專利名稱：時分復(fù)用采樣的輸電線路行波故障測距裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種電力線路行波故障測距裝置。該裝置能夠靈活切換和擴(kuò)充采樣通道，其采樣頻率和測距精度高。
背景技術(shù)：
如何準(zhǔn)確測定高壓輸電線路的故障點(diǎn)，縮短供電搶修時間，減少停電損失，一直是電力系統(tǒng)運(yùn)行亟待解決的問題。傳統(tǒng)的阻抗測距方法測距誤差大，適應(yīng)性差。而目前采用的行波測距裝置普遍存在硬件設(shè)計復(fù)雜，采樣頻率低，通信瓶頸易引起數(shù)據(jù)丟失的問題。
本發(fā)明有效地解決了上述問題。一方面，采用通用計算機(jī)作為處理單元，通過快速通信總線、高速的AD采集芯片，大大提高數(shù)據(jù)的采集頻率，并降低了硬件的設(shè)計復(fù)雜程度；另一方面，在時分復(fù)用的情況下控制模擬采集通道的切換，實(shí)現(xiàn)了多采集通道的同步采樣。另外，本發(fā)明還以GPS秒脈沖作為同步輸入信號，以確定每一次數(shù)據(jù)采樣的精確時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明由兩部分所構(gòu)成，第一部分為中央處理單元，它包括通用計算機(jī)、高速AD采集插卡以及通信接口等。第二部分為模擬量采集單元，它包括模擬量采集插件、總線背板、總線接口板、開關(guān)量輸入輸出單元、人機(jī)接口以及電源插件等。
一、中央處理單元中央處理單元各組成部分的作用如下1.通用計算機(jī)作為數(shù)據(jù)處理的載體，負(fù)責(zé)采樣數(shù)據(jù)的AD轉(zhuǎn)換、存儲和傳輸。
2.帶PCI、PCI-X或PCI-E接口的AD采集插卡它可進(jìn)行模擬量和數(shù)據(jù)量的轉(zhuǎn)換，同時根據(jù)采樣脈沖計數(shù)值發(fā)出通道切換控制命令，并將該控制信號由數(shù)據(jù)信號轉(zhuǎn)換為差分信號，經(jīng)控制總線傳輸給模擬量采集單元。AD采集插卡還可充當(dāng)CAN網(wǎng)控制器，控制CAN網(wǎng)數(shù)據(jù)的傳輸；另外，它還可接收GPS時間標(biāo)志信號的輸入，以準(zhǔn)確確定數(shù)據(jù)采樣的時間。
3.通信接口包括Modem，遠(yuǎn)動通道板等外部設(shè)備，主要負(fù)責(zé)與調(diào)度進(jìn)行通訊，以便于采樣數(shù)據(jù)的監(jiān)控分析和故障的檢測。
二、模擬量采集單元輸入輸出單元主要由以下6種插件構(gòu)成1.模擬量采集插件，它采用霍爾傳感器將強(qiáng)電流變換為適合AD轉(zhuǎn)換的電平信號。電流變換采用分段線性的方法，即針對不同的采樣精度要求，采用不同的電流變換系數(shù)。采樣精度要求越高，電流變換系數(shù)就越大，電流變換后輸出的電平信號的電壓就越高。模擬量采集插件還具備通道切換的控制功能，即根據(jù)控制總線傳來的通道切換控制信號來選通相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集通道。該插件還可進(jìn)行采樣通道的自檢，并能將插件地址經(jīng)CAN網(wǎng)發(fā)送到中央處理單元，以檢測插件的數(shù)量和位置，使模擬量采集插件具有即插即用的功能。
2.總線背板，它主要包括電源總線、模擬信號總線、通道切換控制總線、RS485總線、CAN總線以及為各種插件提供插槽的連接器等。電源總線為所有插件提供電源。模擬信號總線為各模擬量采集插件提供公共的模擬信號通道，使各插件采集的數(shù)據(jù)能通過該總線傳輸?shù)娇偩€接口板上。通道切換控制總線控制模擬采集通道的切換，其信號輸入源為總線接口板，控制對象為各模擬量采集插件。RS485總線可為總線接口板和模擬量采集插件提供低成本的網(wǎng)絡(luò)接口，模擬量采集插件的自檢以及即插即用功能就是通過該總線的信號傳輸才完成的。CAN總線為系統(tǒng)提供中等速度的通信手段，它可完成對時、監(jiān)視開入、控制輸出繼電器、人機(jī)接口的功能。
3.總線接口板，它可提供模擬量采集單元與中央處理單元之間信息傳遞的接口。一方面接收GPS輸入信號以及中央處理單元發(fā)出的模擬通道切換控制命令，另一方面將模擬信號經(jīng)同軸電纜傳輸?shù)街醒胩幚韱卧?。同時，通過CAN網(wǎng)和CAN總線在中央處理單元、模擬量采集插件、開入開出插件、人機(jī)接口之間提供通信的通道。GPS輸入信號的作用是為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)提供基準(zhǔn)時標(biāo)，該時標(biāo)信息同時提供給中央處理單元以及每一個模擬量采集插件，用以確定每一次數(shù)據(jù)采樣的精確時間。總線接口板還會將模擬通道切換控制命令由差分信號轉(zhuǎn)換為電平信號，以控制采樣通道的選通。
4.開關(guān)量輸入輸出單元，它可連接電氣開關(guān)的輔助節(jié)點(diǎn)，獲取電氣開關(guān)的狀態(tài)信息，以便為輸電線路是否發(fā)生故障提供輔助判據(jù)5.人機(jī)接口，包括鍵盤，液晶、電源、CAN總線。通過鍵盤，液晶，CAN總線的交互，為用戶提供需要的狀態(tài)信息。
6.電源插件，為所有插件提供工作電源。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的具體實(shí)施方式
如下一、中央處理單元中央處理單元最核心的部分就是具有PCl總線接口的AD采集插卡。它分AD采集、數(shù)據(jù)緩沖和總線接口三部分。AD采集部分采用流水線方式來工作。首先通過10M高精度晶振提供采樣脈沖，然后輸入到AD芯片，使其在脈沖的上升沿讀取經(jīng)功率放大后的模擬信號，然后進(jìn)行模擬量/數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，再在采樣脈沖的下降沿將數(shù)字信號輸出到數(shù)據(jù)總線上。在AD轉(zhuǎn)換的同時，可編程控制邏輯還會對采樣脈沖進(jìn)行計數(shù)，并根據(jù)檢測到的通道數(shù)量來設(shè)定計數(shù)值的上限，然后根據(jù)脈沖計數(shù)值輸出通道切換控制命令，控制采樣通道的切換。在時分復(fù)用的情況下，所有采樣通道均分采樣帶寬。可編程控制邏輯輸出的通道切換控制命令還必須由數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為差分信號，以提高抗干擾的能力。
AD輸出的數(shù)字信號經(jīng)數(shù)據(jù)總線送到數(shù)據(jù)緩沖部分。數(shù)據(jù)緩沖部分采用的是高速大容量FIFO。FIFO采用與采樣脈沖完全反向的控制脈沖，當(dāng)采樣脈沖處于下降沿時，F(xiàn)IFO的控制脈沖處于上升沿，這時它開始從數(shù)據(jù)總線上讀取AD芯片輸出的數(shù)字信號，然后保存在其內(nèi)部的緩沖區(qū)中。與AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號同時寫入FIFO的還有脈沖計數(shù)值以及同步輸入的GPS秒脈沖。在采樣數(shù)據(jù)中合并脈沖計數(shù)值和GPS秒脈沖后，可以在時分復(fù)用的情況下，分辨出每一個數(shù)據(jù)的采集時間和采樣通道。
最后，F(xiàn)IFO中的數(shù)據(jù)在可編程控制下，通過40M頻率的輸出總線和PCI接口，輸出到PCI總線上，然后經(jīng)通用計算機(jī)處理后，再通過通信接口發(fā)送到行波故障檢測和分析系統(tǒng)。
二、模擬量采集單元1.總線接口板 它可為模擬信號的輸出、控制信號的輸入以及CAN通信提供接口。首先接收經(jīng)控制電纜傳送來的通道切換控制信號，然后通過一個高速485將控制信號由差分信號轉(zhuǎn)換為電平信號，經(jīng)通道切換控制總線將控制命令送到各模擬量采集插件，以控制采樣通道的切換。而總線接口板收到的模擬信號經(jīng)高速運(yùn)算放大器高保真功率加強(qiáng)后，通過同軸電纜輸出到具有PCI接口的AD采集插卡。
2.總線背板 它可為各模擬量采集插件和總線接口板提供模擬信號、控制信號以及CAN通信的傳輸通道。它包含四種總線電源總線、通道切換控制總線、模擬信號總線和CAN總線，并通過插槽和模擬量采集插件、總線接口板等相連，以實(shí)現(xiàn)信號的相互傳遞。在總線背板上，通過硬布線的方式使每一個插槽具有不同的電平輸出，該電平輸出可以作為插槽的地址標(biāo)識用于識別不同的插件。
3.模擬量采集插件 從邏輯上它可分成三部分選通邏輯、模擬信號調(diào)整電路、模擬控制開關(guān)。選通邏輯將選通控制信號中包含的插件地址信號與當(dāng)前插件的地址進(jìn)行比較，若兩者吻合，則可根據(jù)選通控制信號中包含的通道信息來控制相應(yīng)的選通電平為低電平，然后通過模擬控制開關(guān)，導(dǎo)通相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集通道。數(shù)據(jù)采集通道導(dǎo)通后，其采集的模擬信號按照實(shí)際應(yīng)用的信噪比、采樣精度和分辨率等要求，經(jīng)過模擬信號調(diào)整電路的一系列轉(zhuǎn)換，輸出為便于AD轉(zhuǎn)換的電平信號。選通邏輯還可負(fù)責(zé)采樣通道的自檢，即根據(jù)當(dāng)前插件的選通電平信號，輸出一個分頻后的測試脈沖，由一個微處理器對該測試脈沖進(jìn)行計數(shù)，以判斷采樣通道的采樣是否正常。另外，模擬量采集插件還會將插件的地址信息經(jīng)CAN總線、總線接口板以及CAN網(wǎng)發(fā)送到中央處理單元，以檢測插件的數(shù)量和位置，便于控制模擬量采集通道的選通。而模擬量采集插件輸出的模擬信號經(jīng)總線背板上的模擬信號總線、總線接口板以及同軸電纜傳輸?shù)街醒胩幚韱卧瓿葾D轉(zhuǎn)換和相關(guān)的處理分析。
權(quán)利要求
1.采用通用計算機(jī)作為處理單元。
2.模擬信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換以后，通過PCI、PCI_E或PCI_X接口，將全部采樣數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存。
3.數(shù)據(jù)采集通道切換采用時分復(fù)用方式，各數(shù)據(jù)采集通道均分系統(tǒng)總采樣帶寬。
4.數(shù)據(jù)采集通道采樣頻率可根據(jù)采集通道數(shù)量靈活改變，通道數(shù)越多，每一通道采樣頻率越低，而通道數(shù)越少，每一通道采樣頻率越高。
5.通道切換控制命令延時補(bǔ)償，且補(bǔ)償量可編程調(diào)整。
6.模擬量調(diào)理電路特性為分段線性。
全文摘要
發(fā)明名稱時分復(fù)用采樣的輸電線路行波故障測距裝置，所屬技術(shù)領(lǐng)域電力輸電線、電氣化鐵路、地鐵線路故障定位，技術(shù)問題本發(fā)明作為一種時分復(fù)用采樣的高速行波故障測距裝置，可以準(zhǔn)確而有效解決高壓輸電線路故障點(diǎn)的準(zhǔn)確定位問題。本裝置采樣頻率高達(dá)10M采用通用計算機(jī)作為處理單元。數(shù)據(jù)采集通道采集的數(shù)據(jù)經(jīng)分段線性轉(zhuǎn)換為便于AD轉(zhuǎn)換的電平信號后，經(jīng)總線背板、總線接口板和同軸電纜送入具有PCI或PCI－E接口的AD采集插卡，在可編程控制邏輯控制下完成AD轉(zhuǎn)換。同時可編程控制邏輯根據(jù)采樣脈沖計數(shù)值發(fā)出通道切換控制命令，使各數(shù)據(jù)采集通道在時分復(fù)用情況下完成模擬量采樣。主要用途是電力輸電線、電氣化鐵路、地鐵線路故障定位。
文檔編號G01R31/08GK1928574SQ20051010244
公開日2007年3月14日 申請日期2005年9月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月9日
發(fā)明者李兆成, 陳福杏, 周濤, 薛玉海, 劉皞博 申請人:北京富瑞菲格電力科技有限公司