高精度故障录波器及输电线路组合故障测距方法技术

本发明专利技术属于电力系统领域，包括前置机、后台机、电力系统同步时钟、打印机等四个组成部分。其中，前置机包括稳态电压、电流采集单元，暂态电压、电流采集单元，高频采集单元，用于提供精确时标并和电力系统同步时钟接口的ＧＰＳ（全球导航卫星定时与测距系统）时间同步单元；后台机采用工业控制机，用于故障数据分析和处理；电力系统同步时钟用于为本装置提供精确时间信息；打印机用于打印故障录波和故障测距结果。本发明专利技术通过上述配置和专门设计的前置机硬件以及各种配套软件程序，可以全面记录故障后所出现的故障电压和故障电流信息、实现输电线路的精确故障测距，并为新型暂态行波继电保护的研制和应用收集重要的故障数据。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电力系统领域，特别涉及电力系统故障波形记录和故障分析。本专利技术设计的一种高精度故障录波器，其特征在于，包括前置机、后台机、电力系统同步时钟；该前置机通过串行通信口和后台机相连，该电力系统同步时钟通过导线和前置机相连；其特征在于所说的前置机包括采集、记录稳态故障电压的稳态电压采集板，采集、记录暂态故障电压的暂态电压采集板，采集、记录稳态故障电流的稳态电流采集板，采集、记录暂态故障电流的暂态电流采集板，采集、记录高频信息的高频采集板，用于提供精确时标并和电力系统同步时钟接口的时间同步板；上述各板依次插接在一个母板上。所说的稳态和暂态电压采集是通过电压互感器测量记录电气设备故障后电压，然后把采集到的故障数据通过串行通信口传送给后台机；所说的稳态和暂态电流采集是通过电流互感器测量记录电气设备故障后电流，然后把采集到的故障数据通过串行通信口传送给后台机；所说的高频采集单元测量记录输电线路收发讯机上发出或者受到的高频信号，并把记录结果通过串行通信口传送给后台机；所说的时间同步单元接收电力系统同步时钟所给出的同步时间，并把这个时间信号通过导线传送给上述三种采集单元和后台机，用于实现整个录波器的时间同步；所说的后台机通过串行通信口与上述的采集单元和时间同步单元相连，获得故障数据和时间信息，打印、存储、显示上述故障信息，同时给出输电线路故障的精确位置。本专利技术提出了一种利用故障录波器所记录的稳态、暂态电压和电流，运行在后台机上的单端电气量的输电线路组合故障测距算方法，该方法可以有效解决高压输电线路故障测距的可靠性和准确性问题。它由基于工频电气量的阻抗测距算法和基于暂态行波的行波测距算法组合而成。该方法的特点是综合了二者的优点，具有可靠性高、测距准确的特点。该方法的原理是由具有鲁棒性的阻抗测距算法给出故障发生的范围，误差不超过线路全长的10％，然后由行波测距法进行精确故障定位，误差小于1公里。包括以下步骤；(1)从暂态电流采集板获得被测量输电线路的三相暂态电流；(2)从暂态电压采集板获得被测量输电线路的三相暂态电压；(3)从稳态电流采集板获得被测量输电线路的三相稳态电流；(4)从稳态电压采集板获得被测量输电线路的三相稳态电压；(5)根据得到的稳态三相电流和电压，由具有鲁棒性的阻抗测距算法给出故障发生的范围；其中，单端阻抗测距算法为X=xx0]]>式中，X——从测量点到故障点的实际距离，单位公里，x——从测量点到故障点的电抗，单位欧姆，x0——被测量线路单位长度电抗，单位欧姆/公里，从测量点到故障点的电抗x可以用下式计算 式中，Rm——从测量点到故障点的测量电阻，单位欧姆，xm——从测量点到故障点的测量电抗，单位欧姆，L——被测量线路的阻抗角，单位弧度， a、b——系数；其中系数a、b可以用下式计算a=Re[I•mgI•m],b=Im[I•mgI•m];]]>式中 是测量点的电流相量和电流故障分量相量，其中，测量电阻Rm和测量电抗xm可以用以下式子来计算，对于单相接地故障Rm+jxm=U•φI•φ+Z0-Z1Z1*I•0]]>其中 ——相电压相量； ——相电流相量； ——零序电流相量；Z0.Z1—被测量线路单位长度零序和正序阻抗，单位欧姆对于相间故障AB相短路，Rm+jxm=U•A-U•BI•A-I•B]]>AC相短路，Rm+jxm=U•A-U•CI•A-I•C]]>BC相短路，Rm+jxm=U•B-U•CI•B-I•C]]> ——A、B、C各相电压相量， ——A、B、C各相电流相量；(6)根据得到的暂态三相电流，由行波测距法进行故障测距；单端行波测距算法采样电流行波原理构成，数学式子如下L＝(T1-T2)/V式中，L——故障距离，单位公里V——波速度，单位公里/秒，对于给定线路，它是一个接近光速的常数， T1——初始电流行波到达检测点的时间，单位微秒T2——反射电流行波到达检测点的时间，单位微秒(7)综合(5)和(6)步，实现精确故障定位。当阻抗法给出故障发生的范围时，反射行波波头的位置一般情况下就唯一确定了。从而实现了输电线路可靠和精确的故障测距。本专利技术的主要技术特点是1、既能够记录工频故障信息(包括谐波分量)，也能够记录暂态故障信息，从而取代目前的电力故障录波器(它们只能记录稳态故障信息，不能记录暂态故障信息)。工频采样频率1千赫兹，暂态采样频率1兆赫兹；2、能够实现输电线路精确故障测距，误差小于1公里，可靠性高。本专利技术应用范围1、各种电压等级的发电厂、变电站电气设备故障信息的全面记录，包括高压输电线路、发电机、大型电力变压器、电容器、调相机；2、各种配电网络中电气设备的故障信息的全面记录，包括配电线路和配电变压器等；本专利技术的技术指标1、记录电气量数目(1)最少可记录两回线路(变压器)工频电流(三相电流和零序电流)，8个模拟量；最多可记录十回线路(变压器)工频电流，40个模拟量。采样频率1千赫兹，最大记录时间15分钟；(2)最少可记录两回线路(变压器)暂态电流(三相电流和零序电流)，8个模拟量；最多可记录十回线路(变压器)暂态电流，40个模拟量；采样频率1兆赫兹，最大记录时间20毫秒；(3)可记录四路高频信号，8个模拟量，采样频率50千赫兹，最大记录时间400毫秒；(4)最少可记录两回母线工频电压(三相电压和零序电压)，8个模拟量；最多可记录四回母线工频电压，16个模拟量。采样频率1千赫兹，最大记录时间15分钟；(5)最少可记录两回母线暂态电压(三相电压和零序电压)，8个模拟量；最多可记录四回母线暂态电压，16个模拟量。采样频率1兆赫兹，最大记录时间20毫秒；(6)可记录可记录64路开关量(开入、开出)。2、运行在后台机上的后台分析软件结合工频电气量故障测距算法和行波法可以实现输电线路精确故障测距，一般情况下误差不超过1公里。图2为本实施例的前置机的硬件构成框图。图3为本实施例的暂态插件硬件构成框图。图4为本实施例的暂态插件中央处理器CPU的程序流程图。图5为本实施例的工频插件硬件构成框图。图6为本实施例的工频插件中央处理器CPU的程序流程图。图7为本实施例的GPS时间同步插件硬件构成框图。图8为本实施例的GPS时间同步插件中央处理器单元程序流程图。图9为本实施例的后台机程序框图。其中前置机用于实时采集稳态工频电流、暂态行波电流、稳态工频电压、暂态行波电压、高频保护使用的高频信号和开关量，它和后台机、电力系统同步时钟相连；其中后台工控机用于记录、存储、显示故障波形和故障数据、计算输电线路故障距离、进行故障分析，它和前置机、打印机相连；电力系统同步时钟为整个录波器系统提供精确同步时间，它和前置机相连；打印机用于本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高精度故障录波器，包括前置机、后台机、电力系统同步时钟；该前置机通过串行通信口和后台机相连，该电力系统同步时钟通过导线和前置机相连；其特征在于：所说的前置机包括采集、记录稳态故障电压的稳态电压采集板，采集、记录暂态故障电压的暂态电压采集板，采集、记录稳态故障电流的稳态电流采集板，采集、记录暂态故障电流的暂态电流采集板，采集、记录高频信息的高频采集板，用于提供精确时标并和电力系统同步时钟接口的时间同步板，以及存储在各采集板中的数据处理程序，上述各板依次插接在一个母板上，所说的后台机存储有故障数据分析、处理和利用单端电气量的输电线路组合故障测距算法程序。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：董新洲，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]