CN205353273U - 用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，包括互感器、对互感器采集的信号进行模数转换的A/D转换板、与测距主站通讯的无线通信板、ARM***板、以及电源，还包括对经过A/D转换板处理的数字信号进行采样的DSP处理器、以及对DSP处理器采样的数字信号进行滤波的FPGA去噪单元，其中，FPGA去噪单元与无线通信板信号连接，其中，A/D转换板与DSP处理器通过差分传输总线信号连接。根据本实用新型的分布式终端装置，通过合理的***架构，数字信号的处理和传输的速率得到了保障，能够满足配电线路双端测距这样的高速采样的场合，针对变电站或户外架空线均具有安装便捷特点。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置。
背景技术
国内配电网大多采用中性点非有效接地方式，也称小电流接地方式，在此接地方式下当线路发生单相接地故障时，故障电流相对负荷电流非常微弱，因此经常造成选线或定位失败。
随着智能配电网以及分布式能源大量接入，快速准确定位故障点需求越来越迫切。目前小电流选线与测距装置大多安装在变电站，利用站内的母线电压以及各出线线路的电流信号，监测故障，一旦发生故障立即启动故障滤波，然后利用采集的所有出线的电流信号完成定位算法。
由于配电线路复杂，线路存在大量分支，并存在架空线-电缆混合线路，如果仅依靠站内信号，定位效果不理想，在智能电网建设的背景下，电力有关部门对线路故障定位的可靠性、精度提出更高的要求。
行波测距在输电线路已经发展成熟，但在配电网上目前还没有实用化，主要原因是行波测距大多采用双端方式，即在线路两侧的变电站安装测距装置，利用站间2M网络实现数据通信。
配电网网络结构与输电线路不同，大多为辐射状，即线路一端为变电站另一端为线路末端连接变压器，目前配电网线路末端没有适合行波测距的终端装置。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，以满足信号高速处理的行波定位的要求。
为此，本实用新型提供了一种用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，包括互感器、对互感器采集的信号进行模数转换的A/D转换板、与测距主站通讯的无线通信板、ARM***板、以及电源，还包括对经过A/D转换板处理的数字信号进行采样的DSP处理器、以及对DSP处理器采样的数字信号进行滤波的FPGA去噪单元，其中，FPGA去噪单元与无线通信板信号连接，其中，A/D转换板与DSP处理器通过差分传输总线信号连接。
进一步地，上述ARM***板包括OMAP-L138处理器，其中，DSP处理器为OMAP-L138处理器中的一个内置模块。
进一步地，上述分布式终端装置还包括向L138处理器提供授时的GPS秒脉冲授时板。
进一步地，上述互感器包括电流互感器和电压互感器。
进一步地，上述电源为UPS电源，电压互感器的二次侧向UPS电源供电。
进一步地，上述分布式终端装置还包括在A/D转换板之前对互感器采集的模拟信号进行调理的调理电路。
进一步地，上述FPGA去噪单元为FPGA小波去噪单元。
进一步地，上述无线通信板为4G无线实时通信板。
根据本实用新型的分布式终端装置，通过合理的***架构，数字信号的处理和传输的速率得到了保障，能够满足配电线路双端测距这样的高速采样的场合。根据本实用新型的终端装置可安装于配电网户外架空线，针对变电站或户外架空线均具有安装便捷特点。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型作进一步详细的说明。
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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
图1是根据本实用新型优选实施例的用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置的***架构示意图；
图2是根据本实用新型用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置应用于配电网的示意图；
图3是根据本实用新型用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置中的A/D转换板的转换电路一；以及
图4是根据本实用新型用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置中的A/D转换板的转换电路二。
附图标记说明
10、互感器；20、A/D转换板；
30、无线通信板；40、ARM***板；
50、电源；60、DSP处理器；
70、FPGA去噪单元；80、GPS秒脉冲授时板；
11、电流互感器；12、电压互感器；
41、OMAP-L138处理器；42、ARM处理器；
100、终端装置；110、变电站；
120、架空线；130、测距主站。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
为解决配电网线路末端没有对应的终端装置来实施双端行波定位的问题，本实用新型提供了一种用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，通过架构新的***来适应高速采样。该终端装置包括互感器10、对互感器10采集的信号进行模数转换的A/D转换板20、与测距主站130通讯的无线通信板30、ARM***板40、以及电源50，还包括对经过A/D转换板20处理的数字信号进行采样的DSP处理器60、以及对DSP处理器60采样的信号进行滤波的FPGA去噪单元70，其中，FPGA去噪单元70与无线通信板30信号连接，其中，A/D转换板20与DSP处理器60通过差分传输总线(LVDS)信号连接。
根据本实用新型的终端装置，其***架构中通过采用DSP处理器60(数字信号处理器)、FPGA去噪单元70(Field－ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)、A/D转换板20与DSP处理器60通过差分传输总线信号连接的方式，其数字信号的处理和传输的速率得到了保障，能够满足配电线路双端测距这样的高速采样的场合。
根据本实用新型的终端装置，ARM***板(也成为ARM主板)优选为ARM最小***板，以降低***复杂度。
在使用时，如图2所示，本实用新型的终端装置100安装于所监测线路的变电站110以及架空线120上，采集线路交流信号，根据出线长度以及分支情况，确定分布式终端装置安装地点，每两个终端装置可形成一对测距数据，利用双端测距算法进行故障距离计算。
根据本实用新型的终端装置可安装于配电网户外架空线，针对变电站或户外架空线均具有安装便捷特点。
在根据本实用新型的一实施例中，给出了互感器10的组配的方案，其包括电流互感器11(CT)和电压互感器12(PT)，进而分别采集线路的三相电流、三相电压交流信号。
在根据本实用新型的一一优选实施例中，实现了1.25Mbps的高速采样。
在根据本实用新型的一优选实施例中，给出了***配置的优选方案，ARM***板40的主芯片采用OMAP-L138处理器41，其中，DSP处理器60为OMAP-L138处理器41内置的处理模块。如此简化了***架构，***可靠性提高。为简化起见，以下简称L138处理器。
上述L138处理器包含ARM处理器，作为内置模块，实现对其他器件的控制和监控等功能。
在根据本实用新型的一优选实施例中，采用GPS秒脉冲授时板80向L138处理器41提供授时。此种授时方式可使得分布式终端装置广域采集的时钟同步、滤波数据的时标标定更加可靠。
在根据本实用新型的一优选实施例中，电源50为UPS电源(不间断供电电源)，如此可利用电压互感器12的二次侧220v电压进行充电，实现充分利用。
本实用新型的给出了A/D转换板的一优选电路的核心结构，如图3所示，使用OPA2350芯片提供运放功能，将互感器采集的电压电流输入信号放大，并提供AD基准电压。如图4所示，使用具有LVDS的16bit单极差动AD芯片，即ADS8413芯片功能，负责将电压、电流信号转换为16bit数字信号，采样速率为1.25M。
上述OMAP-L138处理器、OPA2350芯片、ADS8413芯片由美国德州仪器(TI)提供，可通过市购获得。
在根据本实用新型的一可选实施例中，提供在A/D转换板20之前对互感器10采集的信号进行调理的调理电路板。该调理电路板用于对互感器采集的模拟信号进行放大等调理，以适应A/D转换板20的信号输入。
在根据本实用新型的一优选实施例中，FPGA去噪单元70优选为FPGA小波去噪单元，即利用大规模可编程逻辑器件FPGA完成小波实时计算。经验证，小波处理非常适合双端行波法的需要。
双端行波法需要在故障行波到达测量装置时准确记录下行波信号的暂态过程，该过程很短，因此需要采用精确的启动算法进行故障启动滤波。由于接地故障零序电流微弱，所监测线路采集的零序电流信号容易受噪声污染，从而影响启动判据。本实用新型选用小波去噪方法对信号进行预处理。
在根据本实用新型的一实施例中，结合配网小电流接地故障暂态信号特征，小波去噪算法优选采用DB2小波变换。将小波变换的分解、重构层数设为5层。FPGA去噪单元分成前向小波变换模块、阈值处理模块、和逆向小波变换模块这三部分组成。前向小波变换模块完成各层分解，将所监测信号分解为低频和高频部分。阈值处理模块负责滤掉各层小波分解的高频噪声，逆向小波变换模块完成重构。
本实用新型利用具有小波去噪功能的FPGA，适应了信号高速处理的去噪要求。
经过FPGA去噪单元处理后的数据由ARM***板上的L138处理器进行启动判断。如果判断线路有故障，将故障前后5个周波的经小波去噪后的数据打上时标，通过无线通信板30将数据发至远方的测距主站130。
在根据本实用新型的一实施例中，无线通信板30为4G无线实时通信板。该4G无线实时通信板可通过市购获得，该4G无线实时通信板也可具有与3G通讯切换的功能。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (8)
1.用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，包括互感器(10)、对所述互感器(10)采集的信号进行模数转换的A/D转换板(20)、与测距主站通讯的无线通信板(30)、ARM***板(40)、以及电源(50)，其特征在于，还包括对经过所述A/D转换板(20)处理的数字信号进行采样的DSP处理器(60)、以及对所述DSP处理器(60)采样的数字信号进行滤波的FPGA去噪单元(70)，其中，所述FPGA去噪单元(70)与所述无线通信板(30)信号连接，其中，所述A/D转换板(20)与所述DSP处理器(60)通过差分传输总线信号连接。
2.根据权利要求1所述的用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，其特征在于，所述ARM***板(40)包括OMAP-L138处理器(41)，其中，所述DSP处理器(60)为所述OMAP-L138处理器(41)中的一个内置模块。
3.根据权利要求2所述的用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，其特征在于，还包括向所述L138处理器(41)提供授时的GPS秒脉冲授时板(80)。
4.根据权利要求2所述的用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，其特征在于，所述互感器(10)包括电流互感器(11)和电压互感器(12)。
5.根据权利要求4所述的用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，其特征在于，所述电源(50)为UPS电源，所述电压互感器(12)的二次侧向所述UPS电源供电。
6.根据权利要求1所述的用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，其特征在于，还包括在所述A/D转换板(20)之前对所述互感器(10)采集的模拟信号进行调理的调理电路。
7.根据权利要求1所述的用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，其特征在于，所述FPGA去噪单元(70)为FPGA小波去噪单元。
8.根据权利要求1所述的用于配电网单相接地故障行波定位的分布式终端装置，其特征在于，所述无线通信板(30)为4G无线实时通信板。
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