CN1928574A - 时分复用采样的输电线路行波故障测距装置 - Google Patents

Abstract

发明名称：时分复用采样的输电线路行波故障测距装置，所属技术领域：电力输电线、电气化铁路、地铁线路故障定位，技术问题：本发明作为一种时分复用采样的高速行波故障测距装置，可以准确而有效解决高压输电线路故障点的准确定位问题。本装置采样频率高达10M采用通用计算机作为处理单元。数据采集通道采集的数据经分段线性转换为便于AD转换的电平信号后，经总线背板、总线接口板和同轴电缆送入具有PCI或PCI－E接口的AD采集插卡，在可编程控制逻辑控制下完成AD转换。同时可编程控制逻辑根据采样脉冲计数值发出通道切换控制命令，使各数据采集通道在时分复用情况下完成模拟量采样。主要用途是电力输电线、电气化铁路、地铁线路故障定位。

Description

时分复用采样的输电线路行波故障测距装置

所属技术领域：

本发明是一种电力线路行波故障测距装置。该装置能够灵活切换和扩充采样通道，其采样频率和测距精度高。

背景技术：

如何准确测定高压输电线路的故障点，缩短供电抢修时间，减少停电损失，一直是电力系统运行亟待解决的问题。传统的阻抗测距方法测距误差大，适应性差。而目前采用的行波测距装置普遍存在硬件设计复杂，采样频率低，通信瓶颈易引起数据丢失的问题。

本发明有效地解决了上述问题。一方面，采用通用计算机作为处理单元，通过快速通信总线、高速的AD采集芯片，大大提高数据的采集频率，并降低了硬件的设计复杂程度；另一方面，在时分复用的情况下控制模拟采集通道的切换，实现了多采集通道的同步采样。另外，本发明还以GPS秒脉冲作为同步输入信号，以确定每一次数据采样的精确时间。

发明内容：

本发明由两部分所构成，第一部分为中央处理单元，它包括通用计算机、高速AD采集插卡以及通信接口等。第二部分为模拟量采集单元，它包括模拟量采集插件、总线背板、总线接口板、开关量输入输出单元、人机接口以及电源插件等。

一、中央处理单元

中央处理单元各组成部分的作用如下：

1.通用计算机：作为数据处理的载体，负责采样数据的AD转换、存储和传输。

2.带PCI、PCI-X或PCI-E接口的AD采集插卡：它可进行模拟量和数据量的转换，同时根据采样脉冲计数值发出通道切换控制命令，并将该控制信号由数据信号转换为差分信号，经控制总线传输给模拟量采集单元。AD采集插卡还可充当CAN网控制器，控制CAN网数据的传输；另外，它还可接收GPS时间标志信号的输入，以准确确定数据采样的时间。

3.通信接口：包括Modem，远动通道板等外部设备，主要负责与调度进行通讯，以便于采样数据的监控分析和故障的检测。

二、模拟量采集单元

输入输出单元主要由以下6种插件构成：

1.模拟量采集插件，它采用霍尔传感器将强电流变换为适合AD转换的电平信号。电流变换采用分段线性的方法，即针对不同的采样精度要求，采用不同的电流变换系数。采样精度要求越高，电流变换系数就越大，电流变换后输出的电平信号的电压就越高。模拟量采集插件还具备通道切换的控制功能，即根据控制总线传来的通道切换控制信号来选通相应的数据采集通道。该插件还可进行采样通道的自检，并能将插件地址经CAN网发送到中央处理单元，以检测插件的数量和位置，使模拟量采集插件具有即插即用的功能。

2.总线背板，它主要包括电源总线、模拟信号总线、通道切换控制总线、RS485总线、CAN总线以及为各种插件提供插槽的连接器等。电源总线为所有插件提供电源。模拟信号总线为各模拟量采集插件提供公共的模拟信号通道，使各插件采集的数据能通过该总线传输到总线接口板上。通道切换控制总线控制模拟采集通道的切换，其信号输入源为总线接口板，控制对象为各模拟量采集插件。RS485总线可为总线接口板和模拟量采集插件提供低成本的网络接口，模拟量采集插件的自检以及即插即用功能就是通过该总线的信号传输才完成的。CAN总线为系统提供中等速度的通信手段，它可完成对时、监视开入、控制输出继电器、人机接口的功能。

3.总线接口板，它可提供模拟量采集单元与中央处理单元之间信息传递的接口。一方面接收GPS输入信号以及中央处理单元发出的模拟通道切换控制命令，另一方面将模拟信号经同轴电缆传输到中央处理单元。同时，通过CAN网和CAN总线在中央处理单元、模拟量采集插件、开入开出插件、人机接口之间提供通信的通道。GPS输入信号的作用是为数据采集系统提供基准时标，该时标信息同时提供给中央处理单元以及每一个模拟量采集插件，用以确定每一次数据采样的精确时间。总线接口板还会将模拟通道切换控制命令由差分信号转换为电平信号，以控制采样通道的选通。

4.开关量输入输出单元，它可连接电气开关的辅助节点，获取电气开关的状态信息，以便为输电线路是否发生故障提供辅助判据

5.人机接口，包括键盘，液晶、电源、CAN总线。通过键盘，液晶，CAN总线的交互，为用户提供需要的状态信息。

6.电源插件，为所有插件提供工作电源。

具体实施方式：

本发明的具体实施方式如下：

一、中央处理单元

中央处理单元最核心的部分就是具有PCl总线接口的AD采集插卡。它分AD采集、数据缓冲和总线接口三部分。AD采集部分采用流水线方式来工作。首先通过10M高精度晶振提供采样脉冲，然后输入到AD芯片，使其在脉冲的上升沿读取经功率放大后的模拟信号，然后进行模拟量/数字量的转换，再在采样脉冲的下降沿将数字信号输出到数据总线上。在AD转换的同时，可编程控制逻辑还会对采样脉冲进行计数，并根据检测到的通道数量来设定计数值的上限，然后根据脉冲计数值输出通道切换控制命令，控制采样通道的切换。在时分复用的情况下，所有采样通道均分采样带宽。可编程控制逻辑输出的通道切换控制命令还必须由数字信号转换为差分信号，以提高抗干扰的能力。

AD输出的数字信号经数据总线送到数据缓冲部分。数据缓冲部分采用的是高速大容量FIFO。FIFO采用与采样脉冲完全反向的控制脉冲，当采样脉冲处于下降沿时，FIFO的控制脉冲处于上升沿，这时它开始从数据总线上读取AD芯片输出的数字信号，然后保存在其内部的缓冲区中。与AD转换后的数字信号同时写入FIFO的还有脉冲计数值以及同步输入的GPS秒脉冲。在采样数据中合并脉冲计数值和GPS秒脉冲后，可以在时分复用的情况下，分辨出每一个数据的采集时间和采样通道。

最后，FIFO中的数据在可编程控制下，通过40M频率的输出总线和PCI接口，输出到PCI总线上，然后经通用计算机处理后，再通过通信接口发送到行波故障检测和分析系统。

二、模拟量采集单元

1.总线接口板   它可为模拟信号的输出、控制信号的输入以及CAN通信提供接口。首先接收经控制电缆传送来的通道切换控制信号，然后通过一个高速485将控制信号由差分信号转换为电平信号，经通道切换控制总线将控制命令送到各模拟量采集插件，以控制采样通道的切换。而总线接口板收到的模拟信号经高速运算放大器高保真功率加强后，通过同轴电缆输出到具有PCI接口的AD采集插卡。

2.总线背板   它可为各模拟量采集插件和总线接口板提供模拟信号、控制信号以及CAN通信的传输通道。它包含四种总线：电源总线、通道切换控制总线、模拟信号总线和CAN总线，并通过插槽和模拟量采集插件、总线接口板等相连，以实现信号的相互传递。在总线背板上，通过硬布线的方式使每一个插槽具有不同的电平输出，该电平输出可以作为插槽的地址标识用于识别不同的插件。

3.模拟量采集插件   从逻辑上它可分成三部分：选通逻辑、模拟信号调整电路、模拟控制开关。选通逻辑将选通控制信号中包含的插件地址信号与当前插件的地址进行比较，若两者吻合，则可根据选通控制信号中包含的通道信息来控制相应的选通电平为低电平，然后通过模拟控制开关，导通相应的数据采集通道。数据采集通道导通后，其采集的模拟信号按照实际应用的信噪比、采样精度和分辨率等要求，经过模拟信号调整电路的一系列转换，输出为便于AD转换的电平信号。选通逻辑还可负责采样通道的自检，即根据当前插件的选通电平信号，输出一个分频后的测试脉冲，由一个微处理器对该测试脉冲进行计数，以判断采样通道的采样是否正常。另外，模拟量采集插件还会将插件的地址信息经CAN总线、总线接口板以及CAN网发送到中央处理单元，以检测插件的数量和位置，便于控制模拟量采集通道的选通。而模拟量采集插件输出的模拟信号经总线背板上的模拟信号总线、总线接口板以及同轴电缆传输到中央处理单元，完成AD转换和相关的处理分析。

Claims (6)

1.采用通用计算机作为处理单元。

2.模拟信号经过AD转换以后，通过PCI、PCI_E或PCI_X接口，将全部采样数据读入内存。

3.数据采集通道切换采用时分复用方式，各数据采集通道均分系统总采样带宽。

4.数据采集通道采样频率可根据采集通道数量灵活改变，通道数越多，每一通道采样频率越低，而通道数越少，每一通道采样频率越高。

5.通道切换控制命令延时补偿，且补偿量可编程调整。

6.模拟量调理电路特性为分段线性。