CN201804075U - 一种基于fpga的输电线路单端故障定位装置 - Google Patents
一种基于fpga的输电线路单端故障定位装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型涉及一种基于FPGA的输电线路单端故障定位装置，包括三相电流行波变送器单元、阀值检测故障线路识别单元、高速数据采集单元、PCI总线、GPS信号接收模块、工控机和后台机，其特征在于，所述高速数据采集单元以FPGA作为中央处理器，以高速、高精度、低功耗的A/D模数转换器为信号转换单元，配备FIFO存储器和同步动态随机存储器SDRAM作为高速大容量缓存，以PCI总线作为外部设备互连接口。本实用新型由于采用了上述结构，具有易于升级、纠错能力强的有益效果。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种故障定位装置，特别是一种基于FPGA的输电线路单端故障定位装置。
背景技术
故障定位的任务就是当线路的某一点发生故障时，通过线路两端的实测电流、电压及线路阻抗等参数来计算出故障距离。通常输电线故障测距方法大致有两类：一类是阻抗法，它是直接计算故障阻抗或其百分比的算法；另一类是行波法，它是利用高频故障暂态电流、电压的行波等来间接判定故障点的距离。
现有的故障录波器及保护装置上的测距方法都是基于阻抗法，由于原理上的缺陷，过渡电阻、***阻抗、负荷电流等因素都对测距精度会有影响，其误差较大。 行波测距包括单端行波测距法和双端行波测距法，采用双端法，其缺点非常明显：（1）超高压输电线路比较长，线路通讯比较困难；（2）虽然GPS发展比较迅速，但是双端同步采样等仍很难实现；（3）变压器误差不可避免；（4）投资太大，不满足经济性的要求。电力***发生故障后，利用单端行波法进行精确故障定位存在着两个问题：（1）近区故障不能识别，其原因是采集卡的采样速度满足不了故障定位的要求；（2）如果采用高速数据采集***，高速海量数据的存储问题难以解决。虽然，中国专利号为ZL200310111214.8已公开的专利技术较好的解决了高精度GPS故障定位的问题,但是，该专利技术采用的DSP数据处理器，当电路有少量有改动时，不能进行***升级或除错。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种易于升级、纠错能力强的一种基于FPGA的输电线路单端故障定位装置。
为解决上述技术问题，本实用新型包括三相电流行波变送器单元、阀值检测故障线路识别单元、高速数据采集单元、PCI总线、GPS信号接收模块、工控机和后台机，其特征在于，所述高速数据采集单元以FPGA作为中央处理器，以高速、高精度、低功耗的A/D模数转换器为信号转换单元，配备FIFO存储器和同步动态随机存储器SDRAM作为高速大容量缓存，以PCI总线作为外部设备互连接口。
上述方案中，所述GPS信号接收模块为采集的数据附加时标。
上述方案中，其特征在于，所述FIFO容量大于1M，同时配合高达128M的SDRAM以实现高速存储和海量存储。
本实用新型由于采用了上述结构，具有易于升级、纠错能力强的有益效果。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型的技术方案作进一步具体说明。
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为高速数据采集单元的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，高压输电线路的出线通过电流行波变送器单元1，完成A、B、C三相电流行波信号的电流测量，其输出连接阀值检测故障线路识别单元2的输入端，完成三相电流检测功能，当电流幅值超过设定阈值（可能引起继电保护动作的最小故障电流）时，阀值检测故障线路识别单元2会给高速数据采集单元3提供一个触发脉冲信号，同时，GPS信号4和触发脉冲信号一起作为高速数据采集单元3的输入信号，启动故障线路的高速数据采集和模数转换。采集卡通过PCI总线5将采集的故障行波数据上传至工控机6，工控机6的定位程序调用内存数据进行处理，得出故障位置，并发送至后台机7进行显示并故障报警。工控机6与后台机7可实现串口通信，以达到资源共享。
如图2所示，FPGA11为高速数据采集单元的核心部分，在数据采集模式下，FPGA11根据启动信号到来时刻和设定时间，负责控制ADC采样，计算出启动信号到达前一段时间采样数据存放在SDRAM10中的地址，并由此地址开始将带有GPS4时标的数据通过PCI总线5传送到工控机。
在高速数据采集单元中，被采集的模拟信号经过信号调理电路的处理，使信号的幅度限制在A/D转换器8的输入范围之内，自通电时起，A/D和时钟电路始终处于工作状态，在数据采集期间，数据采集控制电路中FPGA11给出同步命令，同步命令通过对高速FIFO9的写入端的控制，即允许或禁止对FIFO9写入，实现对采样数据的取舍。与A/D相比，高速FIFO9的写有效时间为几个ns，对同步和过程控制更为有利。这个电平使数据存储器FIFO9处于写状态。这样在采样时钟发生器12给出时钟的同步作用下，转换的数据被依次存人FIFO9。FPGA11将数据读出并存入到大容量的SDRAM10中去。当采集到的数据达到要求的数量的时候，FPGA11发出外部中断，停止AD转换，同时使FIFO9处于读状态。FPGA11读取FIFO9的数据，并保存在SDRAM10中。主机发出读取命令，FPGA11切换工作状态，把数据从SDRAM10中取出，由主机通过总线接口将数据读到***中去。最后，FIFO9和SDRAM10复位清零。数据传输完成后，FPGA11重新转入采集模式，可以接受新的启动信号。
实施例：
电流行波变送器由电流互感器和电子电路构成，阀值检测故障线路识别单元采用电子电路比较器，高速信号处理器FPGA采用ALTERA公司的EPF10K100芯片，集成了高达10万个的典型门，高速模-数转换采用AD9432，高速数据缓存采用IDT公司的72T7285高速FIFO，SAMSUNG公司的SDRAM，型号为K4S28323LF，GPS信号装置采用GARMIN公司的GPS接收模块GPS15L，采用AMCC公司的S5933作为PCI接口芯片，工控机采用P4，3.2G以上高性能的PC机，后台机由一般带显示器的计算机构成。
最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。
Claims (3)
1.一种基于FPGA的输电线路单端故障定位装置，包括三相电流行波变送器单元、阀值检测故障线路识别单元、高速数据采集单元、PCI总线、GPS信号接收模块、工控机和后台机，其特征在于，所述高速数据采集单元以FPGA作为中央处理器，以高速、高精度、低功耗的A/D模数转换器为信号转换单元，配备FIFO存储器和同步动态随机存储器SDRAM作为高速大容量缓存，以PCI总线作为外部设备互连接口。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的输电线路单端故障定位装置，其特征在于，所述GPS信号接收模块为采集的数据附加时标。
3.根据权利要求2所述的一种基于FPGA的输电线路单端故障定位装置，其特征在于，所述FIFO容量大于1M，同时配合高达128M的SDRAM以实现高速存储和海量存储。
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