一種基於GPS的電力電纜局放同步採集方法及系統與流程

2023-05-14 00:15:36 3

本發明涉及電力電纜局放採集領域，特別涉及一種基於gps的電力電纜局放同步採集方法，還涉及一種基於gps的電力電纜局放同步採集系統。

背景技術：

隨著城市化進程的不斷加快，電力電纜作為最重要的輸電工具正日益受到人們的關注和重視，其中對電力電纜放電源的研究也受到越來越多研究者們的重視。目前對電力電纜局部放電的定位方法有很多，其中比較主流的方法是採用行波定位，主要包括單端和雙端兩種方法，前者依據是局放發生時產生的暫態行波沿電纜向兩端傳播，當遇到不同介質時發生折射和反射，利用反射波的時間差確定放電位置所在；後者利用行波向兩端傳輸進行兩端同步採集的時間差來進行定位。由於單端的反射波傳播路徑較長，加上經過放電點時過渡阻抗的影響，脈衝信號衰減會比較嚴重，故在實際應用中定位的誤差較大。相比而言，雙端定位則不受上述幹擾，它主要是在電纜段兩端設置精確的時間同步裝置來進行同步，然後根據兩端採集的波形進行定位，其定位的精度主要取決於同步時間誤差。基於同步採集的重要性，本發明提出一種基於gps的電力電纜局放同步採集方法。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的目的是提供一種基於gps的電力電纜局放同步採集方法，能降低電纜兩端時間同步差，提高定位精度，從而能準確、快速找到電纜放電源；本發明還提供一種基於gps的電力電纜局放同步採集系統。

本發明的目的之一是通過以下技術方案實現的：

一種基於gps的電力電纜局放同步採集方法，包括如下步驟：

1a.主從採集器分別初始化與gps模塊相連的串口參數；

1b.主從採集器利用串口循環分別從gps模塊中接收字符串數據，接收到後執行下一步，如果數秒鐘未接收到數據則記錄gps校時故障並執行1a；

1c.主從採集器依次對1b中解析的數據進行校驗，合格時利用解析的utc時間校對採集器系統時間，若果不合格執行步驟1b；

2a.主採集器檢測是否存在gps校時故障，如果不存在則執行下一步；否則等待數秒後繼續執行當前步驟；

2b.主採集器發送網絡消息給從採集器，雙方約定採集時間，如果發送失敗則記錄通信故障，等待數秒後繼續執行2a，否則接收從採集器的響應消息，如果數秒內沒有接收到正確的響應則等待數秒後執行2a,否則繼續執行下一步；

2c.主採集器檢測系統時間和採集時間，如果相等則執行下一步，否則等待若干毫秒後繼續執行當前步驟；

2d.主採集器發送io信號給主採集模塊，主採集模塊在接收到io信號後，檢測主gps模塊的pps信號，當檢測到下一個pps上升沿時觸發採集，採集過程繼續數毫秒，採集完成後執行下一步；

2e.主採集器發送網絡消息給從採集器，請求從採集器採集的數據，如果請求成功則進行下一步，否則等待數秒後執行2a；

2f.對主從採集的數據進行匹配和定位，定位完成後繼續執行2a；

3a.從採集器循環等待主採集器的採集請求並檢測，正確時則響應成功並繼續執行下一步，否則繼續執行當前步驟；

3b.從採集器檢測系統時間和採集時間，如果相等則執行下一步，否則等待若干毫秒後繼續執行當前步驟；

3c.從採集器發送io信號給從採集模塊，從採集模塊在接收到io信號後，檢測從gps模塊的pps信號，當檢測到下一個pps上升沿時觸發採集，採集過程繼續數毫秒，採集完成後執行下一步；

3d.從採集器等待主採集器請求採集數據，當接收到請求後將當前採集到的數據網傳給主採集器，發送完畢後繼續執行3a。

進一步，所述步驟1a中串口參數包括波特率、校驗位、數據位和停止位。

進一步，所述步驟1c中校驗不合格為狀態值為未定位或正在計算、當前定位所用的衛星數量小於四、解析的日期和當前不符合和/或解析的utc時間小於或等於上一次的時間值。

更進一步，所述步驟2b中的採集時間為在當前系統時間的基礎上增加幾秒的延時時間。

再進一步，所述步驟3a中檢測採集請求為檢測是否存在gps校時故障，如果存在則響應失敗，然後校驗採集時間是否合法，如果採集時間小於或等於自身時間則響應失敗。

本發明的目的之二是通過以下技術方案實現的：

一種實現上述基於gps的電力電纜局放同步採集方法的系統，包括主採集器、從採集器、主採集模塊、從採集模塊、主gps接收機和從gps接收機；

所述主採集器、從採集器分別連接在待檢測的電力電纜的兩端，所述主採集器通過通信模塊與從採集器相連；

所述主、從gps接收機接收來自衛星的信號，並自動補償信號在衛星與接收機之間的傳輸延時，輸出與utc時間保持高度同步的秒脈衝信號pps至主、從採集模塊；

所述的主、從gps接收機通過串行口輸出與pps脈衝信號前沿相對應的字符串數據至主從採集器；

所述主、從採集模塊通過接口與主、從採集器相連。

本發明的有益效果是：

本發明的一種基於gps的電力電纜局放同步採集方法，通過利用gps時鐘實現了電纜兩端時間同步度更高，定位精度更準確，從而能快速找到電纜放電源，提高供電質量；本發明的基於gps的電力電纜局放同步採集系統，結構簡單，安裝方便，造價成本低。

本發明的其他優點、目標和特徵在某種程度上將在隨後的說明書中進行闡述，並且在某種程度上，基於對下文的考察研究對本領域技術人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發明的實踐中得到教導。本發明的目標和其他優點可以通過下面的說明書和權利要求書來實現和獲得。

附圖說明

為了使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細描述，其中：

圖1為本發明基於gps的電力電纜局放同步採集系統結構示意圖；

圖2為基於gps的電力電纜局放同步採集方法中的gps同步對時流程圖；

圖3為基於gps的電力電纜局放同步採集方法中的主採集器採集流程圖；

圖4為基於gps的電力電纜局放同步採集方法中的從採集器採集流程圖。

具體實施方式

以下將參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細的描述。應當理解，優選實施例僅為了說明本發明，而不是為了限制本發明的保護範圍。

gps(globalpositioningsystem，全球定位系統)是上世紀70年代由美國陸海空三軍聯合研製的以衛星為基礎的無線電導航定位系統，能為用戶提供精密的三維坐標、速度和時間，廣泛應用於導航定位、測繪定位、精密定時和時間同步等領域，本發明主要是利用gps時鐘實現電纜電力雙端同步採集，如圖1所示，本發明的基於gps的電力電纜局放同步採集系統，包括主採集器、從採集器、主採集模塊、從採集模塊、主gps接收機和從gps接收機；

主採集器、從採集器分別連接在待檢測的電力電纜的兩端，主採集器通過通信模塊與從採集器相連；通信模塊可以為光纖、雙絞線、wifi、甚至為3g/4g

主、從gps接收機接收來自衛星的信號，並自動補償信號在衛星與接收機之間的傳輸延時，輸出與utc時間保持高度同步的秒脈衝信號pps至主、從採集模塊；

主、從gps接收機通過串行口輸出與pps脈衝信號前沿相對應的字符串數據至主從採集器；

主、從採集模塊通過i/o接口與主、從採集器相連。

字符串數據為時間、日期、狀態、定位的衛星數、校驗碼等信息，其中狀態包括未定位、定位、正在計算中，定位的衛星數通常大於等於四個以上才算可靠；

本實施例中，1、採集器採用自行研發的apd120，它採用德州儀器提供的am3517為主控晶片、採集模塊採用阿爾特拉提供的fpga，其具體型號為ep4ce55f23i7n；

2、採集器系統為embeddedlinux3.2.0；

3、gps模塊採用第三方廠商成品，其具體配置為波特率：115200，數據為：8位，奇偶校驗位：無，停止位：1位，串行輸出數據格式為$gpgga和$gprmc、串行數據輸出時間間隔為1秒；

4、主從採集器之間採用4g進行通信，4g通信模塊採購第三方的成品。

本發明的一種基於gps的電力電纜局放同步採集方法，包括如下步驟：

如圖2所示，1a、主從採集器就分別初始化與gps模塊相連的串口參數，包括波特率：115200、基偶校驗位：無、數據位：8位、停止位：1位、接收超時時間1秒；

1b、主從採集器利用系統自帶的read函數從串口中循環接收數據，當接收完$gpgga和$gprmc數據包後執行下一步，否則繼續讀取，如果規定時間內(本實施例中設定為5秒，當然也可以設置其他時間，如3-8秒)未接收到完整的數據包則記錄gps校時故障，等待1秒(也可以根據需要設置為其他時間，如0.5秒等)後重新執行1a；

1c、主從採集器依次對1b中解析的數據進行校驗，如果狀態值為未定位或正在計算則執行1d，如果當前定位所用的衛星數量小於四則執行1d，如果解析的日期和當前不符合則執行1d，如果解析的utc時間小於或等於上一次的時間值則返回1d；否則利用解析的utc時間校對採集器系統時間，並將錯誤計數器清零。

1d、將錯誤計數器增加1，如果錯誤計數器小於五返回1b執行，否則返回1a執行。

如圖3所示，2a、主採集器檢測是否存在gps校時故障，如果不存在則執行下一步；否則等待1秒(也可以根據需要設置為其他時間，如0.5秒等)後繼續執行當前步驟；

2b、主採集器發送網絡消息給從採集器，雙方約定採集時間。採集時間是在當前系統時間的基礎上增加幾秒的延時時間，本實施例中延時時間設置為8秒(也可以根據需要設置為其他時間，如6-12秒等)，如果發送失敗則記錄通信故障並重新執行2a，否則等待從採集器的響應消息，如果5秒(本實施例中設定為5秒，當然也可以設置其他時間，如3-8秒)內沒有接收到正確的響應則等待1秒(也可以根據需要設置為其他時間，如0.5秒等)後執行2a,否則執行下一步；

2c、主採集器比較系統時間和約定的採集時間，如果相等則執行下一步，否則等待100毫秒(也可以根據需要設置為其他時間，如80-200毫秒等)後繼續執行當前步驟；

2d、主採集器發送io信號給採集模塊(fpga)，fpga在接收到io信號後，檢測gps模塊的pps信號，當檢測到下一個pps上升沿時觸發採集，採集過程繼續20毫秒(也可以根據需要設置為其他時間，如10-30毫秒等)，採集完成後執行下一步

2e、主採集器發送網絡消息給從採集器，請求從採集器採集的數據，如果請求成功則進行下一步，否則等待1秒(也可以根據需要設置為其他時間，如0.5-2秒等)後執行2a；

2f、對主從採集的數據進行匹配和定位，定位完成後重新執行2a。

如圖4所示，3a、從採集器利用系統自帶的recv函數循環等待主採集器的採集請求，如果接收到來自主採集器的採集請求後，則首先檢測自身是否存在gps校時故障，如果存在則響應失敗消息，然後校驗約定的採集時間是否合法，如果約定採集時間小於或等於自身時間則響應失敗消息。如果檢測沒有錯誤則響應成功消息並繼續執行下一步；否則繼續執行當前步驟等待新的採集請求；

3b、從採集器檢測系統時間和採集時間，如果相等則執行下一步，否則等待100毫秒(也可以根據需要設置為其他時間，如80-150毫秒等)後繼續執行當前步驟；

3c、從採集器發送io信號給採集模塊(fpga)，fpga在接收到io信號後，檢測gps模塊的pps信號，當檢測到下一個pps上升沿時觸發採集，採集過程繼續20毫秒(也可以根據需要設置為其他時間，如10-30毫秒等)，採集完成後執行下一步；

3d、從採集器等待主採集器請求採集數據，當接收到請求後將當前採集到的數據網傳給主採集器，發送完畢後繼續執行3a。

最後說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本技術方案的宗旨和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。