一种基于虚拟仪器的分布式电缆参数测试系统的制作方法

本发明涉及虚拟仪表在测试输电电缆参数中的应用，尤其是涉及一种基于虚拟仪器的分布式电缆参数测试系统。

背景技术：

电力电缆线路的参数是电力系统调度的常用数据，也是继电保护整定的重要依据之一。随着近年来上海电力不断发展，新建电缆线路也不断增加。对于35kv及以下电缆的参数可以通过理论公式计算，因为35kv及以下的电缆为分相屏蔽型或统包型，其线芯排列对称，因此其参数的理论数值与敷设后的实际数值相差不大。而对于110kv及以上电缆，当其三相单芯长电缆线路中换位段分得不均匀，三相电缆排列又不是很对称，金属护套在两端互联接地后，运行时金属护套内会产生感应电流，从而导致电缆参数的理论计算值和实际数值间误差较大，这是必须以实测参数值为准。因此对于新投运的110kv及以上电压等级的电力电缆线路，需要测量参数，所测得的电缆参数将应用于日后的电力系统参数计算。

电缆线路的参数主要包括电容、直流电阻、正序阻抗和零序阻抗。电容和直流电阻均可以通过电桥法直接测量，方法相对简单可行，所以电缆测参数的数字化主要是针对测量正序和零序阻抗而言。

现有技术中采用的测量电缆线路参数的“两表法”(电压、电流表法)，存在以下问题：

(1)测参数表计繁多，接线相对复杂；

(2)计算相对繁复，累计误差增大；

(3)所费人力和时间较多，工作量大。

因此采用两表法测量电缆参数无法适应电力行业日益增加的工作量。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于虚拟仪器的分布式电缆参数测试系统。如今，虚拟仪器技术应用发展如火如荼，其信息化特征正好符合对电缆参数测试的要求。考虑到此，基于分布式采集系统的数字电缆参数测试装置应用而生。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于虚拟仪器的分布式电缆参数测试系统，所述的系统包括远端采集模块、通信模块、近端接收模块和计算机终端，所述的远端采集模块连接待测电缆，所述的远端采集模块通过通信模块与近端接收模块连接，所述的近端接收模块连接计算机终端，所述的远端采集模块包括电压电流调理板、信息处理底板以及第一光纤收发装置，所述的电压电流调理板、信息处理底板以及第一光纤收发装置依次连接。

所述的电压电流调理板包括电压调理单元和电流调理单元，所述的电压调理单元包括依次连接的相电压或线电压测量转换组件、交流电压互感器和第一放大电路，所述的电流调理单元包括依次连接的外部电流互感器、内部交流电流互感器和第二放大电路，所述的电压调理单元和电流调理单元分别连接信息处理底板。

所述的电压电流调理板还包括lt1763系列电源芯片，所述的电源芯片分别连接电压调理单元、电流调理单元、信息处理底板以及第一光纤收发装置。

所述的交流电压互感器采用tv1115-1m电压互感器；所述的内部交流电流互感器采用ta0913-1m电流互感器。

所述的信息处理底板包括依次连接的ad转换器、第一fpga和第一数据存储器，所述的ad转换器分别与第一放大电路和第二放大电路连接，所述的第一fpga连接第一光纤收发装置。

所述的近端接收模块包括第二光纤收发装置、第二fpga、第二数据存储器和usb接口，所述的第二fpga分别与第二光纤收发装置、第二数据存储器和usb接口连接，所述的usb接口连接计算机终端。

所述的近端接收模块通过usb接口连接计算机终端。

所述的通信模块为光纤。

所述的系统采用labview平台，并进行dll封装。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、采用虚拟技术，通过计算机软件收集、处理和显示电缆参数，更加快捷，精度高，适应现代电网需求；

2、系统采用lt1763系列低功耗电源变换芯片，使得整个系统保持低功耗；

3、采用分布式设计，测试更加高效：系统配置远端采集模块、通信模块、近端接收模块和计算机设备，符合移动式高压环境需求；

4、采用光纤通信数据传输更可靠。

附图说明

图1为基于虚拟仪器的分布式电缆参数测试系统示意图；

图2为远端采集模块示意图；

图3为电压电流调理板的电压调理单元示意图

图4为电压电流调理板的电流调理单元示意图；

图5为信息处理底板示意图；

图6为光纤收发装置电路图一；

图7为光纤收发装置电路图二；

图8为近端接收模块示意图；

1、远端采集模块；2、通信模块；3、近端接收模块；4、计算机终端；5、待测电缆；6、电压电流调理板；7、信息处理底板；8、lt1763系列电源芯片；9、相电压或线电压测量转换组件；10、交流电压互感器；11、第一放大电路；12、外部电流互感器；13、内部交流电流互感器；14、第二放大电路；15、adr421基准电压源；16、ad转换器；17、第一fpga；18、第一数据存储器；19、第二光纤收发装置；20、第二fpga；21、第二数据存储器；22、usb微控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

1.系统简介

如图1所示，基于虚拟仪器的分布式电缆参数测试系统，所述的系统包括远端采集模块1、通信模块2、近端接收模块3和计算机终端4，所述的远端采集模块1连接待测电缆5，所述的远端采集模块1通过通信模块2与近端接收模块3连接，所述的近端接收模块3连接计算机终端4。

远端采集模块包括电压电流调理板6、信息处理底板7以及第一光纤收发装置，所述的电压电流调理板6、信息处理底板7以及第一光纤收发装置依次连接。

电压电流调理板6包括电压调理单元和电流调理单元，电压调理单元包括依次连接的相电压或线电压测量转换组件9、交流电压互感器10和第一放大电路11，所述的电流调理单元包括依次连接的外部电流互感器12、内部交流电流互感器13和第二放大电路14，所述的电压调理单元和电流调理单元分别连接信息处理底板7。电压电流调理板6还包括lt1763系列电源芯片8，电源芯片分别连接电压调理单元、电流调理单元、信息处理底板7以及第一光纤收发装置。

交流电压互感器10采用tv1115-1m电压互感器；内部交流电流互感器13采用ta0913-1m电流互感器。

信息处理底板7包括依次连接的ad转换器16、第一fpga17和第一数据存储器18，所述的ad转换器16分别与第一放大电路11和第二放大电路14连接，所述的第一fpga17连接第一光纤收发装置。ad转换器16的参考源由高精度的adr421基准电压源15实现。

近端接收模块3包括第二光纤收发装置19、第二fpga20、第二数据存储器21和usb接口，所述的第二fpga20分别与第二光纤收发装置19、第二数据存储器21和usb接口连接，其中还包括与usb接口连接的usb微控制器22。

2.远端采集装置的设计

主要按功能分为不同子板，包括信息处理底板以及电压电流调理板，板子之间通过电气互联。其中，信息处理板完成模拟采集和数字控制，而电压电流调理板完成对三相电压电流的调理，见图2。

2.1基于电池的低功耗设计

由于作为分布式系统，电源供给由电池完成。所以，设计开始就需要考虑到低功耗准则。

电源实现主要在信息处理底板，设计时候，采用极低静态电流的电源芯片，提供系统所需要的各种电源。本设计中采用了lt1763系列低功耗电源变换芯片，其中所产生正负电源由ltc3260完成，其提供理想的低纹波输出，并同时具备低功耗性能。

2.2电压电流调理技术设计

电缆的三相电压电流接入核心采集芯片之前，需要进行相关调理。调理的目的是将0～380v(线电压)及0～200a范围内的相电流调理成标准信号，同时尽可能减少相位损失。

本系统设计时候，电压调理采用精密交流电压互感器tv1115-1m，其主要特性是提供小于0.1％非线性度及小于5’相移，并提供高隔离度，保证采集装置的安全型。电流采集的时候，外部采用0.2％级的200:5的电流互感器，调理成5a电流信号后，再接入内部精密交流电流互感器ta0913-1m，其主要提供小于0.1％非线性度及小于5’相移，并提供高隔离度，保证采集装置的安全性，。

图3、图4分别为电压电流调理板的电压调理单元和电流调理单元示意图，其中电压调理单元还包括相电压与线电压测量的转换切换，主要实现程控测量线或相电压。由于电缆参数测试的时候，既涉及到小电压大电流的测量、大电压大电流测量以及大电压小电流测量，所以测量的动态范围比较大。故设计时候采用了程控放大器进行必要的信号放大处理。

2.3基于fpga的同步采集设计

电缆参数测试要求对三相电压电流同时采集，以避免相位损失带来功率测试的误差。故设计的时候，采用了同步采集芯片ad7606。ad7606是一款16位，200ks/s,双极性输入，8通道同步模数转换芯片，已广泛应用于电能质量分析仪上，图5为信息处理底板示意图。

ad7606的时序控制由altera系列的fpga实现，完成采集后，将数据存入sram。ad7606的参考源由高精度的adr421实现，以符合高精度的要求。

2.4光纤收发技术设计

光纤的收发装置采用hfbr系列，其中发送采用hfbr1414，采集采用hfbr2416，采用经典的收发电路，如图6和图7分别为光纤收发装置电路图。

经过实践证明，此收发装置高速，功耗低，可靠性高。

3.近端接受装置的设计

由远端通过光纤发送过来的信号，需要转换为计算机可接受的总线形式，以便进行采样信号的复现，如图8近端接收装置设计图。

其中控制的核心是fpga，将光纤收发信号通过解析后，存入sram，然后通知usb控制器cy7c68013a读取数据，将数据通过usb发送给计算机。

3.1基于cy7c68013a的usb传输技术设计

cypress公司ez-usbfx2lp系列的cy7c68013a单片机，它主要包括usb2.0收发器、智能串行接口引擎(sie)、增强型8051微处理器、16kb的ram、4kb的fifo存储器、地址和数据总线、i/o口、i2c控制器和通用可编程接口(gpif)。

cy7c68013a提供usb2.0完整高速协议，并提供开发固件，适合应用于usb传输开发。

3.2基于labview平台的cy7c68013a固件开发

labview是一种程序开发环境，由美国国家仪器(ni)公司研制开发，类似于c和basic开发环境，但是labview与其他计算机语言的显著区别是：其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码，而labview使用的是图形化编辑语言g编写程序，产生的程序是框图的形式。labview软件是ni设计平台的核心，也是开发测量或控制系统的理想选择。labview开发环境集成了工程师和科学家快速构建各种应用所需的所有工具，旨在帮助工程师和科学家解决问题、提高生产力和不断创新。

cypress公司提供了cy7c68013a的固件代码，但并没有适用于labview的驱动，所以系统需要为此开发必要的驱动。

设计时候，将在vc平台下，调用固件，并完成dll封装。然后在labview里建立相关驱动代码，以供给上层应用。

4.系统优势

本系统设计基于虚拟仪器技术，采用了最新的基于光纤的分布式测控技术方式，即符合移动式高压环境需求，又提升了测量精度。开发平台采用业界广泛应用的labview平台，采用数字信号处理技术，测量有效值、有效功率等，简化了硬件设计，同时提升了精度。

本系统设计经过实践验证，可以很好的应用于电缆参数测试，在快速移动定位检修电缆中，有广阔的应用前景。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。