一种分布式同步采样测量系统的制作方法

本实用新型属于测试仪器技术领域，尤其涉及一种分布式同步采样测量系统。

背景技术：

电压互感器和电流互感器把高电压采样器和母线的运行电压、大电流(即采样器和母线的负荷或短路电流)按规定比例变成测量仪表、继电保护及控制采样器的低电压和小电流。在额定运行情况下，电压互感器二次电压为几百伏，电流互感器二次电流为几安。

通过电压互感器和电流互感器将高压设备和母线的电压、电流反馈到测试采样器，以便于工作人员及时发现异常，采取相应的急救措施。现有测试方案如图1所示，采用电压电流伏安相位表测试，其中一端连接至待核侧，另一端通过长线缆连接至参考侧，测试参考侧和待核侧的电压、电流，传统测试方法的弊端是不能实现长距离的核相测试，而且接线较复杂，特别是对于新建、改造变电站时经常会出现接错线的情况。

而对于相距较远的多组接线，需要通过对比判断接线是否正确时，对多组接线的电压、电流同步采样变得尤其重要。目前的传统方案无法解决这个问题。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本实用新型的目的在于提供一种分布式同步采样测量系统，旨在解决现有测量方案不能实现长距离的核相测试的技术问题。

本实用新型采用如下技术方案：

所述分布式同步采样测量系统包括主采样器和从采样器，所述主采样器包括顺次连接的交流变换模块、模数转换模块、处理模块、驱动模块和显控模块，所述处理模块还连接有延时器和无线模块，所述从采样器包括顺次连接的交流变换单元、模数转换单元、处理单元、驱动单元和显控单元，所述处理单元还连接有无线单元，所述无线模块和无线单元网络连接。

进一步的，所述处理单元包括串口和通用输入输出接口，所述串口作为数据输入、输出接口连接至所述无线单元，所述通用输入输出接口作为中断指令信号接收端口连接至所述无线单元。

进一步的，所述处理模块包括同步指令生成模块、指令发送模块、数据接收模块和数据处理模块，所述数据处理模块连接至所述模数转换模块，所述同步指令生成模块通过所述指令发送模块连接至所述无线模块，所述无线模块通过所述数据接收模块连接至所述数据处理模块。

进一步的，所述无线单元包括无线收发器以及微处理器，无线收发器连接至所述微处理器和处理单元，所述微处理器的中断输出口连接至所述处理单元的通用输入输出接口。

进一步的，所述交流变换模块和交流变化单元均包括电压变换支路和电流变换支路，所述电压变换支路包括顺次连接的大电阻网络、电流电压转换单元和第一运算放大器，所述电流变换支路包括顺次连接的电流变换单元、精密电阻和第二运算放大器。

进一步的，所述电流电压转换单元包括电流互感器和电阻，所述电流变换单元为钳形互感器。

本实用新型的有益效果是：本实用新型采用两个采样器，分为主采样器和从采样器，两者通过无线同步后，进行电压电流同步采样和测量，然后从采样器采集的电压电流数据汇集至主采样器，最后在主采样器的显示界面上显示出测量结果，这样无需将电压、电流通过临时电缆将连接到同一处进行集中测量，只需在同一时刻对电压电流进行同步采样即可对它们的幅值和它们之间的相位差进行测量，保证了测量准确性的前提下实现了长距离的核相测试。

附图说明

图1是现有电压电流测试系统原理图；

图2是本实用新型实施例提供的分布式同步采样测量系统的结构图。

图3是处理模块的结构框图；

图4是无线单元的结构图；

图5是交流变换模块和交流变化单元的结构框图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

为了说明本实用新型所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

图2示出了本实用新型实施例提供的分布式同步采样测量系统的结构，为了便于说明仅示出了与本实用新型实施例相关的部分。

如图2所示，本实施例提供的分布式同步采样测量系统包括主采样器1和从采样器2，所述主采样器1包括顺次连接的交流变换模块11、模数转换模块12、处理模块13、驱动模块14和显控模块15，所述处理模块13还连接有延时器16和无线模块17，所述从采样器2包括顺次连接的交流变换单元21、模数转换单元22、处理单元23、驱动单元24和显控单元25，所述处理单元23还连接有无线单元26，所述无线模块17和无线单元26网络连接。

所述显控模块和显控单元一般为显示屏以及操作控制按键。所述处理模块和处理单元可以选择普通的单片机或者CPU等。所述无线模块和无线单元为400M或2.4G无线通信模块，收发指令和数据，无线通信模块可实现3000m范围内的数据和同步信号通信，即可实现分布在3000m范围内的两处电压、电流的同步采样和测量。

测量时，主采样器与从采样器都接入被采样设备的电压、电流信号输出端。开始试验时，主采样器的处理模块生成并发出一帧同步采样准备指令，然后通过无线模块以一定的频率发送出去；此时从采样器的处理单元通过无线单元接收到所述同步采样准备指令进入同步测试等待状态，从采样器不可进行其他操作，然后主采样器的处理模块发送同步采样指令，经过无线传输后，从采样器的处理单元接收到该同步采样指令后进入采样状态。在这个过程中，由于无线信号在空中传输的速率接近于光速，所以无线信号随距离变化而产生的传输时间变化可忽略不计，可以认为整个过程的传输延时变化只产生于主从采样器中。

本系统中，所述处理单元包括串口和通用输入输出接口GPIO，所述串口作为数据输入、输出接口连接至所述无线单元，所述GPIO口作为中断指令信号接收端口连接至所述无线单元。如果无线单元接收到同步采样指令后，通过串口传给处理单元，会产生约几十微秒的延时时间，会严重影响到同步采样的相位精度。所以本系统中，无线单元另外还连接至处理单元的一个GPIO口，无线单元接收到同步采样指令后会立刻产生中断指令信号，将中断指令信号发送至该GPIO口，处理单元通过检测该GPIO口来控制是否进行采样，避免了由于串口接收延时波动产生的同步采样精度降低。

另外，主采样器发出同步采样指令后，延时器开始工作，所述延时器的延时时间固定，计算精度达到us量级，等待固定延时后，处理模块再控制进行采样，而从采样器的处理单元接收到同步采样指令后直接开始控制采样。虽然同步采样指令在两个采样器之间传输时间可以忽略不计，但是从采样器处理单元接收到同步采样指令还是会有一定时间差，为此通过在程序中设置延时器，尽量保证两个采样器同步采样。所述延时器可以独立设置，也可以集成在处理模块中。采用此方法可达到的采样相位波动范围在0.5度以内。而所述固定延时是通过精确计算主从采样器通讯过程的同步采样指令发收时间差来设定，从硬件上减小延时波动来实现两个采样器的同步采样。

主从采样器通过交流转换、AD转换等过程实现数据采样，采样电流电压数据过程中，得到电压、电流的波形数据，并进一步得到幅值、相位等特征量。然后从采样器将所得到的电压电流幅值、相位等特征量通过无线单元发送给主采样器。由主采样器汇总两个采样器的电压、电流幅值和相位差，并在显示屏上显示出来。

具体实现时，所述处理模块13可以采用通用单片机实现，也可以采用独立的硬件模块实现，如图3所示，包括同步指令生成模块131、指令发送模块132、数据接收模块133和数据处理模块134，所述数据处理模块134连接至所述模数转换模块12，所述同步指令生成模块131通过所述指令发送模块132连接至所述无线模块17，所述无线模块17通过所述数据接收模块133连接至所述数据处理模块134。所述同步指令生成模块131可以是同步触发电路，通过按键触发生成同步采样指令。所述指令发送模块132为信号转发电路，与无线模块接口匹配，所述数据接收模块133串口连接电路，一方面与数据处理模块连接，另一方面与无线模块连接。所述数据处理模块134为包括缓存的数据接收转发电路。

进一步的，如图4所示，所述无线单元26包括无线收发器261以及微处理器262，无线收发器261连接至所述微处理器262和处理单元，所述微处理器262的中断输出口连接至所述处理单元的通用输入输出接口。当无线收发器接收到同步采样指令时，给微处理器输出一个触发信号，微处理器接收到触发信号之后立即产生一个中断指令信号发送至处理单元的GPIO口，处理单元接收到中断指令信号后，立即执行电压电流采样，反应十分迅速。

本实施例中，所述交流变换模块和交流变化单元的作用是获取被测设备的大电压大电流然后进行相应转换输出对应的压值信号，然后经过后续采样和处理。作为一种具体结构，如图5所示，所述交流变换模块和交流变化单元包括电压变换支路和电流变换支路，所述电压变换支路用于将被测设备的输出大电压经过变换，得到能被后续模数转换采样的压值信号，所述电流变换支路用于将被测设备的输出大电流经过变换，得到被后续模数转换采样的压值信号。所述电压变换支路包括顺次连接的大电阻网络31、电流电压转换单元32和第一运算放大器33，所述电流变换支路包括顺次连接的电流变换单元34、精密电阻35和第二运算放大器36，其中所述电流电压转换单元包括电流互感器和电阻，所述电流变换单元为钳形互感器。被测设备输出的大电压经过大电阻网络输出小电流，然后经过电流互感器和电阻变换得到小电压，最后经过第一运算放大器输出在AD检测范围的压值信号；被测设备输出的大电流经过钳形互感器输出小电流，然后经过精密电阻得到小电压，最后经过第二运算放大器输出AD检测范围的压值信号。

综上，本实用新型采样无线通信和无线同步技术实现两处电压和电流进行分布式同步采样和测量，这里所述的两处电压、电流为相距一定距离的两个电压、电流，这些电压、电流无需通过临时线缆送至同一处进行集中测量，而只需在同一时刻对它们进行同步采样即可对电压电流的幅值和它们之间的相位差进行测量。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。