gps同步暂态录波仪的研制

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1、GPS同步暂态录波仪的研制摘　要　介绍了能同步记录并分析电力系统各种扰动变化过程的GPS同步暂态录波仪及其软件系统。介绍了基于暂态录波仪的输电网故障行波定位系统。该仪器性能可靠、操作方便并通过了模拟试验。关键词　全球定位系统　数据采集　故障录波0　引　言　　在电力系统故障、操作、雷电等扰动过程中，电压、电流信号含有大量的高频分量及系统状态信息［1］。电力系统暂态保护中将故障发生瞬间产生的高频信号作为判据，克服了常规保护的一些缺陷，具有动作速度快、受系统参数的影响小等优点［2－4］。　　暂态保护与控制系

2、统需要多通道同步高速数据采集与处理单元，而通常的微机保护一般采用稳态量判据，采样速率低，一般为600～1000Hz；故障录波仪采样率略高一点，一般为1～5kHz，主要是用来记录由系统大扰动引起的系统电流、电压及其导出量的变化，监视继电保护与安全自动装置的动作行为，满足不了暂态保护与控制分析的要求。目前在市场上出售的高速AD采集卡，其采样频率可达20MHz，但一般只有一个通道，8位精度，且不带GPS同步时钟信号。另外，高速示波器、虚拟仪器或者采样精度不够，或者采样通道数不够，或者没有同步采样(没有GPS

3、时钟信号)，或者没有外部启动并记录启动前后数据的功能〔5〕。因此，电力系统暂态分析、暂态保护、行波定位、FACTS系统及故障检测受到高速采集系统的限制。　　本文研制的GPS同步暂态录波仪是一种具有GPS时钟的高速同步采集记录分析系统，类似故障录波仪，可实现现场数据的高速同步采集。1　设计方案　　GPS同步暂态录波仪由信号传感器、启动信号发生器、GPS同步采集控制卡、高速AD采集存储卡、PC工控机、通讯部件及分析软件组成。信号传感器、启动信号发生器安装在现场，GPS同步采集控制卡、高速AD采集卡安装在工

4、控机内，信号通过高频电缆传输。1.1　信号传感器的选取　　GPS同步暂态录波仪同步采集多路信号，信号由传感器引入，采集信号不经滤波处理直接进入AD转换。传感器分为电压传感器和电流传感器两种。电磁式传感器对阶跃信号的响应时延一般在数μs至数十μs之间［4］，能够满足高频测量的要求；而超高压线路的电容式电压互感器暂态特性差，以致一般超高压线路进行暂态特性分析时不采用电压信号，只采用电流信号。1.2　启动信号的选取　　启动信号的选取关系到暂态录波动作的灵敏度，不同的使用目的，采用不同的启动信号。利用GPS同

5、步暂态录波仪进行电力系统故障分析时，取故障跳闸信号为启动量；进行操作过电压分析时，取开关量动作信号为启动信号；进行系统扰动分析时，则采用电压、电流突变量(内部启动信号)启动。另外，由于一般系统过电压都会使避雷器动作，为了提高故障启动的灵敏度，保证在避雷器动作后能准确记录过电压的瞬变过程，在分析过电压时，采用通过避雷器的电流信号作为启动信号。依照现场对启动的可靠度和灵敏度要求不同，通常采用几个启动信号相与或相或启动。1.3　同步采集脉冲及GPS精确时间的产生　　采用高精度恒温晶振(5MHz，误差<10-

6、9s)产生5MHz的AD同步采集脉冲。采用单片机接收GPS串行时钟(产生年，月，日，时，分，秒时钟)。由恒温晶振驱动24位累加器，由GPS产生1Hz脉冲信号定时对累加器清零，产生0.2μs时间信号。当GPS短时失步、卫星信号调整、天线干扰等导致时钟信号失真时，可临时由高精度晶振产生1Hz时钟信号定时对累加器清零，保证1h内误差小于3.6μs［6］。1.4　高速AD采集　　多个通道同步采集，采用12位高速AD转换，每个通道16×1Mb的存储空间，每个存储值包括12位采样值、4位时间码，这样能保存10个周

7、波的信息。AD采集由硬件(恒温晶振)控制，连续循环采集，循环存储。当启动信号到来，延时采集几个周波后，停止采集，并中断PC工控机，读取采样值。数据传输完成后，又循环采集。1.5　测量网络的形成　　对于某一电压等级的电网，在每个监测点安装一套GPS同步暂态录波仪，电网中任一点故障、雷击或其他原因造成的扰动，在整个电网中都有高频信号产生，因此每个监测点的GPS同步暂态录波仪都将会记录系统扰动的暂态信号。采用记录的高频信号分析系统的暂态过程，可以用来研究暂态保护原理、行波过程和设计FACTS系统的控制方案。

8、2　高速AD采集系统的设计　　高速采集系统由硬件控制同步循环高速采集。外部开关信号、避雷器动作信号、内部突变量信号等启动，延时记录启动后的一段数据，停止采集，中断PC工控机，读取启动前后信息。　　采集系统由GPS同步采集控制卡、高速采集存储卡、采集软件等组成。2.1　GPS同步采集控制卡　　(1)GPS接收机采用的美国Motorola公司Vponcore8通道GPS接收机模块体积小、功耗低和定时精度高，最多可同时接收锁定8颗卫星的信号，输出时间误差<50