数采样模块，所述主控模块和所述模数采样模块连接，所述模数采样模块通过所述信号转换单元与所述信号采集单元连接。

7.根据权利要求6所述的配电终端内置故障录波装置，其特征在于，所述主控单元还包括遥信输入模块，所述主控模块和所述遥信输入模块连接，所述遥信输入模块通过所述信号转换单元与所述信号采集单元连接。

8.根据权利要求6所述的配电终端内置故障录波装置，其特征在于，所述主控单元还包括通信模块，所述主控模块与所述通信模块连接。

9.根据权利要求8所述的配电终端内置故障录波装置，其特征在于，所述主控单元还包括定位模块，所述主控模块与所述定位模块连接。

10.根据权利要求6所述的配电终端内置故障录波装置，其特征在于，所述主控单元还包括存储模块，所述主控模块与所述存储模块连接，所述存储模块用于存储所述录波文件。

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