CN110702975A - 一种暂态过电压录波仪 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种暂态过电压录波仪,包括:输入调节模块,用于对输入的A、B、C三相电压信号进行电压大小调节;A/D采样模块,用于对输入调节模块输出的A、B、C三相电压信号进行采样,并将采样获得的信号传递给处理器FPGA模块和缓存模块;缓存模块对接收到的数据进行缓冲;FPGA模块将接收到的数据与设定值比较,当数据值超过设定值,则判断暂态过电压发生,FPGA模块送出控制信号至CPU,CPU读取参与比较时刻缓冲器位置往前预设时刻的缓冲模块中的数据以及往后预设时刻的缓冲模块中的数据,并将读取的数据以发生暂态过电压的时刻点时间为文件名,形成数据文件,实现了能够记录暂态过电压波形且能长时间在线记录暂态过电压波形的技术效果。

Description

一种暂态过电压录波仪
技术领域
本发明涉及电力系统领域,具体地,涉及一种暂态过电压录波仪。
背景技术
电力系统是为人民的生活、生产提供安全、稳定、可靠的50Hz优质电能,由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费系统。是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能,再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。电力系统的主体结构有电源(水电站、火电厂、核电站等发电厂),变电所(升压变电所、负荷中心变电所等),输电、配电线路和负荷中心。各电源点还互相联接以实现不同地区之间的电能交换和调节,从而提高供电的安全性和经济性。输电线路与变电所构成的网络通常称电力网络。电力系统的基本要求是保证安全可靠地向用户供应质量合格、价格便宜的电能。所谓质量合格,就是指电压、频率、正弦波形这3个主要参量都必须处于规定的范围内。
安全状态指电力系统的频率、各点的电压、各元件的负荷均处于规定的允许值范围,并且,当系统由于负荷变动或出现故障而引起扰动时,仍不致脱离正常运行状态。由于电能的发、输、用在任何瞬间都必须保证平衡,而用电负荷又是随时变化的,因此,安全状态实际上是一种动态平衡,必须通过正常的调整控制(包括频率和电压──即有功和无功调整)才能得以保持。
电力系统是一个庞大而复杂的大系统,在运行的过程中,会遭受各种暂态过电压的影响,暂态过电压将造成电力系统运行不安全,甚至击穿绝缘介质,造成短路,跳闸。
电力系统过电压包括外过电压和内过电压,外过电压又称雷电过电压、大气过电压;内过电压是电力系统内部运行方式发生改变而引起的过电压,有暂态过电压、操作过电压和谐振过电压。暂态过电压会是正常工作电压的几倍。
现有的录波仪,由于采样频率低,只能记录工频故障电压,不能记录暂态过电压波形。
现有的暂态过电压测试仪,由于数据存储问题,不能长时间在线记录暂态过电压波形。
发明内容
本发明提供了一种暂态过电压录波仪,目的是对A、B、C三相进行同步采样,记录暂态过电压发生时刻的A、B、C三相波形数据,了解暂态过电压的全部波形过程,延长暂态过压后记录时间,以发生暂态过电压的时刻点时间为文件名,形成数据文件。
为实现上述发明目的,本申请提供了一种暂态过电压录波仪,所述录波仪包括:
输入调节模块,用于对输入的A、B、C三相电压信号进行电压大小调节;
A/D采样模块,用于对输入调节模块输出的A、B、C三相电压信号进行采样,并将采样获得的数据信号传递给处理器FPGA模块和缓存模块;
缓存模块对接收到的数据进行缓冲;
FPGA模块将接收到的数据与设定值比较,当数据值超过设定值,则判断暂态过电压发生,FPGA模块送出控制信号至CPU,CPU读取参与比较时刻缓冲器位置往前预设时刻的缓冲模块中的数据以及往后预设时刻的缓冲模块中的数据,并将读取的数据以发生暂态过电压的时刻点时间为文件名,形成数据文件。
优选的,所述录波仪还包括传感器,用于拾取A、B、C三相电压信号,对于传输网络,电压等级较高,互感器多使用电容式互感器,就要配套专用的电场分压传感器。
优选的,预设时刻为200ms。
优选的,A/D采样模块具有三个独立通道,采样率为20MHz至40MHz,分辨率为14bit。
优选的,缓存模块分为两级,一级缓存分为两个区,A、B、C三相三个通道同步采集,采集的数据数据按A、B、C的顺序在一级缓存第一分区内循环存储,同时将每次A/D变换的数据送FPGA内与预置的数据进行比较,当A/D变换的数据值大于预置的数据值,则判断有过压产生,FPGA送出控制信号给CPU,CPU将A/D转换的数据转存至一级缓存的第二分区,继续采集;CPU读取一级缓存第一分区有效数据,有效数据为发生过压时刻数据点的前200ms和后200ms的数据,并将读取的有效数据存至第二缓存,同时CPU将第二缓存的有效数据打包成文件存至硬盘,以完成一次暂态过压波形数据的记录。
优选的,CPU将第二缓存的有效数据以发生过压时刻的时间点,年月日时分秒为文件名。
优选的,CPU内置操作系统,用于完成参数设置,控制数据在一级缓存的一、二分区转换存储,读取一级缓存的数据至第二级缓存,打包有效数据成文件存至硬盘。
优选的,所述录波仪还包括LCD显示屏,用于录波仪显示工作模式及工作状态,LCD显示屏设有人机对话接口,用于参数设置及数据输入,用于显示过电压数据波形。
优选的,所述录波仪还包括硬盘,用于存储有效数据文件,容量为1TB。
优选的,一级缓存容量为2GB,二级缓存容量为1GB,一级缓存分为两个区,每个区的容量为1GB。
其中,对于暂态过电压信号由于波头快,在us级,就要采样速率高,分辨率高。同时,暂态过电压的发生是随机的,就要一直连续不断的对A、B、C三相信号进行高速率的数据采集,这样,数据率就会很庞大。20MHZ的采样率,14bit的分辨率,一个通道1秒钟,就有40MB的数据,A、B、C三个通道就有120MB的数据量;若是40MHz的采样率,14bit的分辨率,一个通道1秒钟就有80MB的数据量,A、B、C三个通道就有240MB的数据量。要保证A、B、C三个通道,一直连续不断采集,数据不丢失,采用一级缓存和二级缓存,一级缓存又分成两个分区,两个分区轮换存储,当在读取一个分区的数据时,为了保证A/D数据不丢失,就将A/D数据转至另一分区存储。由于CPU在打包有效数据成数据文件存至硬盘时间较长,采取第二缓存,将有效数据缓存至第二缓存,留出第一缓存的占用分区,以适应下一次过电压的发生,这样就保证了A、B、C三通道的连续不间断采样,数据不会丢失。
本申请提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
目前电网内没有记录暂态过电压波形的设备,现配置的录波仪,只能记录工频故障电压波形。本发明通过多次实验,可以完整记录雷电过电压、操作过电压、谐振过电压等电网内所有的暂态过电压信号波形。暂态过电压波形数据,可以提供给维检人员分析暂态过电压的起始过程、过电压幅值、过电压时长等重要参数,为电网的安全运行设置绝缘等级、分析闪烁及跳闸原因,提供有力的数据依据。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解,构成本申请的一部分,并不构成对本发明实施例的限定;
图1是暂态过电压录波仪的系统框图;
图2是输入调节示意图;
图3为A/D采样模块组成示意图;
图4是二级缓存示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是,在相互不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是,本发明还可以采用其他不同于在此描述范围内的其他方式来实施,因此,本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明采用20MHz到40MHz的采样率,14bit分辨率,对A、B、C三相同步采样,记录暂态过电压发生时刻的前200ms和后200ms做详细记录,了解暂态过电压的全部波形过程。对过电压时间超过200ms的,系统自动判定,延长暂态过压后记录时间。
A、B、C三相同步连续采集,数据重复覆盖2GB缓存,同时数据送FPGA的DSP与设定值比较,当数据值超过设定值,认定暂态过电压发生,FPGA送出控制信号至CPU,CPU读取参与比较时刻缓冲器位置往前读取200ms缓冲器数据,往后200ms数据,以发生暂态过电压的时刻点时间为文件名,形成数据文件,存至1TB硬盘。
请参考图1,图1为暂态过电压录波仪的系统框图,暂态过电压录波仪包括:
(1)、传感器
对于配网,不用传感器,直接从互感器上拾取A、B、C三相电压信号。对于传输网络,电压等级较高,互感器多使用电容式互感器,就要配套专用的电场分压传感器。
(2)、输入调节
对输入的A、B、C三相电压信号,调节输出0.2V-1V。
(3)、A/D采样
三个独立通道,对A、B、C三相同步采样,采样率20MHz-40MHz,可调,分辨率14bit。三个通道40MHz采样率时的数据率:240MB/S。
(4)、缓存
缓存分为两级,一级缓存容量为2GB,二级缓存容量为1GB。一级缓存又分为两个区,每个区的容量为1GB,A、B、C三相三个通道同步采集,数据按A、B、C的顺序在一级缓存第一分区的1GB内循环存储,同时将每次A/D变换的数据送FPGA内与预置的数据进行比较,当A/D变换的数据值大于预置的数据值,就认为有过压产生,FPGA就送出控制信号给CPU,CPU就将A/D转换的数据转存至一级缓存的第二分区1GB,继续采集。CPU读取一级缓存第一分区1GB的有效数据,有效数据为发生过压时刻数据点的前200ms,和后200ms,并将读取的有效数据存至第二缓存,同时CPU将第二缓存的有效数据,以发生过压时刻的时间点,年月日时分秒为文件名,将数据打包成文件存至硬盘,以完成一次暂态过压波形数据的记录。
(5)、FPGA
完成A/D、缓存、CPU等的系统逻辑控制,同时将每次A/D变换的数据与内置的数据值进行比较,当过压产生时,送出控制信号。
(6)、CPU
内置操作系统(LINUX或WINDOWS),完成参数设置,控制数据在一级缓存的一、二分区转换存储,读取一级缓存的有效数据至第二级缓存,打包有效数据成文件存至硬盘,控制LCD显示,控制U盘读取硬盘数据文件。
(7)、LCD显示屏
显示工作模式及工作状态,人机对话接口,参数设置及数据输入;调看硬盘数据文件,显示过电压数据波形,并可随意放大、缩小显示波形。
(8)、硬盘
存储有效数据文件,容量为1TB,按每次过压记录400ms时间波形数据为96MB,可以至少记录1万次过压信号波形。
请参考图2,图2为输入调节示意图,R1、R2、R3起限流,RW1、RW2、RW3调节输出电压信号,使输出为0.2V-1V。
2、A/D采样
请参考图3,图3为A/D采样模块组成示意图,A/D为单路,3路独立的A/D采样,A、B、C三相同步采样。采样率为20MHz-40MHz可调,单独时钟信号供3路A/D,同时给FPGA和CPU。
请参考图4,图4为二级缓存示意图;缓存分以及缓存和二级缓存,一级缓存又分为一分区和二分区,A、B、C三相A/D数据,按A相数据、B相数据、C相数据的顺序在一个分区内循环缓存,同时数据送FPGA内的DSP与预置的数据进行比较,A/D采集的数据比预置的数据大时,认为有过电压发生,FPGA送出控制信号,A相、B相、C相A/D采集的数据就转至一级缓存的另一分区进行循环缓存,以保证A、B、C三相数据采集不中断、数据不丢失。当A、B、C三相A/D数据转至另一分区缓存时,CPU读取转出的空闲分区内发生过压时刻的前200ms数据和后200ms数据至第二缓存,第二缓存任然按A相数据、B相数据、C相数据顺序存储,当读取完有效数据后,释放第一缓存的读取分区;CPU将第二缓存的数据按发生过压时刻的年月日时分秒为文件名,打包成数据文件存至硬盘。
当在读取完发生过压时刻后200ms数据时,仍然是处于过压状态,就再继续读取过压发生时刻后的数据,直到过压数据过去后再200ms,由于FPGA里的DSP对每一个A、B、C三相的A/D数据都在进行比较,过压时刻给出控制信号,过压结束时给出控制信号,以保证每次记录的暂态过电压信号的完整性。
当CPU在读取有过压时刻一级缓存分区的数据时,A、B、C三相在一级缓存另一分区循环存储数据,又有过电压信号发生,FPGA送出控制信号并标记,CPU在读完上一分区的有效信号,有排队的标记信号,CPU就将有标记分区的数据继续读进上一分区有效数据里,形成一个长数据文件,表示有多次短时间连续过压发生。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种暂态过电压录波仪,其特征在于,所述录波仪包括:
输入调节模块,用于对输入的A、B、C三相电压信号进行电压大小调节;
A/D采样模块,用于对输入调节模块输出的A、B、C三相电压信号进行采样,并将采样获得的信号传递给处理器FPGA模块和缓存模块;
缓存模块对接收到的数据进行缓冲;
FPGA模块将接收到的数据与设定值比较,当数据值超过设定值,则判断暂态过电压发生,FPGA模块送出控制信号至CPU,CPU读取参与比较时刻缓冲器位置往前预设时刻的缓冲模块中的数据以及往后预设时刻的缓冲模块中的数据,并将读取的数据以发生暂态过电压的时刻点时间为文件名,形成数据文件。
2.根据权利要求1所述的暂态过电压录波仪,其特征在于,所述录波仪还包括传感器,用于拾取A、B、C三相电压信号。
3.根据权利要求1所述的暂态过电压录波仪,其特征在于,预设时刻为200ms。
4.根据权利要求1所述的暂态过电压录波仪,其特征在于,A/D采样模块具有三个独立通道,采样率为20MHz至40MHz,分辨率为14bit。
5.根据权利要求1所述的暂态过电压录波仪,其特征在于,缓存模块分为两级,一级缓存分为两个区,A、B、C三相三个通道同步采集,采集的数据数据按A、B、C的顺序在一级缓存第一分区内循环存储,同时将每次A/D变换的数据送FPGA内与预置的数据进行比较,当A/D变换的数据值大于预置的数据值,则判断有过压产生,FPGA送出控制信号给CPU,CPU将A/D转换的数据转存至一级缓存的第二分区,继续采集;CPU读取一级缓存第一分区有效数据,有效数据为发生过压时刻数据点的前200ms和后200ms的数据,并将读取的有效数据存至第二缓存,同时CPU将第二缓存的有效数据打包成文件存至硬盘,以完成一次暂态过压波形数据的记录。
6.根据权利要求5所述的暂态过电压录波仪,其特征在于,CPU将第二缓存的有效数据以发生过压时刻的时间点,年月日时分秒为文件名。
7.根据权利要求1所述的暂态过电压录波仪,其特征在于,CPU内置操作系统,用于完成参数设置,控制数据在一级缓存的一、二分区转换存储,读取一级缓存的有效数据至第二级缓存,打包有效数据成文件存至硬盘。
8.根据权利要求1所述的暂态过电压录波仪,其特征在于,所述录波仪还包括LCD显示屏,用于录波仪显示工作模式及工作状态,LCD显示屏设有人机对话接口,用于参数设置及数据输入,用于显示过电压数据波形。
9.根据权利要求1所述的暂态过电压录波仪,其特征在于,所述录波仪还包括硬盘,用于存储有效数据文件,容量为1TB。
10.根据权利要求5所述的暂态过电压录波仪,其特征在于,一级缓存容量为2GB,二级缓存容量为1GB,一级缓存分为两个区,每个区的容量为1GB。
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