CN113899942A

CN113899942A - 一种便携式配网一体化智能带电测试仪及其测试方法

Info

Publication number: CN113899942A
Application number: CN202111161279.8A
Authority: CN
Inventors: 刘景余; 杨福娜; 王浩林; 孙祝寿; 苗晓峰; 李峰; 迟丽芸; 周晓琳; 牟欣玮; 刘成; 杜潇
Original assignee: Yantai Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Current assignee: Yantai Power Supply Co of State Grid Shandong Electric Power Co Ltd
Priority date: 2021-09-30
Filing date: 2021-09-30
Publication date: 2022-01-07

Abstract

本发明涉及一种便携式配网一体化智能带电测试仪及其测试方法，属于配网一体化智能设备技术领域。包括核心处理单元、通讯连接的液晶显示单元、电压采集单元、状态采集单元、LED指示单元、供电单元、外接接口单元。本发明可以在一次设备不停电时，监测终端和二次回路的状态，有助于掌握设备的运行状态，及时发现缺陷，提高配电网的自动化的遥控成功率、遥信准确率。

Description

一种便携式配网一体化智能带电测试仪及其测试方法

技术领域

本发明涉及一种便携式配网一体化智能带电测试仪及其测试方法，属于配网一体化智能设备技术领域。

背景技术

随着配网智能化的广泛推广，配电网中自动化终端的数量呈逐年递增。而目前对供电可靠性和供电服务要求的提高。当配网中的自动化终端出现故障时，无法对终端进行停电检修与检测。

为实现对配电网配电开关监测终端FTU、配电变压器监测终端TTU、配电所监控终端DTU的监视、故障识别与处理，故研制了可带电对运行中的配电自动化终端进行三遥检测的配网一体化智能带电测试仪。在终端出现通讯不畅、数据异常、遥控失败的情况下，需要一种智能带电测试装置，能够检验终端与主站的网络通讯情况、检验终端的规约一致性情况、检验终端的遥控出口情况，作为出现故障时判断具体故障原因的依据。

发明内容

本发明目的在于解决上述问题，提供一种测试方便、可靠的配网一体化智能带电测试仪。

本发明的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，其特殊之处在于包括核心处理单元1、通讯连接的液晶显示单元2、电压采集单元3、状态采集单元4、LED指示单元5、供电单元6、外接接口单元7；

所述核心处理单元1用于***的初始化、时钟对时、电池的充放电管理、采集数据的交互、发送显示数据；

所述液晶显示单元2用于人机交互、显示测试的结果，可根据现场不同的厂家选择不同的测试模式、对测试平台的参数进行设置；

所述电压采集单元3用于精确采集交流电压和直流电压，用于检测配电自动化终端设备(DTU、FTU)遥控功能是否完好，其中跟随放大器选择UA741，模数转换器采用CS5460A；

所述状态采集单元4用于采集被检测设备的开关位置、地刀位置、远方、就地、储能等硬遥信，能实时检测遥信变化，判断是否完成指定功能；

所述LED指示单元5用于电源指示、运行指示、充电指示、充电和自动化终端的硬遥信指示；

所述供电单元6为所有模块提供电源；

所述外接接口单元7用于根据不同的通信方式与被测设备连接、将测试数据导出，具体包括：

USB转RS485口14：用于所采集数据的本地传输，包括接入电压、采集电池电压、现场遥控输出电压；

USB转以太网口15：用于与现场DTU或笔记本电脑通讯；

USB口16：用于拷贝装置数据等、用于接入显示器的触摸屏接口；

以太网和WIFI接口17：接入现场DTU装置或连接主站主要用于采集DTU数据信息和模拟DTU/FTU向主站发送数据；

所述核心处理单元1包括CPU8(工控主板)、编程语言模块9、时钟电路10、充电电路11；所述CPU8实现测试仪***运行、***电路功能控制、数据处理和分发，并与其它单元进行数据交互；所述编程语言模块9实现数据处理与交互；所述时钟电路10用于测试仪的精准对时；所述充电电路11为选择的后备电源锂电池进行充电管理；

所述CPU采用BCM2837，汇编语言采用C语言，时钟电路10采用DS3231时钟芯片，充电电路11采用TP4054充电芯片；

所述液晶显示单元2采用7寸触摸屏，分辨率为1024*600，液晶显示单元2外壳采用304不锈钢；

所述电压采集单元3包括跟随放大器18、模数转换器19；所述跟随放大器18选择UA741，模数转换器采用CS5460A，所述跟随放大器18将互感器采集到的连续交流信号，进行跟随放大，然后送给模数转换器进行模数转换，得到各点的幅值后再经过CPU的运算；

所述状态采集单元4包括保护器件20、光电隔离21、数据处理单元22、LED显示单元23；所述保护器件20将采集状态进行保护处理；所述光电隔离21将测试信号变为0～5V的TTL电平信号，所述数据处理单元22每900微秒定时对状态信号进行采样，然后利用软件对采样数据进行取抖处理以产生正确的状态变位；所述LED显示单元23显示采集的遥信状态变化。

所述供电单元6包括主供电源12、后备电源13，所述后备电源13采用容量大于等于50Ah锂电池，所述主供电源12采用220V交流电为***供电和对锂电池供电。

一种便携式配网一体化智能带电测试仪的测试方法，其特殊之处在于包括以下步骤：

1、测试仪开机后，供电单元6开始为测试仪各个模块供电，经充电回路11给锂电池充电等待测试仪启动完成后，液晶显示单元2会在核心处理单元1的控制下显示测试仪的电量、运行状态、显示经时钟回路10对时的日期等信息；

2、根据现场的实物接线图，通过外接接口单元7与被测自动化设备相连，将被测设备接入电压采集单元3和LED指示单元5，经运算放大器18和模数转换器19后，由核心处理单元1的数据处理单元22，进行数据处理后，经设计的改进傅里叶算法，将电压采集信息发送到液晶显示单元2，状态采集单元4将被测设备运行状态经核心处理单元1处理后发送给LED指示单元5；

3、根据液晶显示单元2显示的电压曲线来判断被测自动化设备的遥控、遥测是否正常，根据LED指示单元5的状态指示变化判断遥信是否正确；

4、测试完成后，液晶显示单元2显示测试结果，更详细的检测报告、电压曲线、电流曲线可以截图或直接经USB口16直接导出。

本发明的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，有益效果如下：

(1)可带电对不同输出电压等级、不同航插接口定义的设备厂家进行遥信、遥测、遥控的测试，减少停电带来的效益损失和不良影响，在执行遥控指令时通过监测自动化终端的输出脉冲来判断其遥控功能是否正常；

(2)通过设计傅里叶算法，可准确的测量其装置的输出电压、可直观的通过状态指示、液晶屏呈现出来。

(3)测试仪可作为自动化终端、亦可作为自动化主站，在现场独立测试对自动化终端的三遥功能，减少现场、后台运维人员的压力，为公司提供效益。

本发明的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，可以在一次设备不停电时，监测终端和二次回路的状态，有助于掌握设备的运行状态，及时发现缺陷，提高烟台市配电网的自动化的遥控成功率、遥信准确率。本发明可兼容不同的设备厂家，对带电设备进行带电调试，如果按平均调试时间4小时计算，每台可减少停电损失3320千瓦时。

附图说明

图1：本发明一种便携式配网一体化智能带电测试仪的结构框图；

图2：核心处理单元的结构框图；

图3：电压采集单元的结构框图；

图4：状态采集单元的结构框图；

图5：供电电源的结构框图；

图6：外接接口单元的结构框图。

图中：1、核心处理单元；2、液晶显示单元；3、电压采集单元；4、状态采集单元；5、LED指示单元；6、供电电源；7、外接接口单元；8、CPU；9、编程语言模块；10、时钟电路；11、充电电路；12、主供电电源；13、后备电源；14、USB转RS485口；15、USB转以太网口；16、USB口；17、以太网和WIFI接口；18、跟随放大器；19、模数转换器；20、保护器件；21、光电隔离；22、数据处理单元；23、LED显示单元。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

本实施例一种便携式配网一体化智能带电测试仪，参考附图1-6，包括核心处理单元1、通讯连接的液晶显示单元2、电压采集单元3、状态采集单元4、LED指示单元5、供电单元6、外接接口单元7。

核心处理单元1用于***的初始化、时钟对时、电池的充放电管理、采集数据的交互、发送显示数据；液晶显示单元2用于人机交互、显示测试的结果，可根据现场不同的厂家选择不同的测试模式、对测试平台的参数进行设置；电压采集单元3用于精确采集交流电压和直流电压，用于检测配电自动化终端设备(DTU、FTU)遥控功能是否完好，其中跟随放大器选择UA741，模数转换器采用CS5460A；状态采集单元4用于采集被检测设备的开关位置、地刀位置、远方、就地、储能等硬遥信，能实时检测遥信变化，判断是否完成指定功能；LED指示单元5用于电源指示、运行指示、充电指示、充电和自动化终端的硬遥信指示；供电单元6为所有模块提供电源；外接接口单元7用于根据不同的通信方式与被测设备连接、将测试数据导出，具体包括：

USB转以太网口15：用于与现场DTU或笔记本电脑通讯；

核心处理单元1包括CPU8(工控主板)、编程语言模块9、时钟电路10、充电电路11；所述CPU8实现测试仪***运行、***电路功能控制、数据处理和分发，并与其它单元进行数据交互；所述编程语言模块9实现数据处理与交互；所述时钟电路10用于测试仪的精准对时；所述充电电路11为选择的后备电源锂电池进行充电管理；

CPU采用BCM2837，汇编语言采用C语言，时钟电路10采用DS3231时钟芯片，DS3231是一款高精度的时钟器件，具有集成的温度补偿晶体振荡器，误差可做到1分钟每年。充电电路11采用TP4054，充电芯片TP4054的SOT封装与较少的外部原件数目是作为便携式应用的理想选择，价格低、体积小、转换效率适中；液晶显示单元2采用7寸触摸屏，分辨率为1024*600，液晶显示单元2外壳采用304不锈钢；

电压采集单元3包括跟随放大器18、模数转换器19；所述跟随放大器18选择UA741，模数转换器采用CS5460A，所述跟随放大器18将互感器采集到的连续交流信号，进行跟随放大，然后送给模数转换器进行模数转换，得到各点的幅值后再经过CPU的运算。

电压采集单元3根据设计的算法用于精确采集交流电压和直流电压；其原理和算法如下：

电压采样的算法为：

电压有效值：

(N为每个周波采样点个数，采样64点/周波；i_j为第j个离散采样点)

当电压中含有谐波分量时，各量都可以表示为各次谐波分量的叠加：

利用傅里叶变换，对每周波采样点数为N的离散采样***，n次谐波的有效值、实部有效值和虚部有效值和相位分别为：

其中d_k为一个基波周期内的第k个采样值，由以上的计算可以得到各次谐波的有效值和相位。

通常用某次谐波幅值相对于基波幅值的百分数来反映该谐波的含量：

总谐波畸变反映总的谐波含量：

直流电压采集原理：

采集部分就是将来自直流信号，经过隔离放大后，通过电子模拟开关用比较高的采样频率采样，使其变成一些离散的采样点，然后送给A/D转换芯片进行模数转换，得到各点的幅值后再经过CPU的运算(改进的傅里叶变换)，最终得到各种电气量的数字量。

对直流采样部分，为提高采集的精度改进的算法为：

(1)在输入的20MS(一个周波)里采集16个点，对这16点进行平均，可以较好的去掉工频干扰，对于干扰比较大的场合，再对此16点进行平滑滤波处理，去除突变点，以减少持续的振荡等干扰对所采集数据的影响。

(2)对于16点平均后的数据，对数据进行相应的数据校正，去除温度、电路的共性干扰等对采集数据的影响，提高数据的精度。

(3)建立一数据缓冲区，对校正后的数据进行循环存储，最先进入的最先刷新，保持缓冲区里一定的数据，再应用缓冲区里的数据进行相应的滤波处理。

(4)对于处理后数据的滤波处理，采用了几种方式：A、算数平均值法：对于缓冲区里的数据，去除最大与最小，然后平均，得到相应通道的采集值。B、返回中值法：对数据进行希勒排序处理，取出其中间值即为采样值。C、对这数据进行希勒排序处理后，去掉两最大与最小，平均，得到相应通道的采样值。D、分段滤波法：将一定范围内的数据跳变认为是干扰，进行平滑处理，得到变化较为平滑的数据，对于跳变大于一定范围的数据，设置计数器，连续计数大于设定值，认为是数据源已变化，此变化值即为该通道的采样值。

状态采集单元4包括保护器件20、光电隔离21、数据处理单元22、LED显示单元23；所述保护器件20将采集状态进行保护处理；所述光电隔离21将测试信号变为0～5V的TTL电平信号，所述数据处理单元22每900微秒定时对状态信号进行采样，然后利用软件对采样数据进行取抖处理以产生正确的状态变位；所述LED显示单元23显示采集的遥信状态变化。

供电单元6包括主供电源12、后备电源13，所述后备电源13采用容量大于等于50Ah锂电池，后备电源的容量大小，根据实际工作时间进行选择。根据现场实际的工作需要，测试仪需在无主电源的情况下，连续运行超过12小时。根据其功耗计算，若期望其连续运行超过12小时，应选择容量超过50Ah锂电池。主供电源12采用220V交流电为***供电和对锂电池供电。

本实施例的一种配网一体化智能带电测试仪的测试方法，包括以下步骤：

采用本实施例的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，对2019年12月份以来出现的部分遥控失败进行分析，分析的结果如表1所示：

表1遥控失败分析表

从统计表中可以看出，使用测试仪可实现对出现的遥控实现进行细致的分析，并能分析出遥控失败的原因，查找缺陷的时间最少18分钟，最长耗时29分钟，对界定一、二次缺陷的界定提供重要依据。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种便携式配网一体化智能带电测试仪，其特征在于包括核心处理单元、通讯连接的液晶显示单元、电压采集单元、状态采集单元、LED指示单元、供电单元、外接接口单元；

所述核心处理单元用于***的初始化、时钟对时、电池的充放电管理、采集数据的交互、发送显示数据；

所述液晶显示单元用于人机交互、显示测试的结果，根据现场不同的厂家选择不同的测试模式、对测试平台的参数进行设置；

所述电压采集单元用于精确采集交流电压和直流电压，用于检测配电自动化终端设备遥控功能是否完好；

所述状态采集单元用于采集被检测设备的开关位置、地刀位置、远方、就地、储能硬遥信，能实时检测遥信变化，判断是否完成指定功能；

所述LED指示单元用于电源指示、运行指示、充电指示、充电和自动化终端的硬遥信指示；

所述供电单元为所有模块提供电源；

所述外接接口单元用于根据不同的通信方式与被测设备连接、将测试数据导出。

2.按照权利要求1所述的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，其特征在于所述外接接口单元包括：

USB转RS485口：用于所采集数据的本地传输，包括接入电压、采集电池电压、现场遥控输出电压；

USB转以太网口：用于与现场DTU或笔记本电脑通讯；

USB口：用于拷贝装置数据等、用于接入显示器的触摸屏接口；

以太网和WIFI接口：接入现场DTU装置或连接主站主要用于采集DTU数据信息和模拟DTU/FTU向主站发送数据。

3.按照权利要求1所述的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，其特征在于所述核心处理单元包括CPU、编程语言模块、时钟电路、充电电路；所述CPU实现测试仪***运行、***电路功能控制、数据处理和分发，并与其它单元进行数据交互；所述编程语言模块实现数据处理与交互；所述时钟电路用于测试仪的精准对时；所述充电电路为选择的后备电源锂电池进行充电管理。

4.按照权利要求3所述的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，其特征在于CPU采用BCM2837，时钟电路采用DS3231时钟芯片，充电电路采用TP4054充电芯片。

5.按照权利要求1所述的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，其特征在于所述液晶显示单元采用7寸触摸屏，分辨率为1024*600，液晶显示单元外壳采用304不锈钢。

6.按照权利要求1所述的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，其特征在于所述电压采集单元包括跟随放大器、模数转换器；所述跟随放大器选择UA741，模数转换器采用CS5460A，所述跟随放大器将互感器采集到的连续交流信号，进行跟随放大，然后送给模数转换器进行模数转换，得到各点的幅值后再经过CPU的运算。

7.按照权利要求1所述的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，其特征在于所述状态采集单元包括保护器件、光电隔离、数据处理单元、LED显示单元；所述保护器件将采集状态进行保护处理；所述光电隔离将测试信号变为0～5V的TTL电平信号，所述数据处理单元每900微秒定时对状态信号进行采样，然后利用软件对采样数据进行取抖处理以产生正确的状态变位；所述LED显示单元显示采集的遥信状态变化。

8.按照权利要求1所述的一种便携式配网一体化智能带电测试仪，其特征在于所述供电单元包括主供电源、后备电源，所述后备电源采用容量大于等于50Ah锂电池，所述主供电源采用220V交流电为***供电和对锂电池供电。

9.按照权利要求1-8所述的一种便携式配网一体化智能带电测试仪的测试方法，其特征在于包括以下步骤：

1)、测试仪开机后，供电单元开始为测试仪各个模块供电，经充电回路给锂电池充电等待测试仪启动完成后，液晶显示单元会在核心处理单元的控制下显示测试仪的电量、运行状态、显示经时钟回路对时的日期等信息；

2)、根据现场的实物接线图，通过外接接口单元与被测自动化设备相连，将被测设备接入电压采集单元和LED指示单元，经运算放大器和模数转换器后，由核心处理单元的数据处理单元，进行数据处理后，经设计的改进傅里叶算法，将电压采集信息发送到液晶显示单元，状态采集单元将被测设备运行状态经核心处理单元处理后发送给LED指示单元；

3)、根据液晶显示单元显示的电压曲线来判断被测自动化设备的遥控、遥测是否正常，根据LED指示单元的状态指示变化判断遥信是否正确；

4)、测试完成后，液晶显示单元显示测试结果，更详细的检测报告、电压曲线、电流曲线可以截图或直接经USB口直接导出。