專利名稱：用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的測(cè)試裝置，具體是一種用于電力系統(tǒng)繼 電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器。
背景技術(shù)：
依據(jù)DL/T995-2006《繼電保護(hù)及電網(wǎng)安全自動(dòng)裝置檢驗(yàn)條例》的要求，對(duì)繼電保 護(hù)、安全自動(dòng)裝置及二次回路接線進(jìn)行定期檢驗(yàn)，以確保裝置元件完好、功能正常，確保回 路接線及定值正確。需要檢測(cè)的信息包括繼電保護(hù)裝置自檢信息，如裝置異常、電源故障、 ΤΑ/TV斷線等，還有大量的元器件及邏輯回路節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息，目前采用的定期傳動(dòng)試驗(yàn)，不 能可靠全面的獲取這些信息。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，《繼電保護(hù)狀態(tài)檢修及實(shí)施探討》(繼電器，第33卷 第20期，2005年10月16日)中記載了一種對(duì)保護(hù)的狀態(tài)檢修方法，該技術(shù)利用SEL保護(hù) 裝置的開入接點(diǎn)實(shí)現(xiàn)保護(hù)控制回路狀態(tài)的采集，并通過(guò)SEL保護(hù)裝置的邏輯方程及繼電器 開出實(shí)現(xiàn)防跳功能，以達(dá)到保護(hù)狀態(tài)檢修的目標(biāo)。對(duì)模擬量的監(jiān)測(cè)目前只是通過(guò)與保護(hù)裝 置的通訊，間接獲取。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān) 測(cè)戶外采集器，實(shí)現(xiàn)信息的就地化采集，并依據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建模，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)光纖 傳輸上送，與原有的保護(hù)采集構(gòu)成閉環(huán)回路，為保護(hù)采集回路監(jiān)視提供判斷依據(jù)。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明包括采集轉(zhuǎn)換模塊、信息處理模塊、 通信模塊、存儲(chǔ)模塊、快速接口模塊、電源模塊和系統(tǒng)時(shí)鐘，其中采集轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與 繼電保護(hù)裝置的PT/CT端口相連接以接收模擬采集信息，采集轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與信息處 理模塊相連接并輸出AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字采集信息，信息處理模塊接收來(lái)自系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)鐘 信息后與數(shù)字采集信息合并生成帶有時(shí)間戳的采樣信息報(bào)文并發(fā)送至通信模塊，系統(tǒng)時(shí)鐘 與通信模塊相連接并接收更新時(shí)鐘信息，存儲(chǔ)模塊與信息處理模塊相連接并接收帶有時(shí)間 戳的采樣信息報(bào)文同時(shí)輸出歷史信息報(bào)文，快速接口模塊與信息處理模塊相連接并接收開 出信號(hào)及輸出開入信號(hào)，電源模塊的輸出端與信息處理模塊相連接并輸出開入信號(hào)，信息 處理模塊將開入信號(hào)和開出信號(hào)合并后輸出開入開出報(bào)文至通信模塊，通信模塊與信息交 互網(wǎng)絡(luò)相連接以傳輸更新后的開入開出報(bào)文、采樣信息報(bào)文和更新時(shí)鐘信息。所述的信息處理模塊采用FPGA與CPU共同處理實(shí)現(xiàn)，其中FPGA的數(shù)據(jù)傳輸端分 別與快速接口模塊和CPU的模擬輸入端相連接并傳輸模擬量的開入信號(hào)和開出信號(hào)，CPU 的數(shù)字傳輸端分別與通信模塊和存儲(chǔ)模塊相連接并傳輸數(shù)字量的采樣信息報(bào)文和歷史信 息報(bào)文，CPU的模擬輸出端與通信模塊相連接并傳輸模擬量的開入開出報(bào)文。所述的系統(tǒng)時(shí)鐘接收更新時(shí)鐘信息后與晶振秒脈沖計(jì)數(shù)器進(jìn)行比較，并將差值通 過(guò)40ns為步長(zhǎng)的均勻分布scaler算法生成時(shí)鐘信息并輸出至信息處理模塊。
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所述的時(shí)鐘信息和更新時(shí)鐘信息均包括1588對(duì)時(shí)協(xié)議脈沖以及IRIG-B對(duì)時(shí)協(xié)議 脈沖，所述系統(tǒng)時(shí)鐘分別進(jìn)行兩次所述比較得到兩組時(shí)鐘信息并輸出至信息處理模塊；所述的通信模塊包括兩個(gè)并聯(lián)且采樣率不同的傳輸單元，該傳輸單元的輸入端和 輸出端分別與采集轉(zhuǎn)換模塊和信息交互網(wǎng)絡(luò)相連接，其中信息交互網(wǎng)絡(luò)為1588對(duì)時(shí)協(xié)議 以及IRIG-B對(duì)時(shí)協(xié)議。所述的快速接口模塊和電源模塊均采用8路開入開出處理。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)信息的就地化采集，在信號(hào)的源端采集，保證數(shù)據(jù)的采集及 時(shí)性；將復(fù)雜的電纜敷設(shè)簡(jiǎn)化為一根光纖，節(jié)省項(xiàng)目成本及縮短施工周期，并可避免電磁對(duì) 信號(hào)傳輸?shù)母蓴_，使數(shù)據(jù)的可靠性增加30%。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)信息的數(shù)字化源端采集，將采集到得信息按照IEC61850標(biāo) 準(zhǔn)面向設(shè)備建模，采集到得信息可全站共享、唯一，使信息采集更全面、傳輸更有序，對(duì)故障 的查詢率可提高20%。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)采樣數(shù)據(jù)的時(shí)間標(biāo)簽和數(shù)據(jù)值更高的精度、糾錯(cuò)能力要求。利用內(nèi)部 再采樣脈沖跟隨外部時(shí)鐘脈沖，當(dāng)外部時(shí)鐘脈沖出現(xiàn)震蕩時(shí)，通過(guò)與內(nèi)部晶振秒脈沖計(jì)數(shù) 器進(jìn)行比較，差值通過(guò)scaler算法，以40ns為步長(zhǎng)均勻分布到下一秒的再采樣脈沖中，與 常規(guī)的一次性末位調(diào)整，均勻的步長(zhǎng)調(diào)整大大減小了相位的偏差。對(duì)數(shù)據(jù)采集的抗干擾糾 錯(cuò)，采用基于中值算法的采樣數(shù)據(jù)容錯(cuò)技術(shù)，在再采樣環(huán)節(jié)完成采樣值糾錯(cuò)，避免強(qiáng)干擾時(shí) 個(gè)別數(shù)據(jù)采集瞬時(shí)出錯(cuò)引起監(jiān)測(cè)邏輯誤判。


圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實(shí)施例連接示意圖。
具體實(shí)施例方式下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行 實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。如圖1和圖2所示，本實(shí)施例包括采集轉(zhuǎn)換模塊1、信息處理模塊2、通信模塊3、 存儲(chǔ)模塊4、快速接口模塊5、電源模塊6和系統(tǒng)時(shí)鐘7，其中采集轉(zhuǎn)換模塊1的輸入端與 繼電保護(hù)裝置的PT/CT端口相連接以接收模擬采集信息，采集轉(zhuǎn)換模塊1的輸出端與信息 處理模塊2相連接并輸出AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字采集信息，信息處理模塊2接收來(lái)自系統(tǒng)時(shí)鐘7 的時(shí)鐘信息后與數(shù)字采集信息合并生成帶有時(shí)間戳的采樣信息報(bào)文并發(fā)送至通信模塊3， 系統(tǒng)時(shí)鐘7與通信模塊3相連接并接收更新時(shí)鐘信息，存儲(chǔ)模塊4與信息處理模塊2相連 接并接收帶有時(shí)間戳的采樣信息報(bào)文同時(shí)輸出歷史信息報(bào)文，快速接口模塊5與信息處理 模塊2相連接并接收開出信號(hào)及輸出開入信號(hào)，信息處理模塊2將開入信號(hào)和開出信號(hào)合 并后輸出開入開出報(bào)文至通信模塊3，通信模塊3與信息交互網(wǎng)絡(luò)相連接以傳輸更新后的 開入開出報(bào)文、采樣信息報(bào)文和更新時(shí)鐘信息，電源模塊6的輸出端與信息處理模塊2相連 接并輸出開入信號(hào)。所述的時(shí)鐘信息和更新時(shí)鐘信息均包括1588對(duì)時(shí)協(xié)議脈沖以及IRIG-B對(duì)時(shí)協(xié)議脈沖；所述的快速接口模塊5采用8路開入開出處理。所述的采集轉(zhuǎn)換模塊1由三組并聯(lián)的AD7656型16位串行A/D與單片機(jī)接口電路 以及依次串聯(lián)的運(yùn)算放大電路和濾波回路構(gòu)成，其中兩個(gè)接口電路設(shè)置靜默冗余供保護(hù) 用，濾波回路置于運(yùn)算放大電路后級(jí)以實(shí)現(xiàn)高采樣率；所述的濾波回路共兩級(jí)其輸出端為FPGA并口 ；如圖2所示，所述的信息處理模塊2采用FPGA與CPU共同處理實(shí)現(xiàn)，其中FPGA的 數(shù)據(jù)傳輸端分別與快速接口模塊5和CPU的模擬輸入端相連接并傳輸模擬量的開入信號(hào)和 開出信號(hào)，CPU的數(shù)字傳輸端分別與通信模塊3和存儲(chǔ)模塊4相連接并傳輸數(shù)字量的采樣 信息報(bào)文和歷史信息報(bào)文，CPU的模擬輸出端與通信模塊3相連接并傳輸模擬量的開入開 出報(bào)文。所述的FPGA采用256腳BGA封裝的EP2C20且設(shè)置采用EPCS4和JTAG的下載程 序方式。所述的CPU采用MC9sl2XDG128的3. 3V電源電壓，最低工作電壓為3. 13V，其中 CPU的復(fù)位芯片選擇3. 08V的MAX706T，CAN網(wǎng)芯片為TJA1040，直接和3. 3V的IO接口，其 中的FPGA接口采用并口和SPI兼容的方式，存儲(chǔ)模塊采用板載DATA FLASH, BRICK擴(kuò)展I2C 接口的256Kbits的EEPR0M，連接測(cè)溫芯片采用LM77。所述的通信模塊3采用采用AVAGO的1414系列模塊實(shí)現(xiàn)，其驅(qū)動(dòng)電流為15mA ；該 通信模塊3的輸出端配置為相互獨(dú)立對(duì)時(shí)的AB雙網(wǎng)，其中A網(wǎng)采用1588對(duì)時(shí)，B網(wǎng)可以采 用IRIG-B對(duì)時(shí)。所述的系統(tǒng)時(shí)鐘7接收1588對(duì)時(shí)協(xié)議脈沖以及IRIG-B對(duì)時(shí)協(xié)議脈沖后與晶振秒 脈沖計(jì)數(shù)器進(jìn)行兩次比較，并將差值分別通過(guò)40ns為步長(zhǎng)的均勻分布scaler算法生成時(shí) 鐘信息并輸出至信息處理模塊2 ；所述的存儲(chǔ)模塊4采用板載DATA FLASH與BRICK擴(kuò)展I2C接口的256Kbits的 EEPROM。所述的快速接口模塊5采用非光耦的244隔離且母板上設(shè)置5V信號(hào)，該快速接口 模塊5的跳、合閘均采用一正一反2個(gè)信號(hào)，啟動(dòng)信號(hào)采用單個(gè)0UT_EN使能端口。所述的電源模塊6采用定制IW的電源模塊，輸入范圍154V 250VDC，具有過(guò)壓、 斷路和過(guò)流保護(hù)，允許電壓中斷時(shí)間> 200ms，運(yùn)行溫度范圍-40 V 85°C，壽命大于12年， 輸出5V，電壓精度士0. IV，紋波< 50mV。所述的采集轉(zhuǎn)換模塊1的外部設(shè)有金屬合金制成的防護(hù)外殼，該外殼的分合處采 用不易老化的硅膠密封圈，外殼的電纜連接處采用航空插頭，達(dá)到很高的密封性能，且有很 好的散熱性能，其密封保護(hù)性能達(dá)到IP67。本實(shí)施例解決了現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法有效監(jiān)視裝置的交流輸入回路和裝置的數(shù)據(jù)采集 回路的問(wèn)題，通過(guò)就地化安裝在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)戶外采集器，實(shí)現(xiàn)了信息的源端采集，并依據(jù) IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建模，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)光纖傳輸上送，與原有的保護(hù)采集構(gòu)成閉環(huán)回路，為保 護(hù)采集回路監(jiān)視提供判斷依據(jù)。在線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集的信息更加全面，為狀態(tài)檢修診斷提供 更多的比對(duì)，使故障點(diǎn)的定位更可靠、更迅速，使運(yùn)行、檢修、維護(hù)更加方便。
權(quán)利要求
一種用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器，其特征在于，包括采集轉(zhuǎn)換模塊、信息處理模塊、通信模塊、存儲(chǔ)模塊、快速接口模塊、電源模塊和系統(tǒng)時(shí)鐘，其中采集轉(zhuǎn)換模塊的輸入端與繼電保護(hù)裝置的PT/CT端口相連接以接收模擬采集信息，采集轉(zhuǎn)換模塊的輸出端與信息處理模塊相連接并輸出AD轉(zhuǎn)換后的數(shù)字采集信息，信息處理模塊接收來(lái)自系統(tǒng)時(shí)鐘的時(shí)鐘信息后與數(shù)字采集信息合并生成帶有時(shí)間戳的采樣信息報(bào)文并發(fā)送至通信模塊，系統(tǒng)時(shí)鐘與通信模塊相連接并接收更新時(shí)鐘信息，存儲(chǔ)模塊與信息處理模塊相連接并接收帶有時(shí)間戳的采樣信息報(bào)文同時(shí)輸出歷史信息報(bào)文，快速接口模塊與信息處理模塊相連接并接收開出信號(hào)及輸出開入信號(hào)，電源模塊的輸出端與信息處理模塊相連接并輸出開入信號(hào)，信息處理模塊將開入信號(hào)和開出信號(hào)合并后輸出開入開出報(bào)文至通信模塊，通信模塊與信息交互網(wǎng)絡(luò)相連接以傳輸更新后的開入開出報(bào)文、采樣信息報(bào)文和更新時(shí)鐘信息。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器，其特征是， 所述的快速接口模塊和電源模塊均采用8路開入開出處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器，其特征是， 所述的系統(tǒng)時(shí)鐘接收更新時(shí)鐘信息后與晶振秒脈沖計(jì)數(shù)器進(jìn)行比較，并將差值通過(guò)40ns 為步長(zhǎng)的均勻分布scaler算法生成時(shí)鐘信息并輸出至信息處理模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器，其特征是， 所述的時(shí)鐘信息和更新時(shí)鐘信息均包括1588對(duì)時(shí)協(xié)議脈沖以及IRIG-B對(duì)時(shí)協(xié)議脈沖，所 述系統(tǒng)時(shí)鐘分別進(jìn)行兩次所述比較得到兩組時(shí)鐘信息并輸出至信息處理模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器，其特征是， 所述的通信模塊包括兩個(gè)并聯(lián)且采樣率不同的傳輸單元，該傳輸單元的輸入端和輸出端 分別與采集轉(zhuǎn)換模塊和信息交互網(wǎng)絡(luò)相連接，其中信息交互網(wǎng)絡(luò)為1588對(duì)時(shí)協(xié)議以及 IRIG-B對(duì)時(shí)協(xié)議。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器，其特征是， 所述的采集轉(zhuǎn)換模塊由三組并聯(lián)的AD7656型16位串行A/D與單片機(jī)接口電路以及依次串 聯(lián)的運(yùn)算放大電路和濾波回路構(gòu)成，其中兩個(gè)接口電路設(shè)置靜默冗余供保護(hù)用，濾波回路 置于運(yùn)算放大電路后級(jí)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器，其特征是， 所述的濾波回路共兩級(jí)其輸出端為FPGA并口。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器，其特征是， 所述的信息處理模塊采用FPGA與CPU共同處理實(shí)現(xiàn)，其中FPGA的數(shù)據(jù)傳輸端分別與快 速接口模塊和CPU的模擬輸入端相連接并傳輸模擬量的開入信號(hào)和開出信號(hào)，CPU的數(shù)字 傳輸端分別與通信模塊和存儲(chǔ)模塊相連接并傳輸數(shù)字量的采樣信息報(bào)文和歷史信息報(bào)文， CPU的模擬輸出端與通信模塊相連接并傳輸模擬量的開入開出報(bào)文。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器，其特征是， 所述的采集轉(zhuǎn)換模塊的外部設(shè)有金屬合金制成的防護(hù)外殼，該外殼的分合處采用不易老化 的硅膠密封圈，外殼的電纜連接處采用航空插頭。
全文摘要
一種電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域的用于電力系統(tǒng)繼電保護(hù)的在線監(jiān)測(cè)戶外采集器，包括采集轉(zhuǎn)換模塊、信息處理模塊、通信模塊、存儲(chǔ)模塊、快速接口模塊、電源模塊和系統(tǒng)時(shí)鐘。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)信息的就地化采集，并依據(jù)IEC61850標(biāo)準(zhǔn)建模，轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)光纖傳輸上送，與原有的保護(hù)采集構(gòu)成閉環(huán)回路，為保護(hù)采集回路監(jiān)視提供判斷依據(jù)。
文檔編號(hào)H04L7/04GK101917066SQ201010252398
公開日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者劉軍, 姜健寧, 方愉冬, 朱炳銓, 楊漪俊, 王桂龍, 裘愉濤 申請(qǐng)人:浙江省電力公司;上海思源弘瑞自動(dòng)化有限公司