專利名稱：用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種電力系統技術領域的測試裝置，具體是一種用于電力系統繼 電保護的在線監測戶外采集器。
背景技術：
依據DL/T995-2006《繼電保護及電網安全自動裝置檢驗條例》的要求，對繼電保 護、安全自動裝置及二次回路接線進行定期檢驗，以確保裝置元件完好、功能正常，確保回 路接線及定值正確。需要檢測的信息包括繼電保護裝置自檢信息，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點狀態信息，目前采用的定期傳動試驗，不 能可靠全面的獲取這些信息。經過對現有技術的檢索發現，《繼電保護狀態檢修及實施探討》(繼電器，第33卷 第20期，2005年10月16日)中記載了一種對保護的狀態檢修方法，該技術利用SEL保護 裝置的開入接點實現保護控制回路狀態的采集，并通過SEL保護裝置的邏輯方程及繼電器 開出實現防跳功能，以達到保護狀態檢修的目標。對模擬量的監測目前只是通過與保護裝 置的通訊，間接獲取。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供一種用于電力系統繼電保護的在線監 測戶外采集器，實現信息的就地化采集，并依據IEC61850標準建模，轉換成數字信號光纖 傳輸上送，與原有的保護采集構成閉環回路，為保護采集回路監視提供判斷依據。本發明是通過以下技術方案實現的，本發明包括采集轉換模塊、信息處理模塊、 通信模塊、存儲模塊、快速接口模塊、電源模塊和系統時鐘，其中采集轉換模塊的輸入端與 繼電保護裝置的PT/CT端口相連接以接收模擬采集信息，采集轉換模塊的輸出端與信息處 理模塊相連接并輸出AD轉換后的數字采集信息，信息處理模塊接收來自系統時鐘的時鐘 信息后與數字采集信息合并生成帶有時間戳的采樣信息報文并發送至通信模塊，系統時鐘 與通信模塊相連接并接收更新時鐘信息，存儲模塊與信息處理模塊相連接并接收帶有時間 戳的采樣信息報文同時輸出歷史信息報文，快速接口模塊與信息處理模塊相連接并接收開 出信號及輸出開入信號，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，信息 處理模塊將開入信號和開出信號合并后輸出開入開出報文至通信模塊，通信模塊與信息交 互網絡相連接以傳輸更新后的開入開出報文、采樣信息報文和更新時鐘信息。所述的信息處理模塊采用FPGA與CPU共同處理實現，其中FPGA的數據傳輸端分 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和開出信號，CPU 的數字傳輸端分別與通信模塊和存儲模塊相連接并傳輸數字量的采樣信息報文和歷史信 息報文，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文。所述的系統時鐘接收更新時鐘信息后與晶振秒脈沖計數器進行比較，并將差值通 過40ns為步長的均勻分布scaler算法生成時鐘信息并輸出至信息處理模塊。
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所述的時鐘信息和更新時鐘信息均包括1588對時協議脈沖以及IRIG-B對時協議 脈沖，所述系統時鐘分別進行兩次所述比較得到兩組時鐘信息并輸出至信息處理模塊；所述的通信模塊包括兩個并聯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換模塊和信息交互網絡相連接，其中信息交互網絡為1588對時協議 以及IRIG-B對時協議。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。本發明實現在線監測信息的就地化采集，在信號的源端采集，保證數據的采集及 時性；將復雜的電纜敷設簡化為一根光纖，節省項目成本及縮短施工周期，并可避免電磁對 信號傳輸的干擾，使數據的可靠性增加30%。本發明實現在線監測信息的數字化源端采集，將采集到得信息按照IEC61850標 準面向設備建模，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，對故障 的查詢率可提高20%。本發明實現采樣數據的時間標簽和數據值更高的精度、糾錯能力要求。利用內部 再采樣脈沖跟隨外部時鐘脈沖，當外部時鐘脈沖出現震蕩時，通過與內部晶振秒脈沖計數 器進行比較，差值通過scaler算法，以40ns為步長均勻分布到下一秒的再采樣脈沖中，與 常規的一次性末位調整，均勻的步長調整大大減小了相位的偏差。對數據采集的抗干擾糾 錯，采用基于中值算法的采樣數據容錯技術，在再采樣環節完成采樣值糾錯，避免強干擾時 個別數據采集瞬時出錯引起監測邏輯誤判。


圖1為本發明結構示意圖。圖2為實施例連接示意圖。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施 例。如圖1和圖2所示，本實施例包括采集轉換模塊1、信息處理模塊2、通信模塊3、 存儲模塊4、快速接口模塊5、電源模塊6和系統時鐘7，其中采集轉換模塊1的輸入端與 繼電保護裝置的PT/CT端口相連接以接收模擬采集信息，采集轉換模塊1的輸出端與信息 處理模塊2相連接并輸出AD轉換后的數字采集信息，信息處理模塊2接收來自系統時鐘7 的時鐘信息后與數字采集信息合并生成帶有時間戳的采樣信息報文并發送至通信模塊3， 系統時鐘7與通信模塊3相連接并接收更新時鐘信息，存儲模塊4與信息處理模塊2相連 接并接收帶有時間戳的采樣信息報文同時輸出歷史信息報文，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及輸出開入信號，信息處理模塊2將開入信號和開出信號合 并后輸出開入開出報文至通信模塊3，通信模塊3與信息交互網絡相連接以傳輸更新后的 開入開出報文、采樣信息報文和更新時鐘信息，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。所述的時鐘信息和更新時鐘信息均包括1588對時協議脈沖以及IRIG-B對時協議脈沖；所述的快速接口模塊5采用8路開入開出處理。所述的采集轉換模塊1由三組并聯的AD7656型16位串行A/D與單片機接口電路 以及依次串聯的運算放大電路和濾波回路構成，其中兩個接口電路設置靜默冗余供保護 用，濾波回路置于運算放大電路后級以實現高采樣率；所述的濾波回路共兩級其輸出端為FPGA并口 ；如圖2所示，所述的信息處理模塊2采用FPGA與CPU共同處理實現，其中FPGA的 數據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和 開出信號，CPU的數字傳輸端分別與通信模塊3和存儲模塊4相連接并傳輸數字量的采樣 信息報文和歷史信息報文，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 出報文。所述的FPGA采用256腳BGA封裝的EP2C20且設置采用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的復位芯片選擇3. 08V的MAX706T，CAN網芯片為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，存儲模塊采用板載DATA FLASH, BRICK擴展I2C 接口的256Kbits的EEPR0M，連接測溫芯片采用LM77。所述的通信模塊3采用采用AVAGO的1414系列模塊實現，其驅動電流為15mA ；該 通信模塊3的輸出端配置為相互獨立對時的AB雙網，其中A網采用1588對時，B網可以采 用IRIG-B對時。所述的系統時鐘7接收1588對時協議脈沖以及IRIG-B對時協議脈沖后與晶振秒 脈沖計數器進行兩次比較，并將差值分別通過40ns為步長的均勻分布scaler算法生成時 鐘信息并輸出至信息處理模塊2 ；所述的存儲模塊4采用板載DATA FLASH與BRICK擴展I2C接口的256Kbits的 EEPROM。所述的快速接口模塊5采用非光耦的244隔離且母板上設置5V信號，該快速接口 模塊5的跳、合閘均采用一正一反2個信號，啟動信號采用單個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，具有過壓、 斷路和過流保護，允許電壓中斷時間> 200ms，運行溫度范圍-40 V 85°C，壽命大于12年， 輸出5V，電壓精度士0. IV，紋波< 50mV。所述的采集轉換模塊1的外部設有金屬合金制成的防護外殼，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，達到很高的密封性能，且有很 好的散熱性能，其密封保護性能達到IP67。本實施例解決了現有技術無法有效監視裝置的交流輸入回路和裝置的數據采集 回路的問題，通過就地化安裝在線狀態監測戶外采集器，實現了信息的源端采集，并依據 IEC61850標準建模，轉換成數字信號光纖傳輸上送，與原有的保護采集構成閉環回路，為保 護采集回路監視提供判斷依據。在線監測數據采集的信息更加全面，為狀態檢修診斷提供 更多的比對，使故障點的定位更可靠、更迅速，使運行、檢修、維護更加方便。
權利要求
一種用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器，其特征在于，包括采集轉換模塊、信息處理模塊、通信模塊、存儲模塊、快速接口模塊、電源模塊和系統時鐘，其中采集轉換模塊的輸入端與繼電保護裝置的PT/CT端口相連接以接收模擬采集信息，采集轉換模塊的輸出端與信息處理模塊相連接并輸出AD轉換后的數字采集信息，信息處理模塊接收來自系統時鐘的時鐘信息后與數字采集信息合并生成帶有時間戳的采樣信息報文并發送至通信模塊，系統時鐘與通信模塊相連接并接收更新時鐘信息，存儲模塊與信息處理模塊相連接并接收帶有時間戳的采樣信息報文同時輸出歷史信息報文，快速接口模塊與信息處理模塊相連接并接收開出信號及輸出開入信號，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，信息處理模塊將開入信號和開出信號合并后輸出開入開出報文至通信模塊，通信模塊與信息交互網絡相連接以傳輸更新后的開入開出報文、采樣信息報文和更新時鐘信息。
2.根據權利要求1所述的用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器，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.根據權利要求1所述的用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器，其特征是， 所述的系統時鐘接收更新時鐘信息后與晶振秒脈沖計數器進行比較，并將差值通過40ns 為步長的均勻分布scaler算法生成時鐘信息并輸出至信息處理模塊。
4.根據權利要求3所述的用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器，其特征是， 所述的時鐘信息和更新時鐘信息均包括1588對時協議脈沖以及IRIG-B對時協議脈沖，所 述系統時鐘分別進行兩次所述比較得到兩組時鐘信息并輸出至信息處理模塊。
5.根據權利要求1所述的用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器，其特征是， 所述的通信模塊包括兩個并聯且采樣率不同的傳輸單元，該傳輸單元的輸入端和輸出端 分別與采集轉換模塊和信息交互網絡相連接，其中信息交互網絡為1588對時協議以及 IRIG-B對時協議。
6.根據權利要求1所述的用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器，其特征是， 所述的采集轉換模塊由三組并聯的AD7656型16位串行A/D與單片機接口電路以及依次串 聯的運算放大電路和濾波回路構成，其中兩個接口電路設置靜默冗余供保護用，濾波回路 置于運算放大電路后級。
7.根據權利要求6所述的用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器，其特征是， 所述的濾波回路共兩級其輸出端為FPGA并口。
8.根據權利要求1所述的用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器，其特征是， 所述的信息處理模塊采用FPGA與CPU共同處理實現，其中FPGA的數據傳輸端分別與快 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和開出信號，CPU的數字 傳輸端分別與通信模塊和存儲模塊相連接并傳輸數字量的采樣信息報文和歷史信息報文， 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文。
9.根據權利要求8所述的用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器，其特征是， 所述的采集轉換模塊的外部設有金屬合金制成的防護外殼，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
一種電力系統技術領域的用于電力系統繼電保護的在線監測戶外采集器，包括采集轉換模塊、信息處理模塊、通信模塊、存儲模塊、快速接口模塊、電源模塊和系統時鐘。本發明實現信息的就地化采集，并依據IEC61850標準建模，轉換成數字信號光纖傳輸上送，與原有的保護采集構成閉環回路，為保護采集回路監視提供判斷依據。
文檔編號H04L7/04GK101917066SQ201010252398
公開日2010年12月15日 申請日期2010年8月13日 優先權日2010年8月13日
發明者劉軍, 姜健寧, 方愉冬, 朱炳銓, 楊漪俊, 王桂龍, 裘愉濤 申請人:浙江省電力公司;上海思源弘瑞自動化有限公司