抗干扰二次信号无线相位测试装置的制作方法

本实用新型属于智能变电站配电保护领域，具体涉及一种抗干扰二次信号无线相位测试装置。

背景技术：

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

随着智能数字变电站的大量应用，二次设备安装地点及运行环境发生巨大变化。新建或改建的变电站在启用前，需通过三相模拟通流加压的方式来检查继电保护及差动保护，其中包含合并单元的二次信号电压电流相位及幅值的测量，中性点的不平衡电流测量等，用以验证合并单元接线、变比、极性的正确性。由于合并单元分布在不同位置，通过长距离拖线的方式来测量存在着很大的安全隐患，因此，无线相位测试装置应运而生。

对于现有技术中的二次信号无线相位测试装置，基本上都是基于实验室环境下开发，包括采用gps加外接天线实现时间同步、标准源下的二次电压电流信号采样及处理、近距离无干扰无线数据传输等。制造三相加压通流模拟带电负荷实验设备的厂家为了提高设备容量、减轻设备重量往往会以牺牲信号波形失真度及信噪比为代价，这样也会给二次信号无线相位测试装置的测量精度带来很大挑战。但是，实际的现场应用与实验室环境存在着很大的区别，在时间同步上可能就需要十几米甚至几十米的gps室外天线，单纯的依靠gps时间授时就需要几分钟甚至十几分钟的时间，这样就不能实现时间的同步性。变电站中为防止电磁辐射，通常情况下会在智能变电站的墙体上进行强屏蔽的处理，这样会导致无线传输距离的大大折扣。

技术实现要素：

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种抗干扰二次信号无线相位测试装置，包括一台主机多台分机，主要解决了智能变电站中继电保护或者是差动保护中带电测量合并单元中的相位、极性和变比的问题，在时间同步、信号采样处理和无线数据传输上均有着很强的抗干扰性，在极大程度上提高了测量的精度和测试的稳定性。

根据一些实施例，本实用新型采用如下技术方案：

抗干扰二次信号无线相位测试装置，包括一台无线相位测试主机和多台无线相位测试分机；

所述无线相位测试主机及分机均包括电压信号采集模块、电流信号采集模块、模数转换模块、数据处理模块、时钟同步及时间脉冲同步单元、采样数据缓存模块和无线数据通讯模块；

所述无线相位测试主机中，电压信号采集模块和电流信号采集模块均与模数转换模块相连接，模数转换模块、时钟同步与时间脉冲同步单元、采样数据缓存模块和无线数据通讯模块均与数据处理模块相连接；

所述无线相位测试分机中，电压信号采集模块和电流信号采集模块均与模数转换模块相连接，模数转换模块、时钟同步与时间脉冲同步单元、采样数据缓存模块和无线数据通讯模块均与数据处理模块相连接；

所述无线相位测试主机及分机中的时钟同步及时间脉冲同步单元采用了温补晶振，通过温补晶振的稳定性，从而实现了时间脉冲信号的同步，进一步使得无线传输上实现了rtc时钟的同步。

进一步的，所述无线相位测试主机还包括触摸屏，与数据处理模块相连接。

进一步的，所述无线相位测试分机还包括按键及lcd液晶屏，与数据处理模块相连接。

进一步的，所述时钟同步及时间脉冲同步单元的发送端设置在无线相位测试主机上，接收端设置于无线相位测试分机上。

进一步的，所述无线相位测试主机及分机中的电压信号采集模块均通过非隔离方式进行采样，在保证操作人员安全的条件下有效避免了变电站中的电压互感器信号隔离时产生高频噪声和相位偏差的问题。

进一步的，所述无线相位测试主机及分机中的无线数据通讯模块包括主机与分机之间的数据传输和控制传输；

进一步的，所述数据传输包括时钟同步时的rtc时钟传输、分机采样的电压、电流幅值相位传输、分机通过数据回传功能调阅主机接收到的本分机及其他分机测量结果、分机之间作为无线中继实现其他分机与主机之间的信号传输。

进一步的，所述控制传输包括分机控制主机存储数据和主机控制分机关机。

进一步的，所述无线相位测试主机及分机中的无线数据通讯模块可采用wi-fi、zigbee、bluetooth、rfid、can总线中的一种或者是多种。

进一步的，所述无线相位测试主机及分机中的数据处理模块可采用plc、单片机或cpu。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型中的时钟同步及时间脉冲同步单元采用了温补晶振，通过温补晶振的稳定性，从而避免了gps外接室外天线和授时等待时间较长的问题，解决了直接通过无线校正时间延时的测量误差较大、无线传输距离不稳定的难题，实现了时间脉冲信号的同步，进一步使得无线传输上实现了rtc时钟的同步。

2.本实用新型中的电压信号采集模块均通过非隔离方式进行采样，这样能够在保证操作人员安全的条件下有效避免变电站中的电压互感器信号隔离时产生高频噪声和相位偏差的问题。

3.本实用新型中的抗干扰二次信号无线相位测试装置配置为一主机、多分机的形式，分机除用于测量和主机通讯外，还可用于无线中继，这样便解决了智能变电站墙体强屏蔽造成的无线信号传输距离近及抗干扰能力弱的问题，在时间同步、信号采样处理和无线数据传输上均有着很强的抗干扰性，极大程度上提高了无线信号传输的稳定性和测量的精度。

附图说明

构成本实用新型的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

图1是本实用新型实施例的抗干扰二次信号无线相位测试装置的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的电压信号采集模块的信号采样方式对比的示意图；

图3是本实用新型实施例的时钟同步及时间脉冲同步单元的实现流程图；

图4是本实用新型实施例的无线信号传输机制示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本实用新型提供进一步的说明。除非另有指明，本实用新型使用的所有技术和科学术语具有与本实用新型所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本实用新型的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

在本实用新型中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本实用新型各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本实用新型中任一部件或元件，不能理解为对本实用新型的限制。

本实用新型中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本实用新型中的具体含义，不能理解为对本实用新型的限制。

如图1所示的是本实用新型一种实施例的抗干扰二次信号无线相位测试装置的结构示意图，如图1所示，一种抗干扰二次信号无线相位测试装置，包括无线相位测试主机和无线相位测试分机；

所述无线相位测试主机包括电压信号采集模块、电流信号采集模块、模数转换模块、数据处理模块、时钟同步及时间脉冲同步单元、采样数据缓存模块、无线数据通讯模块和触摸屏；其中，电压信号采集模块和电流信号采集模块均与模数转换模块相连接，模数转换模块、时钟同步与时间脉冲同步单元的发送端、采样数据缓存模块、无线数据通讯模块和触摸屏均与数据处理模块相连接；

所述无线相位测试分机包括电压信号采集模块、电流信号采集模块、模数转换模块、数据处理模块、时钟同步及时间脉冲同步单元、采样数据缓存模块、无线数据通讯模块和按键及lcd液晶屏；其中，电压信号采集模块和电流信号采集模块均与模数转换模块相连接，模数转换模块、时钟同步与时间脉冲同步单元的接收端、采样数据缓存模块、无线数据通讯模块和按键及lcd液晶屏均与数据处理模块相连接。

所述无线相位测试主机采用7寸触摸屏设计，单界面即可显示大量测试数据，并自动绘制六角关系图，显示清晰、直观；所述无线相位测试分机采用薄膜按键及lcd液晶屏，设备轻巧、方便现场携带。

所述无线相位测试主机与无线相位测试分机可以协调使用，实现无线相位幅值的测量；同时还能够独立使用，实现单相电压及电流之间相位及幅值的同时测量。当无线相位测试主机与无线相位测试分机独立使用的时候，可以通过电压、电流积分的形式来计算有功功率。

所述无线相位测试主机及分机中的电压信号采集模块均通过非隔离方式进行差分采样，通过电阻来实现高频信号的滤波，避免了采样端隔离造成信号信噪比增大及非隔离条件下的安全隐患问题，在保证操作人员安全的条件下有效避免了变电站中的电压互感器信号隔离时产生高频噪声和相位偏差的问题，从而实现了高精度相位幅值的采样。

如图2所示的是电压信号采集模块的信号采样方式对比的示意图，在本实施例中，无线相位测试主机及分机中的电压信号采集模块采用的是图2中4所示的采样方式，电压信号采集模块不通过隔离的方式进行电压信号的采样，后记电路采用差分采样的方式进行原始信号的采集；与图2中3所示的采样方式相比，增加了低阻值的高频泄露电阻r4、r5，高频的杂波能够通过阻值较低的r4、r5流入大地，从而实现了高频滤波；与图2中2所示的采样方式相比，能够有效地避免电压采样端与接地端直接相连，从而能够保证人体触摸接地端没有任何的安全隐患问题；图2中1所示的采样方式是目前最通用的采样方式，结合电流型电压互感器可将电压信号转换为电流信号，能够实现电压信号的有效隔离，但是这种采样方式很容易引起零点漂移和高频信号的干扰，无法实现高精密低误差的相位幅值测量。

通过综合的比较，能够清楚地得到本实用新型中所采用的采样方式既能够保证测量的精度，又能提高抗干扰的能力。

所述无线相位测试主机及分机中的电流信号采集模块采用开口式电流互感器采集电流信号并将其转换为电压信号，经信号放大之后进入相应的模数转换模块。

所述无线相位测试主机及分机中的模数转换模块能够对电压、电流通道信号进行单独的采样，也能够同时对电压、电流通道信号进行采样；在采样的过程中，通过随时调整电压通道与电流通道信号的采样起点，来实现硬件上相位的微弱调整，从而实现采用积分方式来计算有功功率。

所述无线相位测试主机及分机中的数据处理模块摒弃了常用的过零点采样方式和交直信号转化的方式，采用了快速傅里叶变换，通过数字滤波的方式计算得到特定频率下的相位、幅值信息，具体的，在一个采样周期中进行4096点的数据采样，并将这些点作为傅里叶变换输入端的实部，在这里规定虚部全部为零，将时域信号转换为频域信号，根据频域的实部与虚部计算相位与幅值，计算结果为特定频率的相位与幅值；从而避免了过零点采样时过零点信号抖动造成相位偏差及交流信号转换为直流信号计算幅值过程中运放零漂造成的误差，有效的地减少了杂波及高频的干扰，提高信噪比。

所述无线相位测试主机及分机中的时钟同步及时间脉冲同步单元采用了温补晶振，充分利用温补晶振的稳定性，实现了时间脉冲信号的同步和无线传输过程中rtc时钟的同步。

时钟同步及时间脉冲同步单元在无线相位测试主机及分机中采用了主分机有线同步的方式，即无线相位测试主机作为时钟同步及时间脉冲同步单元的发送端，无线相位测试分机作为时钟同步及时间脉冲同步单元的接收端。具体的，无线相位测试主机的时钟同步及时间脉冲同步单元利用温补晶振的高稳定性这一特点从而产生高精度的时间脉冲信号，无线相位测试分机的时钟同步及时间脉冲同步单元首先通过短线与无线相位测试主机的时钟同步及时间脉冲同步单元建立连接，然后再利用输入捕获端口所获取的脉冲信号的上升沿以及脉冲间隔，来实现时间脉冲的同步，在时间脉冲同步之后就断开建立连接的短线，这个时候便通过无线数据的收发进一步实现rtc时钟的同步。

所述无线相位测试主机及分机中的采样信号缓存模块主要用在无线通讯受阻的极特殊的环境下，用于解决数据不能及时传送至无线相位测试主机的情况。

无线相位测试分机能够记忆当前采样信号相位、幅值及时间点，当无线信号通畅时所记忆的数据信息会自动传输至无线相位测试主机，无线相位测试主机调阅相同时间点采样值做出相位、幅值的正确判断、处理；当无线通讯受阻时，分机持机者按缓存键缓存当前采样值，此采样值可连续缓存或单独缓存，缓存结束后持机至无线信号良好区域，分机自动发送缓存数据处理请求，主机接收后查询主机采样数据缓存模块与分机缓存值对应的采样点，实现相位的计算并将计算结果回传分机。

所述无线相位测试主机及分机中的无线数据通讯模块包含主分机之间的数据传输和控制传输；所述数据传输包括时钟同步时的rtc时钟传输、分机采样的电压、电流幅值相位传输、分机通过数据回传功能调阅主机接收到的本分机及其他分机测量结果、分机之间作为无线中继实现其他分机与主机之间的信号传输；所述控制传输包括分机控制主机存储数据和主机控制分机关机。

所述无线相位测试主机及分机中的无线数据通讯模块的抗干扰性能具体体现在170mhz低频信号低传输速率传输及星星组网；170mhz低频信号具有较强的穿透性，可穿过多层墙体，同时因数据传输量小，可设置较低的传输速率，大大减小误码率，从而提高了无线传输的稳定性和抗干扰性。

所述时钟同步与时间脉冲同步单元的收发端分别与无线数据通讯模块相连接，用于实现时间脉冲同步及时钟同步，具体的实现流程如图3所示。

无线相位测试主机及分机在进行时钟同步与时间脉冲同步之前，先接入时间脉冲连接线，时间脉冲连接线包括两条独立的线路，分别为接地线及脉冲信号线，接入之后将无线相位测试主机及分机开机，无线相位测试主机利用温补晶振的稳定性，同时借助定时器生成并发送时间脉冲信号，无线相位测试分机利用定时器输入捕获端口捕获多个时间脉冲的上升沿，根据多个上升沿到来的时间差来计算分析时钟脉冲的宽度，无线相位测试分机根据时间脉冲宽度在下一个时间上升沿到来时同步时间脉冲，此时，无线相位测试分机通过无线相位测试分机的无线数据通讯模块发送rtc时钟请求，无线相位测试主机在接收时钟请求后发送rtc时钟数据，从而实现时间脉冲同步及时钟同步；同步结束后移除时间脉冲连接线，时间同步的校验完成。

本实用新型中的抗干扰二次信号无线相位测试装置配置为一主机、多分机的形式，无线相位测试分机除用于测量和无线相位测试主机通讯外，还可用于无线中继。具体的说，第一无线相位测试分机与无线相位测试主机实现通讯，在通讯距离较远时，第一无线相位测试分机可传输至第二无线相位测试分机，第二无线相位测试分机再传输至无线相位测试主机。现结合图4中所示的无线信号传输机制示意图叙述一下星星组网中的无线中继传输逻辑。

如图4所示，各无线相位测试的主分机都有独立的发送通道和开放的接收通道，从而保证了在收发过程不因多机同时发送而出现乱码；图中的实线表示传输通畅，虚线表示传输受阻。

假设第一无线相位测试分机传输数据至无线相位测试主机，第一无线相位测试分机发送数据由第二无线相位测试分机及第n无线相位测试分机接收；第二无线相位测试分机及第n无线相位测试分机自动编码调整数据级别，保证再次发送时第一无线相位测试分机接收后不再处理；第二无线相位测试分机与第n无线相位测试分机再次通过各自信道发送数据，数据分别由无线相位测试主机、第m无线相位测试分机与第一无线相位测试分机接收；第一无线相位测试分机因接收级别低不做后续处理，无线相位测试主机与第m无线相位测试分机同时接收两组数据，判断相同后自动删除其中一组。至此，无线相位测试主机成功接收，第m无线相位测试分机接收后提高数据等级再次发送，发送数据由无线相位测试主机及第二无线相位测试分机接收，第二无线相位测试分机因接收等级问题对接收数据不做处理，无线相位测试主机判断接收值除接收等级外与上次接收值一致，不对本次接收值做处理，接收过程完成；

无线相位测试主机与无线相位测试分机通讯时，重新修正发送等级及收发方向机制编码，再次通过星星组网中无线中继收发。

本实用新型中的抗干扰二次信号无线相位测试装置通过一主机、多分机的设置，分机除用于测量和主机通讯外，还可用于无线中继，这样便解决了智能变电站墙体强屏蔽造成的无线信号传输距离近及抗干扰能力弱的问题，在时间同步、信号采样处理和无线数据传输上均有着很强的抗干扰性，极大程度上提高了无线信号传输的稳定性和测量的精度。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。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、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本实用新型的保护范围以内。