CN103399264B - 高压电缆局部放电在线监测及定位系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高压电缆局部放电在线监测及定位系统，其包括多个用于采集高压电缆不同位置放电信号的传感器、与传感器相连的监测终端、与监测终端相连的网络交换机以及与网络交换机相连的放电监测集中器。监测终端包括与传感器相连的数据采集单元、时钟管理单元、与时钟管理单元相连的网络接口和与数据采集单元及时钟管理单元相连的控制处理单元，控制处理单元与网络交换机相连，多个监测终端之间通过网络接口相连。控制处理单元控制时钟管理单元采用基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法同步相连监测终端的时钟。这样，相连监测终端的时钟同步精度较高，该高压电缆局部放电在线监测及定位系统最终得到的放电源位置数据的精确度也较高。
Description
技术领域
本发明涉及一种高压电缆检测领域，特别是涉及一种高压电缆局部放电在线监测及定位系统。
背景技术
随着电网的不断发展和城市电网改造的需要，我国高压电缆线路的使用量正逐年上升。实际经验表明，高压电缆线路故障是引发电网事故，造成重大经济损失的重要原因。因此，准确、及时掌握高压电缆线路的运行状态，对合理处理故障隐患，保障电网稳定运行具有重要的意义。
为了准确、及时掌握高压电缆线路的运行状态，对高压电缆线路的监控和控制的同步性和实时性提出了越来越高的要求。目前电力系统中常用的高压电缆局部放电在线监测及定位系统普遍要求进行同步采样。这就要求高压电缆局部放电在线监测及定位系统的监测终端能够控制与其相连的传感器同时开始工作，从而实现同步采用。常用的高压电缆局部放电在线监测及定位系统是基于同步时钟脉冲的采样方式，传输的媒介可以为微波传输系统或光纤传输系统。然而这种高压电缆局部放电在线监测及定位系统的同步采用精度普遍不高，这样就会降低高压电缆局部放电在线监测及定位系统最终得到的放电源位置数据的精确度。
发明内容
基于此，有必要提供一种高压电缆局部放电在线监测及定位系统，其具有较高的同步采用精度。
一种高压电缆局部放电在线监测及定位系统，包括多个用于采集高压电缆不同位置放电信号的传感器、与传感器通过同轴电缆相连的监测终端、与监测终端通过光纤相连的网络交换机以及与网络交换机通过光纤相连的放电监测集中器，所述监测终端的数量为多个，每个监测终端与同一位置的多个传感器相连，各个监测终端之间通过光纤相连，所述监测终端包括与传感器相连的数据采集单元、时钟管理单元、与时钟管理单元相连的网络接口和与数据采集单元及时钟管理单元相连的控制处理单元，所述控制处理单元与网络交换机相连，多个监测终端之间通过网络接口相连；所述控制处理单元控制所述数据采集单元和时钟管理单元的工作，所述数据采集单元采集传感器检测到的信号，所述控制处理单元控制所述时钟管理单元采用基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法同步相连监测终端的时钟。
在其中一个实施例中，所述时钟管理单元包括本地时钟、系统时钟和时钟同步单元，所述本地时钟和系统时钟均与时钟同步单元相连，所述时钟同步单元通过网络接口将相互连接的两个监测终端中的一个监测终端的系统时钟与另一个监测终端的系统时钟进行同步。
在其中一个实施例中，所述本地时钟的时钟源为恒温晶振或者温控晶振。
在其中一个实施例中，所述时钟同步单元包括数字锁相环芯片。
在其中一个实施例中，所述多个监测终端相互串联在一起后与网络交换机相连。
在其中一个实施例中，所述多个监测终端中的其中一个监测终端与网络交换机相连并与其它监测终端相连。
在其中一个实施例中，所述多个监测终端包括第一监测终端、第二监测终端和多个第三监测终端，所述第一监测终端与第二监测终端相连，所述第一监测终端和第二监测终端均与多个第三监测终端相连，所述第一监测终端和第二监测终端中的一个监测终端与网络交换机相连。
在其中一个实施例中，所述传感器为电磁感应式传感器。
上述高压电缆局部放电在线监测及定位系统包括控制处理单元和时钟管理单元，控制处理单元控制时钟管理单元采用基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法同步相连监测终端的时钟。这样，相连监测终端的时钟同步精度就会较高，该高压电缆局部放电在线监测及定位系统同步采用精度也就较高，该高压电缆局部放电在线监测及定位系统最终得到的放电源位置数据的精确度也就较高。
附图说明
图1为一个实施例的高压电缆局部放电在线监测及定位系统示意图；
图2为基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法原理图；
图3为图1所示高压电缆局部放电在线监测及定位系统的监测终端内部模块图；
图4为一个实施例的高压电缆局部放电在线监测及定位系统的各个监测终端连接示意图；
图5为另一个实施例的高压电缆局部放电在线监测及定位系统的各个监测终端连接示意图；
图6为又一个实施例的高压电缆局部放电在线监测及定位系统的各个监测终端连接示意图。
具体实施方式
请参考图1和图3，一个实施例提供一种高压电缆局部放电在线监测及定位系统100。该高压电缆局部放电在线监测及定位系统100包括多个用于采集高压电缆200不同位置放电信号的传感器110、与传感器110通过同轴电缆相连的监测终端120、与监测终端120通过光纤130相连的网络交换机140以及与网络交换机140通过光纤130相连的放电监测集中器150。该高压电缆局部放电在线监测及定位系统100的监测终端120的数量为多个。每个监测终端120与同一位置的多个传感器110相连，各个监测终端之间通过光纤130相连。在该实施例中，传感器110为电磁感应式传感器。
其中，监测终端120包括与传感器110相连的数据采集单元122、时钟管理单元126、与时钟管理单元126相连的网络接口124和与数据采集单元122及时钟管理单元126相连的控制处理单元128。控制处理单元128与网络交换机140相连，多个监测终端120之间通过网络接口124相连。控制处理单元128控制数据采集单元122和时钟管理单元126的工作，数据采集单元122采集传感器110检测到的信号，控制处理单元128控制时钟管理单元126采用基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法同步相连监测终端120的时钟。
基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法的主要原理如下。
请参考图2，首先会进行偏移量Toffset和延迟量TDelay的测量。主时钟节点周期性地向从时钟节点发送同步包，接着从硬件中读入同步包的硬件时间戳T1，并打包发送同步跟随包。从时钟节点收到主时钟节点发来的同步包，并记录下硬件时间戳T2，假定网络延时为TDelay，则可计算出偏移时差Toffset:
Toffset=T2-T1-TDelay
从时钟节点可以不定期地向主时钟节点发送延迟请求包，并记录下请求包的发送时标T3，主时钟节点收到延迟请求包后，立即将接收时间戳T4打包并返回延迟应答包。当从时钟节点收到延迟应答包后，依据自身发送延迟请求包时间戳T3和解析延迟应答包时间戳T4计算网络延迟时间TDelay，
TDelay=T4-T3+Toffset
跟据上述两个公式和T1、T2、T3、T4的值就可以计算出偏移量Toffset和延迟量TDelay。
然后，再按照上述方法计算主时钟节点和从时钟节点的差值就可以调整自身时钟，直到从时钟节点与主时钟节点实现时钟同步。采用基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法可以将时钟同步到纳秒级别的精度，同步精度很高。
该高压电缆局部放电在线监测及定位系统100的监测终端120的时钟管理单元126采用基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法来同步与其相连的监测终端120。这样经过时钟同步，各个监测终端120在进行数据采集时进行同步采集的精度就较高，该高压电缆局部放电在线监测及定位系统100最终得到的数据的精确度也就较高。
请参考图3，该高压电缆局部放电在线监测及定位系统100的时钟管理单元126包括本地时钟126a、系统时钟126b和时钟同步单元126c。本地时钟126a和系统时钟126b均与时钟同步单元126c相连。时钟同步单元126c通过网络接口124将相互连接的两个监测终端120中的一个监测终端120的系统时钟126b与另一个监测终端120的系统时钟126b进行同步。本地时钟126a的时钟源为恒温晶振或者温控晶振，这样本地时钟可以具有较高的时间精度。时钟同步单元126c包括数字锁相环芯片，数字锁相环芯片可以实现本地时钟126a和系统时钟126b的无缝切换，提高系统的可靠性。
该高压电缆局部放电在线监测及定位系统100的多个监测终端120之间的连接可以根据实际需要进行配置。常用的连接方式有如下几种。该高压电缆局部放电在线监测及定位系统100的多个监测终端120之间采用如图4所示的连接方式。
请参考图4，此处，多个监测终端120相互串联在一起后与网络交换机140相连。也就是说，多个监测终端120依次连接在一起，形成手拉手相连的方式。其中，最末端的一个监测终端120与网络交换机140相连。进行时钟同步时，以最末端的一个监测终端120的本地时钟126a的时钟为基准，同步与其相连的一个监测终端120的系统时钟126b，后面的监测终端120的系统时钟126b均与前面的监测终端120的系统时钟126b进行同步。
请参考图5，多个监测终端120中的其中一个监测终端120与网络交换机140相连并与其它监测终端120相连。也就是说，多个监测终端120形成以一个检测终端为中心的连接方式。一个监测终端120与网络交换机140相连，其它监测终端120均与该与网络交换机140相连的监测终端120相连。进行时钟同步时，以与网络交换机140相连的监测终端120的本地时钟126a的时钟为基准，同步与其相连的多个监测终端120的系统时钟126b。
请参考图6，为了便于说明，此处的多个监测终端120包括第一监测终端120a、第二监测终端120b和多个第三监测终端120c。第一监测终端120a与第二监测终端120b相连，第一监测终端120a和第二监测终端120b均与多个第三监测终端120c相连。第一监测终端120a和第二监测终端120b中的一个监测终端与网络交换机140相连。第一监测终端120a与第二监测终端120b中的一个监测终端与网络交换机140相连，此处是第一监测终端120a与网络交换机140相连。此处只是举例说明，第一监测终端120a和第二监测终端120b之后还可以根据需要连接更多个连接有多个第三监测终端120c的第一监测终端120a或第二监测终端120b。进行时钟同步时，以第一监测终端120a的本地时钟126a的时钟为基准，同步与其相连的多个第三监测终端120c的系统时钟126b和与其相连的第二监测终端120b的系统时钟126b。第二监测终端120b的系统时钟126b同步完成后，以第二监测终端120b的系统时钟126b为基准同步与其相连的多个第三监测终端120c的系统时钟126b。
上述三种监测终端120之间的连接方式中，任何两个相连的监测终端120之间均采用一条光纤130进行连接。这样可以节约光纤130的数量。从而节省成本。数据传输和时钟对时均通过这一条光纤130来实现。由于采用光纤进行数据传输与时钟对时，该高压电缆局部放电在线监测及定位系统100的数据与时钟信号传输距离远，抗干扰能力强。
该高压电缆局部放电在线监测及定位系统100在进行局部放电在线监测前会先进行时钟同步，即将各个监测终端120内的系统时钟126b进行时钟同步。在进行时钟同步时，以与网络交换机140直接相连的一个监测终端120的本地时钟126a的时钟为基准，将其它监测终端120的系统时钟126b与这个监测终端120的本地时钟126a进行同步。监测终端120内的控制处理单元128控制时钟管理单元126采用基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法同步通过网络接口124相连的监测终端的时钟。由于进行时钟同步时采用基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法，因此各个监测终端120内的系统时钟126b的同步精度较高。全部监测终端120的系统时钟126b同步完成后就可以进行局部放电的监测。在进行局部放电的监测时，控制处理单元128根据外部传来的控制信号和时钟管理单元126内的系统时钟126b的时间控制数据采集单元122采集传感器110产生的数据。其中，有些数据的采集需要各个监测终端120同时采集数据。由于时钟管理单元126内的系统时钟126b的同步精度较高，因此各个监测终端120可以实现较高精度的同步采集。这样得到的和同步采集相关的数据（例如进行局部放电定位时所需要的局部放电信号传输至不同监测终端所产生的时间差的数据）的精度也就较高，此处主要是进行放电源定位时产生的放电源位置数据的精度会得到有效的提高。该高压电缆局部放电在线监测及定位系统100最终得到的放电源位置数据的精确度也就较高。
该高压电缆局部放电在线监测及定位系统包括控制处理单元和时钟管理单元，控制处理单元控制时钟管理单元采用基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法同步相连监测终端的时钟。这样，相连监测终端的时钟同步精度就会较高，该高压电缆局部放电在线监测及定位系统同步采用精度也就较高，该高压电缆局部放电在线监测及定位系统最终得到的放电源位置数据的精确度也就较高。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种高压电缆局部放电在线监测及定位系统，包括多个用于采集高压电缆不同位置放电信号的传感器、与传感器通过同轴电缆相连的监测终端、与监测终端通过光纤相连的网络交换机以及与网络交换机通过光纤相连的放电监测集中器，所述监测终端的数量为多个，每个监测终端与同一位置的多个传感器相连，各个监测终端之间通过光纤相连，其特征在于，所述监测终端包括与传感器相连的数据采集单元、时钟管理单元、与时钟管理单元相连的网络接口和与数据采集单元及时钟管理单元相连的控制处理单元，所述控制处理单元与网络交换机相连，多个监测终端之间通过网络接口相连；所述控制处理单元控制所述数据采集单元和时钟管理单元的工作，所述数据采集单元采集传感器检测到的信号，所述控制处理单元控制所述时钟管理单元采用基于硬件时间戳的IEEE1588协议的高精度时钟同步方法同步相连监测终端的时钟，所述时钟管理单元包括本地时钟、系统时钟和时钟同步单元，所述本地时钟和系统时钟均与时钟同步单元相连，所述时钟同步单元通过网络接口将相互连接的两个监测终端中的一个监测终端的系统时钟与另一个监测终端的系统时钟进行同步，全部监测终端的系统时钟同步完成后，进行局部放电的监测。
2.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线监测及定位系统，其特征在于，所述本地时钟的时钟源为恒温晶振或者温控晶振。
3.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线监测及定位系统，其特征在于，所述时钟同步单元包括数字锁相环芯片。
4.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线监测及定位系统，其特征在于，所述多个监测终端相互串联在一起后与网络交换机相连。
5.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线监测及定位系统，其特征在于，所述多个监测终端中的其中一个监测终端与网络交换机相连并与其它监测终端相连。
6.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线监测及定位系统，其特征在于，所述多个监测终端包括第一监测终端、第二监测终端和多个第三监测终端，所述第一监测终端与第二监测终端相连，所述第一监测终端和第二监测终端均与多个第三监测终端相连，所述第一监测终端和第二监测终端中的一个监测终端与网络交换机相连。
7.根据权利要求1所述的高压电缆局部放电在线监测及定位系统，其特征在于，所述传感器为电磁感应式传感器。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Jiang Mingwu Inventor after: Chen Zhibiao Inventor after: Zhang Shulong Inventor after: Han Yexiang Inventor after: Hua Nenggui Inventor after: Zeng Zhanpeng Inventor before: Jiang Mingwu Inventor before: Chen Zhibiao Inventor before: Zhang Shulong Inventor before: Han Yexiang Inventor before: Hua Nenggui |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Online monitoring and positioning system for local discharge of high-voltage cable Effective date of registration: 20190327 Granted publication date: 20160420 Pledgee: Shanghai Pudong Development Bank Co., Ltd. Suzhou Branch Pledgor: Suzhou Guangge Equipment Co., Ltd. Registration number: 2019320010010 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| CP03 | Change of name, title or address |
Address after: 215123 3C, 3D, Aoyang Shunchang building, 270 Dongping street, Suzhou Industrial Park, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Suzhou Guangge Technology Co.,Ltd. Address before: Room b704, building 2, creative industry park, 328 Xinghu street, Suzhou Industrial Park, Suzhou City, Jiangsu Province Patentee before: SUZHOU GUANGGE EQUIPMENT Co.,Ltd. |
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20220314 Granted publication date: 20160420 Pledgee: Shanghai Pudong Development Bank Co.,Ltd. Suzhou Branch Pledgor: SUZHOU GUANGGE EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: 2019320010010 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |