CN105403780A - 一种带电安装的便携式故障录波器 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种带电安装的便携式故障录波器，其系统结构包括独立电源，传感器插件，开关量，GPS对时，ADSP插件，CPU插件以及温度/湿度传感器模块；独立电源为各个插件提供额定电源电压；传感器插件将电压和电流变换为录波器内部可以接收的信号，实现带电采集回路电流信号；开关量接收电力系统输入的开关量信号，对开关量信号进行输入输出隔离，形成安全开关信号；GPS对时采用硬件脉冲和IGIR-B码对时方式实现录波器与GPS时钟同步；ADSP插件接收模拟电压信号和模拟电流信号，接收开关量提供的安全开关信号；CPU插件接收ADSP插件发送的录波数据，完成录波数据的存储、通信、分析。
Description
技术领域
本专利涉及电力系统的故障录波器，特别涉及一种带电安装的便携式故障录波器。
背景技术
目前目前变电站10kV线路保护录波都没有接入单独的故障录波器，且存在很多线路保护装置不具备录波功能，或者录波的调取需要通过串口连接笔记本电脑调取，但是串口的联通存在一定的几率，不能保证波形调取一定成功。采用便携式故障录波器目前均需要停电安装和停电拆除，与目前供电可靠性要求越来越高的现状相抵触。
研究便携式故障录波器带电安装的可行性的意义就在于，如果能够实现便携式故障录波器带电、安全、方便、快捷的安装和拆除，则可以在有需要时及时方便的调取波形，分析实际故障情况，查找原因和存在的问题，以便更快速、准确地解决配网的问题，提升配网的分析水平和实际运行可靠性。
发明内容
本发明的目的是提出改变现有便携式故障录波器装置的技术，在保持原有便携式录波器的基础上增加可带电安装功能。
为实现本发明之目的，采用以下技术予以实现，一种带电安装的便携式故障录波器，其系统包括独立电源、传感器插件、开关量、GPS对时、ADSP插件、CPU插件以及温度/湿度传感器模块；
所述独立电源，用于给各个插件提供额定电源电压，使得每个插件正常工作；
所述传感器插件，用于将高电压或大电流与录波器设备隔离，避免录波器故障影响到一次设备，将电压或电流信号变换为录波器内部AD变换可以接收的5V信号，带电采集回路电流信号；
所述开关量，用于接收电力系统输入的开关量信号，对开关量信号进行输入输出隔离，形成安全开关信号传输给ADSP插件；
所述GPS对时，用于接收电力系统输入的GPS对时信号，采用硬件脉冲和IRIG-B两种对时方式实现与GPS始终同步，并向ADSP插件提供对时信息；
所述ADSP插件，用于接收传感器插件发送的模拟电压信号和模拟电流信号，接收电力系统输入的开关量提供的安全开关信号，并接收电力系统输入的GPS对时提供的对时信号，完成数据采集，启动判据，GPS对时，向CPU插件传输录波数据，并接收CPU插件提供的定值信息；
温度/湿度传感器模块通过ADSP插件与CPU插件连接，该传感器模块包括温度传感器以及湿度传感器；
所述CPU插件，用于接收ADSP插件发送的录波数据，完成录波数据的存储、通信、分析，向ADSP插件发送定值信息。
本发明的有益效果是：在数据采集端加入各种传感器插件，利用各种传感器插件实现便携式故障录波器带电、安全、方便和快捷的安装和拆除，而且温度/湿度传感器模块可以检测环境温度和湿度，确保录波器安全稳定运行，在有需要时及时方便的调取波形，分析实际故障情况，查找原因和存在的问题，以便更快速、准确地解决配网的问题，提升配网的分析水平和实际运行可靠性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，所述传感器插件为两个8通道的TV/TA传感器插件，一个8通道的霍尔电流和钳形表电流传感器插件，一个8通道的直流传感器插件；
所述TV/TA传感器插件，用于采集固定量程的交流电压信号和交流电流信号的传感器插件，并将采集的数据传输给ADSP插件；
所述霍尔电流和钳形表电流传感器插件，用于采集固定量程的交直流电流信号，霍尔电流传感器插件用于采集交直流电流信号，钳形表用于采集交流电流信号；
所述直流传感器插件，用于采集不同量程的直流电流/电压信号。
采用上述进一步方案的有益效果是采用TV/TA传感器插件可以采集高精度交流电压/电流信号，采用钳形表电流传感器可在回路带电情况下轻松采集回路交流电流信号,采用霍尔传感器可以准确采集高电流的交流或直流信号，采用直流传感器插件可以采集不同量程直流电压/电流信号，最终实现多量程、多接口自动选择技术，满足现场的不同需求。
进一步，所述开关量为一个16通道的开关量DC24V空节点和一个16通道的开关量DC110V/220V有源节点；
所述开关量DC24V空节点，用于采集低压开关量信号，通过隔离开关量输入输出信号，形成安全开关信号，之后将安全开关信号发送给ADSP插件。
所述开关量DC110V/220V有源节点，用于采集高压开关量信号，通过隔离开关量输入输出信号，形成安全开关信号，之后将安全开关信号发送给ADSP插件。
采用上述进一步方案的有益效果是实现高压和低压开关量的输入输出信号隔离，避免录波器发生故障影响到一次设备正常运行，并形成安全开关信号传输给ADSP插件。
进一步，所述GPS对时为硬件脉冲(分、秒)对时和IRIG-B对时方式。硬件脉冲一般选择分脉冲方式，通过分脉冲给录波单元对时时，可人工给录波单元设置一次精确到分钟的时间；采用IRIG-B(DC)编码给录波单元对时，只需要人工给录波单元设置一次精确到年的时间，录波单元就可以与GPS时钟同步。
采用上述进一步方案的有益效果是时+分+秒脉冲对时可以校对时间的分、秒、毫秒、微秒位；IRIG-B码采用固定编码的对时信息，对时方便，精度高，标准对时方式，不存在兼容问题。
进一步，所述ADSP插件为单片DSP+FPGA。单片高速32位浮点DSP+FPGA(75000逻辑门)实现32路模拟量32路开关量的硬件同步数据采集控制。完成信号的采集、启动计算、启动判断及数据传输。DSP从FPGA读取采样数据和时标，保存于动态存储器SDRAM中，并将数据打包后传输给CPU插件。
采用上述进一步方案的有益效果是采用单片高速32位浮点DSP+FPGA实现32路模拟量32路开关量高精度同步采样技术，其集成度高，抗干扰性强，系统运行稳定；采用FPGA对信号进行采样，可实现快速精确采样；采用DSP进行运算及录波控制，更加快速精确。
进一步，所述启动录波的条件包括电压/电流突变量启动、电压/电流越限量启动、电压/电流序量启动和开关量变位启动。
采用上述进一步方案的有益效果是设置启动录波条件及启动行波测距的条件，有益于安全实现录波及行波测距的过程，挺高系统运行的可靠性。
附图说明
图1为本发明整体结构框图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、独立电源，2、传感器插件，3、开关量，4、GPS对时，5、ADSP插件，6、CPU插件，7、温度/湿度传感器模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1所示，本发明提供的一种带电安装的便携式故障录波器，其系统结构包括独立电源1、传感器插件2、开关量3、GPS对时4、ADSP插件5、CPU插件6以及温度/湿度传感器模块7；
所述独立电源1，用于给各个插件提供额定电源电压，使得每个插件正常工作。
所述传感器插件2，用于将高电压或大电流与录波器设备隔离，避免录波器故障影响到一次设备，将电压或电流信号变换为录波器内部AD变换可以接收的5V信号，带电采集回路电流信号。
所述开关量3，用于接收电力系统输入的开关量信号，对开关量信号进行输入输出隔离，形成安全开关信号传输给ADSP插件5。
所述GPS对时4，用于接收电力系统输入的GPS对时信号，采用硬件脉冲和IRIG-B两种对时方式实现与GPS始终同步，并向ADSP插件5提供对时信息。
所述ADSP插件5，用于接收传感器插件发送的模拟电压信号和模拟电流信号，接收电力系统输入的开关量提供的安全开关信号，并接收电力系统输入的GPS对时提供的对时信号，完成数据采集，启动判据，GPS对时，向CPU插件6传输录波数据，并接收CPU插件6提供的定值信息；
温度/湿度传感器模块通过ADSP插件5与CPU插件连接，该传感器模块包括温度传感器以及湿度传感器；
所述CPU插件6，用于接收ADSP插件5发送的录波数据，运行嵌入式实时操作系统VxWorks，完成录波数据的存储、通信、分析，向ADSP插件5发送定值信息。
所述传感器插件3为两个8通道的TV/TA传感器插件，一个8通道的霍尔电流和钳形表电流传感器插件，一个8通道的直流传感器插件；
所述TV/TA传感器插件，用于采集固定量程的交流电压信号和交流电流信号的传感器插件，并将采集的数据传输给ADSP插件5；
所述霍尔电流和钳形表电流传感器插件，用于采集固定量程的交直流电流信号，霍尔电流传感器插件用于采集交直流电流信号，钳形表用于采集交流电流信号；
所述直流传感器插件，用于采集不同量程的直流电流/电压信号。
所述开关量为一个16通道的开关量DC24V空节点和一个16通道的开关量DC110V/220V有源节点；
所述开关量DC24V空节点，用于采集低压开关量信号，通过隔离开关量输入输出信号，形成安全开关信号，之后将安全开关信号发送给ADSP插件。
所述开关量DC110V/220V有源节点，用于采集高压开关量信号，通过隔离开关量输入输出信号，形成安全开关信号，之后将安全开关信号发送给ADSP插件。
所述GPS对时为硬件脉冲(分、秒)对时和IRIG-B对时方式。硬件脉冲一般选择分脉冲方式，通过分脉冲给录波单元对时时，可人工给录波单元设置一次精确到分钟的时间；采用IRIG-B(DC)编码给录波单元对时，只需要人工给录波单元设置一次精确到年的时间，录波单元就可以与GPS时钟同步。
所述ADSP插件为单片DSP+FPGA。单片高速32位浮点DSP+FPGA(75000逻辑门)实现32路模拟量32路开关量的硬件同步数据采集控制。完成信号的采集、启动计算、启动判断及数据传输。DSP从FPGA读取采样数据和时标，保存于动态存储器SDRAM中，并将数据打包后传输给CPU插件。
所述启动录波的条件包括电压/电流突变量启动、电压/电流越限量启动、电压/电流序量启动和开关量变位启动。
主要指标
a)传感器插件和开关量
1)交流电压(TV)插件
●通道数量：8路；额定电压：57.7V；额定频率：50Hz；量程：180Vrms；
2)交流电流(TA)插件
●通道数量：8路；额定电流：5A；额定频率：50Hz；量程：180Arms；
3)霍尔/钳形表插件
●交直流电流(霍尔)通道数量：4路；量程：125Arms；
●交流电流(钳形表)通道数量：4路；量程：100Arms；额定频率：50Hz；
4)直流插件
●直流电压通道：2路；测量范围：0V—+750V
●直流电压通道：2路；测量范围：0V—+300V
●直流电压通道：2路；测量范围：0V—+10V
●直流电压通道：1路；测量范围：0V—+200mV
●直流电流通道：1路；测量范围：0mA—+20mA
5)开关量
●DC24V空节点；通道数量：16路
●DC110V/220V有源节点；通道数量：16路
b)性能指标
●信号采集与启动计算采用单DSP构架，由1片DSP实现32路模拟量，32路开关量的接入；同时采用新型电路结构和75000门大规模可编程逻辑器件，集成度高，抗干扰能力强，系统运行稳定。
●32位高速浮点数字信号处理器(DSP)，16位A/D，采样速率10kHz可调，谐波分辨率≤99次，开关事件分辨率0.1ms；
●采用高性能实时嵌入式操作系统VxWorks，系统稳定、可靠，实时性好；
●支持长时间连续纪录，装置能以1KHz的采样值连续记录，记录数据以7天为周期刷新，数据保持时间只受通道数和存储器容量限制，摒弃了传统的一周波一个点的有效值慢扫描记录；
●不定长动态录波和故障测距，金属性短路的测距精度优于2％；
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种带电安装的便携式故障录波器，其特征在于:包括独立电源(1)，传感器插件(2)、开关量模块(3)，GPS对时模块(4)、ADSP插件(5)、CPU插件(6)以及温度/湿度传感器模块(7)；
所述独立电源(1)，用于给各个插件提供额定电源电压，使得每个插件正常工作；
所述传感器插件(2)，用于将高电压或大电流与录波器设备隔离，避免录波器故障影响到一次设备，将电压或电流变换为录波器内部可以接收的信号，带电采集回路电流信号；
所述开关量模块(3)，用于接收电力系统输入的开关量信号，对开关量信号进行输入输出隔离，形成安全开关信号传输给ADSP插件(5)；
所述GPS对时模块(4)，用于接收电力系统输入的GPS对时信号，采用硬件脉冲和IRIG-B两种对时方式实现与GPS始终同步，并向ADSP插件(5)提供对时信息；
所述ADSP插件(5)，用于接收传感器插件(2)发送的模拟电压信号和模拟电流信号，接收电力系统输入的开关量(3)提供的安全开关信号，并接收电力系统输入的GPS对时(4)提供的对时信号，完成数据采集，启动判据，GPS对时，向CPU插件(6)传输录波数据，并接收CPU插件(6)提供的定值信息；
温度/湿度传感器模块(7)通过ADSP插件(5)与CPU插件(6)连接，该传感器模块包括温度传感器以及湿度传感器；
所述CPU插件(6)，用于接收ADSP插件(5)发送的录波数据，完成录波数据的存储、通信、分析，向ADSP插件(5)发送定值信息。
2.根据权利要求1所述的一种带电安装的便携式故障录波器，其特征在于：所述传感器插件(2)为两个8通道的TV/TA传感器插件，一个8通道的霍尔电流和钳形表电流传感器插件，一个8通道的直流传感器插件；
所述TV/TA传感器插件，用于采集固定量程的交流电压信号和交流电流信号的传感器插件，并将采集的数据传输给ADSP插件(5)；
所述霍尔电流和钳形表电流传感器插件，用于采集固定量程的交直流电流信号，霍尔电流传感器插件用于采集交直流电流信号，钳形表用于采集交流电流信号；
所述直流传感器插件，用于采集不同量程的直流电流/电压信号。
3.根据权利要求1所述的一种带电安装的便携式故障录波器，其特征在于：所述开关量模块(3)为一个16通道的开关量DC24V空节点和一个16通道的开关量DC110V/220V有源节点；
所述开关量DC24V空节点，用于采集低压开关量信号，通过隔离开关量输入输出信号，形成安全开关信号，之后将安全开关信号发送给ADSP插件(5)；
所述开关量DC110V/220V有源节点，用于采集高压开关量信号，通过隔离开关量输入输出信号，形成安全开关信号，之后将安全开关信号发送给ADSP插件(5)。
4.根据权利要求1所述的一种带电安装的便携式故障录波器，其特征在于：所述ADSP插件(5)为单片DSP+FPGA。
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