CN103078402B - 高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，其特征在于，第一步骤在监控主机中将上位机网络通讯模块替换为支持时间标记的主机网络校时通讯模块；第二步骤在所有前级单元中将下位机网络通讯模块替换为支持时间标记的从机网络校时通讯模块，同时加装TTL电平硬件触发模块。本发明提出高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，可填补当前国内外高压电缆局放分布式在线监测系统中前级单元与监控主机网络缺失时间精确同步性能的突出问题，可实现放电信号沿线传输的同步监测，同时促进监测设备制造商优化提升相关产品性能。
Description
技术领域
本发明属于高电压试验与绝缘测试技术领域，涉及一种高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，适用于110kV（AC）以上电压等级挤出绝缘电力电缆线路。
背景技术
随着我国城市电网的快速发展与升级改造，交联聚乙烯（XLPE，以下简称交联）电缆作为电力电缆工程主流产品已经广泛应用于交流输配电线路中。近十年来，交联电缆敷设回路长度以超过15%的年平均增长率稳步增长。高压、超高压交联电缆线路已成为我国交流电网的重要组成部分。
相关研究表明，局部放电（Partial Discharge，以下简称局放）作为电缆线路早期绝缘故障的主要表现形式，既是引起绝缘老化的主要原因，又是表征绝缘状况的主要特征参量。对于长距离在运高压电缆线路，采用分层分布式架构的局放在线监测方法是目前电力科技研究与应用的热点，其技术实质是针对电缆附件尤其是中间接头是电缆线路的薄弱环节，在电缆线路每组3相附件接地引出线处安装3只高频宽带电磁耦合传感器（HFCT），利用脉冲放电电流电磁耦合方法提取电缆附件及邻近电缆的放电信号，就近进入每组附件旁的前级单元，现场进行信号调理、高速采集、信号预处理，然后采用以太光纤网将所有前级单元与变电站或主控室内监控主机相连接进行数据汇总，通过主机上运行的监控程序实现线路各段局放量变化动态显示、放电信号表征和特性分析、模式识别、阈值报警、绝缘诊断、历史数据管理等功能，最后状态量信息及预警数据远距离传输至电缆网集中监控中心，具有可准实时监测局放特征量变化趋势，预先对紧急状态报警的特点，是实现高压电缆状态检修的技术基础之一。
采用这种方法的在线监测系统中所有前级单元须通过通讯光纤与监控主机组网，监控主机可根据监测需要对网络中单台、数台或全部前级单元实施控制，而前级单元的各类动作指令皆由监控主机下达或预设。目前，各类应用于高压电缆局放在线监测的网络化测量系统普遍存在一个技术不足，缺失网络时间精确同步性能，即网内前级单元在监控主机控制下其同步动作（例如接收触发软件指令，进行采集信息）时间精确度不够，一般只能精确到mS级。对于线路上某一处放电源产生的局放信号，其沿线路传输时间往往是uS级，各前级单元无法完成同步捕捉同一放电信号，因为各前级单元相互之间采集动作已间隔了若干mS，难以实现沿线放电信号形态变化比对、传输衰减规律统计与相位相关性分析，不能支撑时域信号精确分析处理与相关高端应用。
有鉴于此，本发明提出一种高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，以填补当前国内外高压电缆局放分布式在线监测系统中前级单元与监控主机网络缺失时间精确同步性能的突出问题，可实现放电信号沿线传输的同步监测，同时促进监测设备制造商优化提升相关产品性能。
发明内容
本发明的目的是填补当前国内外高压电缆局放分布式在线监测系统中前级单元与监控主机网络缺失时间精确同步性能的突出问题，提出一种高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，适用于110kV（AC）以上电压等级挤出绝缘电力电缆。
本发明的技术方案是：高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步骤，针对现有局放在线监测系统架构，在监控主机中将上位机网络通讯模块替换为支持时间标记的主机网络校时通讯模块，所述主机网络校时通讯模块内嵌主时钟；
第二步骤，在所有前级单元中将下位机网络通讯模块替换为支持时间标记的从机网络校时通讯模块，同时加装TTL电平硬件触发模块，所述从机网络校时通讯模块内嵌从时钟，计时精度与主时钟一致，达到nS级；
第三步骤，局放在线监测系统上电启动后，首先执行例行自检操作，然后执行全网校时操作，分为主从对时、主机校时2个子步骤；
第四步骤，主从对时子步骤中，监控主机先在以太光纤通讯网中按照地址编码由小至大的顺序，通过主机网络校时通讯模块依次给网络中的前级单元发送内嵌初始时刻标识的原始消息；前级单元通过从机网络校时通讯模块收到内嵌初始时间标识的原始消息后在其中加入响应时刻对应的时间标识，并作为回复消息上传给监控主机；
第五步骤，主机校时子步骤中，主机网络校时通讯模块接收到每个前级单元的回复消息后在时间标识中嵌入接收时刻，然后监控主机提取时间标识中的初始时刻、响应时刻与接收时刻，根据3个时刻的相互关系与差值，能够计算出每个前级单元的响应时间与消息传输延迟时间，以此作为全网群发前级单元控制指令的时间修正常量；
第六步骤，全网校时完成后，当需要监测网络沿电缆全线同步采集信号操作时，监控主机逐个下发控制指令，每个前级单元的控制指令包含响应时间与传输延迟修正项以及预期动作时刻；
第七步骤，虽然指令无法同时被每个前级单元接收并进行处理，但从机网络校时通讯模块接收指令后，在从时钟所描述时间的基础上加入修正项，能够保证修正后的从时钟与主时钟严格一致；
第八步骤，前级单元中控制器在预期动作时刻通过TTL电平硬件触发模块发出信号采集触发信号，驱使采集模块在规定时间开始采集信号，从而实现网络化测量时间精确同步。
本发明的有益效果是：本发明提出高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，可填补当前国内外高压电缆局放分布式在线监测系统中前级单元与监控主机网络缺失时间精确同步性能的突出问题，可实现放电信号沿线传输的同步监测，同时促进监测设备制造商优化提升相关产品性能。
附图说明
图1为本发明的高压电缆局放在线监测系统架构与局放特征量网络化测量时间精确同步方法示意图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。
图1中标记说明，11-高频宽带电磁耦合传感器，12-前级单元，13-TTL电平硬件触发模块，14-从机网络校时通讯模块，15-以太光纤通讯网，16-监控主机，17-主机网络校时通讯模块，18-远程通讯网络，19-电缆网集中监控中心。
本发明实施例提供的高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，其具体实施方法是：
第一步骤，针对现有局放在线监测系统架构，在监控主机中将上位机网络通讯模块替换为支持时间标记的主机网络校时通讯模块（内嵌主时钟）；
第二步骤，在所有前级单元中将下位机网络通讯模块替换为支持时间标记的从机网络校时通讯模块（内嵌从时钟，计时精度要求与主时钟一致，达到nS级），同时加装TTL电平硬件触发模块；
第三步骤，局放在线监测系统上电启动后，首先执行例行自检操作，然后执行全网校时操作；
第四步骤，监控主机先在以太光纤通讯网中按照地址编码由小至大的顺序（例如#1、#2···#n），通过主机网络校时通讯模块依次给网络中的前级单元发送内嵌初始时刻t0标识的原始消息（S10、S20···Sn0）；
第五步骤：前级单元通过从机网络校时通讯模块收到内嵌初始时间标识的原始消息后在其中加入响应时刻tr对应的时间标识，并作为回复消息S1r、S2r···Snr上传给监控主机；
第六步骤，主机网络校时通讯模块接收到每个前级单元的回复消息后在时间标识中嵌入接收时刻tc，然后监控主机提取时间标识中的初始时刻t0、响应时刻tr与接收时刻tc，根据3个时刻的相互关系与差值，可计算出每个前级单元的响应时间tir—t0与消息传输延迟时间tic—t0（i=1、2···n），以此作为全网群发前级单元控制指令的时间修正常量；
第七步骤，当需要监测网络沿电缆全线同步采集信号操作时，监控主机逐个下发控制指令，每个前级单元的控制指令包含响应时间与传输延迟修正项tc—t0以及预期动作时刻；
第八步骤，从机网络校时通讯模块接收指令后，在从时钟所描述时间的基础上加入修正项，可保证修正后的从时钟与主时钟严格一致；
第九步骤，前级单元中控制器在预期动作时刻通过TTL电平硬件触发模块发出信号采集触发信号，驱使采集模块在规定时间开始采集信号。
本实施例第一步骤在监控主机中将上位机网络通讯模块替换为支持时间标记的主机网络校时通讯模块（内嵌主时钟）；第二步骤在所有前级单元中将下位机网络通讯模块替换为支持时间标记的从机网络校时通讯模块（内嵌从时钟，计时精度要求与主时钟一致，达到nS级），同时加装TTL电平硬件触发模块。要求必须在在线监测系统装置中增加网络校时通讯模块（内嵌时钟），TTL电平硬件触发模块可根据装置具体组成确定加装与否，若原架构中缺失必须加装。
本发明提供的高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，与现有技术的主要区别在于：国内外现有的局放在线监测系统装置可实现对点电缆线路局放信号监测，但是一般只针对每组附件就近监测，而沿线同步监测功能缺失，不利于同一放电源放电信号沿线传播时通过同步监测分析其衰减传输特性、信号畸变程度以及放电源判相。如何实现高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，除了本发明提出的方法外，目前还没有见相应的方法与技术手段文献报道。
本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
Claims (1)
1.高压电缆局放状态量网络化测量时间精确同步方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步骤，针对现有局放在线监测系统架构，在监控主机中将上位机网络通讯模块替换为支持时间标记的主机网络校时通讯模块，所述主机网络校时通讯模块内嵌主时钟；
第二步骤，在所有前级单元中将下位机网络通讯模块替换为支持时间标记的从机网络校时通讯模块，同时加装TTL电平硬件触发模块，所述从机网络校时通讯模块内嵌从时钟，计时精度与主时钟一致，达到nS级；
第三步骤，局放在线监测系统上电启动后，首先执行例行自检操作，然后执行全网校时操作，分为主从对时、主机校时2个子步骤；
第四步骤，主从对时子步骤中，监控主机先在以太光纤通讯网中按照地址编码由小至大的顺序，通过主机网络校时通讯模块依次给网络中的前级单元发送内嵌初始时刻标识的原始消息；前级单元通过从机网络校时通讯模块收到内嵌初始时刻标识的原始消息后在其中加入响应时刻对应的时间标识，并作为回复消息上传给监控主机；
第五步骤，主机校时子步骤中，主机网络校时通讯模块接收到每个前级单元的回复消息后在时间标识中嵌入接收时刻，然后监控主机提取时间标识中的初始时刻、响应时刻与接收时刻，根据3个时刻的相互关系与差值，能够计算出每个前级单元的响应时间与消息传输延迟时间，以此作为全网群发前级单元控制指令的时间修正常量；
第六步骤，全网校时完成后，当需要监测网络沿电缆全线同步采集信号操作时，监控主机逐个下发控制指令，每个前级单元的控制指令包含响应时间与消息传输延迟时间在内的修正量以及预期动作时刻；
第七步骤，虽然指令无法同时被每个前级单元接收并进行处理，但从机网络校时通讯模块接收指令后，在从时钟所描述时间的基础上加入包含响应时间与消息传输延迟时间在内的修正量，能够保证修正后的从时钟与主时钟严格一致；
第八步骤，前级单元中控制器在预期动作时刻通过TTL电平硬件触发模块发出信号采集触发信号，驱使采集模块在规定时间开始采集信号，从而实现网络化测量时间精确同步。
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