CN204789827U - 一种智能变电站合并单元守时误差测试装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种智能变电站合并单元守时误差测试装置，外壳上设有授时接口模块及光报文接收串口模块，外壳中设有铯原子钟模块、电源模块和误差测试电路单元，误差测试电路单元包括时钟采集模块、光报文收发模块、处理器模块、内存模块、存储模块和人机交互模块，铯原子钟模块通过时钟采集模块和处理器模块相连，光报文接收串口模块通过光报文收发模块和处理器模块相连，授时接口模块、内存模块、存储模块、人机交互模块分别和处理器模块相连。本实用新型能够降低测试条件及人员素质要求、设备简单、无多余外设、便携性好、合并单元通用性好、操作快捷方便、测试不需人工干预。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能变电站测试设备，具体涉及一种智能变电站合并单元守时误差测试装置。
背景技术
合并单元采集电压、电流互感器传过来的电气信号或数字信号，经过合并和同步处理后，按照特定格式以数字信号的方式将数据传递给其它IED设备。合并单元发出的数字信号包含采样报文标号信息，以IEC61850-9-2报文、4000Hz采样率为例，合并单元在整秒时刻同步采样0序号报文，秒与秒之间等间隔采样，间隔时间为250微秒，报文序号从0至3999翻转。IED设备接收到报文后会根据报文序号等信息推算数据的采集时刻，然后对采集到的数据进行后续处理。合并单元根据对时信息设置报文序号，IED设备收到报文后根据报文序号推算数据采集时刻，因此合并单元的守时误差直接影响IED设备的数据采集。例如智能变电站中跨间隔的保护如变压器保护、母线保护等，需要采集多个合并单元的采样数据，合并单元的守时误差过大，会导致保护误动这样的严重后果。
根据Q-GDW426-2010《智能变电站合并单元技术规范》，合并单元在失去同步时钟信号10分钟以内的守时误差应小于4微秒，此项指标也是合并单元在型式试验及各种检测时的重要项目。如图1所示，Q-GDW426-2010《智能变电站合并单元技术规范》提供了一种合并单元守时误差测试设备包括标准时钟源5与时钟测试仪6，标准时钟源5与被测试合并单元之间的光IRIG-B码连通时可以给被测试合并单元授时，断开时用于测试合并单元守时误差。在进行测试时被测试合并单元先接受标准时钟源5的授时，待被测试合并单元输出的1PPS信号与标准时钟源的1PPS的有效沿时间差稳定在同步误差阀值Δt之后，撤销标准时钟源5的授时。时钟测试仪6从撤销授时的时刻开始计时，合并单元保持其输出的1PPS信号与标准时钟源的1PPS的有效沿时间差保持在Δt之内的时间段T即为该MU可以有效守时的时间。测试时间段T为10分钟，Δt应小于等于4微秒。但是该合并单元守时误差测试设备存在下述问题：（1）、该合并单元守时误差测试设备的测试过程对测试设备需求较多，需要提供卫星天线、标准时钟源以及时钟测试仪等设备。例如在智能变电站现场测试时，标准时钟源离合并单元的距离一般都比较远，测试时需要要从标准时钟源再接一路光IRIG-B码信号到合并单元附近，实际操作难度较大，可能会影响到其他施工人员的正常施工，可操作性不强。（2）、该合并单元守时误差测试设备要求合并单元有秒脉冲输出接口。但是目前各厂家的合并单元并不一定有秒脉冲输出接口，因此无法输出秒脉冲信号供守时误差测试；（3）、该合并单元守时误差测试设备的合并单元秒脉冲误差只能间接地反映守时对报文同步的影响，从严格意义上来讲，合并单元守时误差最终应反映到报文上，IED设备接收的是合并单元SMV报文，报文同步误差才直接影响到SMV接收的性能。但报文的守时误差与合并单元秒脉冲输出精度之间无必然的联系。（4）、该合并单元守时误差测试设备的测试过程需要人工干预，需要靠测试人员的经验去判断合并单元对时是否稳定，会对测试结果产生一定的影响。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是：针对现有技术的上述问题，提供一种能够降低测试条件及人员素质要求、设备简单、无多余外设、便携性好、合并单元通用性好、操作快捷方便、测试不需人工干预的智能变电站合并单元守时误差测试装置。
为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
一种智能变电站合并单元守时误差测试装置，包括外壳，所述外壳上设有用于向被测试合并单元授时的授时接口模块及用于接收被测试合并单元报文的光报文接收串口模块，所述外壳中设有铯原子钟模块、电源模块和误差测试电路单元，所述误差测试电路单元包括时钟采集模块、光报文收发模块、处理器模块、内存模块、存储模块和人机交互模块，所述电源模块分别和时钟采集模块、光报文收发模块、处理器模块、内存模块、存储模块、人机交互模块相连，所述铯原子钟模块通过时钟采集模块和处理器模块相连，所述光报文接收串口模块通过光报文收发模块和处理器模块相连，所述授时接口模块、内存模块、存储模块、人机交互模块分别和处理器模块相连。
优选地，所述授时接口模块为光以太网接口模块。
优选地，所述外壳上还设有充电接口，所述电源模块中包括充放电电路和锂电池，所述锂电池通过充放电电路分别和时钟采集模块、光报文收发模块、处理器模块、内存模块、存储模块、人机交互模块、充电接口相连。
优选地，所述存储模块包括SD卡存储模块和闪存存储模块，所述SD卡存储模块、闪存存储模块分别和处理器模块相连。
优选地，所述人机交互模块包括键盘模块和LCD显示模块，所述键盘模块、LCD显示模块分别和处理器模块相连。
本实用新型智能变电站合并单元守时误差测试装置具有下述优点：
1、本实用新型智能变电站合并单元守时误差测试装置的外壳上设有用于向被测试合并单元授时的授时接口模块及用于接收被测试合并单元报文的光报文接收串口模块，外壳中设有铯原子钟模块、电源模块和误差测试电路单元，通过以铯原子钟模块作为本地时钟源，通过铯原子钟产生高精度的频率信号，驱动本地时钟模块产生高精度的时钟信号，通过授时接口模块向合并单元发送时钟信号，同时通过光报文接收串口模块接收合并单元发出的IEC61850-9-2SV报文，时钟保持性能高且不需要外接标准时钟源，能够依据报文时标对合并单元守时误差进行测试，测试简单可靠，能够降低测试条件及人员素质要求、操作快捷方便、测试不需人工干预，具有很强的工程实用性。
2、本实用新型智能变电站合并单元守时误差测试装置外壳中设有铯原子钟模块、电源模块和误差测试电路单元，误差测试电路单元包括时钟采集模块、光报文收发模块、处理器模块、内存模块、存储模块和人机交互模块，不需要额外提供卫星天线、标准时钟源以及时钟测试仪等设备，具有设备简单、无多余外设、便携性好的优点。
3、本实用新型智能变电站合并单元守时误差测试装置的外壳上设有授时接口模块及光报文接收串口模块，通过授时接口模块、光报文接收串口模块和被测试合并单元形成闭环连接结构，不需要依赖于合并单元的秒脉冲输出接口，能够完成无秒脉冲输出接口的合并单元守时误差测试，具有合并单元通用性好的优点。
附图说明
图1为本实用新型实施例的外部结构示意图。
图2为本实用新型实施例的基本框架结构示意图。
图3为本实用新型实施例的详细框架结构示意图。
图例说明：1、外壳；11、授时接口模块；12、光报文接收串口模块；13、充电接口；2、铯原子钟模块；3、电源模块；31、充放电电路；32、锂电池；4、误差测试电路单元；41、时钟采集模块；42、光报文收发模块；43、处理器模块；44、内存模块；45、存储模块；451、SD卡存储模块；452、闪存存储模块；46、人机交互模块；461、键盘模块；462、LCD显示模块。
具体实施方式
如图1和图2所示，本实施例的智能变电站合并单元守时误差测试装置包括外壳1，外壳1上设有用于向被测试合并单元授时的授时接口模块11及用于接收被测试合并单元报文的光报文接收串口模块12，外壳1中设有铯原子钟模块2、电源模块3和误差测试电路单元4，误差测试电路单元4包括时钟采集模块41、光报文收发模块42、处理器模块43、内存模块44、存储模块45和人机交互模块46，电源模块3分别和时钟采集模块41、光报文收发模块42、处理器模块43、内存模块44、存储模块45、人机交互模块46相连，铯原子钟模块2通过时钟采集模块41和处理器模块43相连，光报文接收串口模块12通过光报文收发模块42和处理器模块43相连，授时接口模块11、内存模块44、存储模块45、人机交互模块46分别和处理器模块43相连。本实施例采用铯原子钟模块2作为标准时钟源，铯原子钟模块2具有很好的时钟保持性能，一般24小时内时钟最大偏差不大于3微妙。在使用本实施例装置进行测试时，合并单元对时稳定时间设置为5分钟，守时测试时间设置为10分钟，进行一次测试时间约为15分钟。以测试20分钟为例，铯原子钟模块2在一小时内的时钟偏差为3/24=0.125微妙，20分钟的时钟偏差为0.125/3=0.042微妙，与需要测试的0标号报文与秒沿的时间偏差最大值4微妙相比，铯原子钟模块2的时钟偏差要低两个数量级，对测试结果不会造成直接影响；而通过铯原子钟模块2，不需要额外携带标准时钟源，因此能够极大地增强本实施例智能变电站合并单元守时误差测试装置的便携性能。
本实施例中，时钟采集模块41、光报文收发模块42基于同一块FPGA实现，以此来减少时钟采集模块41、光报文收发模块42所占用的体积，简化本实施例的电路结构。毫无疑问，时钟采集模块41、光报文收发模块42本质上还是相互独立的两个硬件模块，因此也可以采用单独的电路模块来实现，在此不再赘述。此外，本实施例中的处理器模块43采用DSP实现，此外也可以采用其他微处理器实现。
本实施例中，授时接口模块11为光以太网接口模块。光以太网接口模块是智能变电站合并单元的常见接口，毫无疑问，也可以根据需要采用其他类型的通用接口或者专用接口来实现向被测试合并单元授时，其原理与本实施例相同，在此不再赘述。
如图1和图3所示，外壳1上还设有充电接口13，电源模块3中包括充放电电路31和锂电池32，锂电池32通过充放电电路31分别和时钟采集模块41、光报文收发模块42、处理器模块43、内存模块44、存储模块45、人机交互模块46、充电接口13相连。电源模块3中包括充放电电路31和锂电池32，使得本实施例智能变电站合并单元守时误差测试装置能够反复充电循环使用，因此不需要现场直接供电，操作方便，便携性更好。
本实施例中，存储模块45包括SD卡存储模块451和闪存存储模块452，SD卡存储模块451、闪存存储模块452分别和处理器模块43相连。
本实施例中，人机交互模块46包括键盘模块461和LCD显示模块462，键盘模块461、LCD显示模块462分别和处理器模块43相连。
使用本实施例智能变电站合并单元守时误差测试装置对被测试合并单元进行守时误差测试的步骤如下：（1）以铯原子钟模块2产生高精度频率信号，通过时钟采集模块41采集后输出给处理器模块43，使得处理器模块43产生高精度时钟信号，通过授时接口模块11向被测试合并单元发送授时信号，同时作为本实施例装置内部时间基准，对通过光报文接收串口模块12接收到的IEC61850-9-2SV报文（来自被测试合并单元）打上绝对时间戳；（2）试验开始后本实施例装置通过授时接口模块11向被测试合并单元发送授时信号；（3）本实施例装置通过光报文接收串口模块12接收被测试合并单元发出的IEC61850-9-2SV报文，记录每个报文到达的时刻，打上绝对时间戳；（4）处理器模块43在报文中查找0标号报文，其时间戳与秒沿的时间差记为Δt；（5）根据Q-GDW426-2010《智能变电站合并单元技术规范》要求，当Δt稳定时，处理器模块43取Δt的稳定值记为ΔT1；（6）根据Q-GDW426-2010《智能变电站合并单元技术规范》要求继续监测Δt，测试十分钟，处理器模块43取Δt的最大值记为ΔT2；（7）处理器模块43计算合并单元在规定时间内的守时误差为△T=△T2-△T1；（8）根据Q-GDW426-2010《智能变电站合并单元技术规范》要求，判断△T是否满足要求并给出试验结果。通过两个计时△T1和△T2相减的△T，可消除合并单元固定延时的影响。需要说明的是，上述守时误差测试的方法仅仅为使用本实施例智能变电站合并单元守时误差测试装置对被测试合并单元进行守时误差测试的一种方法举例。毫无疑问，本实施例智能变电站合并单元守时误差测试装置的实现并不依赖于上述守时误差测试的方法举例，基于本实施例的授时接口模块11、光报文接收串口模块12和被测试合并单元形成闭环连接结构，结合铯原子钟模块2产生高精度频率信号和光报文接收串口模块12接收的光报文信号，还可以采用其他方法来实现对被测试合并单元进行守时误差测试。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种智能变电站合并单元守时误差测试装置，包括外壳（1），其特征在于：所述外壳（1）上设有用于向被测试合并单元授时的授时接口模块（11）及用于接收被测试合并单元报文的光报文接收串口模块（12），所述外壳（1）中设有铯原子钟模块（2）、电源模块（3）和误差测试电路单元（4），所述误差测试电路单元（4）包括时钟采集模块（41）、光报文收发模块（42）、处理器模块（43）、内存模块（44）、存储模块（45）和人机交互模块（46），所述电源模块（3）分别和时钟采集模块（41）、光报文收发模块（42）、处理器模块（43）、内存模块（44）、存储模块（45）、人机交互模块（46）相连，所述铯原子钟模块（2）通过时钟采集模块（41）和处理器模块（43）相连，所述光报文接收串口模块（12）通过光报文收发模块（42）和处理器模块（43）相连，所述授时接口模块（11）、内存模块（44）、存储模块（45）、人机交互模块（46）分别和处理器模块（43）相连。
2.根据权利要求1所述的智能变电站合并单元守时误差测试装置，其特征在于：所述授时接口模块（11）为光以太网接口模块。
3.根据权利要求2所述的智能变电站合并单元守时误差测试装置，其特征在于：所述外壳（1）上还设有充电接口（13），所述电源模块（3）中包括充放电电路（31）和锂电池（32），所述锂电池（32）通过充放电电路（31）分别和时钟采集模块（41）、光报文收发模块（42）、处理器模块（43）、内存模块（44）、存储模块（45）、人机交互模块（46）、充电接口（13）相连。
4.根据权利要求3所述的智能变电站合并单元守时误差测试装置，其特征在于：所述存储模块（45）包括SD卡存储模块（451）和闪存存储模块（452），所述SD卡存储模块（451）、闪存存储模块（452）分别和处理器模块（43）相连。
5.根据权利要求4所述的智能变电站合并单元守时误差测试装置，其特征在于：所述人机交互模块（46）包括键盘模块（461）和LCD显示模块（462），所述键盘模块（461）、LCD显示模块（462）分别和处理器模块（43）相连。
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