CN219978444U - 一种电缆故障诊断定位装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种电缆故障诊断定位装置，包括：主机，所述主机包括FPGA控制器，还包括与所述FPGA控制器连接的DDR储存器、无线通讯模块、GPS授时模块和电源管理模块；所述FPGA控制器包括高速ADC模块、低速ADC模块、数据处理模块、FIFO模块和DMA模块；所述高速ADC模块、低速ADC模块分别经所述数据处理模块、FIFO模块、DMA模块与所述的DDR储存器连接；第一电流传感器，用于采集电缆的工频、暂态行波电流，所述第一电流传感器分别与所述高速ADC模块、低速ADC模块连接。本实用新型可实现多通道的累加数据流的快速传输，精简了硬件设计，降低了装置的整体功耗，实现了高速率采样和精确授时的兼顾。
Description
技术领域
本实用新型涉及电缆故障定位技术领域，具体涉及一种电缆故障诊断定位装置。
背景技术
随着电力系统规模的扩大，在城市电网的建设中，采用高压电缆供电的方式越来越多被应用。随着城市电缆的大量投运，相应的电缆故障率也随着使用年限上升，造成停电事故和巨大的经济损失，为此快速检测故障点并修复故障成为迫切需要。
目前，对于电力电缆故障点的测寻大多基于暂态行波法，但现有的分布式故障定位装置均为一台装置对应单相电缆，因此三相电缆需同时配装三台装置，安装成本大。同时由于城市电缆多数存在电缆负荷低(<30A)，无法为监测装置提供更大功率，因此装置存在功耗限制，导致传统嵌入式方案无法做到≥50MHz高速率采样和精确授时兼顾。
实用新型内容
本实用新型的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种电缆故障诊断定位装置。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：
一种电缆故障诊断定位装置，包括：
主机，所述主机包括FPGA控制器，还包括与所述FPGA控制器连接的DDR储存器、无线通讯模块、GPS授时模块和电源管理模块；
所述FPGA控制器包括高速ADC模块、低速ADC模块、数据处理模块、FIFO模块和DMA模块；
所述高速ADC模块、低速ADC模块分别经所述数据处理模块、FIFO模块、DMA模块与所述的DDR储存器连接；
第一电流传感器，用于采集电缆的工频、暂态行波电流，所述第一电流传感器分别与所述高速ADC模块、低速ADC模块连接。
进一步地，所述第一电流传感器的数量为三个，分别连接在三相电缆上，以采集三相电缆的工频、暂态行波电流；
所述高速ADC模块的数量为三个，分别与三个所述第一电流传感器一一对应连接。
进一步地，所述数据处理模块与所述FIFO模块通过AXI总线连接。
进一步地，所述FIFO模块与所述DMA模块通过AXI总线连接。
进一步地，所述第一电流传感器采用高频罗科夫斯基线圈。
进一步地，所述高速ADC模块的采样频率为100MHz。
进一步地，还包括用于采集电缆护层接地电流的第二电流传感器，所述第二电流传感器与所述低速ADC模块连接。
进一步地，还包括连接电缆的感应取电装置，所述感应取电装置与所述电源管理模块连接。
进一步地，还包括太阳能电池板，所述太阳能电池板与所述电源管理模块连接。
进一步地，所述电源管理模块设置有散热片。
本实用新型与现有技术相比，其有益效果在于：
1、通过FPGA精准捕捉故障瞬间并精确授时当前时刻，利用FIFO进行缓存并通过DMA将实时数据流存放于外部DDR中，可实现多通道的累加数据流的快速传输，高精简的硬件设计，从根本上降低了装置的整体功耗。
2、可实现一台设备同时监控三相电缆，极大程度精简设备体积，方便设备安装，从而不再需要每相电缆分别安装一套设备，相比现有设备单相对应一块授时模组，本申请仅采用了一块高精度授时模组。
3、电源管理模块通过合理的铺地走线、配合散热片，可解决大过流和设备发生的矛盾，实现了整机设备的电缆负荷<20A启动。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1为本申请的电缆故障诊断定位装置的结构示意图；
图2为利用本申请电缆故障诊断定位装置进行双端行波法故障定位的原理图；
其中：
1-主机；2-第一电流传感器；3-第二电流传感器；4-感应取电装置；5-太阳能电池板；
11-FPGA控制器；12-DDDR储存器；13-无线通讯模块；14-GPS授时模块；15-电源管理模块；
111-高速ADC模块；112-低速ADC模块；113-数据处理模块；114-FIFO模块；115-DMA模块。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例的一种电缆故障诊断定位装置，主要包括主机1、第一电流传感器2、第二电流传感器3、感应取电装置4和太阳能电池板5，其中，第一电流传感器2、第二电流传感器3、感应取电装置4和太阳能电池板5均通过航空插头连接至主机1。
具体的，主机1内置FPGA嵌入式硬件板卡，其上设置有FPGA控制器11、DDR储存器12、无线通讯模块13、GPS授时模块14和电源管理模块15，其中，DDR储存器12、无线通讯模块13、GPS授时模块14和电源管理模块15均与FPGA控制器11连接。
FPGA控制器11用于数据的采集处理，主要包括高速ADC模块111、低速ADC模块112、数据处理模块113、FIFO模块114和DMA模块115，其中，高速ADC模块111的采样频率为100MHz，高速ADC模块111、低速ADC模块112通过并行总线与数据处理模块113连接，数据处理模块113通过AXI总线与FIFO模块114连接，FIFO模块114再通过AXI总线与DMA模块115连接，DMA模块115再通过AXI总与DDR储存器12连接。这样，高速ADC模块111、低速ADC模块112采集的数据送至数据处理模块113后，数据处理模块113对数据进行时间标记处理后送至FIFO模块114进行缓存，然后通过DMA模块115将实时数据流存放于外部高速缓存DDR储存器12中，需要时，再通过无线通讯模块13将数据传送至远程监控主站。
需要说明的是，上述各模块均可采用相应的电路模块实现其功能，根据具体情况进行开发或选用，在此不再赘述。
第一电流传感器2用于采集三相电缆的工频、暂态行波电流，数量为三个，分别连接于三相电缆上，本实施例中，第一电流传感器2采用高频罗科夫斯基线圈，其输出信号包含高频的暂态行波信号和低频的工频信号，两种信号均需要被采集分析，具体的，暂态行波信号输送至高速ADC模块111进行采样，工频信号输送至低速ADC模块112进行采样。
第二电流传感器3用于采集电缆护层的接地电流，数量为四个，分别连接于三相电缆及接地电缆上，采集的电流信号输送至低速ADC模块112进行采样，通过对电缆护层接地电流的实时监控，可综合判断电缆健康状态。
本实施例中，高速ADC模块111的数量为三个，分别与三个第一电流传感器2一一对应连接，由于高速ADC模块111的采样频率在100MHz，其采样数据流量大，而且是同时三通道的累加数据流，传统嵌入式方案无法实时容纳这种量级数据流实时读写，而传统FPGA方案虽然读写数据满足要求，但其RAM内存空间不足，难以满足设计要求，为此，本申请采用AXI高速传输协议，利用FIFO进行缓存并通过DMA将实时数据流存放于外部高速缓存DDR3中，因DMA具备无需核心干涉自动搬运数据功能，减轻了SOC数据处理压力，从根本上降低了装置的整体功耗。
主机1可以通过感应取电、太阳能取电或市电直接供电，具体的，感应取电装置4用于从电缆上获取电能，太阳能电池板5用于将太阳能转换为电能，感应取电装置4、太阳能电池板5、市电均可与主机1的电源管理模块15连接。
本实施例中，第一电流传感器2、第二电流传感器3均通过航空插头连接至主机1，从而实现1台设备同时监控3相电缆，极大程度精简设备体积，方便设备安装，同时，主机1仅设有1块高精度授时模组，通过FPGA实现3通道的触发事件精确授时，相比现有设备单相对应1块授时模组，精简了硬件设计，同时，电源管理模块15通过合理的铺地走线、配合散热片，解决了大过流和设备发生的矛盾，可实现整机设备的电缆负荷<20A启动。
使用时，本申请的电缆故障诊断定位装置沿线安装在高压电缆上，若干组电缆故障定位定位装置与远程监控主站组成一个完整的故障定位监控系统。电缆故障诊断定位装置进行工频电流采集、故障时的暂态行波电流信号的实时采集存储，并通过4G无线蜂窝网络将数据传送至远程监控主站，远程监控主站通过双端定位原理计算出故障点准确位置，判定故障原因。同时还通过对电缆护层接地电流的实时监控，综合判断电缆健康状态。
具体参看图2所示，本申请的电缆故障诊断定位装置直接安装在需要实现电缆故障监测的电缆段两端终端，共两台装置。当被监测电缆发生故障时，故障点将产生暂态行波并向故障点的两边进行传输。本产品可以敏锐捕捉该故障暂态行波，并记录行波到达时间，通过算法计算故障点。
根据装置测得的tM、tN，可计算得出故障点到两端监测点的距离LM、LN为：
综上，本申请的电缆故障诊断定位装置，可通过FPGA精准捕捉故障瞬间并精确授时当前时刻，利用FIFO进行缓存并通过DMA将实时数据流存放于外部DDR中，实现多通道的累加数据流的快速传输，高精简的硬件设计，从根本上降低了装置的整体功耗，实现了高速率采样和精确授时的兼顾。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电缆故障诊断定位装置，其特征在于，包括：
主机(1)，所述主机包括FPGA控制器(11)，还包括与所述FPGA控制器(11)连接的DDR储存器(12)、无线通讯模块(13)、GPS授时模块(14)和电源管理模块(15)；
所述FPGA控制器(11)包括高速ADC模块(111)、低速ADC模块(112)、数据处理模块(113)、FIFO模块(114)和DMA模块(115)；
所述高速ADC模块(111)、低速ADC模块(112)分别经所述数据处理模块(113)、FIFO模块(114)、DMA模块(115)与所述的DDR储存器(12)连接；
第一电流传感器(2)，用于采集电缆的工频、暂态行波电流，所述第一电流传感器(2)分别与所述高速ADC模块(111)、低速ADC模块(112)连接。
2.根据权利要求1所述的电缆故障诊断定位装置，其特征在于：所述第一电流传感器(2)的数量为三个，分别连接在三相电缆上；
所述高速ADC模块(111)的数量为三个，分别与三个所述第一电流传感器(2)一一对应连接。
3.根据权利要求2所述的电缆故障诊断定位装置，其特征在于：所述数据处理模块(113)与所述FIFO模块(114)通过AXI总线连接。
4.根据权利要求3所述的电缆故障诊断定位装置，其特征在于：所述FIFO模块(114)与所述DMA模块通过AXI总线连接。
5.根据权利要求4所述的电缆故障诊断定位装置，其特征在于：所述第一电流传感器(2)采用高频罗科夫斯基线圈。
6.根据权利要求5所述的电缆故障诊断定位装置，其特征在于：所述高速ADC模块(111)的采样频率为100MHz。
7.根据权利要求1所述的电缆故障诊断定位装置，其特征在于：还包括用于采集电缆护层接地电流的第二电流传感器(3)，所述第二电流传感器(3)与所述低速ADC模块(112)连接。
8.根据权利要求1所述的电缆故障诊断定位装置，其特征在于：还包括连接电缆的感应取电装置(4)，所述感应取电装置(4)与所述电源管理模块(15)连接。
9.根据权利要求1所述的电缆故障诊断定位装置，其特征在于：还包括太阳能电池板(5)，所述太阳能电池板(5)与所述电源管理模块(15)连接。
10.根据权利要求1所述的电缆故障诊断定位装置，其特征在于：所述电源管理模块(15)设置有散热片。
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