CN111044934A - 避雷器泄漏电流的同步采集装置 - Google Patents

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CN111044934A CN201911291922.1A CN201911291922A CN111044934A CN 111044934 A CN111044934 A CN 111044934A CN 201911291922 A CN201911291922 A CN 201911291922A CN 111044934 A CN111044934 A CN 111044934A
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杨凯
沈延峰
李杰义
贾军
卫涛
马海龙
张晓璐
郭晓艳
李峰
周丽
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Ankang Power Supply Co Of State Grid Shaanxi Electric Power Co
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Ningxia Zhongneng Ningdian Service Co Ltd
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Abstract

本发明涉及避雷器泄露电流的同步采集装置。包括：配置单元，信号采集单元和处理单元；其中，所述配置单元分别与所述信号采集单元和所述处理单元通信连接，所述信号采集单元与所述处理器通信连接；所述配置单元被配置为接收交换机发来的同步数据包，解析所述同步数据包并记录所述同步数据包的接收时标和发送时标，实现与所述交换机的时间同步；以及，向所述信号采集单元发送采样脉冲信号；所述信号采集单元被配置为根据所述采样脉冲信号采集所述避雷器的采样信号，并向所述处理单元发送控制脉冲信号；所述处理单元被配置为根据所述控制脉冲信号从所述信号采集单元获取所述采样信号，并通过所述交换机发送至服务器。

Description

避雷器泄漏电流的同步采集装置
技术领域
本发明涉及电力物联网技术领域，更具体地，本发明涉及一种避雷器泄露电流的同步采集装置。
背景技术
避雷器是用来保护电力***中各种电器设备免受雷电过电压、操作过电压、工频暂态过电压的冲击而损坏的电器。通常，避雷器的类型有保护间隙避雷器，阀型避雷器，磁吹避雷器和氧化锌避雷器。
其中，氧化锌避雷器主要用于变电站和/或发电厂的保护，在500KV及以下***中用于限制大气过电压，在超高压***中还可用来限制内过电压或做内过电压的后备保护。氧化锌避雷器由于其氧化锌阀片的理想的伏安特性，无间隙、无续流、残压低等特点被广泛应用。根据近几十年对于避雷器的研究可知，故障避雷器很大比例的故障原因是水分侵入，阀片受潮后性能变差导致的避雷器故障甚至***，且避雷器的故障过程常伴随着温度和阻性电流的异常升高。
因此，对避雷器泄露电流的阻性分量的在线监测是判断避雷器装置的重要手段。目前常用的监测方法主要包括基波法、三次谐波法和三次谐波补偿法。其中基波法和三次谐都需要对避雷器的泄漏电流信号和电压互感器PT输出的电压信号进行同步采集，其计算精度的基础要求是高精度同步采样，因此，亟需提出一种高精度的用于避雷器泄露电流的在线监测装置，以提高避雷器泄漏电流在线监测的准确性。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种避雷器泄露电流的同步采集的新的技术方案。
根据本发明的一个方面，提供一种避雷器泄露电流的同步采集装置，包括：配置单元，信号采集单元和处理单元；其中，所述配置单元分别与所述信号采集单元和所述处理单元通信连接，所述信号采集单元与所述处理器通信连接；
所述配置单元被配置为接收交换机发来的同步数据包，解析所述同步数据包并记录所述同步数据包的接收时标和发送时标，实现与所述交换机的时间同步；以及，向所述信号采集单元发送采样脉冲信号；
所述信号采集单元被配置为根据所述采样脉冲信号采集所述避雷器的采样信号，并向所述处理单元发送控制脉冲信号；
所述处理单元被配置为根据所述控制脉冲信号从所述信号采集单元获取所述采样信号，并通过所述交换机发送至服务器。
可选地，所述装置还包括：
频率偏移校准单元，分别与所述处理单元和所述配置单元通信连接；
所述频率偏移校准单元被配置为根据所述处理单元输出的频率控制信号，实时校准频率，并同时向所述处理单元和所述配置单元输出时钟控制频率。
可选地，所述处理单元中包括频率控制模块和精确时间协议模块；所述精确时间协议模块分别与所述频率控制模块和所述配置单元通信连接；
所述频率偏移校准单元包括：模拟转换单元和压控晶体振荡器；所述模拟转换单元通信连接在所述频率控制模块和所述压控晶体振荡器之间；
其中，所述频率控制单元被配置为根据所述精确时间协议模块输出的时间差值计算得到晶振频率偏移量，并向所述模拟转换单元输出对应于所述晶振频率偏移量的控制字；
所述模拟转换单元被配置为将所述控制字转换为所述频率控制信号并输出至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器根据所述频率控制信号实施校准频率。
可选地，所述装置还包括：设置在所述交换机与所述配置单元之间的光电转换模块；所述光电转换模块被配置为对所述配置单元与所述交换机之间的光信号和电信号进行转换。
可选地，所述信号采集单元包括模数转换模块；所述模数转换模块分别与所述处理单元和所述配置单元通信连接；所述模数转换模块被配置为将采集到的模拟采样信号转换为数字采样信号。
可选地，所述信号采集单元还包括信号调理电路，连接在所述避雷器的信号采集模块和所述模数转换模块之间；
所述信号调理电路被配置为对采集到的所述模拟采样信号进行消抖、滤波、保护、放大处理后，输出值所述模数转换模块。
可选地，所述信号调理电路中包括多个信号调理单元，每个所述信号调理单元与一个所述避雷器的信号采集模块连接。
可选地，所述避雷器的信号采集模块为零磁通小电流传感器。
可选地，所述避雷器的信号采集模块为电压互感器。
本发明的一个实施例，通过配置单元接收交换机发来的同步数据包，解析所述同步数据包并记录所述同步数据包的接收时标和发送时标，实现与所述交换机的时间同步；以及，向所述信号采集单元发送采样脉冲信号；信号采集单元根据所述采样脉冲信号采集所述避雷器的采样信号，并向所述处理单元发送控制脉冲信号；以及处理单元根据所述控制脉冲信号从所述信号采集单元获取所述采样信号，并通过所述交换机发送至服务器。从而提高了信号采集单元的对时精度，进而可以为避雷器泄露电流阻性分量计算提供高精度的同步采样信号，提高避雷器状态评估的准确性。
通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
构成说明书的一部分的附图描述了本发明的实施例，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。
图1示出了本发明实施例一的避雷器泄露电流的同步采集装置的示意性框图；
图2示出了本发明实施例二的避雷器泄露电流的同步采集装置的示意性框图；
图3示出了根据本发明实施例的收发同步数据包的流程示意图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。
以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。
对于相关领域普通技术人员已知的技术和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术和设备应当被视为说明书的一部分。
在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
图1示出了本发明实施例一的避雷器泄露电流的同步采集装置的示意性框图。图2示出了本发明实施例二的避雷器泄露电流的同步采集装置的示意性框图。
参照图1及图2所示，本实施例的避雷器泄露电流的同步采集装置可以包括：配置单元，信号采集单元和处理单元。其中，所述配置单元分别与所述信号采集单元和所述处理单元通信连接，所述信号采集单元与所述处理器通信连接。
具体的，所述配置单元被配置为接收交换机发来的同步数据包，解析所述同步数据包并记录所述同步数据包的接收时标和发送时标，实现与所述交换机的时间同步；以及，向所述信号采集单元发送采样脉冲信号；所述信号采集单元被配置为根据所述采样脉冲信号采集所述避雷器的采样信号，并向所述处理单元发送控制脉冲信号；所述处理单元被配置为根据所述控制脉冲信号从所述信号采集单元获取所述采样信号，并通过所述交换机发送至服务器。
在一个可行的实施方式中，为实现该避雷器泄露电流的同步采集装置与交换机的通信，在所述交换机与所述配置单元之间设置光电转换模块。所述光电转换模块被配置为对所述配置单元与所述交换机之间的光信号和电信号进行转换。
具体的，该光电转换模块可以负责转换适合光纤传输的基带信号。该交换机与该配置单元基于IEEE1588协议进行通讯，该配置单元可以用于对来自该交换机的同步数据包打上时标，且发送时钟与接收时钟同步，保证发送同步数据包的发送时标和接收同步数据包的接收时标的相位误差为零。该配置单元还可以向该信号采集单元输出与1pps边界对齐的周期性的采样脉冲信号，以作为该信号采集单元的采样启动信号。
在一个可行的实施方式中，所述信号采集单元可以包括模数转换模块；所述模数转换模块分别与所述处理单元和所述配置单元通信连接；所述模数转换模块被配置为将采集到的模拟采样信号转换为数字采样信号。
进一步地，所述信号采集单元还包括信号调理电路，连接在所述避雷器的信号采集模块和所述模数转换模块之间；所述信号调理电路被配置为对采集到的所述模拟采样信号进行消抖、滤波、保护、放大处理后，输出值所述模数转换模块。
其中，该信号调理电路中包括多个信号调理单元，每个所述信号调理单元与一个所述避雷器的信号采集模块连接。相应的，该模数转换模块为并行模数转换模块，可以同时对多个信号调理单元传输的模拟采样信号进行模数转换，提高效率。该并行模数转换模块在转换完成后，向处理单元输出控制脉冲信号，以使该处理单元启动DMA搬移转换完成后的数字采样信号。
需要说明的是，该避雷器的信号采集模块安装于避雷器的接地线处，该避雷器的信号采集模块可以是高精度零磁通小电流传感器或者电压互感器PT。其中，高精度零磁通小电流传感器采用有源零磁通技术，可有效提高小电流传感器检测精度，除了选用起始导磁率较高、损耗较小的特殊合金作铁芯外，还借助电子信号处理技术对铁芯内部的激磁磁势进行全自动的跟踪补偿，保持铁芯工作在接近理想的零磁通状态。
在一个例子中，若该避雷器的信号采集模块为零磁通小电流传感器。相应的，该采样信号即为电流采样信号，该电流采样信号经过信号调理单元处理后输入该模数转换模块，并被模数转换模块转换为电流的数字采样信号。在另一个例子中，若该避雷器的信号采集模块为电压互感器PT。相应的，该采样信号即为电压采样信号，该电压采样信号经过信号调理单元处理后输入该模数转换模块，并被模数转换模块转换为电压的数字采样信号。
在一种可行的实现方式中，该处理单元可以包括频率控制模块和精确时间协议模块；所述精确时间协议模块分别与所述频率控制模块和所述配置单元通信连接。该精确时间协议模块用于根据同步数据包的接收时标和发送时标完成对时流程。在一个例子中，该处理单元具体可以是中央处理器(CPU)。
具体的，根据精确时间协议，实现与交换机完成时间初始同步的过程，同步精度要求在1微秒。该初始同步过程如下：
设交换机发送SYNC数据包间隔时间固定为T，设同步采集装置接收到第n包SYNC数据包时标为Tn，计算初同步误差的公式如下：
ΔTn＝Tn-1-Tn-T
通过累加平均ΔTn后输出ΔTave，以调整本地定时器，等待平均同步误差ΔTave收敛在一微秒以下，输出连续两次接收同步数据包的平均时间差。
参照图3所示，t1是交换机发送Sync数据包时标，t2是接收Sync数据包时标，t3是发送Delay_req数据包时标；t4是交换机接收Delay_req数据包时标。Sync数据包从交换机发送至同步采集装置的时延，计算公式如下：
tmsd＝t2-t1
Delay_req从同步采集装置发送到交换机的时延，计算公式如下：
tsmd＝t4-t3
由于通信路径的对称性，两个传输方向时延是一致的，因此，交换机与同步采集装置的时间差为：
Figure BDA0002319412710000061
配置单元发送时钟与接收时钟同步，消除t2与t3时标记录的相位误差，但tΔ没有考虑由晶振频率漂移引起的误差。为消除晶振频率漂移引起的误差，该装置还可以包括：频率偏移校准单元，分别与所述处理单元和所述配置单元通信连接；所述频率偏移校准单元被配置为根据所述处理单元输出的频率控制信号，实时校准频率，并同时向所述处理单元和所述配置单元输出时钟控制频率。通过自动频率控制，实时消除压控晶体振荡器的频率偏移，完成高精度同步采集，同步精度可以控制在100纳秒以内。
具体的，所述频率偏移校准单元包括：模拟转换单元和压控晶体振荡器；所述模拟转换单元通信连接在所述频率控制模块和所述压控晶体振荡器之间。其中，所述频率控制单元被配置为根据所述精确时间协议模块输出的时间差值计算得到晶振频率偏移量，并向所述模拟转换单元输出对应于所述晶振频率偏移量的控制字；所述模拟转换单元被配置为将所述控制字转换为所述频率控制信号并输出至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器根据所述频率控制信号实施校准频率。
实际应用中，CPU上还设有12比特的数字接口，该频率控制模块通过该数字接口与该模拟转换单元连接。该频率控制模块可以根据精确时间协议模块记录的连续两次t2时间差值作为输入，滤波平滑该差值，计算出晶振频率偏移量，即：
Figure BDA0002319412710000071
此处，α＝0.5，滤波后的时间差值，根据压控晶体振荡器的特性曲线，转换成数字控制字，通过12比特的数字接口输出到模拟转换单元以纠正压控晶体振荡器的频率误差。具体实施中，模拟转换单元用于将由频率单元输入的控制字转换成模拟电压，并输出到压控晶体振荡器的控制电压管脚；压控晶体振荡器的输出频率与输入电压成线性关系，其输入电压与输出频率的斜率可由下式求得：
Figure BDA0002319412710000072
根据斜率k，CPU拟合一张经过校准后的控制字表，实现频率偏移的精确校准，经过校准后，压控晶体震荡器的频率精度在0.01ppm以下。
具体的，频率控制模块根据接收到平均时间差ΔTave，其处理过程如下：
转化平均时间差ΔTave到频率误差
Figure BDA0002319412710000073
根据压控晶体振荡器的斜率公式，计算控制电压；
根据压控晶体震荡器斜率曲线，产生12比特数字值与模拟控制电压的映射表，查询该映射表生成数字控制字，控制DA转换器完成频率控制。
配置单元输出与1PPS边界对齐的周期性采样脉冲，以作为所述并行模数转换单元的采样启动信号，而启动并行模数转换单元采样的采样脉冲频率，需使得采样率应确保为SYNC数据包发送间隔频率
Figure BDA0002319412710000081
的整数倍。
本实施例通过对具备IEEE1588协议的同步数据包时标记录点的改进，以及保证了发送时钟与接收时钟的同步，使得其提高了配置单元的对时精度，同时，本装置还可通过初同步对时收敛后，再根据连续两次同步数据包对时误差，调节压控晶体振荡器的频率，更进一步提高了对时精度，使得同一交换机下的同步采集装置之间的时间误差在100纳秒以内，从而为避雷器泄漏电流阻性分量计算提供了高精度的同步采样数据，提高了避雷器状态评估的准确性。
虽然已经通过示例对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。

Claims (9)

1.一种避雷器泄露电流的同步采集装置，其特征在于，包括：配置单元，信号采集单元和处理单元；其中，所述配置单元分别与所述信号采集单元和所述处理单元通信连接，所述信号采集单元与所述处理器通信连接；
所述配置单元被配置为接收交换机发来的同步数据包，解析所述同步数据包并记录所述同步数据包的接收时标和发送时标，实现与所述交换机的时间同步；以及，向所述信号采集单元发送采样脉冲信号；
所述信号采集单元被配置为根据所述采样脉冲信号采集所述避雷器的采样信号，并向所述处理单元发送控制脉冲信号；
所述处理单元被配置为根据所述控制脉冲信号从所述信号采集单元获取所述采样信号，并通过所述交换机发送至服务器。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
频率偏移校准单元，分别与所述处理单元和所述配置单元通信连接；
所述频率偏移校准单元被配置为根据所述处理单元输出的频率控制信号，实时校准频率，并同时向所述处理单元和所述配置单元输出时钟控制频率。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述处理单元中包括频率控制模块和精确时间协议模块；所述精确时间协议模块分别与所述频率控制模块和所述配置单元通信连接；
所述频率偏移校准单元包括：模拟转换单元和压控晶体振荡器；所述模拟转换单元通信连接在所述频率控制模块和所述压控晶体振荡器之间；
其中，所述频率控制单元被配置为根据所述精确时间协议模块输出的时间差值计算得到晶振频率偏移量，并向所述模拟转换单元输出对应于所述晶振频率偏移量的控制字；
所述模拟转换单元被配置为将所述控制字转换为所述频率控制信号并输出至所述压控晶体振荡器，以使所述压控晶体振荡器根据所述频率控制信号实施校准频率。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：设置在所述交换机与所述配置单元之间的光电转换模块；所述光电转换模块被配置为对所述配置单元与所述交换机之间的光信号和电信号进行转换。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述信号采集单元包括模数转换模块；所述模数转换模块分别与所述处理单元和所述配置单元通信连接；所述模数转换模块被配置为将采集到的模拟采样信号转换为数字采样信号。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述信号采集单元还包括信号调理电路，连接在所述避雷器的信号采集模块和所述模数转换模块之间；
所述信号调理电路被配置为对采集到的所述模拟采样信号进行消抖、滤波、保护、放大处理后，输出值所述模数转换模块。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述信号调理电路中包括多个信号调理单元，每个所述信号调理单元与一个所述避雷器的信号采集模块连接。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述避雷器的信号采集模块为零磁通小电流传感器。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述避雷器的信号采集模块为电压互感器。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112858767A (zh) * 2020-12-22 2021-05-28 国网宁夏电力有限公司检修公司 一种用于特高压换流站套管监测的高精度同步采集装置

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