[发明专利]一种输电线路故障行波波头顶点时刻的检测方法及装置

权利要求书

1.一种输电线路故障行波波头顶点时刻的检测装置，其特征在于：该检测装置由罗氏线圈、隔离变压器、上下门限电压比较器、数字光耦隔离电路、GPS/BDS双模授时模块、4G通信模块、微处理器、DAC以及线性光耦隔离器构成；其中罗氏线圈、隔离变压器、上下门限电压比较器、数字光耦隔离电路依次相连，接入微处理器的通用中断输入端口，DAC输出经线性光耦隔离器后与上下门限电压比较器相连，GPS/BDS双模授时模块、4G通信模块分别与微处理器的串口相连；

微处理器通过4G通信模块接收服务器命令，DAC输出设定上下门限比较电压，将罗氏线圈检测得到的故障行波微分信号送入上下门限电压比较器比较后，输出上升沿/下降沿脉冲电平信号，进而触发微处理器中断，微处理器通过GPS/BDS双模授时模块得到脉冲对应时间信息，记录脉冲时间及触发通道后根据判据计算得到故障行波波头顶点时刻；

所述微处理器根据判据1和判据2计算故障行波波头的顶点时刻；

判据1：微处理器计算相邻相同极性脉冲的时间差，记为Δt_P1～Δt_P8和Δt_N1～Δt_N8，有：

式(2)中，t_Pm与t_Nk为时间差最大的各自相同极性脉冲对应时刻；

如果Δt_P＞Δt_N，则故障行波信号波头为正极性，故障行波信号波头顶点时刻为：

如果Δt_P＜Δt_N，则故障行波信号波头为负极性，故障行波信号波头顶点时刻为：

判据2：计算两相邻不同极性脉冲之间的时间差，时间差最小的两相邻不同极性脉冲时刻之间即为行波波头顶点时刻所在时间区间，即：

Δt_PN＝min|t_Pm-t_Nk| (5)

式(5)中，Δt_PN为时间差最小的两相邻不同极性脉冲之间的时间差；

如果t_Pm＜t_Nk，则故障行波信号波头为正极性，故障行波信号波头顶点时刻为：

如果t_Pm＞t_Nk，则故障行波信号波头为负极性，故障行波信号波头顶点时刻为：

2.一种输电线路故障行波波头顶点时刻的检测方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：微处理器通过4G通信模块接收服务器命令，然后经DAC转换器输出，经过线性光耦隔离器和放大器后，分别得到故障行波微分信号的上下门限比较电压；

S2：罗氏线圈将检测到的故障行波微分信号经隔离变压器后，分别送入上门限电压比较器的反相输入端和下门限电压比较器的同相输入端；当故障行波微分信号的正负幅值超过上下门限比较电压时，上下门限电压比较器分别输出上升沿和下降沿脉冲，经数字光耦隔离电路后，触发微处理器外部中断；

S3：微处理器记录触发外部中断脉冲的触发通道，通过内部的高精度定时计数器以及GPS/BDS双模授时模块得到脉冲对应时刻；

S4：微处理器根据步骤S3中得到的脉冲时刻及触发通道判断故障行波信号波头的极性，计算得到故障行波波头顶点的时刻；

在步骤S2中，具体包括：

S21：当故障行波微分信号的正电压在上升过程中，高于设定上门限电压时，上门限电压比较器输出下降沿脉冲，当故障行波微分信号的正电压在下降过程中，低于设定上门限电压时，上门限电压比较器输出上升沿脉冲；

当故障行波微分信号的负电压在下降过程中，低于设定下门限电压时，下门限电压比较器输出下降沿脉冲，当故障行波微分信号的负电压在上升过程中，高于设定下门限电压时，下门限电压比较器输出上升沿脉冲；

S22：上下门限电压比较器分别产生的下降沿和上升沿脉冲经数字光耦隔离电路后，输出下降沿和上升沿脉冲，触发微处理器的外部边沿中断；

在步骤S3中，具体包括：

S31：GPS/BDS双模授时模块的秒脉冲信号触发微处理的外部中断，打开定时计数器，开始计数，定时计数器在GPS/BDS双模授时模块的两个秒脉冲之间的计数值为Second_Counter，当上下门限电压比较器产生的脉冲触发外部中断时，微处理器读取定时计数器对应的计数值Counter；

S32：GPS/BDS双模授时模块通过串口通信将秒级时间T送入微处理器，由步骤S31得到的脉冲触发中断对应计数值Counter与两个秒脉冲之间的计数值为Second_Counter得脉冲对应时刻t_m为：

S33：上升沿或下降沿脉冲触发微处理器外部中断时，微处理器记录下产生脉冲的触发通道，上门限电压比较器输出触发脉冲记为正极性脉冲，其对应时刻为t_Pm，m＝1～8，下门限电压比较器输出触发脉冲记为负极性脉冲，其对应时刻为t_Nk，k＝1～8；

在步骤S4中，具体包括：

S41：微处理器根据判据1和判据2计算故障行波波头的顶点时刻；

判据1：微处理器计算相邻相同极性脉冲的时间差，记为Δt_P1～Δt_P8和Δt_N1～Δt_N8，有：

式(2)中，t_Pm与t_Nk为时间差最大的各自相同极性脉冲对应时刻；

如果Δt_P＞Δt_N，则故障行波信号波头为正极性，故障行波信号波头顶点时刻为：

如果Δt_P＜Δt_N，则故障行波信号波头为负极性，故障行波信号波头顶点时刻为：

判据2：计算两相邻不同极性脉冲之间的时间差，时间差最小的两相邻不同极性脉冲时刻之间即为行波波头顶点时刻所在时间区间，即：

Δt_PN＝min|t_Pm-t_Nk| (5)

式(5)中，Δt_PN为时间差最小的两相邻不同极性脉冲之间的时间差；

如果t_Pm＜t_Nk，则故障行波信号波头为正极性，故障行波信号波头顶点时刻为：

如果t_Pm＞t_Nk，则故障行波信号波头为负极性，故障行波信号波头顶点时刻为：