用于输电线路故障定位的导线监官测装置的研制硕士学位.doc
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1、472c049220324e8565aa97e6c1b21326.pdf 用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制 申请上海交通大学硕士学位论文 用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制 学学 校校:上海交通大学 学学 院院:电子信息与电气工程学院 系系 别:别:电气工程系 专专 业:业:高电压与绝缘技术 班班 级:级:B0603193 学学 号:号:1060319085 学生姓名:学生姓名:邵庆祝 指导老师:指导老师:盛戈皞 答辩日期:答辩日期:2011 年 1 月 上海交通大学电子信息与电气工程学院 2011 年 1 月 472c049220324e
2、8565aa97e6c1b21326.pdf 用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制 A Dissertation Submitted to Shanghai Jiao Tong University for the Degree of Master DEVELOPMENT OF CONDUCTOR MONITORING DEVICE USED FOR TRANSMISSION LINE FAULT LOCATION Author:Shao Qingzhu Advisor:Sheng Gehao Specialty: High Voltage and Insulation Technolog
3、y School of Electronic, Information and Electrical Engineering Shanghai Jiao Tong University Shanghai, P.R.China January,2011 472c049220324e8565aa97e6c1b21326.pdf 用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制 上海交通大学上海交通大学 学位论文原创性声明学位论文原创性声明 本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下, 独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外, 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品
4、成果。 对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式 标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名: 日期: 年 月 日 472c049220324e8565aa97e6c1b21326.pdf 用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制 上海交通大学上海交通大学 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定, 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版, 允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印 或扫描等复制手
5、段保存和汇编本学位论文。 保密保密,在 年解密后适用本授权书。 本学位论文属于 不保密不保密。 (请在以上方框内打“” ) 学位论文作者签名: 指导教师签名: 日期: 年 月 日 日期: 年 月 日 472c049220324e8565aa97e6c1b21326.pdf 用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制 用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制 摘摘 要要 随着输电线路电压等级和输送容量的不断提高,输电线路故障不仅严重危 及电力系统的安全、稳定运行,而且对社会的经济生活造成的影响也越来越大。 当输电线路发生故障时,如果能够根据不同的故障特征快速
6、准确地判定故障点, 不仅能有助于及时修复故障线路,而且能大量节省巡线的人力和物力,确保整 个电网的安全稳定运行,具有巨大的社会和经济效益。目前的输电线路故障定 位装置大多采用行波定位法,包括单端法和双端法,行波信号的采集多利用变 电站内部已有的电压电流互感器。但传统互感器存在频带较窄,易饱和,高频 响应差等问题,不易检测故障后的暂态行波波头,影响定位精度。 本文的前两章首先对目前国内外输电线路故障定位的基本方法及其发展状 况进行了综合分析与总结,比较了各种定位方法的应用情况及其优缺点。在传 统行波定位法的基础上提出了分布式行波故障定位法,并对算法进行详细的推 导和分析。 本文的第三、四章主要是
7、针对故障定位装置中的硬件设计进行了较为全面 的研究。其中重点研究和介绍了故障电流数据采集模块的硬件设计,包括基于 无磁滞、线性程度高、暂态响应好的Rogowski线圈的电流采样通道、故障数据 高速采集与存储单元和暂态行波采样触发单元。 本文的第五章主要介绍了行波故障定位装置中的软件设计进行了较为全面 地研究。在阐述小波变换理论的基础上,重点研究了基于小波变换的奇异点的 检测理论,采用模极大值线的方法来检测行波信号的奇异点,判断行波的波头。 本文的第六章,进行了一系列实验,模拟实际工作环境检测装置存在的问 题并提出解决方案,确保了装置工作的可靠性。最后,总结全文的研究成果并 在当前研究的基础上提
8、出几点改进。 关键词:行波 分布式故障定位 Rogowski线圈 小波变换 模极大值线 472c049220324e8565aa97e6c1b21326.pdf 用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制 ABSTRACT With the increasing of transmission capacity and the rising of voltage grade of transmission lines, transmission line faults will not only harm the secure and stable operation of power syst
9、em but also affect the living of societal economy and polity. Consequently, it becomes more and more important to rapidly and accurately determine the fault point according to different fault feature, which can not only restore power supply quickly, improve the reliability and safety of the overall
10、power system, but also save much manpower and material of line-tracking. Therefore, it is of great social and economic benefits. At present, fault location device of transmission line mostly use traveling wave location method, including two-terminal and one-terminal fault location method. As for tra
11、veling wave signal acquisition, voltage and current transformer that already in substation are mostly used. But traditional transformer has some drawbacks, such as much narrower frequency range, easy to saturate, poor high frequency response, ect. Therefore, its not easy to detect the transient trav
12、eling wave, hence, affects the location precision. In first two chapters, the commonly used method and develop situation of transmission line fault location is comprehensive analyzed and summarized, and then compare the advantages and disadvantages of various location methods and their applications.
13、 Based on traditional traveling wave location method, this paper poses a distributed traditional raveling wave location method. The third and fourth chapter mainly introduced the hardware design of fault location device, particularly about the fault current data acquisition unit, which including cur
14、rent sampling channel of Rogowski coil based on no hysteresis, high linear degree and good transient response, high-speed data acquisition and storage unit, transient traveling wave sampling trigger unit. In the fifth chapter, software design of fault location device is comprehensively researched. T
15、he wavelet transform theory,espceially the singularity-detected theory is diseussed in this chapter. As for the detection of singularity and traveling wave head, the modulus maxima line is used. In the last chapter, a series of experiments is made to analysis the existing problems under real working
16、 condition, and then some solving measures are proposed. Finally, research results of this paper are summarized and based on present research some improvement is put forward. Keywords: Traveling Wave, Ditributed Fault Location , Rogowski Coin, Wavelet Transform,ModulusMaximumLine 472c049220324e8565a
17、a97e6c1b21326.pdf 用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制 目目 录录 摘摘 要要II ABSTRACTIII 目目 录录 IV 第一章第一章 绪论绪论 1 1.1输电线路故障定位研究的意义1 1.2故障定位方法研究的发展1 1.3国内外故障测距研究现状和主要方法2 1.3.1阻抗法.2 1.3.2行波法.3 1.3.3行波定位存在的问题.5 1.4本论文研究的主要工作6 第二章第二章 分布式故障定位装置的理论基础分布式故障定位装置的理论基础.8 2.1行波的基本理论8 2.1.1长距离输电线路的波过程.8 2.1.2行波的反射与折射.11 2.1.3行波的衰减与变形.13
18、2.2分布式输电线路故障定位原理14 2.2.1故障暂态行波的产生.14 2.2.2非金属性接地故障电流行波特性15 2.2.3金属性接地故障电流行波特性.17 2.2.4检测点安装位置的确定.18 2.2.5测距方程的确定.19 2.2.5真伪故障点识别.20 2.3分布式行波故障定位装置的技术难点21 2.3.1行波信号的采样与存储.22 2.3.2故障电流采集的触发.22 2.3.3行波到达时间的获取.22 2.4本章小结 .23 第三章第三章 分布式行波故障定位系统的硬件设计分布式行波故障定位系统的硬件设计24 3.1 硬件的整体结构.24 3.2供电部分设计25 3.2.1供电模块设
19、计要求.26 3.2.2CT 取电工作原理26 3.2.3 铁芯的选型和性能测试.27 3.2.4锂电池的电源控制.28 3.3主控单元设计31 472c049220324e8565aa97e6c1b21326.pdf 用于输电线路故障定位的导线监测装置的研制 3.4GSM 无线通信部分设计.32 3.5无线传感网络的设计34 3.6本章小结 .37 第四章第四章 故障行波数据采集模块的设计故障行波数据采集模块的设计 .38 4.1基于 ROGOWSKI线圈的电流传感器单元.38 4.1.1Rogowski 线圈的主要特征38 4.1.2Rogowski 线圈的工作原理39 4.1.3Rogo
20、wski 线圈的分类45.40 4.1.4Rogowski 线圈的误差分析41 4.2电流数据采集单元硬件设计43 4.2.1常态电流采集.43 4.2.2高频故障电流采集单元.47 4.2.3信号调理电路.48 4.2.4采样误差分析.50 4.3故障电流采集数据的存储51 4.4暂态行波采集的启动单元53 4.5本章小结 .54 第五章第五章 分布式行波故障定位系统的软件设计分布式行波故障定位系统的软件设计55 5.1基于小波算法的故障定位算法的分析55 5.1.1小波变换的定义.56 5.1.2多分辨率分析.57 5.1.3基于小波算法的信号奇异性分析60 5.1.4小波算法消噪分析.6
21、1 5.2系统软件总体设计63 5.2.1数据测量部分软件设计.65 5.2.2GSM 无线通讯的实现67 5.2.3ZigBee 通信的软件设计70 5.3 本章小节73 第六章第六章 系统性能测试及结果系统性能测试及结果74 6.1数据采集精度测试74 6.2大电流试验 .75 6.3高电压实验 .76 第七章第七章 总结与展望总结与展望 .78 7.1 总结 .78 7.2展望 .79 参参 考考 文文 献献.80 谢谢 辞辞84 上海交通大学硕士学位论文 致谢 第一章第一章 绪论绪论 1.11.1输电线路故障定位研究的意义输电线路故障定位研究的意义 随着我国经济的快速发展,对电力的需求
22、也与日俱增,大容量,远距离输电和大 电网互联是我国电网发展的趋势和特点。2004年12月27日,国家电网公司党组会议提 出发展特高压输电技术,建设以特高压电网为核心的坚强国家电网的战略构想。2006 年9月13日,晋东南南阳荆门1000千伏特高压交流试验示范工程变电站及线路大跨 越工程初步设计正式通过了审查,这标志着特高压交流试验示范工程进入全面建设阶 段。特高压和智能电网已成为我国电网发展的新方向。电压等级的提高对电力系统输 电线路的安全运行也提出了新的挑战。 输电线路是电力系统的重要组成部分,负责电能的输送,它的正常运行关系到整 个电力系统的安全和稳定。由于高压输电线路往往较长,而且途中地
23、理和气候环境比 较复杂,故障的发生不可避免。特别是随着输电线路电压等级和输送容量的不断提高, 输电线路故障往往带来巨大的经济损失甚至导致电网的崩溃。 高电压等级的架空输电线路输送容量大,工作环境恶劣,尤其是在环境恶劣的高 山丛林地区,山区线路杆塔跨距和导线垂弧大,容易发生风偏短路事故;丛林地段由于 地理、气候的原因,雷雨季节经常发生对树枝放电而引起的短路故障。对于输电线路 的故障点的确定,传统的方法是运行人员通过对故障录波信息的分析,确定故障点的 可能位置,然后由巡线人员到现场对线路进行巡检,找出故障点位置,这种方法消耗 大量的人力物力,而且耗时,不能满足如今社会的电力需求,经济性很差。如果能
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