CN203465541U

CN203465541U - 一种基于北斗/gps双授时源的故障时间记录装置

Info

Publication number: CN203465541U
Application number: CN201320244874.2U
Authority: CN
Inventors: 黄凯; 王威; 董杰楚
Original assignee: WUHAN SANJIANG CLP TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: WUHAN SANJIANG CLP TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-05-09
Filing date: 2013-05-09
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2023-05-09

Abstract

本实用新型公开了一种基于北斗/GPS双授时源的故障时间记录装置，包括UTC授时模块、故障接收模块、授时校准模块、故障时间输出模块和电源模块，其中UTC授时模块同时从GPS和北斗系统中获取UTC信号，并将该信号输送给授时校准模块；故障接收模块具有分别与监控对象相连的多路接口，并在监控对象工作状态出现异常时产生故障信号；授时校准模块用于对所接收的UTC信号进行校时处理，并根据故障信号相应获得校时处理后的实时时间；故障时间输出模块用于将实时时间以多种模式实时输出。通过本实用新型，能够顺利实现对各类复杂系统故障时间的精确记录，同时具备结构紧凑、便于操控、稳定性和可靠性高等特点，因而尤其适用于电力系统故障时间记录的用途。

Description

一种基于北斗/GPS双授时源的故障时间记录装置

技术领域

本实用新型属于故障检测技术领域，更具体地，涉及一种基于北斗/GPS双授时源的故障时间记录装置。

背景技术

随着现代工业和技术的发展，在通信、电力、广播电视、安防监控、工业控制等多个领域中，很多系统和设备的规模和复杂性日益增加，其故障危害相应也变得越来越大。特别是对于包括多级设备的电力系统而言，当该系统中的某个或多个设备出现故障时，可能会直接影响到整个系统的正常运行，在此情况下，如何对故障及时、准确地执行记录，对于故障的快速排查、维护以及后续的系统安全评估均有着重要的意义。

现有技术中的故障测控设备通常具备时间管理单元，其主要功能是同步设备中各个单元的工作节拍，维持事件发生的有序性，同时精确记录时间发生的先后顺序，以便进行故障分析与决策处理。例如，CN201210083734.1中公开了一种带GPS时钟的供电故障记录系统，其中通过接收GPS授时信号并产生高精度时间同步信号，相应可为基层站点提供包括供电技术数据和值班信息在内的故障记录；此外，CN201010046548.1中公开了一种基于DSP的电力系统分布式故障录波装置，其中通过在各个录波装置采用基于GPS定位系统的同步采样，由此可在任一录波装置满足录波起动判据后，启动脉冲信号以便同步起动各录波装置。

然而,研究表明，当采用GPS信号作为故障测控设备的时钟源时，其抗干扰性和短期稳定性较差，而且由于它一直由美国所掌控，国内缺乏自主控制权，因此在安全隐患和可依赖性方面也存在不足；其次，现有技术中往往仅在监控对象的关键部位配有故障测控设备，难以满足系统的整体测控要求，而且并不能对相关设备执行故障时间的精确记录；此外，考虑到电力系统内部多级设备自身对时间同步要求很高，其所配备的故障监控记录装置在时间同步信号的精确性、稳定性以及装置的可靠性、适用性等方面也提出了更高的要求，相应地，寻找一种更为完善的故障测控及故障时间记录技术，正成为本领域亟需解决的技术问题。

实用新型内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本实用新型提供了一种基于北斗/GPS双授时源的故障时间记录装置，其中通过对其关键组件及其构造的设计，能够顺利实现对各类复杂系统故障时间的精确记录，同时具备结构紧凑、便于操控、稳定性和可靠性高等特点，因而尤其适用于电力系统故障时间记录的用途。

按照本实用新型，提供了一种基于北斗/GPS双授时源的故障时间记录装置，其特征在于，该装置包括UTC授时模块、故障接收模块、授时校准模块、故障时间输出模块以及用于为整个装置提供工作电能的电源模块，其中：

所述UTC授时模块同时从GPS和北斗系统中获取协调世界时信号，并将该协调世界时信号同步输送给授时校准模块；

所述故障接收模块具有多路接口，这些接口分别与用于监控的对象相连，并在监控对象工作状态出现异常时产生故障信号；

所述授时校准模块用于对所接收的协调世界时信号进行校时处理，并根据故障接收模块产生的故障信号相应获得校时处理后的实时时间；

所述故障时间输出模块用于将授时校准模块获得的实时时间以多种模式实时输出。

作为进一步优选地，所述授时校准模块为FPGA片上系统，并基于驯服守时技术来执行校时处理过程。

作为进一步优选地，所述故障时间输出模块具备多种输出接口，这些输出接口包括RS232接口、RS422接口、IRIG-B AC码接口以及IRIG-B DC码接口。

作为进一步优选地，所述电源模块采用双电源供电方式，且其供电电压分别为220V AC和48V DC。

作为进一步优选地，所述故障时间记录装置还包括NTP网络服务支持模块，该模块与授时校准模块信号相连，并用于将授时校准模块所输出的实时时间执行NTP服务支持。

作为进一步优选地，所述故障时间记录装置还包括授时切换模块，该授时转换模块用于根据操作或当GPS或北斗系统中的一个出现故障时，自动切换至另一系统。

作为进一步优选地，所述故障时间记录装置还包括故障记录存储模块和显示模块，其中故障记录存储模块采用FLASH芯片的形式，用于对所有故障时间予以记录和保存；显示模块采用触摸屏，并根据操作人员的触摸动作而显示故障记录过程的相关数据。

作为进一步优选地，所述故障时间记录装置还包括机箱，该机箱由高镁铝合金制成并经过防磁干扰处理。

作为进一步优选地，所述监控的对象为电力系统中的继电保护设备。

作为进一步优选地，所述UTC授时模块包括接收天线和OEM处理模块，其中接收天线为航海天线，用于从GPS和北斗系统同时接收协调世界时信号；OEM处理模块用于对所接收的信号进行处理并输出秒脉冲信号，其干扰抑制性能为25dB以上。

作为进一步优选地，所述授时校准模块采用恒温晶振，且该恒温晶振的温度稳定性小于5*10^-9，其日老化率小于1*10^-9/天。

作为进一步优选地，所述故障接收模块的时间分辨率被设定为1*10^-7秒，并包括用于对所输入信号执行电气隔离的电路。

总体而言，通过本实用新型所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

1、通过基于北斗和GPS系统来执行故障时间产生装置的时间同步和管理，能够充分利用两种系统各自的优点，支持多种工作模式，提高抗干扰性和信号接收可靠性，并保证特定应用场合下的保密安全性；

2、通过采用全模块化结构和多制式输出，可以在结构紧凑化的同时满足多设备扩展的要求，同时为改造扩建提供便利；其中通过对授时校准模块的构造及具体规格进行设计，能够实现多基准冗余授时，使守时输出信号与授时信号保持精密同步，消除晶体振荡器老化频偏所带来的影响，从而进一步保证时间基准信号的精度；

3、通过配备NTP网络服务支持模块，能够为网络设备提供安全、便利、可靠的时间同步服务，由此实现对包含多级设备的复杂系统的整体测控功能；此外，考虑到电力系统检测场合自身的特点，通过对故障时间记录装置的一些关键性能参数作出设定，测试表明，能够很好地执行故障时间的精确记录，并具备高稳定性、高可靠性的特点，因而尤其适用于电力系统故障时间监测的用途。

附图说明

图1是按照本实用新型的基于北斗/GPS双授时源的故障时间记录装置的主体构造示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

图1是按照本实用新型的基于北斗/GPS双授时源的故障时间记录装置的主体构造示意图。如图1中所示，该故障时间记录装置主要包括UTC授时模块、故障接收模块、授时校准模块、故障时间输出模块以及用于为整个装置提供工作电能的电源模块，其中通过在对电力系统之类的监控对象进行故障检测的同时，将北斗卫星导航系统和GPS导航系统所传送的协调世界时（UTC）作为定时信号源，由此可快速、精确地实现对监控对象的故障时间检测及同步输出。

具体而言，UTC授时模块可以包括由航海天线构成的接收天线和OEM处理模块，其中接收天线用于从GPS和北斗系统同时接收协调世界时信号，OEM处理模块用于对所接收的信号进行处理并输出秒脉冲信号至授时校准模块。作为选择，还可以为UTC授时模块配备相应的授时切换模块，这样可以根据具体需要，通过操作授时切换模块来选定所需的授时源；或者当GPS或北斗系统中的一个出现故障时，通过操作授时切换模块来自动切换至另一系统，以此方式可提供多工作模式，并使系统信号接收可靠性实现双保险。此外，由于接收天线由航海天线构成，相应能够在防雷、抗干扰和稳定性等方面具备良好表现，其信号接收可靠性高，不易受到应用环境的地理条件限制。

故障接收模块具有多路接口，这些接口分别与监控对象的各个单元相连，并在监控对象工作状态出现异常时产生故障信号。作为监控的对象可以譬如包括电厂或变电站的配电网自动化系统、用电负荷管理系统、电能计费系统、电网频率按秒考核系统、同步相量测量系统、线路故障行波测距系统、各类信息管理系统MIS、电气监控管理系统、气力除灰PLC控制系统、脱硫PLC系统等等，并通过一些常规的故障检测设备如示波器等来执行故障定位、状态确定、电机理磁和调速、失步保护、线路电流纵差保护等多方面的监测。当故障检测设备检测到某个设备或多个设备发生故障时，故障接收模块则相应产生故障信号，并将其发送至授时校准模块。

授时校准模块用于对所接收的协调世界时信号进行校时处理，并根据故障接收模块产生的故障信号相应获得校时处理后的精确实时故障时间。按照本实用新型的一个优选实施方式，该授时校准模块被构造为FPGA片上系统，并可基于驯服守时技术来执行校时处理过程。当按照本实用新型的故障时间记录装置用于电力系统的故障监测用途时，该授时校准模块优选采用恒温晶振，且该恒温晶振的温度稳定性被设定为小于5*10^-9，其日老化率小于1*10^-9/天。通过以上的具体设计，能给保证监控系统内部各个组成设备之间具有统一的时间基准，实现多基准冗余授时，智能判断授时信号的稳定性和优劣，并提供多种时间基准配置方案；此外，还可以使得授时校准模块所获得的实时故障时间与授时源实际那基准保持精密同步，并有效消除因晶体振荡器老化造成的频偏所带来的不利影响，由此进一步提高时间同步的精度。

故障时间输出模块用于将授时校准模块获得的实时时间以多种模式实时输出，按照本实用新型的一个优选实施方式，这些输出接口包括但不限于RS232接口、RS422接口、IRIG-B AC码接口以及IRIG-B DC码接口等。其中，IRIG-B AC码接口的载波频率可设为1KHz，输出阻挡为600欧姆且为变压器隔离输出，同步准确率大于12微米；IRIG-B DC码接口的规格为每秒1帧，包含100个码元，每个码元10微秒，并且帧结构为起始标志、秒（个位）、分隔标志、秒（十位）、基准标志、分（个位）、分隔标、分（十位）、基准标志、时（个位）、分隔标、时（十位）、基准标志、自当年元旦开始的天（个位）、分隔标志，天（十位）、基准标志、天（百位）（前面各数均为BCD码）、7个控制码（在特殊场合定义）、自当天0时整开始的秒数（为纯二进制整数）以及结束标志。通过配置丰富的接口类型，可以提供充足的信号接口资源和开放的接口设计平台，在具备优异兼容能力的同时还为将来的现场改造扩建提供便利。

按照本实用新型的另一优选实施方式，故障时间记录装置配备有NTP网络服务支持模块，该NTP网络服务支持模块可选择为10/100M自适应以太网接口，吞吐量满足每秒2400次时间请求，授时记录可保存最新300次；此外，其时间标识精度在0～1200请求量/每秒时为1～10毫米，可处理48,000的用户终端请求量；而在1200～2400请求量/每秒时为10～100毫米，并可处理96,000的用户终端请求量。该NTP网络服务支持模块与授时校准模块信号相连，并用于将授时校准模块所输出的实时时间执行NTP服务支持。以此方式，能够为网络设备提供安全、便利、可靠的时间同步服务，解决现有技术中难以全面监测的问题，有效实现对包含多级设备的复杂系统的整体测控功能。

对于按照本实用新型的故障时间记录装置，其电源模块优选采用双电源冗余供电方式，并使用高性能、宽范围的电源模块，其供电电压分别为220V AC和48V DC。此外，该故障时间记录装置的多个模块可集成安装在一个机箱中，该机箱例如由高镁铝合金制成并经过防磁干扰处理，以便对内部功能组件提供更好的保护。

按照本实用新型的另一优选实施方式，该故障时间记录装置还可以包括故障记录存储模块和显示模块，其中故障记录存储模块用于对所有故障时间予以记录和保存，其具体形式为EEPROM并采用FLASH进行掉电保持，该FLASH芯片的可擦写次数约100,000次，数据保持时间高达100年；显示模块可采用液晶之类的触摸屏，并根据操作人员的触摸动作而显示故障记录过程中的相关数据，这些数据包括当前运行状态、装置的相关配套参数、外部开关量动作的次序、通道号以及故障发生时间等，以便操作人员的日常巡检。

综上所述，按照本实用新型的故障时间记录装置整体结构紧凑、便于操控，并能很好地实现对各类复杂系统故障时间的精确记录。较多的实际测试表明，该装置可以在上电后即显示年、月、日等日历和时、分、秒等时间信息，并在正常接收到北斗/GPS信号的情况下，授时1PPS精度高达20ns，输出时间与UTC时间同步准确度小于0.1ms，常年运行没有累积误差；此外，还装置的平均无故障间隔时间高达70,000小时，工作寿命不少于10年，同时具备智能化程度高、稳定性和适用性好等特点，因而尤其适用于电力系统故障时间记录之类的用途。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种基于北斗/GPS双授时源的故障时间记录装置，其特征在于，该装置包括UTC授时模块、故障接收模块、授时校准模块、故障时间输出模块以及用于为整个装置提供工作电能的电源模块，其中：

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述故障时间输出模块具备多种输出接口，这些输出接口包括RS232接口、RS422接口、IRIG-B AC码接口以及IRIG-B DC码接口。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述电源模块采用双电源供电方式，且其供电电压分别为220V AC和48V DC。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述故障时间记录装置还包括故障记录存储模块和显示模块，其中故障记录存储模块采用FLASH芯片的形式，用于对所有故障时间予以记录和保存；显示模块采用触摸屏，并根据操作人员的触摸动作而显示故障记录过程中的相关数据。

5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述监控的对象为电力系统中的继电保护设备。

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述授时校准模块采用恒温晶振，且该恒温晶振的温度稳定性小于5*10^-9，其日老化率小于1*10^-9/ 天。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述故障接收模块的时间分辨率被设定为1*10^-7秒，并包括用于对所输入信号执行电气隔离的电路。