CN212847143U - 一种行波信号采集传输装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种行波信号采集传输装置，包含行波信号调理电路、模数转换器ADC、现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP、对时信号接口、以太网接口和电源模块。行波信号接入行波信号调理电路，对时信号接入对时信号接口，行波信号调理电路的输出端与模数转换器ADC连接，现场可编程门阵列FPGA与对时信号接口、模数转换器ADC、数字信号处理器DSP和以太网接口连接，电源模块提供工作电源。该装置实现了行波信号的就地高速同步采集和高带宽持续传输，提高了行波信号采集传输的信噪比，从而提高了行波测距的精度和可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力系统输电线路行波故障定位技术领域，尤其涉及一种行波信号采集传输装置。
背景技术
输电线路故障点及时、准确的定位有利于减小输电线路故障对电力系统造成的危害，是电网安全可靠运行的关键。目前在电力系统中广泛采用的测距手段基于两种方式：阻抗法故障测距和行波法故障测距。阻抗法基于故障时稳态量和线路阻抗参数计算故障点位置，易受过渡电阻、线路分布电容和系统运行方式影响，测距精度低。行波法基于故障时电压或电流行波信号计算故障点位置，不受上述因素影响，具有测距精度高的优点。
目前在电力系统中采用的输电线路行波测距系统，仍然基于电磁式互感器或专用行波传感器采集故障行波信号，通过硬电缆方式接入行波测距装置实现行波信号采集、分析和处理。这种方式增大了二次接线复杂度、增大了变电站运行维护工作量，提升了系统出错几率。
此外，对于长距离交直流输电线路，由于故障行波信号传递距离远，受色散效应和阻抗不均匀的折反射因素影响，信号衰减严重，变电站端传感器二次侧输出的模拟量小信号还需要通过电缆传输四百米左右才能进入行波测距装置中进行高速采集，这进一步加剧了行波信号的衰减，并引入了噪声，降低了行波信号采集的信噪比，直接影响到了行波测距的可靠性和测距精度。
实用新型内容
为解决目前输电线路行波测距装置采用电磁式互感器或专用行波传感器经电缆直接采集行波信号无法满足行波信号高质量采集的问题，本实用新型提供了一种行波信号采集传输装置，在变电站输电线路传感器的就地端，对行波信号实现高速同步采集，并经以太网接口高带宽传输给行波测距装置，提高行波信号采集传输的信噪比，从而提高行波测距的精度和可靠性。
为达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：
一种行波信号采集传输装置，包括行波信号调理电路、模数转换器ADC、现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP、对时信号接口、以太网通信接口和电源模块；行波信号调理电路的输入端接入行波信号，输出端与模数转换器ADC连接；模数转换器ADC的输入端接入调理后的行波信号，输出端与现场可编程门阵列FPGA连接；对时信号接口的输入端接入对时信号，输出端与现场可编程门阵列FPGA连接；数字信号处理器DSP和以太网通信接口均与现场可编程门阵列FPGA连接；电源模块为以上所述所有电路和器件提供工作电源。
优选的方案中，所述行波信号调理电路包括平移放大电路、低通滤波电路和带通滤波电路；平移放大电路的输入端接入行波信号，输出端与低通滤波电路和带通滤波电路的输入端连接，低通滤波电路和带通滤波电路的输出端输出调理后的行波信号。
优选的方案中，所述模数转换器ADC包括高速AD采集器和低速AD采集器；所述高速AD采集器的输入端与带通滤波电路的输出端连接，用于高频暂态信号数据采样；所述低速AD采集器的输入端与低通滤波电路的输出端连接，用于中低频信号数据采样；所述高速AD采集器和低速AD采集器的输出端和现场可编程门阵列FPGA连接。
优选的方案中，所述现场可编程门阵列FPGA包括采样控制模块、时钟同步模块和数据传输模块；所述时钟同步模块与对时信号接口、数字信号处理器DSP、采样控制模块和数据传输模块连接，为数据的采样和传输提供时钟同步基准；所述采样控制模块与模数转换器ADC、时钟同步模块和数据传输模块连接，用于信号的采样控制和采样数据获取；所述数据传输模块与采样控制模块、时钟同步模块和以太网通信接口连接，用于行波信号数字采样数据的高速传输。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
(1)该装置安装在信号传感器附近，直接对输入行波信号进行就地高速同步采集，避免了站内电缆传输可能造成的信号色散衰减问题、折反射问题和电磁干扰问题，提高了行波信号采集的信噪比。
(2)该装置采用以太网接口持续输出行波采样数据，行波测距装置经以太网通信接收数据，中间无其它电缆和信号线连接，简化了行波测距系统结构复杂度，提升了系统可靠性。
附图说明
图1为本实用新型行波信号采集传输装置实施例的示意图；
图2为本实用新型行波信号采集传输装置另一实施例的示意图；
图3为本实用新型的应用场景示意图。
具体实施方式
本实用新型实施例提供了一种行波信号采集传输装置，所述装置在变电站中的应用场景如图3所示。
所述装置在输电线路行波传感器就地端安装，
(1)接收时钟同步系统输出的IRIG-B对时信号，对时精度优于0.2μs。
(2)通过电缆接入行波信号，实现行波信号的就地高速同步采样。
(3)采用千兆以太网与行波测距装置连接，持续输出行波采样数据，输出的数据包括高频信号采样数据和中低频信号采样数据，采样率分别不低于1MHz和4.8kHz。
为了满足所述装置的同步采样精度要求，相关联设备需满足以下条件：
(1)输电线路行波信号传感器应能够有效传变高频暂态行波信号，对暂态行波信号的响应时间小于1μs。
(2)时钟同步系统应能够输出稳定、可靠和高精度的时钟同步信号，输出信号的最大偏差不大于0.1μs。
行波信号采集传输装置的实施例示意图如图1所示。装置包括行波信号调理电路、模数转换器ADC、现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP、对时信号接口、以太网通信接口和电源模块。
行波信号调理电路的输入端接入行波信号，输出端与模数转换器ADC连接，用于对行波信号进行平移放大和滤波处理。
模数转换器ADC的输入端接入调理后的行波信号，输出端与现场可编程门阵列FPGA连接，用于在FPGA的采样控制下实现行波信号数据采样。
对时信号接口的输入端接入对时信号，输出端与现场可编程门阵列FPGA连接，数字信号处理器DSP也与现场可编程门阵列FPGA连接，三者共同实现对时信号解析，产生同步基准信号PPS。
现场可编程门阵列FPGA还与以太网通信接口连接，用于通过以太网通信接口将行波采样数据帧实时发送给行波测距装置。
电源模块为以上所述所有电路和器件提供工作电源。
如图2所示的另一个行波信号采集传输装置实施例包括：包含：行波信号调理电路、模数转换器ADC、现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP、对时信号接口、以太网通信接口和电源模块。
其中，行波信号调理电路包括平移放大电路、低通滤波电路和带通滤波电路。平移放大电路的输入端接入行波信号，输出端与低通滤波电路和带通滤波电路的输入端连接，低通滤波电路和带通滤波电路的输出端输出调理后的行波信号。
其中，模数转换器ADC包括高速AD采集器和低速AD采集器。所述高速AD采集器的输入端与带通滤波电路的输出端连接，用于高频暂态信号数据采样。所述低速AD采集器的输入端与低通滤波电路的输出端连接，用于中低频信号数据采样。所述高速AD采集器和低速AD采集器的输出端和现场可编程门阵列FPGA连接。
其中，现场可编程门阵列FPGA包括采样控制模块、时钟同步模块和数据传输模块。所述时钟同步模块与对时信号接口、数字信号处理器DSP、采样控制模块和数据传输模块连接。所述采样控制模块与模数转换器ADC、时钟同步模块和数据传输模块连接。所述数据传输模块与采样控制模块、时钟同步模块和以太网通信接口连接。
装置的工作原理如下：
传感器输出的行波信号接入行波信号调理电路，首先经平移放大电路处理，对行波信号的电压幅值进行放大或衰减到允许范围，然后接入低通滤波电路和带通滤波电路，低通滤波电路滤除行波信号中的高频信号分量，输出的中低频信号接入模数转换器ADC的低速AD采集器进行中低频信号数据采样，带通滤波电路滤除行波信号中通带以外的频率分量，输出的高频暂态信号接入模数转换器ADC的高速AD采集器进行高频暂态信号数据采样；模数转换器ADC与现场可编程门阵列FPGA连接，在采样控制模块的控制下实现行波信号数据采样，并将采样数据推送给FPGA。
时钟同步系统输出的IRIG-B对时信号接入对时信号接口，对时信号接口与现场可编程门阵列FPGA的时钟同步模块连接，数字信号处理器DSP也与现场可编程门阵列FPGA的时钟同步模块连接，共同实现对时信号解析，产生同步基准信号PPS，为采样控制模块和数据传输模块提供时序同步基准。
现场可编程门阵列FPGA的数据传输模块还与以太网通信接口连接，数据传输模块将行波采样数据组织成帧，持续实时推送给以太网通信接口，以太网通信接口采用千兆带宽，将行波采样数据帧实时发送给行波测距装置。
以上所述实施例仅用于说明而非限定本实用新型的保护范围。任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型披露的技术范围内，所进行的修改或等同替换，都应涵盖在本实用新型的的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种行波信号采集传输装置，其特征在于：包括行波信号调理电路、模数转换器ADC、现场可编程门阵列FPGA、数字信号处理器DSP、对时信号接口、以太网通信接口和电源模块；
行波信号调理电路的输入端接入行波信号，输出端与模数转换器ADC连接；
模数转换器ADC的输入端接入调理后的行波信号，输出端与现场可编程门阵列FPGA连接；
对时信号接口的输入端接入对时信号，输出端与现场可编程门阵列FPGA连接；
数字信号处理器DSP和以太网通信接口均与现场可编程门阵列FPGA连接；
电源模块为以上所有电路和器件提供工作电源。
2.根据权利要求1所述的一种行波信号采集传输装置，其特征在于：所述行波信号调理电路包括平移放大电路、低通滤波电路和带通滤波电路；
平移放大电路的输入端接入行波信号，输出端与低通滤波电路和带通滤波电路的输入端连接，低通滤波电路和带通滤波电路的输出端输出调理后的行波信号。
3.根据权利要求2所述的一种行波信号采集传输装置，其特征在于：所述模数转换器ADC包括高速AD采集器和低速AD采集器；
所述高速AD采集器的输入端与带通滤波电路的输出端连接，用于高频暂态信号数据采样；
所述低速AD采集器的输入端与低通滤波电路的输出端连接，用于中低频信号数据采样；
所述高速AD采集器和低速AD采集器的输出端和现场可编程门阵列FPGA连接。
4.根据权利要求1所述的一种行波信号采集传输装置，其特征在于：所述现场可编程门阵列FPGA包括采样控制模块、时钟同步模块和数据传输模块；
所述时钟同步模块与对时信号接口、数字信号处理器DSP、采样控制模块和数据传输模块连接，为数据的采样和传输提供时钟同步基准；
所述采样控制模块与模数转换器ADC、时钟同步模块和数据传输模块连接，用于信号的采样控制和采样数据获取；
所述数据传输模块与采样控制模块、时钟同步模块和以太网通信接口连接，用于行波信号数字采样数据的高速传输。
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| CN202021735806.2U CN212847143U (zh) | 2020-08-18 | 2020-08-18 | 一种行波信号采集传输装置 |
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| CN (1) | CN212847143U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN114428199A (zh) * | 2021-12-21 | 2022-05-03 | 南京南瑞继保电气有限公司 | 一种基于以太网高速同步数据的行波测距装置和方法 |
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2020
- 2020-08-18 CN CN202021735806.2U patent/CN212847143U/zh active Active
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