基于GPS的输电线行波故障定位系统(修改版)汇总

1、专题一.基于GPS勺输电线行波故障定位系统术语：.GPS全球卫星定位系统(Global Positioning System)行波 :Travelling Wave( 输电线上传输的非稳态量)故障定位 / 故障测距 :Fault Locating电压等级： 10kV/35kV/110kV/220kV/500kV课题的来源目的和意义行波测距的基本原理单端行波故障测距原理双端行波故障测距原理课题研究的内容及技术关键五、GPS卫星导航全球定位系统简介GPS 系统GPS 接收机及天线GPS 接收机输出的信号异地高精度同步数据采集系统行波信号的数据处理小波分析法一 .课题的来源本项目由华中科技大学提出，

2、由华中网局出资研究。二 .课题的意义超高压输电线路输送距离长， 暴露在旷野， 且多为山区丘陵地形，其复杂故障的快速、精确定位，一直是尚未解决的难题，对系统的安全运行构成较大威胁，也给线路维护人员带来了沉重的负担。本项研究，将开发研制一种具有九十年代中期国际先进水平的新型复杂故障定位系统。该系统基于GPS亍波定位原理，能快速、准确地对雷击闪络、断线、碰线、高阻接地、污闪等复杂故障定位，定位精度在 300m 以内。该系统的投入，将有助于运行人员快速排除故障， 形成线路故障的历史资料， 为确保安全供电， 提高系统运行水平，以及减轻线路维护人员的繁重劳动， 提供有力的检测手段， 将给电力系统带来巨大的

3、经济效益。 该系统的开发研究还将形成具有九十年代中期国际先进水平的高科技产品， 考虑到全国电力网正在形成， 该产品具有很大的市场容量及推广前景。三 .行波测距的基本原理高压电力线发生故障时， 会产生幅值很大的非稳态量， 并从故障点向两端传播，称为行波。为行波传播速度接近光速，约为 3.0X108米/ 秒。根据行波到达两端变电站的时刻来确定故障点的位置称为：行波发故障定位。行波定位可分为单端定位和双端定位。单端行波故障测距原理单端测距基本原理：在被监视线路发生故障时，故障产生的电流 行波会在故障点及母线之间来回反射。 装设于母线处的测距装置接入 来自电流互感器二次侧的暂态行波信号，使用模拟高通滤

4、波器过滤出 行波波头脉冲，形成如图1-1所示的电流行波波形。由于母线阻抗一 般低于线路波阻抗，电流行波在母线与故障点都是产生正反射， 所以 故障点反射波与故障初始行波同极性，而故障初始行波脉冲与由故障 点反射回来的行波脉冲之间的时间差 t对应行波在母线与故障点之间往返一趟的时间，可以用来计算故障距离ft)(北点敌1期的行该附蛇路本曜阴的电礴行波波再ffil-1单端A型测跑原理图皿单端定位是利用故障点传向母线第一行波与故障点的反射行波之间的时间差计算故障位置。由于行波在各个一次设备、各条线路的 连接处的反射、折射和衰减，使得故障点反射行波波头的辨识变得复 杂。优点：不需要GPS?双端同步对时系统

5、。双端行波故障测距原理双端定位则只利用行波第一波头到达线路两端的时刻进行计算 只需捕捉行波第一个波头，不用考虑行波的反射与折射，行波幅值大, 易于辨识。同时由于全球卫星定位系统（GPS）的出现，把时间的测量精 度提高到纳秒级，从而提高了双端定位的精度（可达 150米）。因此, 国内外普遍采用GP或端定位系统。DjtF 卜 DnFI41图2.7行波的传输到但在现场运行中，GP双端定位系统也存在一些不足：1采样频率较高：1MH-5MHz故障信息存储量太大。2受采样频率的限制，无法辨识近距离故障行波。即故障靠近某一 端时，另一端接收不到行波波头。.无法检测发生在电压过零附近时刻接地的故障。.由于GP

6、S短时失步、卫星信号调整、天线干扰等导致时钟信号失 真，可导致定位失败。四.课题研究的内容及技术关键本课题研制开发一套输电线路复杂故障 GPS亍波定位系统。该系 统根据线路故障点电压、电流突然变化所产生的行波到达两端的时 差，确定故障点的位置。该系统可对雷击闪络、断线、碰线、高阻接 地、污闪等复杂故障定位，定位精度在士 300m以内，该系统的投入 运行，还可为系统积累大量线路故障历史资料，为故障预测、防护提 供可靠依据。本项研究以一条500kV线路及其相连的两个变电站为目标，建立 子系统，投入试运行。软件具有可扩展能力，以便将来实现多站分布 式智能诊断系统。系统框图：关键技术：.行波信号的无畸

7、变提取和可靠启动记录技术.两个变电站两端高速数据采集和大容量数据存储技术(10Msps).两个变电站两端高精度时钟同步技术(GPS).数据处理交换技术五.GPS卫星导航全球定位系统简介1.GPS系统概述全球定位系统(Global Positioning System - GPS )是美国从 本世纪70年代开始研制，历时20年，耗资300亿美元，于1994 年全面建成，具有在海、陆、空进行全方位实时三维导航与定 位能力的新一代卫星导航与定位系统。GPS系统是继阿波罗登 月计划和航天飞机计划之后的美国政府有史以来投资建设的第 三大航空航天项目。经近10年我国测绘等部门的使用表明，GPS以全天候、高

8、精度、 自动化、高效益等显著特点，赢得广大测绘工作者的信赖，并 成功地应用于大地测量、工程测量、航空摄影测量、运载工具 导航和管制、地壳运动监测、工程变形监测、资源勘察、地球 动力学等多种学科，从而给测绘领域带来一场深刻的技术革命。 GP繇统构成：由空间部分(GPS卫星星座)、地面监控部分和 用户接收机三大部分组成。GPS茶统的组成(AV)用户9f舞;“交同部分导巅上度导流店需 卫星时m卫星等24凝卫摩/20控瓶部分16士投造当小歌羲站GPSE星星座:GPSI作卫星及其星座 由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组 成GPS卫星星座，记作（21+3） GPS座。24颗卫星均匀分布在 6 个轨道平面

9、内，轨道倾角为55度，各个轨道平面之间相距60度，即 轨道的升交点赤经各相差60度。每个轨道平面内各颗卫星之间的升 交角距相差90度，一轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相 应卫星超前30度。在两万公里（20200km平均高度）高空的 GPS卫 星，当地球对恒星来说自转一周时，它们绕地球运行二周，即绕地球 一周的时间约为12恒星时。这样，对于地面观测者来说，每天将提 前4分钟见到同一颗 GPS卫星。位于地平线以上的卫星颗数随着时 间和地点的不同而不同，最少可见到 4颗，最多可见到11颗。在用 GPS言号导航定位时，为了结算测站的三维坐标，必须观测4颗GPS卫星，称为定位星座。这4颗卫星在观

10、测过程中的几何位置分布对定 位精度有一定的影响。地面监控部分：对于导航定位来说，GPSE星是一动态已知点。星的位置是依据 卫星发射的星历一描述卫星运动及其轨道的的参数算得的。每颗GPS卫星所播发的星历，是由地面监控系统提供的。卫星上的各种设备是 否正常 工作，以及卫星是否一直沿着预定轨道运行，都要由地面设 备进行监测和控制。地面监控系统另一重要作用是保持各颗卫星处于同一时间标准一GPS时间系统。这就需要地面站监测 各颗卫星的 时间，求出钟差。然后由地面注入站发给卫星，卫星再由导航电文发 给用户设备。GPSX作卫星的地面监控系统包括一个主控站、三个注 入站和五个监测站。1个主控站:Colorad

11、o springs（ 科罗拉多.斯平士）。3个注入站:Ascencion（阿森松群岛）、Diego Garcia（ 迭哥伽 西亚）、kwajalein（卡瓦加兰）。5个监控站：以上主控站、注入站及Hawaii（夏威夷）。Colorado springs用户接收机部分（GPS言号接收机）：GP睽收机的基本类型分导航型，大地型和授时型。单频型和双频型。手持导航型GPSL车载导航型GPSL大地性单频GPS授时型GPSJ妾收机（OEM）GPS言号接收机的任务是：能够捕获到按一定卫星高度截止角所选择的待测卫星的信号， 并跟踪这些卫星的运行， 对所接收到的 GPS 信号进行变换、放大和处理，以便测量出GP

12、S言号从卫星到接收机天线的传播时间，解译出GPsa星所发送的导航电文，实时地计算出 测站的三维位置， 位置，甚至三维速度和时间。静态定位中，GP牖收机在捕获和跟踪GPSS星的过程中固定不 变，接收机高精度 地测量GPS言号的传播日t间，利用 GPS卫星在轨 的已知位置，解算出接收机天线所在位置的 三维坐标。而动态定位 则是用GPS收机测定一个运动物体的运行轨迹。GPS言号接收机 所 位于的运动物体叫做载体（如航行中的船舰，空中的飞机，行走的车辆等）。载体上 的GP牖收机天线在跟踪 GPS卫星的过程中相对地 球而运动，接收机用 GPS言号实时地 测得运动载体的状态参数（瞬 间三维位置和三维速度）

13、。接收机硬件和机内软件以及 GP激据的后处理软件包，构成完整 的GPS用户设备。GPS接收机的结构 分为天线单元和接收单元两大 部分。 对于测地型接收机来说， 两个单元一般分成 两个独立的部件， 观测时将天线单元安置在测站上，接收单元置于测站附近的适当地 方， 用电缆线将两者连接成一个整机。也有的将天线单元和接收单 元制作成一个整体，观测时将其 安置在测站点上。GP牖收机一般用蓄电池做电源。同时采用机内机外两种直流电源。设置机内电池的目的 在于更换外电池时不中断连续观测。在用机外电池的过程中，机内电池自动充电。关机后，机内电池为 RAM存储器供电，以防止丢失数据。近几年，国内引进了许多种类型的

14、GPSM地型接收机。各种类型的GPSW地型接收机用于精密相对定位时，其双频接收机精度可达 5mm+1PPM,DI频接收机在一定距离内精度可达10mm+2PPM.D用于差分定位其精度可达亚米级至厘米级。目前，各种类型的GPS接收机体积越来越小，重量越来越轻，便于野外观测。GPS口 GLONASS!容的全球导航定位系统接收机已经问世。.标准定位（C码）服务，精确定位服务（P码）和美国的SA政策美国国防部在GPS 勺最初设计方案中，计划为用户提供两种服务 即：标准定位服务和精确定位服务。标准定位服务：精度100米，民用。精确定位服务：精度10米，军用。.无线电定位的基本原理结论：接收机最少锁定4个星

15、才能定位！!！1.1.1 Basic principles of satellite navigationSatellite Navigation Systems all use the iame basic principled to detemnina coordinates: 无卫星;$GPZDA,120528.00,01,05,2007,*6B;$GPGGA,120513.0,0,00,*7C:七个逗号后，是卫星个数！;$GPZDA,120529.00,01,05,2007,*6A;$GPGGA,120513.0,0,00,*7CJ;2007.05.01 20 时 12分记录 第 1

16、次上电，未经初始化！ 无卫星 , 无时间;$GPZDA,*48;$GPGGA,0,00,*66 ：七个逗号后，是卫星个数！;$GPZDA,*48;$GPGGA,0,00,*66GPS系统和北斗系统的应用从技术指标上来分类， 分为定位应用和授时应用。 定位应用最广泛，其次是授时应用。我们实验室研究高精度授时系统。从行业上来说， 成功应用于测绘、 电信、 水利、 渔业、 交通运输、森林防火、减灾救灾和公共安全等诸多领域。北斗卫星导航系统中国北斗卫星导航系统（ BeiDou Navigation SatelliteSystem，BDS是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继美国全球定位系统（GPS、俄

17、罗斯格洛纳斯卫星导航系统（GLONA0S之后第三个成熟 的卫星导航系统。北斗卫星导航系统（ BDS和美国GPS俄罗斯 GLONASS欧盟GALILEO是联合国卫星导航委员会已认定的供应商。北斗的“三步走”发展规划： 2000 年建成了卫星导航试验系统，即“北斗一代”； 2012 年底，“二代”系统覆盖了亚太地区；根据规划，第三步是在2020 年左右，成为覆盖全球的、性能更好的国产导航系统。北斗一代是独特的有源通信，即用户向多颗卫星发请求定位信号，获得应答后定位（用户功耗很大）。北斗二代经历了从有源定位 到无源定位的转变，便于和GP湃其它卫星导航系统之间的兼容与互 操作，将成为发展方向。二代中还

18、是保留了有源通信功能，即北斗卫 星还具备其它通信卫星的功能。北斗二代卫星导航系统由空间段、地面段和用户段三部分组成， 可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、 导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定 位和授时能力，定位精度10米，测速精度0.2米/秒，授时精度10 纳秒。北斗卫星导航系统空间段由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨 道卫星组成，中国计划2012年左右，“北斗”系统将覆盖亚太地区， 2020年左右覆盖全球。中国正在实施北斗卫星导航系统建设，已成 功发射16颗北斗导航卫星。根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位

19、、导航和授时以及短报文通信服 务能力。2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。一个实际的北斗接收机（当前的产品）外观：UM220-III UM220-III-N北斗模块/北斗芯片/ GPS+BD缴块原装正品技术指标:电源-27-3.3 VDC120mW(典盘伯j眄输入频率驻波比输入阳杭天拨坤益物理特性环境指标工作温蕈i5-30d616,0*12,2*2.4mm4。- -Eg存储温度输内一出痴接口UART-45七-*9012 个 UAH. LVTTL 电平.波特塞 4800-H5200bpSG4MSS性能 抽革一BD2B1GPS LI苜次定位时间 TIFF冷肩动：32s 热行动：15 重

20、插妾：152.5mNMEAO183定位暗里伐M51员敏度北斗Fgps-160d&m-160d6rri捕获-145dBrn-147dBrri测逑精度低ME1PS 箝度(RMS)20r.s欲推更新恚I Hz【可上摄GP浜模la北斗:。.2巾力，141行航被里格式输出报文：3.2 消息设= (CFGMSG)消息脑出菱度委数名默认型百说胡NMEA MessageGGA1】Hz输出GLL11H1输出GSA1】HZ输出GSV1IH1输出RJV1C11H工输出VTG0关闭ZDA0关闭GST0关闭Navigation Result iMessog-ePOS0关闭VEL0关翔TIME0关闭SGNGG032646

21、.0QO,3030 819780,NJ1424 546493,E,T1O,3 212,74 740 M.D,M70 SGNGLL,3030.819780IN.11424 545493.E.032646.000AA*45SGNGSA,A3J2,31,24I254,856,3,212,3,642*22SGNGSA,M169J74J64.166 167,1704.856,3.212,3.642*2* SGPGSVA1,13,10,53,151,15,12,40,72,42,13,6,184, J4,80,264h*7B $G P GSVh4 J 3,16.15,46p 12,17,50p 129 r

22、12.23,26,2394,15.46,32*79 $GFGSV43J 3,25,5029P35,31 #.239.14341129,5,11*73 5GPGSW 4413,26,5.,19*425BDGSVl3l1,1Dl161,45r135pl162l39,234.l163l53l187l33r164.29l116l34*64 SBDGSVl3,2r10l166l63J56F39l167l76.312.28l169l82,276,27.170r57l257l2863 SBDGSV,3,3.10,173,84,145,33.174,29.139,22*62SGNRMC.032646 000A

23、3030 819780,11424.545493 E.0.09Z14 009 150414irE,A*05 GNGGA,032647 000,3030-8198Q5,Nr11424 545501,EJ.10,3.212,-74 752 M,0,Mr,*7A GNGLL,3030.8198051N.11424.5455011E,032647.000AA*4CSGNGSAA.312,31,24,25.4.856,3 212,3 64121$GNGSAA3.169.174.164.16Sb167,170十“4.856,3.212,3.641*29SGPGSV,4,1 13,10,53,151.14,

24、12,4072,43,13.3,164., 14.30,263,26*70$G PGSV42 J 34 6,1546.12J7,5042flJ 2t23,26,2MM24/5,46,32*70SGPGSVl4l3ll3.25r50,129.34.31l26,239.20l32.5l.9.29l5l 12*4F $G PGSVt4.4,13.26 p5., 19*42$BDGSVt3,1J 0,161 t45,135lh1239,2M,16X53.187,33,164,29,116,34*64 SBDGSV.SJ 0,166.83,15639,1 7,75,312,30,169,82,276,.

25、170,57,257.23*55SBDGSVl3,3l10l173l8145h33l174l29.139.26s66 iGNRMC,032547rOOOA3030.819805pN, 11424.545501 PEPO,000.0,000,150414E, A* 3B 5GNGGA.03264& 000,3030 319B05.N, 11424 545501,E,1,10,3 306l-74 752.Td.0,MRl-71 5GNGLLl3030.ei9805lNr11424.545501lEl03264S.DOOAA*43 5GNGSA,Ar3r12,31.24l254.919,3 306,3 642*205GNGSAA3J69,174.164,166,167.1704.919.3.306.3.64