CN202794433U

CN202794433U - 基于云计算平台的配电网故障行波定位装置

Info

Publication number: CN202794433U
Application number: CN2012204292626U
Authority: CN
Inventors: 党养增; ***; 任灵; 姚斌; 徐兴梅; 赵红艳; 熊敏俊; 周振; 赵元
Original assignee: JINCHANG POWER SUPPLY Co OF GANSU ELECTRIC POWER Corp; Shenzhen Suotu Technology Co Ltd
Current assignee: JINCHANG POWER SUPPLY Co OF GANSU ELECTRIC POWER Corp; Shenzhen Suotu Technology Co Ltd
Priority date: 2012-08-27
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2022-08-27

Abstract

本实用新型公开一种基于云计算平台的配电网故障行波定位装置，该装置包括有：若干个行波数据采集单元，设置在配电线路上，用于通过行波采集配电网行波故障数据；云计算平台，设置在网络云端计算集群，与所述行波数据采集单元通过无线通讯网络连接，用于接收所述行波数据采集单元发送的行波故障数据，并根据该行波故障数据计算出故障发生位置。本实用新型可快速、准确地确定配电网的故障发生位置。

Description

基于云计算平台的配电网故障行波定位装置

技术领域

本实用新型涉及电力***领域，尤其涉及一种基于云计算平台的配电网故障行波定位装置。

背景技术

在配电网中，广泛采用中性点不接地、经小电阻接地或经消弧线圈接地的运行方式，即为小电流接地***。此种***发生单相接地故障时，由于大地与中性点之间没有直接电气连接或串接了电抗器，因此短路电流很小，保护装置不需要立刻动作跳闸，从而提高了***运行的可靠性。尤其在瞬时故障条件下，短路点可以自行灭弧恢复绝缘，不需要运行人员采取什么措施，这对于减少用户短时停电次数具有积极意义。但是随之而来的问题是：如果故障是永久性的，***仅仅允许在故障情况下继续运行1～2个小时，此时运行人员必须尽快查明短路线路和短路点，以便采取相应对策解除故障，恢复***正常运行。随着***容量的增长，馈线增多，导致***电容电流增大，如果发生单相接地故障，长时间带故障运行容易诱发持续时间长、影响面广的间歇电弧过电压，进而损坏设备，破坏***安全运行。这就提出了小电流接地***的故障定位问题。

当前配电线路故障定位方法是在确定接地线路后，由人工沿线路寻找故障点。随着配电网网架的加强，线路增长，分支线路也增多，线路变得复杂，用传统的巡线方法找出具体故障点的位置非常困难，少则几小时，甚至数十小时，不仅耗费了大量人力物力，而且延长了停电时间，影响供电可靠性。尤其是在气候严寒的冬季或雨雪天气，现有寻找故障点的方法劳动强度非常大，难以适应当前生产的需求。

1、目前主要有两种实用方法实现短路故障定位：

利用线路负荷开关处装设的馈线自动化测控终端(FTU)实现故障分段定位。通过线路FTU检测测量电流互感器(TA)二次电流是否出现间断角判断线路过流故障，并将检测结果送至数据采集与监视控制(SCADA)***，***主站根据各FTU上报信息利用相应的故障定位算法确定故障所在区段。对于利用FTU实现线路故障定位，只适合于实现了配网自动化的地区，但实现配网自动化造价太高，限制了此方法的大面积使用。

2、沿线悬挂故障指示器，根据故障点前后指示器检测信息的不同实现故障分段定位，检测短路故障的故障启动条件，即突增电流应大于允许的过负荷电流，而小于线路末端短路的电流，同时还必须具备继电保护装置动作最短或最长时间内电流突降为零。利用故障指示器实现线路短路故障的定位，具有成本低，安装方便的优点，但目前的故障指示器设计具有信息自动上报功能的故障指示器，增加通讯功能后，故障指示器的成本将会大大增加，从而限制其大面积推广应用。

配电网接地故障发生几率最高，且故障定位困难。目前对于小电流接地***故障定位的研究也大多集中在单相接地故障定位方面，而行波原理的故障定位几乎还是空白。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种基于云平台的配电网故障行波定位装置，该装置可快速、精确地确定配电网故障位置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于云计算平台的配电网故障行波定位装置，该装置包括有：

若干个行波数据采集单元，设置在配电线路上，用于通过行波采集配电网行波故障数据；

云计算平台，设置在网络云端计算集群，与所述行波数据采集单元通过无线通讯网络连接，用于接收所述行波数据采集单元发送的行波故障数据，并根据该行波故障数据计算出故障发生位置。

优选地，所述行波数据采集单元包括有：

信号转换板，与配电线路上的配电变压器相连，用于将配电线路的电压量隔离变换成0～10伏电压信号；

数据采集板，与所述信号转换板相连，用于采集和记录行波数据，并在故障发生时将记录到的行波故障数据发送出去；

CPU管理机，与所述数据采集板连接，用于接收所述数据采集板发送的行波故障数据并将其通过无线通讯网络发送到所述云计算平台。

优选地，所述数据采集板具体包括有：

数模转换电路，与所述信号转换板相连，用于将模拟信号转换成数字信号，并进行高速采集和缓存；

同步对时单元，与所述数模转换电路相连，用于接收来自卫星定位***的同步对时信号，将其采集和缓存的数据打上绝对时标；

故障判断电路，用于比较电压突变量是否超过设定阈值，超过设定值时表示线路发生故障；

录波装置，用于记录故障发生前设定时间和故障发生后设定时间的行波数据。

优选地，所述云计算平台包括有：

行波波头检测单元，查找并计算位于同一配电线路的各个行波数据采集单元发送的故障数据，确定故障初始行波波头时间；

故障位置计算单元，与所述行波波头检测单元相连，用于根据所述故障初始行波波头时间和预设线路长度，确定故障位置；

结果输出单元，与所述故障位置计算单元相连，用于通过web输出或移动通信网络发送故障位置信息。

优选地，所述故障判断电路和录波装置为DSP数字信号处理器。

本实用新型的有益效果是：

本实施例通过在云计算平台上查找和计算配电线路上的各个行波数据采集单元发送的行波数据，确定故障初始行波波头时间，输出测距结果。从而达到了快速、精确地确定配电网故障位置的效果。

下面结合附图对本实用新型作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本实用新型的基于云计算平台的配电网故障行波定位装置一个实施例的组成结构图。

图2是本实用新型的基于云计算平台的配电网故障行波定位装置一个实施例的双端行波测距原理图。

图3是本实用新型的基于云计算平台的配电网故障行波定位装置一个实施例的接地故障发生位置示意图。

具体实施方式

下面参考图1-图3详细描述本实用新型的基于云计算平台的配电网故障行波定位装置的一个实施例；如图1所示，本实施例主要包括有：

若干个行波数据采集单元1，设置在配电线路上，用于通过行波采集配电网行波故障数据；

云计算平台2，设置在网络云端计算集群，与所述行波数据采集单元通过无线通讯网络连接，用于接收所述行波数据采集单元发送的行波故障数据，并根据该行波故障数据计算出故障发生位置。

具体实现时，所述行波数据采集单元1可具体包括有：

信号转换板11，与配电线路上的配电变压器相连，用于将配电线路的电压量隔离变换成0～10伏电压信号；

数据采集板12，与所述信号转换板相连，用于采集和记录行波数据，并在故障发生时将记录到的行波故障数据发送出去；

CPU管理机13，与所述数据采集板连接，用于接收所述数据采集板发送的行波故障数据并将其通过无线通讯网络发送到所述云计算平台。

所述云计算平台2可具体包括有：

行波波头检测单元21，查找并计算位于同一配电线路的各个行波数据采集单元发送的故障数据，确定故障初始行波波头时间(带有绝对时标)；

故障位置计算单元22，与所述行波波头检测单元相连，用于根据所述故障初始行波波头时间和预设线路长度，经过行波双端测距原理，再根据预设线路长度，确定故障位置；

结果输出单元23，与所述故障位置计算单元相连，用于通过web输出或移动通信网络发送故障位置信息。

进一步地，所述数据采集板12可具体包括有：

数模转换电路121，与所述信号转换板11相连，用于将模拟信号转换成数字信号，并进行高速采集和缓存；

同步对时单元122，与所述数模转换电路121相连，用于接收来自卫星定位***的同步对时信号，将其采集和缓存的数据打上绝对时标；

故障判断电路123，用于比较电压突变量是否超过设定阈值，超过设定值时表示线路发生故障；

录波装置124，用于记录故障发生前设定时间和故障发生后设定时间的行波数据。

具体实现时，所述故障判断电路123和录波装置124可采用DSP数字信号处理器实现。

下面详细描述本实施例的工作原理。

首先，信号转换板将配电线路的电压量隔离变换成0～10伏电压信号。该电压量包括配电变压器高压侧互感器二次侧相电压或零序电压，及低压侧相电压或线电压。

数据采集板完成行波信号的高速采集和缓存，接收信号转换板传输的0～10伏电压信号，进行A/D采样，完成模拟信号到数字信号的转换，正常运行情况下，以5MHz以上的频率并在FPGA的控制下写入SDRAM，SDRAM被分为以80毫秒为单位的若干块存储区域，以块为控制单元，同时接收GPS、或北斗卫星定位***等的同步时间信号，以GPS授予的秒脉冲或B码等时间作为装置的同步采样时标。数据在写入时被打上绝对时标，时间信号误差为1×10^-8秒。该时标实现对***内其他装置数据在时间上统一。

所述数据采用循环存储方式存放于一块数据区中，当收到外部电压突变启动信号后，该数据存储区停止刷新，启动后的所述数据存入另一块数据区，数据块没被读完时不允许刷新，但可外部控制刷新信号。选线数据记录缓冲区的长度为80毫秒。为保证电网发生连续性故障时不丢失故障数据，在高速采集DSP板上共开辟了多块的数据缓冲区。当前次录波数据转存过程中发生故障时，仍可继续记录当前的故障数据。当某块数据传给CPU管理机后，由CPU管理机给出刷新信号以及对应的选线数据块序号，高速采集DSP板接到刷新信号后，可对相应数据块进行刷新操作。

高速采集板带有线路故障的检测判断功能，在线路正常运行时，***对模拟量进行采集，计算电压是否超过录波启动设定值，当线路发生接地故障时，电压突变量越限启动，再由高速采集板的DSP数字信号处理器启动录波，存储故障前和故障后各两个周波的故障数据共80毫秒。并采用浮动门槛启动方式，以提高故障检测判断的灵敏性和可靠性。再将数据通过高速总线传输到连接高速采集板的CPU管理机。

由CPU管理机将故障数据通过无线通信技术发送到处于“云端”计算集群的云计算平台，由云计算平台自动查找并计算位于同一配电线路的各个行波定位装置发来的故障数据，确定故障初始行波波头时间，输出测距结果。用户通过Web页面对云端设备和服务进行访问，查看故障距离等结果，同时也可通过云计算平台的短信功能，将测距结果发送至相关人员的移动设备上。以便快速地到达故障点处理故障。

下面详细描述本实施例中云计算平台采用双行波定位原理的测距算法。

首先，利用故障行波到达故障线路两端的时间差计算出故障距离，如图2所示。对于故障线路来说，设输电线路全长L，故障点初始行波达到两端母线M，N的时间分别为T_M，T_N，则故障点距线路两端的距离分别为：

L_{M} = \frac{1}{2} [(T_{M} - T_{N}) v + L]

L_{N} = \frac{1}{2} [(T_{N} - T_{M}) v + L]

式中v为行波波速，L为线路全长。

其次，由云计算平台自动查找并计算位于同一配电线路的各个行波定位装置发来的故障数据，确定故障初始行波波头时间，输出测距结果。请参考图3，其方法如下：

如图3所示，配电网F点发生故障，位于同一配电线路的各个行波数据采集单元分别位于A端、B端、C端。故障初始行波波头到达A端、B端、C端的绝对时间分别为TA、TB、TC，通过行波双端测距原理，云计算平台分别计算出AB、BC、AC的测距结果，：AC、AB的测距结果为距A端F点处发生故障，BC的测距结果为BC的接点D点处，由图3可知，D点行波是由F点故障引起，因此，可得出故障位置为F点。

本实用新型适用范围广泛，既适用于配电网，也适用于高压电网等情况可应用于：

中性点不接地***；

中性点经消弧线圈接地***；

中性点经高电阻接地***；

中性点经中电阻接地***；

中性点经低电阻接地***；

中性点直接接地(大电流接地***)***。

与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、能准确选择故障分支线路，不论是瞬时性还是永久接地故障，也不论是金属性还是非金属性接地故障。

2、具备录波功能，装置以5MHz以上的采样率采集故障前和故障后各两个周波的故障数据，不仅能反映故障时刻的工频变化，能全面了解故障过程。

3、具备行波打绝对时标的功能，当线路数较多需增加多台装置时，可实现不同行波装置同步比较，使行波装置适应分支线路数多的场合。

4、用户通过Web页面对云端设备和服务进行访问，查看故障距离等结果，同时也可通过云计算平台的短信功能，将测距结果发送至相关人员的移动设备上。以便快速地到达故障点处理故障。

以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种基于云计算平台的配电网故障行波定位装置，其特征在于，该装置包括有：

2.如权利要求1所述的基于云计算平台的配电网故障行波定位装置，其特征在于，所述行波数据采集单元包括有：

3.如权利要求2所述的基于云计算平台的配电网故障行波定位装置，其特征在于，所述数据采集板具体包括有：

4.如权利要求1-3中任一项所述的基于云计算平台的配电网故障行波定位装置，其特征在于，所述云计算平台包括有：

5.如权利要求4所述的基于云计算平台的配电网故障行波定位装置，其特征在于：所述故障判断电路和录波装置为DSP数字信号处理器。