CN204287399U - 基于gps和4g的分布式局部放电数据采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于GPS和4G的分布式局部放电数据采集装置，由若干子站系统构成，每个子站系统包括：嵌入式工控机；及局部放电采集单元，其与嵌入式工控机相连；及高精度GPS模块，其串行口与嵌入式工控机的串行口连接，所述高精度GPS模块的TTL脉冲输出端口与局部放电采集单元的外触发端口连接；及4G高速通信模块，其与嵌入式工控机的输出端相连，用于将嵌入式工控机采集分析结果发送至远端数据中心；及电源模块，其为嵌入式工控机、局部放电采集单元、高精度GPS模块和4G高速通信模块分别提供电能。
Description
技术领域
本实用新型属于电力电缆绝缘检测领域，具体涉及一种基于GPS和4G的分布式局部放电数据采集装置。
技术背景
近年来，城市电网中大量采用电力电缆输配电。电缆已成为城市内传输电力的主导产品。由于电缆的绝缘材料特性，电缆的制造工艺、施工技术等原因导致电力电缆的运行过程当中可能会产生各种绝缘缺陷导致局部放电。当它使用到一定年限后局部放电继续发展到一定程度导致绝缘击穿而造成电网严重事故。因而对交联聚乙烯电缆绝缘缺陷局部放电检测方法的研究就显得尤为迫切，及时、准确地检测到电缆绝缘隐患，就可以及时采取必要的应对措施，减少突发事故等带来的经济损失具有十分重要的现实意义。
局部放电，简称局放，是电力电缆运行中的一个较大的安全隐患，是电缆绝缘劣化的征兆，也是造成绝缘劣化的重要原因之一。因此对电力电缆进行局部放电信号检测和定位研究有着重要的意义和经济价值。IEC及世界各国都制定了相关的局部放电信号测试标准，通过对局部放电信号的检测及时发现绝缘系统中的薄弱环节，找出故障原因，保证电力电缆质量，保障电力系统安全可靠运行。电缆局部放电信号的检测方法主要有以下几种：安装局部放电信号在线监测系统；使用电缆局部放电信号巡检仪检测；使用基于光纤同步的电缆局部放电信号检测。
以上方法都能够检测电缆的局部放电信号，但同时存在一定的问题：
(1)电缆局部放电信号在线监测系统，设备体积大，安装复杂，需要现场铺设大量信号传输线缆，检测成本高；
(2)电缆巡检仪可以方便的去检测电缆局部放电信号，但对于长电缆无法同时检测电缆上的每一个点，同时由于电缆局部放电信号的传递特性，使用电缆巡检仪很难进行局部放电信号源的定位判断；
(3)基于光纤同步的局部放电信号检测系统，虽然可以实现多点同步，但是测试前需要铺设大量的光纤线缆，存在特殊现场无法进行测试，而且检测成本高。
实用新型内容
为了克服上述现有检测方法存在的问题，本实用新型的目的是提供一种基于GPS和4G的分布式局部放电数据采集装置，其中该装置能够现场对电缆进行多点同时局部放电检测，并且能够实时将数据传输到多个专家数据中心，可进行远程诊断和分析，能够快速的检测电缆的绝缘状况，具有抗干扰效果好，安全性高，方便易用的特点。
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：
一种基于GPS和4G的分布式局部放电数据采集装置，是由若干子站系统构成，每个子站系统包括：
嵌入式工控机；及
局部放电采集单元，其与嵌入式工控机相连；及
高精度GPS模块，其串行口与嵌入式工控机的串行口连接，所述高精度GPS模块的TTL脉冲输出端口与局部放电采集单元的外触发端口连接；及
4G高速通信模块，其与嵌入式工控机的输出端相连，用于将嵌入式工控机采集分析结果发送至远端数据中心；及
电源模块，其为嵌入式工控机、局部放电采集单元、高精度GPS模块和4G高速通信模块分别提供电能。
每个子站系统的局部放电采集单元的采样率相同，用于满足子站系统分布式局部放电信号同步采集。
所述电源模块，其输入为220V交流电，依次经过EMI滤波、第一次整流滤波、功率变换和第二次整流滤波环节，输出嵌入式工控机、局部放电采集单元、高精度GPS模块和4G高速通信模块所需的直流电压；所述电源模块输出电压通过控制电路控制功率变换来稳定输出直流电压值。
所述局部放电采集单元，包括快速脉冲触发响应电路和信号处理电路；所述快速脉冲触发响应电路接收高精度GPS模块脉冲信号，通过局部放电采集单元内部信号处理电路调理成方波信号，完成局部放电采集单元采集局部放电信号。
所述快速脉冲响应电路，包括第一运算放大器，第一运算放大器的正相端依次通过第二电阻和第一电阻连接电缆局部放电信号，所述第一运算放大器的正相端通过第二电容接地，所述第一运算放大器的反相端通过电阻R接地，第一运算放大器的反相端与输出端并联有反馈电阻Rf，第一电阻和第二电阻的结点与第一运算放大器的反相端之间并联有第一电容。
采用上述技术方案，本实用新型的有益效果为：
(1)由于使用了高精度GPS模块和4G高速通信模块，与以往采用有线信号或光纤分布式同步采集的方式相比，节省现场敷设同步信号线和人工成本，装置现场操作简单，可以快速完成多测点布置，分布式局部放电信号同步采集，测试效率提高；
(2)本实用新型能够实时将各测点数据传输到多个专家数据中心，可进行异地同时远程会诊和分析，能够快速的检测电缆的绝缘状况，具有抗干扰效果好，安全性高，方便易用的特点。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的多测点工作结构图；
图3为本实用新型的电源模块示意图；
图4为本实用新型的局部放电采集单元快速脉冲触发响应电路示意图；
图5为本实用新型的工作流程图；
其中，1、电源模块；2、高精度GPS模块；3、局部放电采集单元；4、4G通信模块；5、嵌入式工控机。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型再作进一步详细的说明。
如图1和图2所示的基于GPS和4G的分布式局部放电数据采集装置，是由若干子站系统构成，每个子站包括电源模块1、高精度GPS模块2、局部放电采集单元3、4G高速通信模块4和嵌入式工控机5组成；所述的电源模块1为高精度GPS模块2、局部放电采集单元3、4G高速通信模块4和嵌入式工控机5分别提供电源；所述嵌入式工控机5分别与高精度GPS模块2、局部放电采集单元3和4G高速通信模块4相连。
如图3所示为电源模块1，其输入为220V交流电压，经一系列的EMI滤波、第一次整流滤波、功率变换和第二次整流滤波等环节，输出5V、±12V的直流电压为电路中其他模块提供电源。
其中，嵌入式工控机5的串行口与高精度GPS模块2的串行口连接；嵌入式工控机5与局部放电采集单元3连接；嵌入式工控机5信号的输出端口还与4G高速通信模块4连接。
所述的高精度GPS模块2的TTL脉冲输出口与局部放电采集单元3的外触发端口连接；所述高精度GPS模块2，各分布点时间同步及脉冲数据精度误差都在5ns级以内。
所述局部放电采集单元3，包括快速脉冲触发响应电路和信号处理电路；所述快速脉冲触发响应电路接收高精度GPS模块脉冲信号，通过局部放电采集单元3内部信号处理电路调理成方波信号，完成局部放电采集单元3采集局部放电信号。
如图4所示，快速脉冲响应电路，包括第一运算放大器，第一运算放大器的正相端依次通过第二电阻和第一电阻连接电缆局部放电信号，所述第一运算放大器的正相端通过第二电容接地，所述第一运算放大器的反相端通过电阻R接地，第一运算放大器的反相端与输出端并联有反馈电阻Rf，第一电阻和第二电阻的结点与第一运算放大器的反相端之间并联有第一电容。
所述局部放电采集单元3的触发响应时间误差也在5ns以内；同时局部放电采样单元采用100MS/s的采样率，各分布点的子站系统完全满足同步采集条件。
所述的同步采集，采用采集卡的外触发通道模拟信号触发采集，当各子站系统收到准备采集命令后，各子站系统启动外触发采集状态，等待控制的GPS脉冲发出，控制系统采集指令到，脉冲发出通过快速脉冲响应电路到达采集单元外触发通道，采集单元立即采集信号数据并保存，采样设定长度数据并压缩数据后通过4G传输给数据中心。
图5为本实用新型工作流程图，本实用新型装置的数据采集方法，包括以下步骤：
S001：各测点装置启动后，装置开始GPS时间校准；接收远端数据中心端指令包；
S002：嵌入式工控机解析指令后，分别向局部放电采集单元、GPS模块和4G模块发送控制指令；
S003：局部放电采集模块启动并处于触发采集等待状态，GPS正常工作，按照指令约定，设定的定点时间发送TTL脉冲信号；
S004：定点时刻到来时，各测点的高精度GPS模块发出TTL脉冲，局部放电采集单元响应采集局部放电信号，并将采集到的局部放电信号传送至嵌入式工控机；
S005：嵌入式工控机接收并分析数据，得到测量结果通过4G通信模块发送给远端数据中心。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。
Claims (5)
1.一种基于GPS和4G的分布式局部放电数据采集装置，其特征在于，它由若干子站系统构成，每个子站系统包括：
嵌入式工控机；及
局部放电采集单元，其与嵌入式工控机相连；及
高精度GPS模块，其串行口与嵌入式工控机的串行口连接，所述高精度GPS模块的TTL脉冲输出端口与局部放电采集单元的外触发端口连接；及
4G高速通信模块，其与嵌入式工控机的输出端相连，用于将嵌入式工控机采集分析结果发送至远端数据中心；及
电源模块，其为嵌入式工控机、局部放电采集单元、高精度GPS模块和4G高速通信模块分别提供电能。
2.如权利要求1所述的一种基于GPS和4G的分布式局部放电数据采集装置，其特征在于，所述局部放电采集单元，包括快速脉冲触发响应电路和信号处理电路；其中，快速脉冲触发响应电路接收高精度GPS模块脉冲信号，经信号处理电路调理成方波信号来采集局部放电信号。
3.如权利要求1所述的一种基于GPS和4G的分布式局部放电数据采集装置，其特征在于，所述局部放电数据采集装置的每个子站系统的局部放电采集单元的采样率相同。
4.如权利要求1所述的一种基于GPS和4G的分布式局部放电数据采集装置，其特征在于，所述电源模块，其输入为220V交流电，依次经过EMI滤波、第一次整流滤波、功率变换和第二次整流滤波环节，输出嵌入式工控机、局部放电采集单元、高精度GPS模块和4G高速通信模块所需的直流电压；所述电源模块输出电压通过控制电路控制功率变换来稳定输出直流电压值。
5.如权利要求2所述的一种基于GPS和4G的分布式局部放电数据采集装置，其特征在于，所述快速脉冲响应电路，包括第一运算放大器，第一运算放大器的正相端依次通过第二电阻和第一电阻连接电缆局部放电信号，所述第一运算放大器的正相端通过第二电容接地，所述第一运算放大器的反相端通过电阻R接地，第一运算放大器的反相端与输出端并联有反馈电阻Rf，第一电阻和第二电阻的结点与第一运算放大器的反相端之间并联有第一电容。
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|---|---|---|---|---|
| CN107478967A (zh) * | 2017-08-03 | 2017-12-15 | 国网山东省电力公司济南供电公司 | 面向移动运检的10kv电缆局部放电在线监测系统与方法 |
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2014
- 2014-12-25 CN CN201420843450.2U patent/CN204287399U/zh active Active
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