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模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，包括模擬量輸入接口單元、前端采集設備、主控CPU模塊和上位機；前端采集設備包括內置多通道分壓模塊、前置采樣模塊和電源模塊，前置采樣模塊和電源模塊相連接；主控CPU模塊包括FPGA、微處理器和光纖接口單元；模擬量輸入接口單元、內置多通道分壓模塊、前置采樣模塊、FPGA依次順序連接，F(xiàn)PGA、微處理器和上位機依次順序連接，光纖接口單元與FPGA相連接。本發(fā)明為多采樣系統(tǒng)，同時采集電子式互感器的原始模擬信號以及對地的分布參數(shù)以及采集器和合并單元的輸出數(shù)字量信號，采用實時以太網(wǎng)采集合并單元發(fā)出的采樣值數(shù)據(jù)，將最終數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)進行比對以消除系統(tǒng)中電容電流的影響。
【專利說明】模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)及方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于的是電力系統(tǒng)智能變電站電子式互感器檢測領域，涉及的是一種智能變電站GIS內用電子式互感器現(xiàn)場抗干擾測試系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]目前電網(wǎng)建設都是以智能變電站或數(shù)字化變電站為主，智能變電站或數(shù)字化變電站主要的技術特點就是一次設備智能化，所以電子式互感器必將是未來智能變電站建設的主要智能一次設備。但目前電子式互感器普遍存在GIS內應用時，在拉合刀閘過程中由于VFTO原因，在電子式互感器信號端以及電源端產(chǎn)生強烈的干擾信號，從而導致采集器無法正常工作，或產(chǎn)生異常數(shù)據(jù)都會影響到智能變電站的整體安全運行。這些問題產(chǎn)生的根源目前一直沒有一種定量的參數(shù)，而這些干擾信號的頻率分布也是影響電子式互感器安全運行重要參數(shù)，而這些問題已經(jīng)成了智能變電站電子式互感器應用的瓶頸問題了。目前這種干擾信號都是通過合并單元最后的結果來進行表象分析，所以各廠家在解決抗干擾問題時也是根據(jù)其表象進行對于問題的解決。但干擾一直是一個復雜的過程，不僅僅是某一個環(huán)節(jié)的問題，極有可能是在多個環(huán)節(jié)共同作用所導致的最終現(xiàn)象。目前還沒有任何機構或廠家針對這一問題提出最終的原因以及解決方案，大家都是摸索的過程當中。
[0003]現(xiàn)有GIS電子式互感器的測試系統(tǒng)都是基于對電子式互感器本身的精度、性能進行測試，例如C N103487780A公開了一種基于隔離開關分合容性小電流的GIS電子式互感器的測試系統(tǒng)，通過該測試系統(tǒng)，可以模擬110KV、220KV、500KV電壓等級在送電和斷電過程中的電磁環(huán)境，模擬現(xiàn)場隔離開關開合空導線及容性小電流負荷過程，產(chǎn)生類似現(xiàn)場暫態(tài)強干擾，考核在該條件下電子式互感器的電磁防護性能，但是仍舊停留于電子式互感器本身的精度、性能進行測試，不涉及到GIS內電子式互感器在拉合刀閘過程中的電子式互感器所受的干擾源信號及其對電子式互感器特性的影響。
[0004]所以從目前現(xiàn)狀來看，迫切需要一種裝置來定量精確測試GIS內電子式互感器在拉合刀閘過程中由于VFTO的影響在信號端以及地網(wǎng)產(chǎn)生的干擾信號來分析電子式互感器干擾產(chǎn)生的機理及量化指標，結合采集器的輸出數(shù)據(jù)分析采樣回路的影響結合合并單元的最終輸出采樣值報文綜合分析GIS內電子式互感器干擾源對電子式互感器的影響。

【發(fā)明內容】

[0005]發(fā)明目的:本發(fā)明是為了解決智能變電站以及數(shù)字化變電站對于GIS電子式互感器的抗干擾能力的測試要求，并針對目前現(xiàn)有GIS內電子式互感器的技術現(xiàn)狀，開發(fā)出基于實時以太網(wǎng)的GIS內電子式互感器現(xiàn)場抗干擾測試系統(tǒng)，以滿足電力系統(tǒng)用戶對于智能變電站GIS內電子式互感器抗干擾能力測試的要求，通過測試GIS內電子式互感器在拉合刀閘過程中的電子式互感器所受的干擾源信號及其對電子式互感器特性的影響，用以提高GIS內應用時電子式互感器可靠性。
[0006]本發(fā)明技術方案如下: 模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，包括模擬量輸入接口單元、前端采集設備、主控CPU模塊和上位機。
[0007]前端采集設備包括內置多通道分壓模塊、前置采樣模塊和電源模塊，前置采樣模塊和電源模塊相連接；電源模塊為電池供電模塊，采用電池供電避免了采樣系統(tǒng)自身受干擾。
[0008]主控CPU模塊包括FPGA、微處理器和光纖接口單元，采用光纖串口將數(shù)據(jù)發(fā)送至FPGA，發(fā)送速度快。主控CPU模塊采用FPGA作為數(shù)據(jù)處理，采集前置采樣模塊以及采集器的串行數(shù)據(jù)，同時采集多個合并單元的IEC61850-9數(shù)據(jù)并進行同步處理后送至微處理器，由微處理器完成與上位機的連接。
[0009]模擬量輸入接口單元、內置多通道分壓模塊、前置采樣模塊、FPGA依次順序連接，F(xiàn)PGA、微處理器和上位機依次順序連接，光纖接口單元與FPGA相連接。微處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行打包后發(fā)送給上位機。
[0010]內置多通道分壓模塊采用電阻分壓將原始電壓信號分為5V、20V、50V、200V采樣范圍的信號，將原始電壓信號分成4檔用以確保信號的精度。
[0011]光纖接口單元包括串行光纖接口和以太網(wǎng)光纖接口，串行光纖接口連接被測GIS內電子式互感器的采集器的輸出端；以太網(wǎng)光纖接口連接被測GIS內電子式互感器的合并單元的輸出端。
[0012]模擬量輸入接口單元連接外置的羅氏線圈的正壓端、負壓端和地網(wǎng)。
[0013]前置采樣模塊基于分壓技術多通道寬范圍采集(0.1VlOOV的寬范圍)，包括模數(shù)轉換器和錄波單元，模數(shù)轉換器將從內置多通道分壓模塊輸出的模擬信號轉換為數(shù)字信號，錄波單元根據(jù)多通道分壓模塊的通道數(shù)據(jù)進行選擇性錄波。
[0014]FPGA包括同步單元和數(shù)據(jù)轉換單元，F(xiàn)PGA接收來自前置采樣模塊的輸出信號、被測GIS內電子式互感器的采集器的輸出信號和被測GIS內電子式互感器的合并單元的輸出信號，經(jīng)過同步單元同步后，發(fā)送給數(shù)據(jù)轉換單元進行數(shù)據(jù)格式轉換，轉換為格式一致的數(shù)據(jù)信號。
[0015]模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試方法，包括以下步驟，
S01，內置多通道分壓模塊連接羅氏線圈的正壓端、負壓端和地網(wǎng)，GIS拉合刀閘的過程中內置多通道分壓模塊采集GIS線圈的差分信號、線圈兩端分別對地的信號；
502,串行光纖接口連接被測電子式互感器的采集器的輸出端；以太網(wǎng)光纖接口連接被測電子式互感器的合并單元的輸出端，串行光纖接口采集GIS內電子式互感器采集器發(fā)送原始信號，以太網(wǎng)光纖接口采集經(jīng)過合并單元處理后的采樣值數(shù)據(jù)；
503,內置多通道分壓模塊采用電阻分壓將原始電壓信號分為5V、20V、50V、200V采樣范圍的信號，通過前置采樣模塊的模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號，錄波單元根據(jù)多通道分壓模塊的通道數(shù)據(jù)進行選擇性錄波，前置采樣模塊輸出的數(shù)據(jù)為羅氏線圈正負端和地線的實際信號的采樣值；前置采樣模塊采樣速率為1M，采用5M的波特率進行串行傳輸。
[0016]S04，F(xiàn)PGA接收來自前置采樣模塊轉換后的數(shù)字信號、采集器輸出的信號、合并單元輸出的信號，經(jīng)過同步單元同步后，發(fā)送給數(shù)據(jù)轉換單元進行數(shù)據(jù)格式轉換，轉換為格式一致的數(shù)據(jù)信號，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)源的同步后發(fā)送給微處理器；采集器和合并單元輸出的信號分別為被測GIS內電子式互感器的經(jīng)過采集器硬件積分和經(jīng)過合并單元軟件積分的采樣信號;
S05，微處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行打包后發(fā)送給上位機；微處理器與上位機之間的傳輸速率采用10K，每包發(fā)送10點采樣數(shù)據(jù)，按照觸發(fā)采集模式，分時發(fā)送10秒時間內數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機并打上數(shù)據(jù)觸發(fā)時刻；
S06，上位機根據(jù)多通道分壓模塊的各點模擬信號確定干擾源，根據(jù)采集器的輸出測出羅氏線圈原始微分信號與模擬信號的差異，計算采集器受干擾的實際影響，通過對合并單元輸出的IEC61850-9數(shù)據(jù)進行分析獲得最終電子式互感器輸出的信號與干擾信號處理之間的關聯(lián)性。
[0017]本發(fā)明的技術方案有益效果包括:
1、多采樣系統(tǒng)，同時采集電子式互感器的原始模擬信號以及對地的分布參數(shù)以及采集器和合并單元的輸出數(shù)字量信號，采用實時以太網(wǎng)采集合并單元發(fā)出的采樣值數(shù)據(jù)，將最終數(shù)據(jù)與原始數(shù)據(jù)進行比對以消除系統(tǒng)中電容電流的影響。
[0018]2.采用內部電池供電以消除本身模擬裝置采集的信號受電源干擾的可能性。
[0019]3.高采樣速率，采用高速采樣AD采樣速率達到50M?？梢圆杉疺FTO整個過程中干擾信號中頻譜分布。
[0020]4.采用就地高速錄波技術，實現(xiàn)干擾數(shù)據(jù)的實時采集、記錄與分時發(fā)送。
[0021]5.接收電子式互感器廠家采集器的私有數(shù)據(jù)，以驗證合并單元的軟件積分環(huán)節(jié)對干擾信號的影響。
[0022]6.采用分壓多通道的方式采集模擬信號，以實現(xiàn)干擾信號的寬范圍采集。
[0023]【專利附圖】

【附圖說明】
圖1是本發(fā)明模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)結構示意圖；
圖2是本發(fā)明模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試方法流程圖。
【具體實施方式】
[0024]為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0025]請參閱圖1，模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，包括模擬量輸入接口單元、前端采集設備、主控CPU模塊和上位機。
[0026]所述前端采集設備包括內置多通道分壓模塊、前置采樣模塊和電源模塊，所述前置采樣模塊和電源模塊相連接；所述電源模塊為電池供電模塊，采用電池供電避免了采樣系統(tǒng)自身受干擾。
[0027]所述主控CPU模塊包括FPGA、微處理器和光纖接口單元，采用光纖串口將數(shù)據(jù)發(fā)送至FPGA，發(fā)送速度快。主控CPU模塊采用FPGA作為數(shù)據(jù)處理，采集前端采樣模塊以及采集器的串行數(shù)據(jù)，同時采集多個合并單元的IEC61850-9數(shù)據(jù)并進行同步處理后送至微處理器，由微處理器完成與上位機的連接。
[0028]所述模擬量輸入接口單元、內置多通道分壓模塊、前置采樣模塊、FPGA依次順序連接，所述FPGA、微處理器和上位機依次順序連接，所述光纖接口單元與FPGA相連接。微處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行打包后發(fā)送給上位機。[0029]內置多通道分壓模塊采用電阻分壓將原始電壓信號分為5V、20V、50V、200V采樣范圍的信號。
[0030]光纖接口單元包括串行光纖接口和以太網(wǎng)光纖接口，所述串行光纖接口連接被測GIS內電子式互感器的采集器的輸出端；所述以太網(wǎng)光纖接口連接被測GIS內電子式互感器的合并單元的輸出端。光纖接口單元的光接收器件采用Agilent(安捷倫)公司的光接收器件，接口采用ST，串行光纖波長為850 nm,以太網(wǎng)光纖波長采用1310nm。
[0031]模擬量輸入接口單元連接外置的羅氏線圈的正壓端、負壓端和地網(wǎng)。
[0032]前置采樣模塊基于分壓技術多通道寬范圍采集(0.1V100V)，包括模數(shù)轉換器和錄波單元，模數(shù)轉換器AD公司AD7671芯片高速采集模擬量數(shù)據(jù)，采樣速率為1M。所述模數(shù)轉換器將從內置多通道分壓模塊輸出的模擬信號轉換為數(shù)字信號，所述錄波單元根據(jù)多通道分壓模塊的通道數(shù)據(jù)進行選擇性錄波。
[0033]FPGA包括同步單元和數(shù)據(jù)轉換單元，所述FPGA接收來自前置采樣模塊的輸出信號、被測GIS內電子式互感器的采集器的輸出信號和被測GIS內電子式互感器的合并單元的輸出信號，經(jīng)過同步單元同步后，發(fā)送給數(shù)據(jù)轉換單元進行數(shù)據(jù)格式轉換，轉換為格式一致的數(shù)據(jù)信號。
[0034]如圖2所示，模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試方法，包括以下步驟， S01，內置多通道分壓模塊連接羅氏線圈的正壓端、負壓端和地網(wǎng)，GIS拉合刀閘的過程
中內置多通道分壓模塊采集GIS線圈的差分信號、線圈兩端分別對地的信號；
502,串行光纖接口連接被測電子式互感器的采集器的輸出端；以太網(wǎng)光纖接口連接被測電子式互感器的合并單元的輸出端，串行光纖接口采集GIS內電子式互感器采集器發(fā)送原始信號，以太網(wǎng)光纖接口采集經(jīng)過合并單元處理后的采樣值數(shù)據(jù)；
503,內置多通道分壓模塊采用電阻分壓將原始電壓信號分為5V、20V、50V、200V采樣范圍的信號，通過前置采樣模塊的模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號，錄波單元根據(jù)多通道分壓模塊的通道數(shù)據(jù)進行選擇性錄波，前置采樣模塊輸出的數(shù)據(jù)為羅氏線圈正負端和地線的實際信號的采樣值；前置采樣模塊采樣速率為1M，采用5M的波特率進行串行傳輸。
[0035]S04，F(xiàn)PGA接收來自前置采樣模塊轉換后的數(shù)字信號、采集器輸出的信號、合并單元輸出的信號，經(jīng)過同步單元同步后，發(fā)送給數(shù)據(jù)轉換單元進行數(shù)據(jù)格式轉換，轉換為格式一致的數(shù)據(jù)信號，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)源的同步后發(fā)送給微處理器；采集器和合并單元輸出的信號分別為被測GIS內電子式互感器的經(jīng)過采集器硬件積分和經(jīng)過合并單元軟件積分的采樣信號;
S05，微處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行打包后發(fā)送給上位機；微處理器與上位機之間的傳輸速率采用10K，每包發(fā)送10點采樣數(shù)據(jù)，按照觸發(fā)采集模式，分時發(fā)送10秒時間內數(shù)據(jù)發(fā)送至上位機并打上數(shù)據(jù)觸發(fā)時刻；
S06，上位機根據(jù)多通道分壓模塊的各點模擬信號確定干擾源，根據(jù)采集器的輸出測出羅氏線圈原始微分信號與模擬信號的差異，計算采集器受干擾的實際影響，通過對合并單元輸出的IEC61850-9數(shù)據(jù)進行分析獲得最終電子式互感器輸出的信號與干擾信號處理之間的關聯(lián)性；通過光纖以太網(wǎng)口接收來自多個合并單元的光纖以太網(wǎng)IEC61850-9協(xié)議傳送的模擬量數(shù)據(jù)，通過后臺控制后分析拉合過程中采樣值數(shù)據(jù)的準確性，然后通過計算合并單元采樣值的變化、發(fā)送時間離散值變化、報文是否存在異常、是否存在丟包等現(xiàn)象，作為判別條件同時綜合來自電子式互感器各點的高速模擬采樣信號，以及采集器輸出電子式互感器微分信號，對這些微分信號進行理想積分。綜合判斷GIS內電子式互感器的干擾信號源以及這些干擾信號對電子式互感器的模擬采集、微分積分環(huán)節(jié)等方面綜合影響。對這些信號進行比對測試GIS內電子式互感器的主要受干擾因數(shù)以及電子式互感器的處理機制可能存在的缺陷。
[0036]以上僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出:對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，其特征在于，包括模擬量輸入接口單元、前端采集設備、主控CPU模塊和上位機； 所述前端采集設備包括內置多通道分壓模塊、前置采樣模塊和電源模塊，所述前置采樣模塊和電源模塊相連接； 所述主控CPU模塊包括FPGA、微處理器和光纖接口單元； 所述模擬量輸入接口單元、內置多通道分壓模塊、前置采樣模塊、FPGA依次順序連接，所述FPGA、微處理器和上位機依次順序連接，所述光纖接口單元與FPGA相連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，其特征在于，所述內置多通道分壓模塊采用電阻分壓將原始電壓信號分為5V、20V、50V、200V采樣范圍的信號。
3.根據(jù)權利要求1所述的模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，其特征在于，所述 光纖接口單元包括串行光纖接口和以太網(wǎng)光纖接口，所述串行光纖接口連接被測GIS內電子式互感器的采集器的輸出端；所述以太網(wǎng)光纖接口連接被測GIS內電子式互感器的合并單元的輸出端。
4.根據(jù)權利要求1所述的模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬量輸入接口單元連接外置的羅氏線圈的正壓端、負壓端和地網(wǎng)。
5.根據(jù)權利要求1所述的模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，其特征在于，所述前置采樣模炔基于分壓技術多通道寬范圍采集，所述采集范圍為0.lV^200Vo
6.根據(jù)權利要求1所述的模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，其特征在于，所述前置采樣模塊包括模數(shù)轉換器和錄波單元，所述模數(shù)轉換器將從內置多通道分壓模塊輸出的模擬信號轉換為數(shù)字信號，所述錄波單元根據(jù)多通道分壓模塊的通道數(shù)據(jù)進行選擇性錄波。
7.根據(jù)權利要求1所述的模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，其特征在于，所述FPGA包括同步單元和數(shù)據(jù)轉換單元，所述FPGA接收來自前置采樣模塊的輸出信號、被測GIS內電子式互感器的采集器的輸出信號和被測GIS內電子式互感器的合并單元的輸出信號，經(jīng)過同步單元同步后，發(fā)送給數(shù)據(jù)轉換單元進行數(shù)據(jù)格式轉換，轉換為格式一致的數(shù)據(jù)信號。
8.根據(jù)權利要求1所述的模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，其特征在于，所述微處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行打包后發(fā)送給上位機。
9.根據(jù)權利要求1所述的模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試系統(tǒng)，其特征在于，所述電源模塊為電池供電模塊。
10.根據(jù)權利要求1所述的模擬量、數(shù)字量混合采集的互感器干擾源測試方法，其特征在于，包括以下步驟， S01，內置多通道分壓模塊連接羅氏線圈的正壓端、負壓端和地網(wǎng)，GIS拉合刀閘的過程中內置多通道分壓模塊采集GIS線圈的差分信號、線圈兩端分別對地的信號； . 502,串行光纖接口連接被測電子式互感器的采集器的輸出端；以太網(wǎng)光纖接口連接被測電子式互感器的合并單元的輸出端，串行光纖接口采集GIS內電子式互感器采集器發(fā)送原始信號，以太網(wǎng)光纖接口采集經(jīng)過合并單元處理后的采樣值數(shù)據(jù)； . 503,內置多通道分壓模塊采用電阻分壓將原始電壓信號分為5V、20V、50V、200V采樣范圍的信號，通過前置采樣模塊的模數(shù)轉換器轉換為數(shù)字信號，錄波單元根據(jù)多通道分壓模塊的通道數(shù)據(jù)進行選擇性錄波，前置采樣模塊輸出的數(shù)據(jù)為羅氏線圈正負端和地線的實際信號的采樣值； S04,FPGA接收來自前置采樣模塊轉換后的數(shù)字信號、采集器輸出的信號、合并單元輸出的信號，經(jīng)過同步單元同步后，發(fā)送給數(shù)據(jù)轉換單元進行數(shù)據(jù)格式轉換，轉換為格式一致的數(shù)據(jù)信號，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)源的同步后發(fā)送給微處理器；采集器和合并單元輸出的信號分別為被測GIS內電子式互感器的經(jīng)過采集器硬件積分和經(jīng)過合并單元軟件積分的采樣信號; S05，微處理器對接收到的數(shù)據(jù)進行打包后發(fā)送給上位機； S06，上位機根據(jù)多通道分壓模塊的各點模擬信號確定干擾源，根據(jù)采集器的輸出測出羅氏線圈原始微分信號與模擬信號的差異，計算采集器受干擾的實際影響，通過對合并單元輸出的IEC618 50-9數(shù)據(jù)進行分析獲得最終電子式互感器輸出的信號與干擾信號處理之間的關聯(lián)性。
【文檔編號】G01R31/00GK103969537SQ201410244362
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年6月4日 優(yōu)先權日:2014年6月4日
【發(fā)明者】高吉普, 陳建國, 徐長寶, 桂軍國, 湯漢松 申請人:貴州電力試驗研究院