专利名称：便携式变电站同步对时及soe信号发生仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种新型便携式变电站同步对时及SOE信号发生仪。属于电力自 动化技术领域。
背景技术：
在变电站自动化系统中，测控装置的主要功能包括交流量采集、状态量采集、 刀闸控制、断路器同期合闸等。这些功能都是在时间同步的条件下实现，时间的精确和 统一，在电网中是十分重要的。测控装置遥信变位时产生事件顺序记录(Sequence Of Events, S0E),它对于事故分析具有重要意义。事件顺序记录具有精确统一的时间基准，可 以在发生故障和操作，特别是短时间内发生连续故障的情况下，方便地分析研究各种保护 的动作行为、设备的工况变化顺序，进而分析故障原因、故障类型、故障发生发展过程。这对 于事故分析，保证电力系统安全运行有着重要意义。测控装置的控制输出用于控制开关及 刀闸，这些设备的动作通常对控制开出的脉宽精度有一定要求。变电站自动化系统普遍采用GPS接受卫星时间信号进行时间同步，采用^IG-B 码实现变电站智能设备精确对时。^IG-B码对时方式的突出的优点是将时间同步信号和 秒、分、时、天等时间码信息加载到同一个信号载体中。GPS系统接受卫星时间信号，输出 IRIG-B时间码序列，变电站测控装置可以挂在统一的对时总线上进行时间同步，^IG-B码 对时精度高，采用总线式拓扑，结构简洁。目前测控装置开发、检验及现场验收调试过程中，需要高精度的专用设备对其进 行检验。在测控装置的主要功能中，对于交流量采集精度的测试、检验已经有了较为成熟的 手段。但对于测控装置的对时、状态量采集与SOE记录、开出性能还缺乏方便、有效、精确的 测试和检验手段，因此开发能够同时提供高精度同步对时、测试状态量采集性能及控制输 出性能的专用设备，提供有效、准确的现场测试手段，有助于提高测控装置的精确性和可靠 性，提高电力事故事后分析的准确性，对变电站自动化系统具有重要意义。
实用新型内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型测试仪，为测控装置等变电站自 动化装置提供有效的现场测试手段，提高装置性能。为解决上述技术问题，本实用新型提供一种变电站同步对时及SOE信号发生仪， 包括一个测控模块和一个对时模块，其特征在于将同步对时与状态量的输入、输出相结 合，提供多种形式的对时信号，输出时标精确的开出信号，准确测量输入状态量。所述的测控模块包括一片微控制器以及用于完成开关量输出的开关量输出电路、 用于完成状态量采集的状态量采集电路、用于人机接口的人机接口电路；所述的开关量输 出电路、状态量采集电路、人机接口电路通过并行数据总线和微控制器直接相连；所述对时 模块负责产生或捕获多种形式的对时信号，所述测控模块与对时模块之间设置①“秒”、 “分”脉冲信号线，对时模块向测控模块输出“秒”、“分”脉冲对时信号；②并行接口的双口RAM，对时模块向测控模块发送时间信息，以及两个模块间的常规数据通信；③并行总线，进 行地址译码用于访问其他外部接口。前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于所述对时模块采包括 FPGA，用于实现对时信号编解码，同时实现微控制器外部总线的地址译码。前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于所述FPGA同时与GPS和 本地时钟相通信，对时的时间源可设定，既可取自GPS，也可取自本地时钟。前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于掉电保持RTC配合温补晶 振构成高精度守时的本地时钟，在不接GPS的条件下也可以提供对时信号。前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于外部输入的对时信号经 过电平转换或电/光转换后再经光电隔离和缓存器件后接入FPGA的I/O 口，所述FPGA的 输出端通过电平转换器或电/光转换器后输出，外部输入的对时信号及输出的对时信号具 有miG-B、分脉冲、秒脉冲三种信号形式。前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于所述开关量输出电路包 括14路开关量输出，可以设定为同步输出或者间隔输出，输出时刻可设定到毫秒，所述状 态量采集电路包括两路状态量采集输入，状态量测量精度达到ans，开关量输入、输出均产 生记录。前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于所述测控模块的微控制 器通过异步串行通信接口(UART)来配置对时模块中的GPS接收模块，从GPS接收模块读取 时间报文。前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于所述测控模块的微控制 器外部并行数据、地址总线由FPGA实现地址译码，访问外围器件。前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于所述开关量输出电路采 用高速光隔离继电器驱动，动作延迟小于500us。本实用新型的有益效果是提供精确对时信号和时间同步的开关量信号，准确测 量状态量信号，为测控装置的对时、状态量采集、控制输出功能提供便捷、有效、精确的现场 测试、检验手段。
图1是本实用新型中的同步对时及SOE信号发生仪硬件结构示意图。图2是IRIG-B (DC)码的编码格式。图3是本实用新型中的同步对时及SOE信号发生仪机箱结构效果图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作具体的介绍。1、测控装置的硬件结构变电站同步对时及SOE信号发生仪将同步对时与状态量输入、输出相结合，同时 提供多种形式的精确对时信号，输出时标精确的开出信号，准确的状态量测量，友好的人 机界面。对装置的硬件结构和性能有较高的要求，图1为本实用新型中的变电站同步对时 及SOE信号发生仪的硬件结构示意图，它是一个两模块结构。测控模块处理包括状态量信号的采集处理、开关量信号输出和人机接口部分。对时模块负责产生或捕获多种时间信号。测控模块包括一片微控制器及用于完成状态量采集的状态量采集电路、用于开关 量输出的开关量输出电路、用于人机接口的人机接口电路。微控制器与各功能电路通过并 行总线连接。本发明采用美国德州仪器公司的TMS320F28335型微控制器，该款芯片是主频 达到150MIPS的32位工业级微控制器，具有快速的DSP功能、强大的I/O控制功能、三路异 步通信串行口、一个I2C控制器、大量的片上存储器、强大的中断管理、方便的编程调试等 等，而且该款芯片具有较宽的工作温度范围和较强的抗干扰能力，适合应用于工业控制领 域。对时模块主要包括GPS接收模块以及一片FPGA，GPS接收模块负责解析GPS信号， 提供格林威治时间报文以及“秒”脉冲信号。本发明采用美国摩托罗拉公司的M12T型GPS接 收器，其提供的“秒”脉冲信号精度小于60ns，能够为变电站自动化装置提供精确的对时基 准。FPGA是对时模块的核心，负责^IG-B信号的编码、解码，合成“秒”、“分”脉冲信号，同时 还负责对微控制器外部总线的译码。本发明采用美国ALTERA公司的CYCLONE II系列中的 EP2C8型FPGA，这是一款低成本、低功耗、高性价比的FPGA，有8256个逻辑单元、1621ibitS 的RAM、18个乘法器、两个锁相环、182个可配置的I/O 口，丰富的资源使得它可以用来实现 一个比较复杂的单片数字系统。EP2C8型FPGA足够完成本发明对时模块的所需要的功能。2.功能实现2. 1 IRIG-B码的编码格式前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪采用^IG-B (DC)码的格式对时间报 文及脉冲进行编码。图2为^IG-B (DC)码示意图。它是每秒一帧的时间串码，每个码元 宽度为10ms，一个时帧周期包括100个码元，为脉宽编码。码元的“准时”参考点是其脉冲 前沿，时帧的参考标志由一个位置识别标志和相邻的参考码元组成，其宽度为8ms ；每10个 码元有一个位置识别标志:P1, P2, P3，……，P9, P0,它们均为8ms宽度；PR为帧参考点 ’二 进制“1”和“0”的脉宽为5ms和ans。一个时间格式帧从帧参考标志开始。因此连续两个 8ms宽脉冲表明秒的开始，如果从第二个8ms开始对码元进行编码，分别为第0，1,2,……， 99个码元。在B码时间格式中含有天、时、分、秒，时序为秒-分-时-天，所占信息位为秒 7位、分7位、时6位、天10位，其位置在PO P5之间。P6 PO包含其他控制信息。其中 “秒”信息第1，2，3，4，6，7，8码元；“分”信息第10，11，12，13，15，16，17码元；“时”信息 第20，21，22，23，25，26，27码元；第5，14，M码元为索引标志，宽度为2ms。时、分、秒均用 BCD码表示，低位在前，高位在后；个位在前，十位在后。2. 2对时功能的实现前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪提供RS-485形式的^IG-B码、光形式 的^IG-B码、光和电形式的“秒”脉冲信号、光和电形式的“分”脉冲信号，同时也能接受以 上形式的外部对时信号，与被测试的变电站测控装置使用相同的对时源同步。对外输出的对时信号时间报文及“秒”脉冲信号可以来自GPS接收模块，也可以 由高精度守时的RTC提供；分别由测控模块的微控制器通过串口从GPS接收模块或者通过 I2C总线从RTC读取时间报文，并通过与FPGA之间的双口 RAM接口写给FPGA的编码模块。 “秒”脉冲信号直接输入到FPGA供编码或产生“分”脉冲使用。FPGA将时间报文和“秒”脉 冲结合按照^IG-B的标准编码格式组合从I/O 口经过缓存器件输出。输出的^IG-B码信号经过光/电隔离并分别进行485电平转换和电/光转换后输出到端子。脉冲对时信号经 过光/电隔离后转换成差分信号输出。外部输入的^IG-B和脉冲对时信号经过电平转换或电/光转换后再经光电隔离 和缓存器件后送到FPGA的I/O 口，FPGA采集这些信号并进行解码，解出时间报文和脉冲信 号分别通过双口 RAM和I/O 口送给测控模块的微控制器，为其测量和开出提供同步。2.3开出功能的实现前述的变电站同步对时及SOE信号发生仪提供时标精确的开出信号用于测试变 电站测控装置的SOE采集性能。可以通过人机接口设置开出信号的脉冲宽度、通道间的延 迟、触发的时刻、输出的个数及周期等参数，测控模块的微处理器按照设定的参数通过GPIO 输出脉冲，再经过缓存器件及光继电器隔离后以空节点形式输出，同时形成带准确时标和 通道号的记录，可以与测控装置的SOE记录进行比对。2. 4开入采集测量功能的实现前述变电站同步对时及SOE信号发生仪的测控模块中的状态量信号采集处理电 路，采用光电隔离技术，将输入的状态量信号转换为数字信号，然后微控制器对其进行采 集、分析，计算出输入状态量的脉宽，并形成记录。2. 5其他功能的实现前述变电站同步对时及SOE信号发生仪的测控模块中的人机接口部分采用 128X128点阵式液晶、微动开关式键盘和LED指示灯，人机接口部分通过并行总线和微控 制器相连，由FPGA进行地址译码访问。采用该实用新型介绍的方法，为变电站测控装置及其他变电站自动化装置提供 高精度同步对时、测试高速开关量输入通道时间分辨率以及通道响应时间、测试控制输出 的脉冲宽度，为测控装置的对时、状态量采集、控制输出功能提供便捷、有效、精确的现场测 试、检验手段。上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采取等同替换或等效变换的方式所 获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。
权利要求1.一种变电站同步对时及SOE信号发生仪，包括一个测控模块和一个对时模块，其特 征在于所述的测控模块包括一片微控制器以及用于完成开关量输出的开关量输出电路、用于 完成状态量采集的状态量采集电路、用于人机接口的人机接口电路；所述的开关量输出电路、状态量采集电路、人机接口电路通过并行数据总线和微控制 器直接相连；所述对时模块负责产生或捕获多种形式的对时信号，所述测控模块与对时模块之间设 置“秒”、“分”脉冲信号线，对时模块向测控模块输出“秒”、“分”脉冲对时信号；并行接口 的双口 RAM，对时模块向测控模块发送时间信息，以及两个模块间的常规数据通信；并行总 线，进行地址译码用于访问其他外部接口。
2.根据权利要求1所述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于所述对时 模块包括一片FPGA，用于实现对时信号编解码，同时实现微控制器外部并行地址、数据总线 的地址译码。
3.根据权利要求2所述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于所述FPGA 同时与GPS和本地时钟相通信。
4.根据权利要求1所述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于外部输入 的对时信号经过电平转换或电/光转换后再经光电隔离和缓存器件后接入FPGA的I/O 口， 所述FPGA的输出端通过电平转换器或电/光转换器后输出，外部输入的对时信号及输出的 对时信号具有miG-B、分脉冲、秒脉冲三种信号形式。
5.根据权利要求1所述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于所述开关 量输出电路包括14路开关量输出，设定为同步输出或者间隔输出；状态量采集电路包括两 路状态量采集输入。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在 于所述测控模块的微控制器通过异步串行通信接口来配置对时模块中的GPS接收模块， 从GPS接收模块读取时间报文。
7.根据权利要求1所述的变电站同步对时及SOE信号发生仪，其特征在于所述开关 量输出电路采用高速光隔离继电器驱动。
专利摘要本实用新型公开了一种变电站同步对时及SOE信号发生仪，包括测控模块和对时模块，测控模块包括一片微控制器以及状态量采集电路、开关量输出电路、人机接口电路等，各电路通过并行数据总线和微控制器直接相连；对时模块包括一片FPGA以及GPS接收模块、电信号对时信号输出电路、光信号对时信号输出电路；对时模块负责产生或捕获多种形式的对时信号；测控模块与对时模块分别采用“秒”脉冲信号和高速双口RAM进行时间同步，本实用新型的信号发生仪能提供多种形式的对时信号，产生时间精确同步的开关量脉冲信号，也可接收外部对时，精确测量开入量脉宽，结构设计轻巧便携，可为变电站内测控装置的调试与鉴定提供精确、有效的手段。
文档编号G01R1/28GK201828585SQ20102056876
公开日2011年5月11日 申请日期2010年10月20日 优先权日2010年10月20日
发明者周斌, 周超, 张何, 张敏, 彭奇, 谢黎, 黄国方 申请人:国电南瑞科技股份有限公司