CN108427089A - 一种非接触分布式测距系统的测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种非接触分布式测距系统的测试系统及方法，该测试系统由信号发生模块、信号处理模块、信号输出模块三部分组成，可以在任意时刻生成用做故障信号的暂态信号源，并对信号差异化处理，作为非接触测距装置采样信号，测试非接触测距装置功能。通过本发明输出的信号具有时间随机性，幅值可改变，含有大工频干扰信号，与实际线路信号情况一致，符合测试要求；同时可以模拟线路不同节点的时间延迟和信号衰减，输出多节点差异化信号。

Description

一种非接触分布式测距系统的测试系统及方法

技术领域

本发明涉及电力设备技术领域，具体涉及一种非接触分布式测距系统的测试系统及方法。

背景技术

行波法测距在电网故障测距应用中越来越广泛，行波信号非常微弱，为了保证测距装置采集到理想行波信号，测距装置一般采用分布式安装，每隔30km～60km需要在线路上安装一套设备，传统接触式测距装置一般高空带电安装，并且每个节点需要安装三台，工程量大，安装危险，成本高。非接触式测距装置与高压无接触，无需停电就可安装，每个节点只需安装一台，安装方便安全，成本低，应用越来越广泛。然而非接触测距装置出现时间比较短，工程应用相对比较少，装置不成熟，需要收集大量数据分析优化。实际线路中故障发生频率少，数据收集困难，周期长，调试维护不方便，成本也高，获取数据的主要途径是通过实验测试。目前，非接触式测距装置还没有有效的测试方法和测试系统。实验测试系统中，最重要的是产生符合实际情况的故障信号，现有测试方法只能在固定位置、设定时刻产生故障信号，没有随机性。同时，对一条线路多台测距装置的节点模拟更是少之甚少。

发明内容

为了实现更方便测试设备，获取实验数据，缩短测试周期，优化设备性能的目的，本发明提出了一种非接触分布式测距系统的测试系统及方法。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明公开了一种非接触分布式测距系统的测试系统，包括：信号发生模块，信号处理模块，信号输出模块三部分。其中：

信号发生模块用来生成随机信号，代替实际中故障信号。该模块通过单片机组成伪随机信号发生器，模块生成随机数，根据随机数计算信号间隔时间，保证信号间隔时间具有随机性。模块也可设定信号幅值大小。通过该模块可以获得一个任意时刻可改变幅值的故障信号；

信号处理模块用来对信号发生模块产生的信号做处理。根据实际情况，对信号处理包括三个部分：①对信号到达各节点的时间差异性处理；②到达各节点线路损耗造成的信号强度衰减处理；③添加工频信号，对故障信号干扰处理；

输出模块提供测试系统与被测设备接口，通过接口处理转化使测试系统产生的故障信号能被被测设备采集到。

本发明提供的一种非接触分布式测距系统的测试方法，按顺序执行下列步骤：

步骤一、通过信号发生模块获得故障信号。模块设计成伪随机信号发生器，设定一段时间作为循环周期，给定一个循环周期内故障信号数量。模块通过伪随机序列生成随机数，通过给定随机数与间隔时间关系，求得随机的间隔时间，间隔时间到达后，发生器输出一个信号源，作为故障信号。保证一个循环周期内故障信号的数量与给定一致，两个故障之间间隔时间是随机的。此外，信号的幅值和故障发生位置可以随机设定，满足实际情况中线路故障发生的随机性。

步骤二、信号处理模块计算设定节点时间延迟。节点时间延迟由信号处理模块实现，根据需要给定节点之间的距离，距离确定后，计算获得信号到达各节点时间，根据计算结果设定相应的延迟时间，可以模拟距离故障点不同长度的节点。处理后的信号可以同时产生多个时间延迟。

步骤三、信号处理模块给定节点处电压幅值和方向。信号处理模块根据节点与故障点的位置关系获得节点处信号方向和强度，信号衰减受线路阻抗影响，距离故障点越远，衰减程度越大，通过位置计算线路损耗，给定各个节点信号幅值和方向。也可根据实际情况，给定各个节点对应信号幅值和方向，模拟故障信号在线路上的衰减。处理后的信号可以同时产生多组幅值的信号。

步骤四、信号处理模块添加工频干扰信号。实际装置采样波形包含工频信号和行波信号，装置应满足在工频信号环境下，识别行波信号并启动。为了更好模拟实际情况，发生器产生的信号需要添加工频干扰信号，通过互感器，产生工频干扰，使信号中含有工频成分。处理后的信号与实际信号一致。

步骤五、故障信号通过信号输出模块处理输出。信号输出模块提供接口将产生的信号连接到测距装置。非接触分布式测距装置通过采集电场强度获得行波信号，信号输出模块通过平面电场和电流环对外形成输出，构成可供被测设备使用的波形信号。信号输出模块可以提供多路不同信号的输出接口。

本发明提供的一种非接触分布式测距系统的测试方法，基于实际故障信号及测距装置采样特点，根据方法步骤，可以生成与实际故障信号一致的随机信号，并且提供线路节点模拟。只需要将测距装置连接到测试系统的输出接口上，就能模拟实际故障信号，测试线路上不同节点处测距装置对信号的响应情况，完成测距装置功能的测试，获得实验数据。

有益效果：

1.输出电压信号，满足电场测试要求；输出电流信号，满足磁场测试要求；输出的信号附加工频干扰，测试暂态启动识别；

2.可以输出不同时延的多通道信号，模拟长线路的不同节点；可以输出不同幅值的多通道信号，模拟线路衰减和宽动态范围；

3.暂态信号产生具有随机性，信号之间间隔时间不固定，模拟现场信号过程；

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1一种非接触分布式测距系统的测试方法结构框图；

图2一种非接触分布式测距系统的测试方法工作步骤示意图；

图3单条线路测距装置分布示意图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

对具体实施方式作说明，本实例设定8小时一个循环周期，一个周期产生31个故障信号，时间间隔随机产生，模拟产生电压信号，提供10个输出通道数用来连接10台设备，模拟线路长度430公里，8小时周期，产生31个故障，电压幅值设定为10V，试验波速v＝294.98525m/us。

本发明提供的一种非接触分布式测距系统，包括：信号发生模块，信号处理模块，信号输出模块三部分。图1为一种非接触分布式测距系统的测试方法结构框图，其中：

信号发生模块用来生成随机信号，代替实际中故障信号，本质是一个伪随机信号发生器。该模块由单片机组成，用来计算设定信号的间隔时间，给定信号的幅值大小，控制信号的发生。该模块通过软件程序实现一定时间内生成随机个数、随机时刻、随机幅值的暂态信号。其中循环周期内信号个数和信号幅值、故障发生位置都可以设定；

信号处理模块用来对信号发生模块产生的信号做处理。根据实际情况，模拟线路多个节点处信号。对信号处理包括三个部分：①对信号到达各个节点时间做出延迟；②信号到达各节点在线路上衰减；③添加工频干扰信号；通过模块处理后，能够模拟不同位置各节点采集的信号时间和强度；

输出模块提供信号与被测装置通信接口，保证产生的信号能够被被测装置采样。其中每个输出接口对应一个节点装置，模拟不同位置的节点；

本发明提供的一种非接触分布式测距系统的测试方法，具体包括：信号发生模块内部，处理器通过伪随机序列生成随机数并计算故障间隔时间，时间间隔到，生成信号源，用作故障信号，信号幅值可以调节。信号处理模块中，根据线路上多个节点信号变化情况，系统对各节点信号作时间延迟和电压衰减处理，不同节点信号需要做差异化处理，最后系统添加工频干扰信号，模拟实际启动环境，信号处理模块处理后的信号分多路进入信号输出模块，输出模块将信号处理成能被非接触测距装置采集的信号供其使用。

本发明公开的测试方法如图2所示，按顺序执行下列步骤：

其中步骤一完成生成随机数，计算间隔时间，产生故障信号；步骤二计算并设定线路时间延迟；步骤三设定各节点信号电压幅值；步骤四对暂态信号施加工频干扰信号；步骤五完成信号输出。

每一步的具体实现方法如下：

步骤一、随机生成故障时刻，产生暂态信号。具体方法为：该步骤由信号发生模块完成，首先设定8小时为一个循环周期，一个周期内产生31个故障信号，信号电压幅值设定为10V，电流幅值为100mA，相邻故障间隔时间随机的，随机性通过系统生成随机数保证，随机数范围0～30，符合正态分布。随机数是靠单片机通过伪随机序列公式1+x²+x⁵驱动产生，通过伪随机序列生成随机数t，设定间隔时间T是为一个关于随机数t的函数，保证间隔时间的随机性，其计算函数为T＝τ^t，其中τ是最小间隔时间。计算出间隔时间T后，通过调整定时器计数，控制信号的间隔时间。信号间隔时间计算通过软件实现。

步骤二、给定线路不同节点时间延迟，模拟线路长度。具体方法为：装置提供10个输出通道可以模拟线路上10个节点。节点之间距离设定在30km～60km，故障点设定在节点5和6之间。图3为线路节点分布图，各节点之间距离及节点与故障点之间距离如图3。距离设定好，通过公式可求出延迟时间，通过软件给定线路上不同节点延迟时间。

步骤三、给定各节点信号电压衰减。具体方法为：节点距离故障点距离不同，根据距离，设定不同电压幅值，距离越远，电压幅值越小，节点电压有正负，设定幅值依次为：-0.039V，-0.156V，-0.625V，-2.5V，-10V，+10V，+2.5V，+0.625V，+0.156V，+0.039V。

步骤四、施加工频信号干扰，模拟启动条件。具体方法为：对每个节点的信号都施加工频信号干扰，利用互感器将工频信号施加到节点信号中，使发生信号含有工频干扰信号。

步骤五、信号输出，具体方法为：将发生处理后的信号处理成能被测距装置采集到的信号并输出。其中电压信号通过平面电场、电流信号通过电流环的对外形式输出。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种非接触分布式测距系统的测试系统，其特征在于，包括：

信号发生模块：在设定时间内生成随机个数、随机时刻、随机幅值的暂态故障信号；

信号处理模块：对信号发生模块产生的暂态故障信号做时间延迟、电压衰减以及工频干扰处理，获得多组不同故障信号；

信号输出模块：提供测试系统与被测设备接口，通过接口处理转化使测试系统产生的故障信号被被测设备采集到。

2.如权利要求1所述的一种非接触分布式测距系统的测试系统，其特征在于，所述信号生成模块通过单片机组成伪随机信号发生器，信号生成模块生成随机数，根据随机数计算信号间隔时间，保证信号间隔时间具有随机性。

3.如权利要求1所述的一种非接触分布式测距系统的测试系统，其特征在于，所述信号生成模块在循环周期内生成的信号个数、信号幅值以及故障发生位置根据需要进行设定。

4.如权利要求1所述的一种非接触分布式测距系统的测试系统，其特征在于，所述信号处理模块对故障信号进行处理具体包括：①对信号到达各节点的时间差异性处理；②到达各节点线路损耗造成的信号强度衰减处理；③添加工频信号，对故障信号干扰处理。

5.一种非接触分布式测距系统的测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、通过信号发生模块获得故障信号；

步骤二、信号处理模块计算设定节点时间延迟；

步骤三、信号处理模块给定节点处电压幅值和方向；

步骤四、信号处理模块添加工频干扰信号；

步骤五、处理后的故障信号通过信号输出模块处理输出。

6.如权利要求5所述的一种非接触分布式测距系统的测试方法，其特征在于，所述通过信号发生模块获得故障信号，具体方法为：模块设计成伪随机信号发生器，设定一段时间作为循环周期，一个周期内设定故障信号数量；模块生成随机数，给定随机数与间隔时间的关系，获得随机的间隔时间，间隔时间到达后，发生器输出一个信号源，作为故障信号；生成故障信号的数量和间隔时间都是随机的，信号的幅值、故障发生位置根据需要随机设定。

7.如权利要求5所述的一种非接触分布式测距系统的测试方法，其特征在于，所述信号处理模块计算设定节点时间延迟，具体方法为：根据需要给定节点之间的距离，距离确定后，计算获得信号到达各节点时间，根据计算结果设定相应的延迟时间，模拟出距故障点不同长度的节点；处理后的信号能够同时产生多个时间延迟。

8.如权利要求5所述的一种非接触分布式测距系统的测试方法，其特征在于，所述信号处理模块给定节点处电压幅值和方向，具体方法为：根据节点与故障点的位置关系获得节点处信号方向和强度，衰减受线路阻抗影响，距离故障点越远，衰减程度越大，计算线路损耗，给定各个节点信号幅值和方向；根据实际情况，给定各个节点对应信号幅值和方向，模拟信号在线路上的衰减；处理后的信号能够同时产生多组幅值的信号。

9.如权利要求5所述的一种非接触分布式测距系统的测试方法，其特征在于，所述信号处理模块添加工频干扰信号，具体方法为：通过互感器，产生工频干扰，使信号中含有工频成分。

10.如权利要求5所述的一种非接触分布式测距系统的测试方法，其特征在于，所述故障信号通过信号输出模块处理输出，具体方法为：非接触分布式测距装置通过采集电场强度获得行波信号，信号输出模块将信号以平面电场和电流环对外形成输出，构成可供被测设备使用的波形信号。