行波信号处理单元、行波波头检测方法及行波检测模块

摘要

本发明提供提出一种行波信号处理单元、行波波头检测方法及行波检测模块，其中，行波信号处理单元，包括正极性波头检测模块、负极性波头检测模块和或门运算模块，且正极性波头检测模块和负极性波头检测模块并联连接；所述正极性波头检测模块用于检测正极性波头产生信号，所述负极性波头检测模块用于检测负极性波头产生信号，正极性波头检测模块的输出信号和负极性波头检测模块的输出信号作为或门运算模块的输入信号进行或运算得出行波波头突变信号，本发明将正极性行波波头的检测和负极性行波波头的检测并行进行，能快速捕捉行波波头的暂态突变信号，然后对两者进行或运算，能够对故障点进行准确快速的定位。

说明书

技术领域

本发明属于电力系统电网测试技术领域，具体涉及一种行波信号处理单元、行波波头检测方法及行波检测模块。

背景技术

目前，配电网由于线路短、分支多、存在架空线路和电缆线路混合铺设现象、沿线分布有各种负荷等因素，实现故障测距比较困难。特别是小电流接地系统，故障电流微弱，故障点过渡电阻和测量误差影响特别大，利用传统的阻抗测距原理很难准确的测量。因此，针对线路较长、分支较少的35kV配网线路通常采用行波测量小电流接地故障的距离。

行波(“TW”)是由电压的突然变化(例如，短路)引起的电涌，其以非常高的速度沿着电力线路传播。传播速度对于架空线路接近在自由空间中的光速，而对于地下电缆线路是在自由空间中的光速的一半。根据故障位置和线路类型，在传输线路上的短路的位置处发源的行波在故障之后少至1-2毫秒内到达线路终端。行波的相对定时、极性和幅度允许精确的故障定位，并启用几种线路保护技术。因为行波在线路短路之后被传输到线路终端处。

行波具有电流和电压分量。当行波传播时，在沿着线路的任何点处可以观察到电压的突然变化(“电压行波”)以及电流的突然变化(“电流行波”)。远离线路末端的线路上的电压行波和电流行波通过线路特性阻抗是相关的。

近年来，行波故障定位及测距技术迅速发展，行波信号的有效提取是高压电网行波保护和行波故障定位的前提，而行波信号能否有效提取依赖于互感器是否能正确地传变高频暂态量。

因此，亟需一种行波检测模块，能够有效的传变高频暂态量，还能快速捕捉行波波头的暂态突变信号，从而对故障点进行准确快速的定位。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供提出一种行波信号处理单元、行波波头检测方法及行波检测模块，能够有效的传变高频暂态量，还能快速捕捉行波波头的暂态突变信号，从而对故障点进行准确快速的定位。

为了实现上述目的，本发明提供一种行波信号处理单元，包括正极性波头检测模块、负极性波头检测模块和或门运算模块，且正极性波头检测模块和负极性波头检测模块并联连接；所述正极性波头检测模块用于检测正极性波头产生信号，所述负极性波头检测模块用于检测负极性波头产生信号，正极性波头检测模块的输出信号和负极性波头检测模块的输出信号作为或门运算模块的输入信号进行或运算得出行波波头突变信号。

作为上述方案进一步的改进，所述正极性波头检测模块包括正变化率电平整定模块、正峰值电平整定模块和第一与门运算模块，所述正变化率电平整定模块和正峰值电平整定模块并联连接，且所述正变化率电平整定模块和正峰值电平整定模块的信号输出端与第一与门运算模块的信号输入端连接并在第一与门运算模块进行与运算获得正极性行波波头检测信号。

作为上述方案进一步的改进，所述正变化率电平整定模块包括依次串连的第一微分模块、第一电平比较模块和第一高电平保持模块；所述正峰值电平整定模块包括第二电平比较模块。

作为上述方案进一步的改进，所述正极性波头检测模块还包括第三高电平保持模块，所述第三高电平保持模块的信号输入端与所述第一与门运算模块的输出端电性连接。

作为上述方案进一步的改进，所述负极性波头检测模块包括负变化率电平整定模块、负峰值电平整定模块和第二与门运算模块，所述负变化率电平整定模块和负峰值电平整定模块并联连接，且所述负变化率电平整定模块和负峰值电平整定模块的信号输出端与第二与门运算模块的信号输入端连接并在第二与门运算模块进行与运算获得负极性行波波头检测信号。

作为上述方案进一步的改进，所述负变化率电平整定模块包括依次串连的第二微分模块、第三电平比较模块和第二高电平保持模块；所述负峰值电平整定模块包括第四电平比较模块。

作为上述方案进一步的改进，所述负极性波头检测模块还包括第四高电平保持模块，所述第四高电平保持模块的信号输入端与所述第二与门运算模块的输出端电性连接。

作为上述方案进一步的改进，所述或门运算模块和第一与门运算模块之间还设有第二非门运算模块，负极性行波波头检测信号为第二非门运算模块的输入信号；所述或门运算模块和第二与门运算模块之间还设有第一非门运算模块，正极性行波波头检测信号为第一非门运算模块的输入信号。

本发明还提供一种行波波头检测方法，其步骤包括：

双屏蔽同轴电缆信号输入分别输入到正极性波头检测模块和负极性波头检测模块；

若正极性波头检测模块检测到正变化率电平高于第一电压设定值，判断产生行波波头突变信号，且在一定时间内，保持正变化率电平，同时在此期间，正峰值电平大于第二电压设定值，则判定为故障行波，并产生正极性行波波头检测信号；

若负极性波头检测模块检测到负变化率电平高于第一电压设定值，判断产生行波波头突变信号，且在一定时间内，保持负变化率电平，同时在此期间，负峰值电平大于第二电压设定值，则判定为故障行波，并产生负极性行波波头检测信号；

正极性行波波头检测信号和负极性行波波头检测信号作为或门运算模块的输入信号进行或运算从而得出行波波头突变信号。

作为上述方案进一步的改进，所述第一电压设定值为0.3V，所述第二电压设定值为1V,所述一定时间至少为10μs。

作为上述方案进一步的改进，在产生正极性行波波头检测信号或负极性行波波头检测信号时，保持行波波头突变信号1ms，同时保持正极性行波波头检测信号或负极性行波波头检测信号1ms，以防止反射和折射行波的多次触发。

本发明还提供一种行波检测模块，包括依次电性连接的电容式电压传感器、过电压防护模块、分压模块、信号传输电缆和上述行波信号处理单元，所述电容式电压传感器用于传变高频暂态信号并抑制低频信号，所述过电压防护模块用于避免过压信号窜入行波信号处理单元，所述分压模块用于将电压信号降低到行波波头所需电平水平，所述行波信号处理单元用于检测和识别行波波头，以准确检测行波波头的最初时刻。

作为上述方案进一步的改进，所述过压防护模块包括电阻R1、二极管D1和压敏电阻RV1,所述二极管D1和电阻R1分别与压敏电阻RV1并联连接，且所述电阻R1接地。

作为上述方案进一步的改进，所述包括第一瞬态二极管TVS1和第二瞬态二极管TVS2、电阻R2和电阻R3,所述电阻R2和电阻R3并联连接，所述第一瞬态二极管TVS1和第二瞬态二极管TVS2依次反向串联，用于控制电阻R2和电阻R3两端的电压。

作为上述方案进一步的改进，所述过电压保护模块和分压模块通过同轴电缆电性连接。

作为上述方案进一步的改进，所述分压模块和行波信号处理单元通过同轴电缆电性连接。

作为上述方案进一步的改进，所述行波信号处理单元包括时钟，用于精确记录下行波脉冲信号达到时间，从而对故障进行准确定位。

作为上述方案进一步的改进，所述时钟包括但不限于GPS1PPS(秒)脉冲同步时钟或北斗同步时钟。

由于本发明采用了以上技术方案，使本申请具备的有益效果在于：

1、本发明提供的一种行波信号处理单元，包括正极性波头检测模块、负极性波头检测模块和或门运算模块，且正极性波头检测模块和负极性波头检测模块并联连接；所述正极性波头检测模块用于检测正极性波头产生信号，所述负极性波头检测模块用于检测负极性波头产生信号，正极性波头检测模块的输出信号和负极性波头检测模块的输出信号作为或门运算模块的输入信号进行或运算得出行波波头突变信号；本发明将正极性行波波头的检测和负极性行波波头的检测并行进行，能快速捕捉行波波头的暂态突变信号，然后对两者进行或运算，任意一个波头检测模块检测到波头均判定产生行波波头突变信号，并依此而获取故障行波产生的时间，从而能够对故障点进行准确快速的定位。

2、本发明提供的一种行波波头检测方法，双屏蔽同轴电缆信号输入分别输入到正极性波头检测模块和负极性波头检测模块；

若正极性波头检测模块检测到正变化率电平高于第一电压设定值，判断产生行波波头突变信号，且在一定时间内，保持正变化率电平，同时在此期间，正峰值电平大于第二电压设定值，则判定为故障行波，并产生正极性行波波头检测信号；若负极性波头检测模块检测到负变化率电平高于第一电压设定值，判断产生行波波头突变信号，且在一定时间内，保持负变化率电平，同时在此期间，负峰值电平大于第二电压设定值，则判定为故障行波，并产生负极性行波波头检测信号；正极性行波波头检测信号和负极性行波波头检测信号作为或门运算模块的输入信号进行或运算从而得出行波波头突变信号；正负极性行波波头同时并行检测，且分别以变化率电平和峰值电平两个参数作为产生行波波头判定的依据，以确保行波波头突变信号判定的准确性。

3、本发明提供的一种行波检测模块，包括依次电性连接的电容式电压传感器、过电压防护模块、分压模块、信号传输电缆和上述行波信号处理单元，所述电容式电压传感器用于传变高频暂态信号并抑制低频信号，所述过电压防护模块用于避免过压信号窜入行波信号处理单元，所述分压模块用于将电压信号降低到行波波头所需电平水平，所述行波信号处理单元用于检测和识别行波波头，以准确检测行波波头的最初时刻，采用电容式电压传感器传变高频暂态信号，抑制低频信号，为行波波头检测模块提供准确信号；过电压防护模块的设置用于雷冲等极端情况下过电压的保护，因为电力系统发生故障时通常有过压产生，为了保护行波信号处理单元，避免过压信号窜入，对行波信号处理单元造成损害；通过分压模块将输入信号的幅值降低到行波波头检测模块所要求的电压，由于高频信号传输的特点，需考虑分压模块的电阻与信号电缆的阻抗匹配问题，以避免高频信号在电缆与传感器联结点发生反射，从而达到降低信噪比的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；

图1为本发明的一种行波信号处理单元原理图；

图2为本发明的一种新行波检测模块的模块原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示诸如第一、第二、上、下、左、右、前、后……仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

以下面结合附图以对本发明作进一步描述:

实施例1：

参照图1，本发明提供一种行波信号处理单元，包括正极性波头检测模块、负极性波头检测模块和或门运算模块，且正极性波头检测模块和负极性波头检测模块并联连接；所述正极性波头检测模块用于检测正极性波头产生信号，所述负极性波头检测模块用于检测负极性波头产生信号，正极性波头检测模块的输出信号和负极性波头检测模块的输出信号作为或门运算模块的输入信号进行或运算得出行波波头突变信号；本波信号处理单元将正极性行波波头的检测和负极性行波波头的检测并行进行，能快速捕捉行波波头的暂态突变信号，然后对两者进行或运算，任意一个波头检测模块检测到波头均判定产生行波波头突变信号，并依此而获取故障行波产生的时间，从而能够对故障点进行准确快速的定位。

作为优选的实施例，所述正极性波头检测模块包括正变化率电平整定模块、正峰值电平整定模块和第一与门运算模块，所述正变化率电平整定模块和正峰值电平整定模块并联连接，且所述正变化率电平整定模块和正峰值电平整定模块的信号输出端与第一与门运算模块的信号输入端连接并在第一与门运算模块进行与运算获得正极性行波波头检测信号。

作为优选的实施例，所述正变化率电平整定模块包括依次串连的第一微分模块、第一电平比较模块和第一高电平保持模块，在本实施例中，通过电缆输入模拟信号S0，信号S0通过第一微分模块输出电平信号S1,电平信号S1通过第一电平比较模块并与第一电压设定值进行比较，输出信号S3，信号S3在一定时间内被第一高电平保持模块保压并输出信号S6，以防止出现电压的波动，影响后续结果判断；所述正峰值电平整定模块包括第二电平比较模块，所述模拟信号S0通过第二电平比较模块并与第二电压设定值进行比较输出信号S7，信号S6和信号S7为第一与门运算模块的输入信号。

作为优选的实施例，所述正极性波头检测模块还包括第三高电平保持模块，所述第三高电平保持模块的信号输入端与所述第一与门运算模块的输出端电性连接，用于保持第一与门运算模块的输出信号，在本实施例中，对第一与门运算模块的输出信号S9保持1ms,以防止反射和折射行波的多次触发对行波波头检测准确性的影响。

作为优选的实施例，所述负极性波头检测模块包括负变化率电平整定模块、负峰值电平整定模块和第二与门运算模块，所述负变化率电平整定模块和负峰值电平整定模块并联连接，且所述负变化率电平整定模块和负峰值电平整定模块的信号输出端与第二与门运算模块的信号输入端连接并在第二与门运算模块进行与运算获得负极性行波波头检测信号。

作为优选的实施例，所述负变化率电平整定模块包括依次串连的第二微分模块、第三电平比较模块和第二高电平保持模块；在本实施例中，通过电缆输入模拟信号S0，信号S0通过第一微分模块输出电平信号S2,电平信号S2通过第三电平比较模块并与第一电压设定值进行比较，输出信号S4，信号S4在一定时间内被第二高电平保持模块保压并输出信号S5，以防止出现电压的波动，影响后续结果判断；所述负峰值电平整定模块包括第四电平比较模块，所述模拟信号S0通过第四电平比较模块并与第二电压设定值进行比较输出信号S8，信号S5和信号S8为第二与门运算模块的输入信号。

作为优选的实施例，所述负极性波头检测模块还包括第四高电平保持模块，所述第四高电平保持模块的信号输入端与所述第二与门运算模块的输出端电性连接，用于保持第二与门运算模块的输出信号，在本实施例中，对第二与门运算模块的输出信号S10保持1ms,以防止反射和折射行波的多次触发对行波波头检测准确性的影响。

作为优选的实施例，所述或门运算模块和第一与门运算模块之间还设有第二非门运算模块，负极性行波波头检测信号为第二非门运算模块的输入信号，负极性行波波头检测信号S13为第二非门运算模块的输入信号，通过第二非门运算模块输出非负极性行波波头检测信号-S13，信号-S13作为第一与门运算模块的一个输入信号；所述或门运算模块和第二与门运算模块之间还设有第一非门运算模块，正极性行波波头检测信号S12为第一非门运算模块的输入信号，通过第一非门运算模块输出非正极性行波波头检测信号-S12，信号-S12作为第二与门运算模块的一个输入信号；这样的设置可知，对于第一与门运算模块的输入信号非标为S6、S7和-S13，三种进行逻辑与运算，若三种均满足则判断为得到正极性行波检测信号S12，同理，对于第二与门运算模块的输入信号非标为S5、S8和-S12，三种进行逻辑与运算，若三种均满足则判断为得到负极性行波检测信号；且在本实施例中，所述或门运算模块的输入信号分别为S5、S6、S12和S13，四者进行逻辑或运算，即判断有行波波头突变信号S11产生，如此的设置，大大减少行波波头检测失误情况的发生。

实施例2：

本发明还提供一种行波波头检测方法，其步骤包括：

双屏蔽同轴电缆信号输入分别输入到正极性波头检测模块和负极性波头检测模块；

若正极性波头检测模块检测到正变化率电平高于第一电压设定值，判断产生行波波头突变信号，且在一定时间内，保持正变化率电平，同时在此期间，正峰值电平大于第二电压设定值，则判定为故障行波，并产生正极性行波波头检测信号；

若负极性波头检测模块检测到负变化率电平高于第一电压设定值，判断产生行波波头突变信号，且在一定时间内，保持负变化率电平，同时在此期间，负峰值电平大于第二电压设定值，则判定为故障行波，并产生负极性行波波头检测信号；

正极性行波波头检测信号和负极性行波波头检测信号作为或门运算模块的输入信号进行或运算从而得出行波波头突变信号，本行波波头检测方法正负极性行波波头同时并行检测，且分别以变化率电平和峰值电平两个参数作为产生行波波头判定的依据，以确保行波波头突变信号判定的准确性。

作为优选的实施例，所述第一电压设定值为0.3V，所述第二电压设定值为1V,所述一定时间至少为10μs。

作为优选的实施例，在产生正极性行波波头检测信号或负极性行波波头检测信号时，保持行波波头突变信号1ms，同时保持正极性行波波头检测信号或负极性行波波头检测信号1ms，以防止反射和折射行波的多次触发。

实施例3：

本发明还提供一种行波检测模块，包括依次电性连接的电容式电压传感器、过电压防护模块、分压模块、信号传输电缆和上述行波信号处理单元，所述电容式电压传感器用于传变高频暂态信号并抑制低频信号，所述过电压防护模块用于避免过压信号窜入行波信号处理单元，所述分压模块用于将电压信号降低到行波波头所需电平水平，所述行波信号处理单元用于检测和识别行波波头，以准确检测行波波头的最初时刻；采用电容式电压传感器传变高频暂态信号，抑制低频信号，为行波波头检测模块提供准确信号；过电压防护模块的设置用于雷冲等极端情况下过电压的保护，因为电力系统发生故障时通常有过压产生，为了保护行波信号处理单元，避免过压信号窜入，对行波信号处理单元造成损害；通过分压模块将输入信号的幅值降低到行波波头检测模块所要求的电压，由于高频信号传输的特点，需考虑分压模块的电阻与信号电缆的阻抗匹配问题，以避免高频信号在电缆与传感器联结点发生反射，从而达到降低信噪比的目的。

作为优选的实施例，所述过压防护模块包括电阻R1、二极管D1和压敏电阻RV1,所述二极管D1和电阻R1分别与压敏电阻RV1并联连接，且所述电阻R1接地。

作为优选的实施例，所述包括第一瞬态二极管TVS1和第二瞬态二极管TVS2、电阻R2和电阻R3,所述电阻R2和电阻R3并联连接，所述第一瞬态二极管TVS1和第二瞬态二极管TVS2依次反向串联，用于控制电阻R2和电阻R3两端的电压。

作为优选的实施例，所述过电压保护模块和分压模块通过同轴电缆电性连接。

作为优选的实施例，所述分压模块和行波信号处理单元通过同轴电缆电性连接。

作为优选的实施例，所述行波信号处理单元包括时钟，用于精确记录下行波脉冲信号达到时间，从而对故障进行准确定位。

作为优选的实施例，所述时钟包括但不限于GPS1PPS(秒)脉冲同步时钟或北斗同步时钟，使用时，所述时钟走时误差控制在10ns/s；当暂态电流行波脉冲信号出现时，信号检测出发模块翻转，所述时钟精确记录下行波脉冲信号到达时间，从而对故障进行准确定位。

以上是本发明的详细的介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法以及核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。