用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置的制作方法

1.本公开涉及电力物联网技术领域，尤其涉及一种用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置。


背景技术：

2.避雷器是电力生产中的重要一次设备，在变电站及线路中起到保护其他设备免遭雷电过电压和系统浪涌过电压的伤害。由于金属氧化物避雷器具有良好的伏安特性，因此广泛应用于电力生产中的主要设备的保护。
3.实际应用中，金属氧化物避雷器受到生产工艺、生产材料、运行环境等多重因素的影响，经常会出现受潮和金属氧化物阀片老化的现象，导致其泄漏电流超标，尤其是泄漏电流中阻性分量的增大会导致金属氧化物避雷器的热崩溃(爆炸)。
4.为了避免上述故障，需要对避雷器的状态进行监测。目前常用的方法包括基波法、三次谐波法、三次谐波补偿法以及多支避雷器之间的相对分析法。其中，基波法和三次谐波法都需要对避雷器的泄漏电流信号和电压互感器(potential transformer，pt)输出的电压信号进行同步采集，相对分析法需要对多支避雷器的泄漏电流进行同步采集，这些方法的计算精度依赖于高精度的同步采样，因此，亟需提供一种用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置，以提高对避雷器泄漏电流在线监测的精度。


技术实现要素：

5.本公开实施例提供一种用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置，以提高避雷器泄漏电流在线监测的精度。
6.根据本公开实施例的第一方面，提供一种用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置，所述装置包括：北斗秒脉冲信号发生单元，配置单元，信号采集单元和处理单元；
7.其中，所述配置单元分别与所述北斗秒脉冲信号发生单元、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单元通信连接；
8.所述配置单元被配置为接收所述北斗秒脉冲信号发生单元发来的标准时间脉冲信号并锁定；以及，根据所述标准时间脉冲信号向所述信号采集单元发送采样启动信号；
9.所述信号采集单元被配置为根据所述采样启动信号采集所述避雷器的采样数据信号，并向所述处理单元发送控制脉冲信号；
10.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数据信号，以及，根据锁定到的所述标准时间脉冲信号和所述采样启动信号完成对时。
11.可选地，其中，所述装置还包括：
12.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；
13.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。
14.可选地，其中，所述处理单元包括频率控制模块和精确时间脉冲锁定模块；所述精
确时间脉冲锁定模块分别与所述频率控制模块和所述配置单元通信连接；
15.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；
16.其中，所述频率控制单元被配置为根据所述精确时间脉冲锁定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；
17.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。
18.可选地，其中，所述频率控制单元通过数字接口与所述模拟转换单元通信连接。
19.可选地，其中，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数据信号转换为数字采样数据信号。
20.可选地，其中，所述信号采集单元还包括电压信号调理电路和电流信号调理电路；所述电压信号调理电路连接在所述电压互感器和所述模数转换模块之间，所述电流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；
21.所述电压信号调理电路被配置为对采集到的电压模拟采样数据信号进行消抖、滤波、保护、放大处理后，输出至所述模数转换模块；
22.所述电流信号调理电路被配置为对采集到的电流模拟采样数据信号进行消抖、滤波、保护、放大处理后，输出至所述模数转换模块。
23.可选地，其中，所述电流信号调理电路中包括多个电流信号调理单元，每个所述电流信号调理单元与一个所述避雷器的信号采集模块连接。
24.可选地，其中，所述避雷器的信号采集模块为零磁通小电流传感器。
25.根据本公开实施例的用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置，所述装置包括：北斗秒脉冲信号发生单元，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北斗秒脉冲信号发生单元、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单元通信连接；所述配置单元被配置为接收所述北斗秒脉冲信号发生单元发来的标准时间脉冲信号并锁定；以及，根据所述标准时间脉冲信号向所述信号采集单元发送采样启动信号；所述信号采集单元被配置为根据所述采样启动信号采集所述避雷器的采样数据信号，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数据信号，以及，根据锁定到的所述标准时间脉冲信号和所述采样启动信号完成对时。从而提高了对避雷器泄漏电流在线监测的精度。
26.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
27.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
28.图1示出了本实用新型实施例一的用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装
置的示意性框图；
29.图2示出了本实用新型实施例二的用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置的示意性框图；
30.图3示出了dma对应数据的时标确定方式的示意图。
具体实施方式
31.这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
32.图1示出了本实用新型实施例一的用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置的示意性框图。图2示出了本实用新型实施例二的用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置的示意性框图。
33.同时参照图1及图2，本实施例的用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置可以包括：北斗秒脉冲信号发生单元，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北斗秒脉冲信号发生单元、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单元通信连接。
34.具体的，所述配置单元被配置为接收所述北斗秒脉冲信号发生单元发来的标准时间脉冲信号并锁定；以及，根据所述标准时间脉冲信号向所述信号采集单元发送采样启动信号；所述信号采集单元被配置为根据所述采样启动信号采集所述避雷器的采样数据信号，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数据信号，以及，根据锁定到的所述标准时间脉冲信号和所述采样启动信号完成对时。
35.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数据信号转换为数字采样数据信号。
36.具体的，所述信号采集单元还可以包括电压信号调理电路和电流信号调理电路。其中，所述电压信号调理电路连接在所述电压互感器和所述模数转换模块之间，用于电压信号的调理。
37.所述电流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。实际应用中，所述电流信号调理电路中可以包括多个电流信号调理单元，每个所述电流信号调理单元与一个所述避雷器的信号采集模块连接。如图2所示，本实施例的电流信号调理电路中包括三个电流信号调理单元。其中，三个电流信号调理电路分别与a、b、c三相避雷器的三个信号采集模块相连接，用于泄露电流信号的调理。
38.本实施例中，所述电压信号调理电路被配置为对采集到的电压模拟采样数据信号进行消抖、滤波、保护、放大处理后，输出至所述模数转换模块。所述电流信号调理电路被配置为对采集到的电流模拟采样数据信号进行消抖、滤波、保护、放大处理后，输出至所述模数转换模块。
39.可选地，所述模数转换模块可以为并行模数转换模块，可以同时对电压信号调理
电路和多个电流信号调理单元的模拟采样信号进行模数转换，提高转换效率。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。
40.需要说明的是，由于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，因此，本实施例中，所述避雷器的信号采集模块可以设置为零磁通小电流传感器。
41.在一个可行的实施方式中，本实施例的装置还包括：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。
42.本实施例中，所述处理单元可以包括频率控制模块和精确时间脉冲锁定模块；所述精确时间脉冲锁定模块分别与所述频率控制模块和所述配置单元通信连接。
43.需要说明的是，所述北斗秒脉冲信号发生单元用于提供标准时间脉冲，以供精确时间脉冲锁定模块进行对时。所述精确时间脉冲锁定模块用于将来自北斗秒脉冲信号发生单元的脉冲锁定，以根据锁定到的所述标准时间脉冲信号和所述采样启动信号完成对时流程。
44.其中，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。
45.具体的，所述频率控制单元被配置为根据所述精确时间脉冲锁定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。
46.可选地，本实施例中，可以在处理单元上设置12比特的数字接口，所述频率控制单元通过数字接口与所述模拟转换单元通信连接。
47.在一个例子中，所述精确时间脉冲锁定模块完成对时流程的具体过程如下：
48.首先进行校准，计算北斗秒脉冲信号发生单元两次脉冲对应内部精确时钟模块的时间差值并记录下对应的压控晶体振荡器控制电压v
dac
，计算公式为：然后改变压控晶体振荡器控制电压使压控晶体振荡器控制电压为v
dac'
，并重新计算北斗秒脉冲信号发生单元两次脉冲对应内部精确时钟模块的时间差值，公式为：计算压控晶体振荡器控制电压变化和内部精确时钟模块的时间变化的近似线性关系
49.分段使用不同的v
dac
，重复上述过程，在压控晶体振荡器控制电压范围内得到压控晶体振荡器控制电压分段的压控晶体振荡器控制电压变化和精确时间脉冲锁定模块的时间变化的近似线性关系。根据该近似线性关系获得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，通过查询该映射表可以生成数
字控制字，方便后续控制da转换器完成频率控制。
50.在实际校准过程中，将压控晶体振荡器控制电压恢复到初始v
dac
，然后计算北斗秒脉冲信号发生单元两次脉冲对应内部精确时钟模块的时间差值和对应的北斗秒脉冲信号发生单元标准时间脉冲和精确时间脉冲锁定模块的最近一次采样脉冲时间差值t
delta
。
51.根据北斗秒脉冲信号发生单元标准时间脉冲长度和精确时间脉冲锁定模块的时钟频率设置根据采样频率和精确时间脉冲锁定模块的时钟频率设置计算公式为：
52.通过调整v
dac
的值使得和接近，v
dac
调整值δv
dac
计算公式为：δv
dac
＝k*δte。k根据上述步骤中获得的映射表通过v
dac
查得，此时压控晶体震荡器的频率精度在0.01ppm以下。
53.通过调整v
dac
的值使得t
delta
和接近，v
dac
调整值δv
dac
计算公式为：δv
dac
＝k*δt
delta
。k根据上述步骤中获得的映射表通过v
dac
查得。
54.重复上述过程以保证和t
delta
同时收敛在和
55.其中，ts表示北斗秒脉冲信号发生单元提供的标准时间脉冲周期；te表示精确时间脉冲锁定模块锁定北斗秒脉冲信号发生单元提供的标准时间脉冲的时标；t1,t2,t3,t4表示精确时间脉冲锁定模块循环锁定最近四次采样脉冲的时标；v
dac
表示压控晶体振荡器控制电压；f
inner
表示精确时间脉冲锁定模块的时钟频率；fs表示采样频率。
56.由于dma的启动时间随机，所以还需要确定dma对应数据的时标，如图3所示在北斗秒脉冲信号发生单元标准时间脉冲中断中等待2次dma计数增加后即可确认下标n-1的数据对应的是北斗秒脉冲信号发生单元标准时间脉冲所指示的时间。
57.经过以上步骤就可以完成精确同步采样，并对采样数据标记时标的功能。这样，压控晶体振荡器通过对所述处理单元和所述配置单元分别输出相同的控制频率，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。
58.可以理解的是，实际应用中，为实现该用于避雷器在线监测系统的同步采集装置与交换机的通信，还可以在所述交换机与所述配置单元之间设置光电转换模块，以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。本实施例对此不作具体限定。
59.本公开实施例的用于避雷器在线监测系统的高精度同步采集装置，通过北斗秒脉冲信号发生单元提供标准时间脉冲，以供精确时间脉冲锁定模块进行对时，提高了配置单元的对时精度，同时，通过初同步对时收敛后，进行反复迭代收敛，调节压控晶体振荡器的频率，进一步提高了对时精度，使得同步采集装置之间的时间误差在100纳秒以内，从而为避雷器在线监测系统提供高精度的同步采样数据，进而提高避雷器在线监测系统各种相关性测量值的准确性。
60.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本技术旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或
者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
61.应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。