本發(fā)明涉及虛擬儀表在測試輸電電纜參數(shù)中的應(yīng)用，尤其是涉及一種基于虛擬儀器的分布式電纜參數(shù)測試系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

電力電纜線路的參數(shù)是電力系統(tǒng)調(diào)度的常用數(shù)據(jù)，也是繼電保護整定的重要依據(jù)之一。隨著近年來上海電力不斷發(fā)展，新建電纜線路也不斷增加。對于35kv及以下電纜的參數(shù)可以通過理論公式計算，因為35kv及以下的電纜為分相屏蔽型或統(tǒng)包型，其線芯排列對稱，因此其參數(shù)的理論數(shù)值與敷設(shè)后的實際數(shù)值相差不大。而對于110kv及以上電纜，當其三相單芯長電纜線路中換位段分得不均勻，三相電纜排列又不是很對稱，金屬護套在兩端互聯(lián)接地后，運行時金屬護套內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而導致電纜參數(shù)的理論計算值和實際數(shù)值間誤差較大，這是必須以實測參數(shù)值為準。因此對于新投運的110kv及以上電壓等級的電力電纜線路，需要測量參數(shù)，所測得的電纜參數(shù)將應(yīng)用于日后的電力系統(tǒng)參數(shù)計算。

電纜線路的參數(shù)主要包括電容、直流電阻、正序阻抗和零序阻抗。電容和直流電阻均可以通過電橋法直接測量，方法相對簡單可行，所以電纜測參數(shù)的數(shù)字化主要是針對測量正序和零序阻抗而言。

現(xiàn)有技術(shù)中采用的測量電纜線路參數(shù)的“兩表法”(電壓、電流表法)，存在以下問題：

(1)測參數(shù)表計繁多，接線相對復雜；

(2)計算相對繁復，累計誤差增大；

(3)所費人力和時間較多，工作量大。

因此采用兩表法測量電纜參數(shù)無法適應(yīng)電力行業(yè)日益增加的工作量。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種基于虛擬儀器的分布式電纜參數(shù)測試系統(tǒng)。如今，虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用發(fā)展如火如荼，其信息化特征正好符合對電纜參數(shù)測試的要求?？紤]到此，基于分布式采集系統(tǒng)的數(shù)字電纜參數(shù)測試裝置應(yīng)用而生。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：

一種基于虛擬儀器的分布式電纜參數(shù)測試系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括遠端采集模塊、通信模塊、近端接收模塊和計算機終端，所述的遠端采集模塊連接待測電纜，所述的遠端采集模塊通過通信模塊與近端接收模塊連接，所述的近端接收模塊連接計算機終端，所述的遠端采集模塊包括電壓電流調(diào)理板、信息處理底板以及第一光纖收發(fā)裝置，所述的電壓電流調(diào)理板、信息處理底板以及第一光纖收發(fā)裝置依次連接。

所述的電壓電流調(diào)理板包括電壓調(diào)理單元和電流調(diào)理單元，所述的電壓調(diào)理單元包括依次連接的相電壓或線電壓測量轉(zhuǎn)換組件、交流電壓互感器和第一放大電路，所述的電流調(diào)理單元包括依次連接的外部電流互感器、內(nèi)部交流電流互感器和第二放大電路，所述的電壓調(diào)理單元和電流調(diào)理單元分別連接信息處理底板。

所述的電壓電流調(diào)理板還包括lt1763系列電源芯片，所述的電源芯片分別連接電壓調(diào)理單元、電流調(diào)理單元、信息處理底板以及第一光纖收發(fā)裝置。

所述的交流電壓互感器采用tv1115-1m電壓互感器；所述的內(nèi)部交流電流互感器采用ta0913-1m電流互感器。

所述的信息處理底板包括依次連接的ad轉(zhuǎn)換器、第一fpga和第一數(shù)據(jù)存儲器，所述的ad轉(zhuǎn)換器分別與第一放大電路和第二放大電路連接，所述的第一fpga連接第一光纖收發(fā)裝置。

所述的近端接收模塊包括第二光纖收發(fā)裝置、第二fpga、第二數(shù)據(jù)存儲器和usb接口，所述的第二fpga分別與第二光纖收發(fā)裝置、第二數(shù)據(jù)存儲器和usb接口連接，所述的usb接口連接計算機終端。

所述的近端接收模塊通過usb接口連接計算機終端。

所述的通信模塊為光纖。

所述的系統(tǒng)采用labview平臺，并進行dll封裝。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

1、采用虛擬技術(shù)，通過計算機軟件收集、處理和顯示電纜參數(shù)，更加快捷，精度高，適應(yīng)現(xiàn)代電網(wǎng)需求；

2、系統(tǒng)采用lt1763系列低功耗電源變換芯片，使得整個系統(tǒng)保持低功耗；

3、采用分布式設(shè)計，測試更加高效：系統(tǒng)配置遠端采集模塊、通信模塊、近端接收模塊和計算機設(shè)備，符合移動式高壓環(huán)境需求；

4、采用光纖通信數(shù)據(jù)傳輸更可靠。

附圖說明

圖1為基于虛擬儀器的分布式電纜參數(shù)測試系統(tǒng)示意圖；

圖2為遠端采集模塊示意圖；

圖3為電壓電流調(diào)理板的電壓調(diào)理單元示意圖

圖4為電壓電流調(diào)理板的電流調(diào)理單元示意圖；

圖5為信息處理底板示意圖；

圖6為光纖收發(fā)裝置電路圖一；

圖7為光纖收發(fā)裝置電路圖二；

圖8為近端接收模塊示意圖；

1、遠端采集模塊；2、通信模塊；3、近端接收模塊；4、計算機終端；5、待測電纜；6、電壓電流調(diào)理板；7、信息處理底板；8、lt1763系列電源芯片；9、相電壓或線電壓測量轉(zhuǎn)換組件；10、交流電壓互感器；11、第一放大電路；12、外部電流互感器；13、內(nèi)部交流電流互感器；14、第二放大電路；15、adr421基準電壓源；16、ad轉(zhuǎn)換器；17、第一fpga；18、第一數(shù)據(jù)存儲器；19、第二光纖收發(fā)裝置；20、第二fpga；21、第二數(shù)據(jù)存儲器；22、usb微控制器。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)屬于本發(fā)明保護的范圍。

實施例

1.系統(tǒng)簡介

如圖1所示，基于虛擬儀器的分布式電纜參數(shù)測試系統(tǒng)，所述的系統(tǒng)包括遠端采集模塊1、通信模塊2、近端接收模塊3和計算機終端4，所述的遠端采集模塊1連接待測電纜5，所述的遠端采集模塊1通過通信模塊2與近端接收模塊3連接，所述的近端接收模塊3連接計算機終端4。

遠端采集模塊包括電壓電流調(diào)理板6、信息處理底板7以及第一光纖收發(fā)裝置，所述的電壓電流調(diào)理板6、信息處理底板7以及第一光纖收發(fā)裝置依次連接。

電壓電流調(diào)理板6包括電壓調(diào)理單元和電流調(diào)理單元，電壓調(diào)理單元包括依次連接的相電壓或線電壓測量轉(zhuǎn)換組件9、交流電壓互感器10和第一放大電路11，所述的電流調(diào)理單元包括依次連接的外部電流互感器12、內(nèi)部交流電流互感器13和第二放大電路14，所述的電壓調(diào)理單元和電流調(diào)理單元分別連接信息處理底板7。電壓電流調(diào)理板6還包括lt1763系列電源芯片8，電源芯片分別連接電壓調(diào)理單元、電流調(diào)理單元、信息處理底板7以及第一光纖收發(fā)裝置。

交流電壓互感器10采用tv1115-1m電壓互感器；內(nèi)部交流電流互感器13采用ta0913-1m電流互感器。

信息處理底板7包括依次連接的ad轉(zhuǎn)換器16、第一fpga17和第一數(shù)據(jù)存儲器18，所述的ad轉(zhuǎn)換器16分別與第一放大電路11和第二放大電路14連接，所述的第一fpga17連接第一光纖收發(fā)裝置。ad轉(zhuǎn)換器16的參考源由高精度的adr421基準電壓源15實現(xiàn)。

近端接收模塊3包括第二光纖收發(fā)裝置19、第二fpga20、第二數(shù)據(jù)存儲器21和usb接口，所述的第二fpga20分別與第二光纖收發(fā)裝置19、第二數(shù)據(jù)存儲器21和usb接口連接，其中還包括與usb接口連接的usb微控制器22。

2.遠端采集裝置的設(shè)計

主要按功能分為不同子板，包括信息處理底板以及電壓電流調(diào)理板，板子之間通過電氣互聯(lián)。其中，信息處理板完成模擬采集和數(shù)字控制，而電壓電流調(diào)理板完成對三相電壓電流的調(diào)理，見圖2。

2.1基于電池的低功耗設(shè)計

由于作為分布式系統(tǒng)，電源供給由電池完成。所以，設(shè)計開始就需要考慮到低功耗準則。

電源實現(xiàn)主要在信息處理底板，設(shè)計時候，采用極低靜態(tài)電流的電源芯片，提供系統(tǒng)所需要的各種電源。本設(shè)計中采用了lt1763系列低功耗電源變換芯片，其中所產(chǎn)生正負電源由ltc3260完成，其提供理想的低紋波輸出，并同時具備低功耗性能。

2.2電壓電流調(diào)理技術(shù)設(shè)計

電纜的三相電壓電流接入核心采集芯片之前，需要進行相關(guān)調(diào)理。調(diào)理的目的是將0～380v(線電壓)及0～200a范圍內(nèi)的相電流調(diào)理成標準信號，同時盡可能減少相位損失。

本系統(tǒng)設(shè)計時候，電壓調(diào)理采用精密交流電壓互感器tv1115-1m，其主要特性是提供小于0.1％非線性度及小于5’相移，并提供高隔離度，保證采集裝置的安全型。電流采集的時候，外部采用0.2％級的200:5的電流互感器，調(diào)理成5a電流信號后，再接入內(nèi)部精密交流電流互感器ta0913-1m，其主要提供小于0.1％非線性度及小于5’相移，并提供高隔離度，保證采集裝置的安全性，。

圖3、圖4分別為電壓電流調(diào)理板的電壓調(diào)理單元和電流調(diào)理單元示意圖，其中電壓調(diào)理單元還包括相電壓與線電壓測量的轉(zhuǎn)換切換，主要實現(xiàn)程控測量線或相電壓。由于電纜參數(shù)測試的時候，既涉及到小電壓大電流的測量、大電壓大電流測量以及大電壓小電流測量，所以測量的動態(tài)范圍比較大。故設(shè)計時候采用了程控放大器進行必要的信號放大處理。

2.3基于fpga的同步采集設(shè)計

電纜參數(shù)測試要求對三相電壓電流同時采集，以避免相位損失帶來功率測試的誤差。故設(shè)計的時候，采用了同步采集芯片ad7606。ad7606是一款16位，200ks/s,雙極性輸入，8通道同步模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，已廣泛應(yīng)用于電能質(zhì)量分析儀上，圖5為信息處理底板示意圖。

ad7606的時序控制由altera系列的fpga實現(xiàn)，完成采集后，將數(shù)據(jù)存入sram。ad7606的參考源由高精度的adr421實現(xiàn)，以符合高精度的要求。

2.4光纖收發(fā)技術(shù)設(shè)計

光纖的收發(fā)裝置采用hfbr系列，其中發(fā)送采用hfbr1414，采集采用hfbr2416，采用經(jīng)典的收發(fā)電路，如圖6和圖7分別為光纖收發(fā)裝置電路圖。

經(jīng)過實踐證明，此收發(fā)裝置高速，功耗低，可靠性高。

3.近端接受裝置的設(shè)計

由遠端通過光纖發(fā)送過來的信號，需要轉(zhuǎn)換為計算機可接受的總線形式，以便進行采樣信號的復現(xiàn)，如圖8近端接收裝置設(shè)計圖。

其中控制的核心是fpga，將光纖收發(fā)信號通過解析后，存入sram，然后通知usb控制器cy7c68013a讀取數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)通過usb發(fā)送給計算機。

3.1基于cy7c68013a的usb傳輸技術(shù)設(shè)計

cypress公司ez-usbfx2lp系列的cy7c68013a單片機，它主要包括usb2.0收發(fā)器、智能串行接口引擎(sie)、增強型8051微處理器、16kb的ram、4kb的fifo存儲器、地址和數(shù)據(jù)總線、i/o口、i2c控制器和通用可編程接口(gpif)。

cy7c68013a提供usb2.0完整高速協(xié)議，并提供開發(fā)固件，適合應(yīng)用于usb傳輸開發(fā)。

3.2基于labview平臺的cy7c68013a固件開發(fā)

labview是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器(ni)公司研制開發(fā)，類似于c和basic開發(fā)環(huán)境，但是labview與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而labview使用的是圖形化編輯語言g編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。labview軟件是ni設(shè)計平臺的核心，也是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的理想選擇。labview開發(fā)環(huán)境集成了工程師和科學家快速構(gòu)建各種應(yīng)用所需的所有工具，旨在幫助工程師和科學家解決問題、提高生產(chǎn)力和不斷創(chuàng)新。

cypress公司提供了cy7c68013a的固件代碼，但并沒有適用于labview的驅(qū)動，所以系統(tǒng)需要為此開發(fā)必要的驅(qū)動。

設(shè)計時候，將在vc平臺下，調(diào)用固件，并完成dll封裝。然后在labview里建立相關(guān)驅(qū)動代碼，以供給上層應(yīng)用。

4.系統(tǒng)優(yōu)勢

本系統(tǒng)設(shè)計基于虛擬儀器技術(shù)，采用了最新的基于光纖的分布式測控技術(shù)方式，即符合移動式高壓環(huán)境需求，又提升了測量精度。開發(fā)平臺采用業(yè)界廣泛應(yīng)用的labview平臺，采用數(shù)字信號處理技術(shù)，測量有效值、有效功率等，簡化了硬件設(shè)計，同時提升了精度。

本系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)過實踐驗證，可以很好的應(yīng)用于電纜參數(shù)測試，在快速移動定位檢修電纜中，有廣闊的應(yīng)用前景。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到各種等效的修改或替換，這些修改或替換都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護范圍為準。