雷电精确定位系统及方法 |
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| 申请号 | CN201410568864.3 | 申请日 | 2014-10-22 | 公开(公告)号 | CN104391443B | 公开(公告)日 | 2017-03-29 |
| 申请人 | 南方电网科学研究院有限责任公; 司; | 发明人 | 杨航; 郭晓斌; 许爱东; 李鹏; 陈华军; 吴争荣; 张广清; 刑涛; 蔡渊; | ||||
| 摘要 | 本 发明 公开了一种雷电精确 定位 系统，包括设于输电线路 覆盖 的任意区域内的至少一个雷电定位监测站和一雷电定位信息接收站、设于区域内的连接输电线的至少一个继电保护装置以及远离所述区域的后台 数据中心 ，每一雷电定位监测站将采集到的数据通过无线通信方式发送给雷电定位信息接收站，雷电定位信息接收站将接收到的数据通过GPRS方式与后台数据中心，每一继电保护装置分别通过GPRS方式与后台数据中心连接，雷电定位信息接收站设有第一PTP时间同步模 块 ，每一继电保护装置分别设有第二PTP时间同步模块，每一继电保护装置通过第二PTP时间同步模块与第一PTP时间同步模块的PTP单向通信，以自动实现与所述雷电定位信息接收站的时间同步。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种雷电精确定位系统，包括设于输电线路覆盖的任意区域内的至少一个雷电定位监测站和一雷电定位信息接收站、设于所述区域内的连接输电线的至少一个继电保护装置以及远离所述区域的后台数据中心，每一所述雷电定位监测站将采集到的数据通过无线通信方式发送给所述雷电定位信息接收站，所述雷电定位信息接收站将接收到的所述数据通过GPRS方式发送给所述后台数据中心，每一所述继电保护装置分别通过GPRS方式将跳闸记录信息发送给所述后台数据中心，所述数据包括落雷记录时间，所述跳闸记录信息包括跳闸记录时间；其特征在于：所述雷电定位信息接收站设有第一PTP时间同步模块，每一所述继电保护装置分别设有第二PTP时间同步模块，每一所述继电保护装置通过所述第二PTP时间同步模块与所述第一PTP时间同步模块的PTP单向通信，以自动实现其发送的跳闸记录时间与所述雷电定位信息接收站发送的落雷记录时间的时间同步。 |
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| 说明书全文 | 雷电精确定位系统及方法技术领域[0001] 本发明涉及监测设备技术领域，尤其涉及一种雷电精确定位系统及方法。 背景技术[0002] 以往,当电网输电线路因雷击发生跳闸事故,调度中心下达命令,由线路责任区的单位出动大批巡线维护人员,根据人工保护故障测距结果,沿输电线路逐杆排查故障点。雷电频繁区域通常处于山区地区,巡线维护人员翻山越岭,费时费力。对于一些重点线路的故障,可能造成延误送电、减低电网安全稳定水平等严重后果。 [0003] 雷电定位系统是一整套全自动、大面积、高精度、实时雷电监测系统，能实时遥测并显示云对地闪击的时间、位置、雷电流峰值和极性、回击次数以及每次回击的参数，雷击点的分时彩色图能清晰的显示雷暴的运动轨迹。通过利用雷电定位系统,线路发生雷击跳闸后,调度运行值班人员只需提供跳闸精确时间,线路责任区人员根据定位系统，查找该时刻最有可能发生雷击的杆塔位置,快速排查故障点,大大减轻了巡线维护工作人员的工作强度。 [0004] 雷电定位系统在电力输电线路防雷中起着很重要的作用： [0005] 1)当线路雷击跳闸时，雷电动态图能提供较精确的雷击故障点，避免全线巡视，缩短抢修时间，减小了损失； [0006] 2)积累某一地区雷电数据，这有助于准确掌握海南各地雷电密度分布，为线路设计施工提供参考； [0007] 3)从显示屏上实时地掌握雷暴情况及其移动轨迹，有利于调度员采取必要的预防措施。 [0008] 现有技术的雷电定位系统如图1所示，在输电线路覆盖区域沿途部署雷电定位监测装置，雷电定位监测装置通过无线通信协作，将信息传输给区域内的雷电定位LLS信息接收站，由LLS信息接收站通过GPRS网络将数据发给雷电定位系统传的后台数据中心。在此过程中，雷电定位监测装置主要记录传输数据有：落雷坐标、落雷时间、雷电流强度、雷电流极性等，其中，落雷时间为GPS记录时间。 [0009] 当雷电灾害在区域X发生时，处在该区域位置的雷电定位装置LL2和LL3将采集到的落雷信息无线传输给LLS信息接收站，通过LLS信息接收站将区域X内的落雷信息上传到雷电定位系统的后台数据中心。 [0010] 对于反应于短路电流幅值增大而瞬时动作的电流保护，称为电流速断保护。为了保证保护的选择性，电流速断保护措施一般只能保护线路的一部分。设于该区域X内的且连接输电线路A段和输电线路B段的继电保护装置PR2在线路输电过程中，因严重雷电灾害发生时，出现的电流增加、电压升高或降低、频率降低、温度升高等现象，超过了继电保护装置的整定值(给定值)或超限值后，迅速有选择性发出跳闸命令将故障切除或发出报警，断开输电线路A段和输电线路B段的连接，从而减少故障造成的停电范围和电气设备的损坏程度，保证电力系统稳定运行。跳闸记录时间为继电保护记录时间。因此，在时间同步方面存在继电保护装置PR2的跳闸时间和LLS信息接收站落雷时间的不统一问题。 [0011] 然而，统一时间是雷电定位系统精确定位的前提,实际生产中，部分线路跳闸时间按照继电保护记录的时间(PRT),而雷电定位系统记录的是GPS时间,两者之间存在数分钟的差异。时间不统一就会给故障点的查找带来困难,不能精确定位出某个时间段发生雷击的范围,降低故障排查的效率。 发明内容[0012] 本发明的目的提供一种雷电精确定位系统和方法，通过在雷电定位信息接收站和每一所述继电保护装置之间设定自动时间同步检测机制，从而提高雷电定位与线路故障点之间的时间精准性，提高巡线运维人员线路故障排查效率。 [0013] 为实现上述目的，本发明提供了一种雷电精确定位系统， [0014] 包括设于输电线路覆盖的任意区域内的至少一个雷电定位监测站和一雷电定位信息接收站、设于所述区域内的连接输电线的至少一个继电保护装置以及远离所述区域的后台数据中心，每一所述雷电定位监测站将采集到的数据通过无线通信方式发送给所述雷电定位信息接收站，所述雷电定位信息接收站将接收到的所述数据通过GPRS方式与所述后台数据中心，每一所述继电保护装置分别通过GPRS方式与所述后台数据中心以发送跳闸记录信息，所述数据包括落雷记录时间，所述跳闸记录信息包括跳闸记录时间；所述雷电定位信息接收站设有第一PTP时间同步模块，每一所述继电保护装置分别设有第二PTP时间同步模块，每一所述继电保护装置通过所述第二PTP时间同步模块与所述第一PTP时间同步模块的PTP单向通信，以自动实现其发送的跳闸记录时间与所述雷电定位信息接收站发送的落雷记录时间的时间同步。 [0015] 作为上述技术方案的改进，每一所述雷电定位监测站设有无线发射模块，所述雷电定位信息接收站对应设有与所述无线发射模块实现无线通信的无线接收模块。 [0016] 作为上述技术方案的改进，所述雷电定位信息接收站设有第一GPRS通信模块，每一所述继电保护装置设有第二GPRS通信模块，所述后台数据中心设有分别与所述第一GPRS通信模块和每一所述第二GPRS通信模块进行GPRS通信的第三GPRS通信模块。 [0017] 作为上述技术方案的改进，每一所述雷电定位监测站还包括分别与所述无线发射模块连接的信息采集模块。 [0018] 作为上述技术方案的改进，每一所述继电保护装置还包括CPU系统以及分别与所述CPU系统连接的模拟量输入模块、AD转换模块、人机接口模块、电源以及开关量输入/输出模块，其中，所述开关量输入/输出模块通过光电隔离设备与所述CPU系统连接，每一所述继电保护装置通过其开关量输入/输出模块与所述输电线路连接。 [0019] 作为上述技术方案的改进，所述CPU系统包括CPU以及分别与所述CPU连接的EPROM、RAM以及定时器。 [0021] 作为上述技术方案的改进，所述第一PTP时间同步模块设有第一PTP通信端口，每一所述继电保护装置分别设有与所述第一PTP通信端口实现PTP单向通信的第二PTP通信端口。 [0022] 本发明还提供一种雷电精确定位方法，适用于上述雷电精确定位系统中，其特征在于，包括步骤： [0023] S1、继电保护装置接收到雷电定位信息收集站发送的第一个Sync报文后，记录所述第一个Sync报文到达所述继电保护装置的时间点t1k，并读取和记录所述第一个Sync报文中携带的雷电定位信息收集站发送所述第一个Sync报文的时间点t0k； [0024] S2、继电保护装置接收到雷电定位信息收集站发送的第一个FollowUp报文后，读取和记录所述第一个FollowUp报文中携带的雷电定位信息收集站发送所述第二个kFollowUp报文的时间点t0+T；其中，T为预设的时间间隔； [0025] S3、按照预先设置的循环检测周期值nT，继电保护装置接收到雷电定位信息收集站发送的第二个Sync报文后，记录所述第二个Sync报文到达所述继电保护装置的时间点t1k+1，并读取和记录所述第二个Sync报文中携带的雷电定位信息收集站发送所述第二个Synck+1报文的时间点t0 ； [0026] S4、继电保护装置接收到雷电定位信息收集站发送的第二个FollowUp报文后，读取和记录所述第二个FollowUp报文中携带的雷电定位信息收集站发送所述第二个FollowUp报文的时间点t0k+1+T； [0027] S5、继电保护装置通过内置的CPU系统，对接收到的Sync报文和跟随报文中的时间戳信息，结合自身相应时间，计算偏移量TDrift； [0028] [0029] S6、继电保护装置通过偏移量TDrift的计算结果，记录与雷电定位信息收集站中的GPS时间之间的偏差ΔT； [0030] S7、按照预先设置的循环检测周期值nT，循环接收雷电定位信息收集站发送的Sync报文和FollowUp报文； [0031] S8、继电保护装置实施线路故障保护措施时，记录设备的继电保护时间为PRT+ΔT’；其中，PRT为继电保护装置本身的跳闸记录时间，ΔT’为执行m次雷电定位信息收集站与继电保护装置的时间同步校验检测后所得的ΔT的平均值。 [0032] 与现有技术相比，本发明公开的雷电精确定位系统及方法具有以下有益效果： [0033] 1、系统通过在雷电定位信息接收站设有第一PTP时间同步模块，并在每一所述继电保护装置分别设有与所述第一PTP时间同步模块实现PTP单向通信的第二PTP时间同步模块，以实现与所述雷电定位信息接收站的时间同步，从而实现了输电线路继电保护装置与LLS信息收集站之间的时间同步问题； [0034] 2、无需改变雷电定位装置和LLS信息收集站之间的总体连接技术的前提下，实现了输电线路继电保护装置与LLS信息收集站之间的时间同步； [0035] 3、雷电定位系统一般部署于雷电频繁的山区地区，相对而言环境恶略，通过雷电定位系统和输电线路继电保护装置之间的自动时间同步检测机制，能够提高雷电定位与线路故障点之间的时间精准性，提高巡线运维人员线路故障排查效率； [0036] 4、使用通用的IEEE1588通信协议，实现跨设备之间的时间同步； [0037] 5、LLS信息收集站通过发送PTP时间同步报文，传递时间点参数，时间校正工作在继电保护装置设备中自动完成，无须通过继电保护装置回传数据给LLS信息收集站，降低通信成本和可能产生的错误几率。附图说明 [0038] 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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。 [0039] 图1是现有技术中一种雷电定位系统的布置示意图。 [0040] 图2是本发明的一种雷电精确定位系统的结构框图。 [0041] 图3是图2所示的继电保护装置的结构框图。 [0042] 图4是图3所示的继电保护装置的CPU系统的结构框图。 [0043] 图5显示了图2所示的雷电定位信息接收站与每一继电保护装置的通信过程。 [0044] 图6本发明的一种雷电精确定位方法的流程图。 具体实施方式[0045] 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。 [0046] 参见图2，是本发明实施例提供的一种雷电精确定位系统的结构框图。该雷电精确定位系统包括：设于输电线路覆盖的任意区域(例如区域S)内的至少一个雷电定位监测站11和一雷电定位信息接收站12、设于所述区域内的连接输电线的至少一个继电保护装置13以及远离所述区域的后台数据中心14，其中： [0047] 每一所述雷电定位监测站11通过无线通信方式与所述雷电定位信息接收站12连接。具体的，每一所述雷电定位监测站11设有无线发射模块111，所述雷电定位信息接收站12对应设有与所述无线发射模块实现无线通信的无线接收模块121。每一所述雷电定位监测站11包括与所述无线发射模块111连接的信息采集模块110。每一所述雷电定位监测站11通过其信息采集模块110采集数据，并将采集到的数据通过所述无线发射模块111发送给所述雷电定位信息接收站12。其中，每一所述雷电定位监测站11采集的数据包括落雷坐标、落雷时间、雷电流强度、雷电流极性等，其中，落雷时间为GPS记录时间。 [0048] 所述雷电定位信息接收站12和每一所述继电保护装置13分别通过GPRS方式与所述后台数据中心14连接。具体的，所述雷电定位信息接收站12设有第一GPRS通信模块122，每一所述继电保护装置13设有第二GPRS通信模块132，所述后台数据中心14设有分别与所述第一GPRS通信模块122和每一所述第二GPRS通信模块132进行GPRS通信的第三GPRS通信模块142。因此，当该区域S发生落雷时，所述雷电定位信息接收站12将接收到的每一所述雷电定位监测站11发送的数据(落雷信息)，通过GPRS网络发送给所述后台数据中心14。 [0049] 另外，当该区域S发生落雷时，每一所述继电保护装置13将因为电流增加、电压升高或降低、频率降低、温度升高等现象出现，导致超过了继电保护装置的整定值(给定值)或超限值后，迅速发出跳闸命令将故障切除，从而断开输电线路的连接，并将跳闸记录信息通过GPRS网络发送给所述后台数据中心14，其中，跳闸记录信息包括跳闸记录时间等，跳闸记录时间为继电保护记录时间。 [0050] 如图3～4所示，每一所述继电保护装置13包括CPU系统134以及分别与所述CPU系统134连接的模拟量输入模块135、AD转换模块136、人机接口模块137、电源138、开关量输入/输出模块139a、139b以及主要由所述第二GPRS通信模块132和第二PTP时间同步模块133(后面描述)构成的通信模块130，其中： [0051] 该CPU系统134包括中央处理器CPU1341、只读存储器(EPROM)1342、随机存取存储器(RAM)1343及定时器1344等。CPU1341执行存放在EPROM1342中的程序，对由模拟量输入模块135采集的数据进行分析处理，完成装置的功能； [0053] 通信模块130是配电设备重要的部分，实现设备与设备之间、设备与后台数据中心14之间信息的交互； [0054] 人机接口模块137主要包括打印机、显示器、键盘、各种面板开关等，主要用于调试、定值调整、人对机器工作状态的设定等操作； [0055] 开关量输入/输出模块139a、139b由CPU端口或并行口、光电耦合电路及有接点的继电器等组成，所述开关量输入/输出模块139a、139b通过光电隔离设备与所述CPU系统连接，每一所述继电保护装置13通过其开关量输入/输出模块139a、139b与所述输电线路连接。当输电线路发生异常或故障时，即开关量输入模块139a接收的输入量超过了继电保护装置的整定值(给定值)或超限值后，通过所述开关量输出模块139b发出跳闸命令； [0056] 电源138提供装置所需要的工作电源，以保证整个装置的可靠供电。 [0057] 在本发明中，为了实现每一所述继电保护装置与所述雷电定位信息接收站的时间同步，所述雷电定位信息接收站12还设有第一PTP时间同步模块123，而每一所述继电保护装置13分别设有第二PTP时间同步模块133，每一所述继电保护装置13通过所述第二PTP时间同步模块133与所述第一PTP时间同步模块123的PTP单向通信，以自动实现与所述雷电定位信息接收站的时间同步，即自动实现其发送的跳闸记录时间与所述雷电定位信息接收站12发送的落雷记录时间的时间同步。具体的，所述第一PTP时间同步模块123设有第一PTP通信端口1230，每一所述继电保护装置13分别设有与所述第一PTP通信端口1230实现PTP单向通信的第二PTP通信端口1330。 [0058] 结合图5，下面详细描述实现每一所述继电保护装置13与所述雷电定位信息接收站12的时间同步过程。在每一所述继电保护装置13的通信模块和雷电定位信息接收站12中分别设置支持PTP(Precision Timing Protocol，精密时钟同步协议标准)的PTP时间同步模块，PTP时间同步模块带有PTP通信端口(用于发送/接收Sync报文和FollowUp报文)，以实现线路继电保护装置和雷电定位信息收集站之间的时间同步，具体包括步骤： [0059] 1.通过GPRS通信指令，分别对雷电定位信息收集站12(即LLS信息收集站)、区域内的所有继电保护装置13设定统一的定义间隔时间T，以T为周期向区域内继电保护装置13发出惟一的同步报文(Sync报文)； [0060] 2.LLS信息收集站在t0k时间点，(通过第一PTP时间同步模块123的第一PTP通信端口1230)向继电保护装置发出第一个Sync报文；继电保护装置在t1k时间点，(通过第二PTP时间同步模块133的第二PTP通信端口1330)接收到LLS信息收集站发送的第一个Sync报文； [0061] 3.LLS信息收集站在t0k+T时间点,向继电保护装置发出第一个FollowUp报文(FollowUp跟随报文)，此报文与第一个Sync报文相关联，且包含Sync报文放到PTP通信路径上的更为精确的估计值； [0062] 4.按照预先设置的循环检测周期值nT，在时间同步周期T的n倍时间点的t0k+1时间点上，LLS信息收集站向继电保护装置发出第二个Sync报文；继电保护装置在t1k+1时间点，接收到LLS信息收集站发送的第二个Sync报文； [0063] 5.LLS信息收集站在t0k+1+T时间点,向继电保护装置发出第二个FollowUp跟随报文，此报文与第二个Sync报文相关联，且包含Sync报文放到PTP通信路径上的更为精确的估计值； [0064] 6.然后，继电保护装置通过内置的CPU系统，对接收到的Sync报文和跟随报文中的时间戳信息，结合自身相应时间，计算偏移量TDrift； [0065] a) [0066] 7.继电保护装置通过偏移量TDrift的计算结果，记录与LLS信息收集站中GPS时间之间的偏差ΔT； [0067] 8.按照预先设置的循环检测周期值nT，在时间同步周期T的n倍时间点上，再次执行LLS信息收集站系统与继电保护装置的时间同步校验检测，n值应在电源消耗与时间精确度上寻求平衡点； [0068] 9.继电保护装置实施线路故障保护措施时，记录设备的继电保护时间(PRT+ΔT’),其中，PRT为继电保护装置本身的跳闸记录时间，ΔT’为执行m次LLS信息收集站系统与继电保护装置的时间同步校验检测后所得的ΔT的平均值。 [0069] 参考图6，显示了本发明的一种雷电精确定位方法的一个实施例，适用于本发明提供的雷电精确定位系统中，具体包括步骤： [0070] S1、继电保护装置接收到雷电定位信息收集站发送的第一个Sync报文后，记录所述第一个Sync报文到达所述继电保护装置的时间点t1k，并读取和记录所述第一个Sync报文中携带的雷电定位信息收集站发送所述第一个Sync报文的时间点t0k； [0071] 其中，在执行该步骤前，还包括准备步骤：通过GPRS通信指令，分别对雷电定位信息收集站和区域内的所有继电保护装置设定统一的定义间隔时间T，以T为周期向区域内继电保护装置发出惟一的Sync报文。 [0072] S2、继电保护装置接收到雷电定位信息收集站发送的第一个FollowUp报文后，读取和记录所述第一个FollowUp报文中携带的雷电定位信息收集站发送所述第二个FollowUp报文的时间点t0k+T；其中，T为预设的时间间隔； [0073] S3、按照预先设置的循环检测周期值nT，继电保护装置接收到雷电定位信息收集站发送的第二个Sync报文后，记录所述第二个Sync报文到达所述继电保护装置的时间点t1k+1，并读取和记录所述第二个Sync报文中携带的雷电定位信息收集站发送所述第二个Sync报文的时间点t0k+1； [0074] S4、继电保护装置接收到雷电定位信息收集站发送的第二个FollowUp报文后，读取和记录所述第二个FollowUp报文中携带的雷电定位信息收集站发送所述第二个FollowUp报文的时间点t0k+1+T； [0075] S5、继电保护装置通过内置的CPU系统，对接收到的Sync报文和跟随报文中的时间戳信息，结合自身相应时间，计算偏移量TDrift； [0076] [0077] S6、继电保护装置通过偏移量TDrift的计算结果，记录与雷电定位信息收集站中的GPS时间之间的偏差ΔT； [0078] S7、按照预先设置的循环检测周期值nT，循环接收雷电定位信息收集站发送的Sync报文和FollowUp报文； [0079] S8、继电保护装置实施线路故障保护措施时，记录设备的继电保护时间为PRT+ΔT’；其中，PRT为继电保护装置本身的跳闸记录时间，ΔT’为执行m次雷电定位信息收集站与继电保护装置的时间同步校验检测后所得的ΔT的平均值。 [0080] 综上所述，本发明公开的雷电精确定位系统及方法具有以下有益效果： [0081] 1、系统通过在雷电定位信息接收站设有第一PTP时间同步模块，并在每一所述继电保护装置分别设有与所述第一PTP时间同步模块实现PTP单向通信的第二PTP时间同步模块，以实现与所述雷电定位信息接收站的时间同步，从而实现了输电线路继电保护装置与LLS信息收集站之间的时间同步问题； [0082] 2、无需改变雷电定位装置和LLS信息收集站之间的总体连接技术的前提下，实现了输电线路继电保护装置与LLS信息收集站之间的时间同步； [0083] 3、雷电定位系统一般部署于雷电频繁的山区地区，相对而言环境恶略，通过雷电定位系统和输电线路继电保护装置之间的自动时间同步检测机制，能够提高雷电定位与线路故障点之间的时间精准性，提高巡线运维人员线路故障排查效率； [0084] 4、使用通用的IEEE1588通信协议，实现跨设备之间的时间同步； [0085] 5、LLS信息收集站通过发送PTP时间同步报文，传递时间点参数，时间校正工作在继电保护装置设备中自动完成，无须通过继电保护装置回传数据给LLS信息收集站，降低通信成本和可能产生的错误几率。 [0086] 以上所述是本发明的优选实施方式，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，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。 |
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