一种实时采集装置、设计方法及电缆在线监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于配电电缆状态检测技术领域，具体公开了一种实时采集装置、设计方法及电缆在线监测方法；本发明专利技术设计了一种实时采集装置，选择24位模数转换模块+FPGA+DSP的架构，在软件上使用牺牲空间换取时间上的连续的方法，结合这两点实现了数据连续采集与读取的功能；采用微注入电压的方式测量绝缘电阻值监测绝缘电阻，电阻能够直接反应电缆的绝缘层老化的程度，在精度、采样率、稳定性、成本方面均得到较高的性能提升，降低了配电电缆监测本体及环境带来的测量误差。带来的测量误差。带来的测量误差。

【技术实现步骤摘要】
一种实时采集装置、设计方法及电缆在线监测方法


[0001]本专利技术属于配电电缆状态检测
，具体涉及一种实时采集装置、设计方法及电缆在线监测方法。

技术介绍

[0002]随着城市现代化建设，配电电缆数量急剧上升，配电电缆线路逐步取代城市架空线路，电缆埋与地下，因此电缆绝缘老化受损的现象易严重，严重会导致火灾或大面积城市停电，因此需要对配电电缆进行全线的实时监测。配电电缆规模大，组网结构更复杂，配电电缆组成结构层级较多，三芯包缆，绝缘层的和缆芯的破坏会由于物理、化学、电、热、磁等多重因素导致，导致绝缘电阻的变小，从而电流过载烧坏绝缘层，引起安全隐患，因此，不断研究电缆绝缘诊断技术并开发响应的装置对于现网运行工作是非常有意义的。
[0003]目前电缆绝缘诊断包括在线与离线两种方式，离线一般为低压试验环境，无法真实的反应电缆正常运行状态下故障情况，因此需要采用在线分析试验获取更精准的判断。但目前大部分采用的均为离线分析手段，离线分析除了测量不准确以外，测试间隔周期较长，及时性达不到故障排查的要求，还会消耗大量的试验期间的人力物力。但目前配电电缆在线分析手段很少，例如超声局放检测、行波测距检测等，但由于配电电缆较长，信号衰减较大，考虑到均为间接检测参量，不同的诊断方法在采样率、精度、处理速度方面均存在较大差异，因此目前的手段以上几个方面无法达到故障判断合格的效果。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种实时采集装置、设计方法及电缆在线监测方法，以解决目前配电电缆绝缘诊断在线分析手段少，采样率、精度、处理速度较差的问题。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0006]第一方面，本专利技术提供一种实时采集装置，包括：
[0007]信号调理模块、24位模数转换模块、FPGA、DSP模块、RAM缓存模块和计算机；信号调理模块与24位模数转换模块相连，24位模数模转换模块与FPGA双向连接，FPGA与DSP模块相连；FPGA与RAM缓存模块双向连接，DSP模块与计算机相连。
[0008]进一步的，所述信号调理模块接收方波信号与输出微点电压，信号调理模块将信号输送至24位模数转换模块。
[0009]进一步的，所述24位模数转换模块与FPGA通过SPI接口相连；FPGA将配置信号输送至24位模数转换模块；FPGA与DSP模块通过SPI接口相连；FPGA通过乒乓操作将数据缓存在RAM缓存模块中，FPGA从RAM缓存模块中进行快速读取；DSP模块通过UART与计算机相连。
[0010]第二方面，本专利技术提供一种实时采集装置的设计方法，包括：
[0011]步骤1：设置RAM缓存模块，在24位模数转换模块和RAM缓存模块间设置FPGA，FPGA将数据缓存至RAM缓存模块中，通过乒乓操作进行缓存；
[0012]步骤2：计算乒乓操作所需要的RAM的地址空间；
[0013]步骤3：对采集装置的硬件部分进行设计，针对信号调理模块、FPGA控制电路、PCB以及电磁兼容四个部分进行设计。
[0014]进一步的，所述步骤2具体包括：
[0015]RAM缓存模块的内存为RAM1，将RAM1均分为两块，第一块为RAM1_1，第二块为RAM1_2，以1秒为时间周期，第一个时间周期时，将数据输入至数据缓存区RAM1_1中，查询数据写入缓存区RAM11中的地址，通过地址判断是否存满一个时间周期内的所有数据；若存满则表示进入了第二个时间周期，切换写入地址为数据缓存区RAM1_2，向数据缓存区RAM1_2写入数据，从数据缓存区RAM1_1中读取数据；通过查询数据写入数据缓存区RAM1_2中的地址，通过地址来判断是否进入第三个时间周期；进入第三个时间周期后，切换写入地址为数据缓存区RAM1_1，向数据缓存区RAM1_1写入数据，切换读取地址为RAM1_2，向RAM1_2中读取数据。
[0016]进一步的，所述针对信号调理模块、FPGA控制电路进行设计具体包括：
[0017]信号调理模块由增益调节、电压跟随器以及差分放大器构成，选择ADS1278芯片的输入电压量程为
‑
2.5V～+2.5V，输入的方波激励源以及磁调制器输出电压均大于+2.5V；设置增益调节环节降低输入电压，输入电压通过3组或4组成的增益调节环节实现降压；增益调节环节后接用OPA227构成的电压跟随器；在电压跟随器后设置差分放大器；FPGA控制电路采用细间距球栅阵列封装。
[0018]进一步的，所述针对PCB进行设计具体包括：
[0019]设计走线层，在PCB设计时使用四层板，分别是顶层、中间电源层、中间信号层和底层；
[0020]优化PCB布局，选用BANK1和BANK2，两个BANK都位于FPGA板的左方，将引脚平均分配到两个BANK上；
[0021]选择走线线宽，FBGA过孔间距取决于锡球的间距，锡球的间距为40mil，选用过孔焊盘直径为16mil，相邻焊盘盘边距为24mil，两条走线的宽度小于11mil。
[0022]进一步的，所述针对电磁兼容进行设计具体包括：
[0023]对电磁兼容性能进行设计，在电磁兼容性能提升方面，模数转换电路中存在模拟信号和数字信号，将模拟地AGND和数字地DGND分开处理；设计磁珠连接模拟地AGND与数字地DGND；接地电感选用多点接地方式。
[0024]第三方面，本专利技术提供一种电缆在线监测方法，包括：
[0025]采用微注入法对电缆绝缘的劣化程度进行判断，具体包括：
[0026]步骤a：在待测电缆系统中性点与接地电压之间注入一个0.01Hz—0.1Hz的微安级超低频宽带调制信号，采用对应的滤波器滤波；
[0027]步骤b：在被测配电电缆两端加装电流传感器，电流传感器选择磁检测原理方式，在被测配电电缆两端安装磁调制器，通过磁调制器进行信号预处理，输出方波激励源信号和电压信号；
[0028]步骤c：利用上述中任一项所述的实时采集装置采集预处理后的信号，采集完信号后对其进行傅里叶分解，得到方波激励源基波频率与相位和输出电压偶次谐波的幅值与相位；
[0029]步骤d：根据方波激励源基波频率与相位和输出电压偶次谐波的幅值与相位，计算得出电流大小进而得到电缆的绝缘电阻。
[0030]进一步的，根据绝缘电阻判断待测电缆的劣化程度；所述劣化程度包括：良好，轻度劣化，中度劣化和严重劣化。
[0031]本专利技术至少具有以下有益效果：
[0032]1、本专利技术设计了一种实时采集装置，选择24位模数转换模块+FPGA+DSP的架构，在软件上使用牺牲空间换取时间上的连续的方法，结合这两点实现了数据连续采集与读取的功能；采用微注入电压的方式测量绝缘电阻值监测绝缘电阻，电阻能够直接反应电缆的绝缘层老化的程度，在精度、采样率、稳定性、成本方面均得到较高的性能提升，降低了配电电缆监测本体及环境带来的测量误差。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实时采集装置，其特征在于，包括：信号调理模块、24位模数转换模块、FPGA、DSP模块、RAM缓存模块和计算机；信号调理模块与24位模数转换模块相连，24位模数转换模块与FPGA双向连接，FPGA与DSP模块相连；FPGA与RAM缓存模块双向连接，DSP模块与计算机相连。2.根据权利要求1所述的一种实时采集装置，其特征在于，所述信号调理模块接收方波信号与输出微点电压，信号调理模块将信号输送至24位模数转换模块。3.根据权利要求2所述的一种实时采集装置，其特征在于，所述24位模数转换模块与FPGA通过SPI接口相连；FPGA将配置信号输送至24位模数转换模块；FPGA与DSP模块通过SPI接口相连；FPGA通过乒乓操作将数据缓存在RAM缓存模块中，FPGA从RAM缓存模块中进行快速读取；DSP模块通过UART与计算机相连。4.一种实时采集装置的设计方法，其特征在于，包括：步骤1：设置RAM缓存模块，在24位模数转换模块和RAM缓存模块间设置FPGA，FPGA将数据缓存至RAM缓存模块中，通过乒乓操作进行缓存；步骤2：计算乒乓操作所需要的RAM的地址空间；步骤3：对采集装置的硬件部分进行设计，针对信号调理模块、FPGA控制电路、PCB以及电磁兼容四个部分进行设计。5.根据权利要求4所述的一种实时采集装置的设计方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：RAM缓存模块的内存为RAM1，将RAM1均分为两块，第一块为RAM1_1，第二块为RAM1_2，以1秒为时间周期，第一个时间周期时，将数据输入至数据缓存区RAM1_1中，查询数据写入缓存区RAM1_1中的地址，通过地址判断是否存满一个时间周期内的所有数据；若存满则表示进入了第二个时间周期，切换写入地址为数据缓存区RAM1_2，向数据缓存区RAM1_2写入数据，从数据缓存区RAM1_1中读取数据；通过查询数据写入数据缓存区RAM1_2中的地址，通过地址来判断是否进入第三个时间周期；进入第三个时间周期后，切换写入地址为数据缓存区RAM1_1，向数据缓存区RAM1_1写入数据，切换读取地址为RAM1_2，向RAM1_2中读取数据。6.根据权利要求4所述的一种实时采集装置的设计方法，其特征在于，所述针对信号调理模块、FPGA控制电路进行设计具体包括：信号调理模块由增益调节、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘乐乐，纪斌，祝秀山，王鹏，潘新征，王贺，陈宏达，李辉，朱磊，项晓强，史金鑫，祁梦宇，刘丰艺，王云鹏，
申请(专利权)人：国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：