一種數字萬用表的製作方法
2023-12-11 15:10:12
專利名稱：一種數字萬用表的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電子測量領域，尤其涉及一種數字萬用表。
背景技術：
數位化變電站是未來電力系統變電站的發展方向，成為數位化電網的重要組成部分。數位化變電站主要特點是由智能化一次設備和網絡化二次設備分層構建，是建立在IEC(International Electro Technical Commission,國際電工委員會)61850協議規範基礎上，能夠實現變電站內智能電氣設備間信息共享和互操作的現代化變電站。數位化變電站採用電子式或光電式互感器實現信號測量，並在二次側直接輸出數位訊號通過光纖傳輸至合併單元，數據按照IEC61850-9-l、 IEC61850-9-2、 IEC60044-8協議打包後，再經光纖實現批量數據傳輸。數位化變電站採用智能開關或智能終端，採用GOOSE報文和光纖乙太網傳輸開關量信號，大大提高了信號的可用性和信號的抗幹擾能力。 目前，國內投入試運行的數位化變電站，如果在運行中出了問題，電力用戶基本上是把裝置生產廠家人員通知到現場解決。數位化變電站和傳統變電站運行和維護差異較大，傳統的互感器輸出的電壓、電流，在數位化變電站中都成了網絡中的數據流，運行人員看不見、摸不著。以前的指針式萬用表、數字式萬用表、鉗形表測量二次電壓電流，在數位化變電站中都變得無法測量，這給運行、維護、調試和事故檢修帶來了極大不便，也不太符合現在運行人員的思維習慣和知識結構。在開關量方面，傳統變電站的空節點信號都成了網絡中的GOOSE (Generic Object Oriented Substation Event,面向通用對象的變電站事件)報文，無法用表計測量其通斷。傳統保護裝置跳閘都經過硬壓板，而現在開入量和開出量都是一個GOOSE網，保護退出後，已沒有明顯電連接分隔點，開出報文情況怎樣是不得而知的。此外，數位化變電站中，各裝置要採用GPS (Global Positioning System,全球定位系統)脈衝信號或IRIG-B碼(Inter-Range Instrumentation Group-B，串行時間交換碼)信號作為全站統一的時鐘信號或採樣同步脈衝，GPS信號的狀況也需要有一定的測量表計進行量測。 由上可見，在數位化變電站的使用中，需要一種測量工具來測量數位化變電站中設備的信號量，以方便數位化變電站的維護、調試和事故檢修。
實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種數字萬用表，能夠測量數位化變電站中設備的信號量，以方便數位化變電站的維護、調試和事故檢修。 為解決上述技術問題，本實用新型提出了一種數字萬用表，包括順次相連的信號接入模塊、解碼模塊、處理模塊和顯示模塊，其中 所述信號接入模塊，用於接收光信號形式的待測信號數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊； 所述解碼模塊，用於對所述電信號形式的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊； 所述處理模塊，用於對解碼後的待測信號進行解析、測量，得到測量結果，並將該測量結果輸出給所述顯示模塊； 所述顯示模塊，用於對所述測量結果進行顯示。 進一步地，上述數字萬用表還可具有以下特點，所述信號接入模塊包括第一信號接入模塊、第二信號接入模塊、第三信號接入模塊和第四信號接入模塊，其中[0012] 第一信號接入模塊，用於接收符合IEC60044-8協議標準的串行光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊； 第二信號接入模塊，用於接收符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2協議標準的光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊； 第三信號接入模塊，用於接收GOOSE開關量的光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊； 第四信號接入模塊，用於接收GPS對時信號的光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊。 進一步地，上述數字萬用表還可具有以下特點，所述解碼模塊包括第一解碼模塊、第二解碼模塊、第三解碼模塊和第四解碼模塊，其中 第一解碼模塊，用於對符合IEC60044-8協議標準的串行光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊； 第二解碼模塊，用於對符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2協議標準的光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊； 第三解碼模塊，用於對GOOSE開關量的光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊； 第四解碼模塊，用於對GPS對時信號的光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊。 進一步地，上述數字萬用表還可具有以下特點，還包括指令接收模塊，用於接收用戶指令，傳送給所述處理模塊；所述處理模塊，用於根據所述用戶指令對解碼後的待測信號進行解析、測量，得到測量結果，並將該測量結果輸出給所述顯示模塊。 進一步地，上述數字萬用表還可具有以下特點，所述測量結果包括測量值和/或測量圖形。 進一步地，上述數字萬用表還可具有以下特點，所述測量值包括電壓、電流、頻率、功率、電能量、開關量、電能質量和(/或)GPS信號。 進一步地，上述數字萬用表還可具有以下特點，所述電能質量包括頻率偏差、電壓偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡度、電壓驟升、驟降和中斷。 進一步地，上述數字萬用表還可具有以下特點，所述測量圖形包括電壓波形圖、電流波形圖、相量圖和序量圖。 本實用新型的數字萬用表能夠測量數位化變電站中設備的信號量，方便數位化變電站的維護、調試和事故檢修。
圖1是本實用新型實施例中數字萬用表的結構圖； 圖2是圖1中信號接入模塊的信號來源示意圖； 圖3是圖1中信號接入模塊的結構圖； 圖4是圖1中解碼模塊的結構圖； 圖5是圖3中第二 /三信號接入模塊的一種具體實現電路圖； 圖6是圖3中第一 /四信號接入模塊的一種具體實現電路圖； 圖7是本實用新型數字萬用表的一種具體結構圖； 圖8是圖7中數字萬用表的嵌入式CPU系統中的FPGA內部功能框圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型的原理和特徵進行描述，所舉實例只用於解釋本實用新型，並非用於限定本實用新型的範圍。 圖l是本實用新型實施例中數字萬用表的結構圖，如圖l所示，本實用新型實施例中數字萬用表包括順次相連的信號接入模塊11、解碼模塊12、處理模塊13和顯示模塊14，其中信號接入模塊ll，用於接收光纖信號形式的待測信號數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給解碼模塊12 ;解碼模塊12，用於對電信號形式的待測信號進行解碼，輸出給處理模塊13 ;處理模塊13，用於對解碼後的待測信號進行解析、測量，得到測量結果，並將該測量結果輸出給顯示模塊14 ;顯示模塊14，用於對測量結果進行顯示。本實用新型的數字萬用表通過cid文件配置被測對象信息。[0037] 本實用新型的數字萬用表可以提供如下測量功能 1)支持數位化變電站中符合IEC-61850-9-l、 IEC-61850-9-2、 IEC-60044-8協議標準的電壓電流信號的測量； 2)可進行電壓、電流、頻率測量，可進行電壓電流波形顯示，相量圖顯示、序量圖顯示； 3)可進行功率和電能量測量； 4)可進行電能質量中頻率偏差、電壓偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡度、
電壓驟升、驟降和中斷測量； 5)可進行開關量G00SE報文測量； 6)可進行GPS秒脈衝信號、分脈衝信號、IRIG-B碼通斷測試； 圖2是圖1中信號接入模塊的信號來源示意圖，由圖2可見，信號接入模塊11可
以接收數位化變電站中合併單元或合併器的輸出信號，信號可在合併單元端接入，也可在保護、測控或IED裝置端接入，還可接自過程層與間隔層交換機，支持符合IEC60044-8、IEC61850-9-1 、 IEC61850-2協議標準的信號的接入。此夕卜，信號接入模塊11還可接入GOOSE網，接收GOOSE報文，測量數位化變電站中的開關量信號，還可接入數位化變電站的GPS分脈衝、秒脈衝對時信號，IRIG-B碼的時鐘信號等。 圖3是圖1中信號接入模塊的結構圖，如圖3所示，為了適應不同的接入信號，信號接入模塊11可以進一步包括第一信號接入模塊111、第二信號接入模塊112、第三信號接入模塊113和第四信號接入模塊114，其中[0046] 第一信號接入模塊lll，用於接收符合IEC60044-8協議標準的串行光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給解碼模塊12 ; 在具體電路上，第一信號接入模塊111可以採用串行光纖數據接口。 第二信號接入模塊112，用於接收符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2協議標準的
光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給解碼模塊12 ; 第三信號接入模塊113，用於接收符合GOOSE光纖報文數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給解碼模塊12 ; 在具體電路上，第二、第三信號接入模塊112、113可以採用100Base-FX雙向數據收發光纖乙太網接口，可以接入IEC61850-9-l/2數據。圖5是圖3中第二、第三信號接入模塊的一種具體實現電路圖。 第四信號接入模塊114，用於接收GPS對時信號的光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給解碼模塊12。 在具體電路上，第四信號接入模塊114也可以採用串行光纖數據接口。圖6是圖3中第一/四信號接入模塊的一種具體實現電路圖。 其中，第二信號接入模塊112可以通過軟體設置成IEC61850-9-l輸入或IEC61850-9-2輸人。 相應地，為了對不同格式的信號分別解碼，解碼模塊12可以進一步包括第一解碼模塊121、第二解碼模塊122、第三解碼模塊123和第四解碼模塊124，圖4是圖1中解碼模塊的結構圖，其中 第一解碼模塊121，用於對符合IEC60044-8協議標準的串行光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給處理模塊13 ; 第二解碼模塊122，用於對符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2協議標準的光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給處理模13塊； 第三解碼模塊123，用於對GOOSE開關量的光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給處理模13塊； 第四解碼模塊124，用於對GPS對時信號的光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給處理模塊13。 在具體電路上，解碼模土央12可以採用FPGA(Field-Programmable GateArray，現場可編程門陣列)電路。 其中，處理模塊13輸出的測量結果可以是測量值，也可以是測量圖形，或者是二者的結合。根據本實用新型數字萬用表可以測量的信號種類，測量值可以包括電壓、電流、頻率、功率、電能量值、開關量、電能質量和/或GPS信號，其中，電能質量可以進一步包括頻率偏差、電壓偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡度、電壓驟升、驟降和中斷。測量圖形可以包括電壓波形圖、電流波形圖、相量圖和/或序量圖。[0061] 在具體電路上，處理模塊13可以採用嵌入式CPU系統。 再如圖1所示，在其他實施例中，本實用新型數字萬用表還可以包括指令接收模塊15，用於接收用戶指令，傳送給處理模塊13 ;處理模塊13，用於根據從指令接收模塊15獲取到的用戶指令對解碼後的待測信號進行解析、測量，得到測量結果，並將該測量結果輸出給所述顯示模塊。[0063] 這裡介紹一種實現本實用新型數字萬用表的具體結構。圖7是本實用新型數字 萬用表的一種具體結構圖，由圖7可見，這種具體的數字萬用表包含信號接入電路、嵌入式 CPU系統、人機接口電路及工作電源。信號接入電路包括100Base-FX雙向數據收發光纖以 太網接口，可以接入IEC61850-9-l/2和G00SE報文數據，通過FIBER INTERFACE乙太網光 模塊將接入的光纖信號轉換為電信號，電信號通過PHY(乙太網物理接口收發器)處理之後 送至嵌入式CPU系統處理。光纖串行數據接口，可以接入IEC60044-8報文數據、GPSIRIG-B 碼和GPS分/秒脈衝信號，各種信號通過接口光模塊將光纖信號轉換為電信號直接送至嵌 入式CPU系統進行處理。嵌入式CPU系統包括FPGA電路，如圖8所示，FPGA電路主要用 於將接入的IEC60044-8串行信號進行曼徹斯特解碼、並將解碼結果轉換為並行信號，然後 將並行信號送至CPU處理。將接入的GPS對時信號進行解碼處理並將處理結果送至CPU 處理。將經過PHY處理後的IEC61850-9-1/2和GOOSE報文數據經FPGA內部的MAC(以太 網媒體接入控制器)處理後送至CPU進行解析和分析；CPU系統，用於各類接入信號報文 的解析、功能配置文件處理、結果顯示、按鍵處理、通信處理等。CPU採用嵌入式實時操作系 統Vxworks，可保證數位化變電站多功能表實時性；FLASH電路，負責存儲程序代碼；SDRAM 電路，為CPU提供內存。人機接口包括鍵盤，主要用於命令輸入、菜單選擇等，包括功能鍵 Fl-F5、退出鍵ESC、確認鍵Enter、設置鍵SET、電源鍵、顯示屏背光燈亮度調節鍵；LCD液晶 屏，主要用於各種測量結果的顯示包括數字顯示和圖形顯示，顯示菜單供用戶進行選擇等。 裝置工作電源採用內置一節NiMH電池，完全充滿電之後，可工作4個小時以上。 此外，裝置還有一個USB 口，方便其它PC機將cid文件下載至該裝置，該裝置通過 cid文件配置被測對象信息。 本實用新型的數字萬用表能夠測量數位化變電站中設備的信號量，方便數位化變 電站的維護、調試和事故檢修。 以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，並不用以限制本實用新型，凡在本實用 新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保 護範圍之內。
權利要求一種數字萬用表，其特徵在於，包括順次相連的信號接入模塊、解碼模塊、處理模塊和顯示模塊，其中所述信號接入模塊，用於接收光信號形式的待測信號數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊；所述解碼模塊，用於對所述電信號形式的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊；所述處理模塊，用於對解碼後的待測信號進行解析、測量，得到測量結果，並將該測量結果輸出給所述顯示模塊；所述顯示模塊，用於對所述測量結果進行顯示。
2. 根據權利要求1所述的數字萬用表，其特徵在於，所述信號接入模塊包括第一信號接入模塊、第二信號接入模塊、第三信號接入模塊和第四信號接入模塊，其中第一信號接入模塊，用於接收符合IEC60044-8協議標準的串行光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊；第二信號接入模塊，用於接收符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2協議標準的光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊；第三信號接入模塊，用於接收GOOSE開關量的光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊；第四信號接入模塊，用於接收GPS對時信號的光纖數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊。
3. 根據權利要求2所述的數字萬用表，其特徵在於，所述解碼模塊包括第一解碼模塊、第二解碼模塊、第三解碼模塊和第四解碼模塊，其中第一解碼模塊，用於對符合IEC60044-8協議標準的串行光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊；第二解碼模塊，用於對符合IEC61850-9-l或IEC61850-9-2協議標準的光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊；第三解碼模塊，用於對GOOSE開關量的光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊；第四解碼模塊，用於對GPS對時信號的光纖數據轉換為電信號形式後的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊。
4. 根據權利要求1所述的數字萬用表，其特徵在於，還包括指令接收模塊，用於接收用戶指令，傳送給所述處理模塊；所述處理模塊，用於根據所述用戶指令對解碼後的待測信號進行解析、測量，得到測量結果，並將該測量結果輸出給所述顯示模塊。
5. 根據權利要求1所述的數字萬用表，其特徵在於，所述測量結果包括測量值和/或測量圖形。
6. 根據權利要求7所述的數字萬用表，其特徵在於，所述測量值包括電壓、電流、頻率、功率、電能量、開關量、電能質量和/或GPS信號。
7. 根據權利要求8所述的數字萬用表，其特徵在於，所述電能質量包括頻率偏差、電壓偏差、諧波、電壓波動和閃變、三相不平衡度、電壓驟升、驟降和中斷。
8. 根據權利要求7所述的數字萬用表，其特徵在於，所述測量圖形包括電壓波形圖、電流波形圖、相量圖和序量圖。
專利摘要本實用新型涉及一種數字萬用表，包括順次相連的信號接入模塊、解碼模塊、處理模塊和顯示模塊，其中所述信號接入模塊，用於接收光信號形式的待測信號數據，並轉換為電信號形式的待測信號，輸出給所述解碼模塊；所述解碼模塊，用於對所述電信號形式的待測信號進行解碼，輸出給所述處理模塊；所述處理模塊，用於對解碼後的待測信號進行解析、測量，得到測量結果，並將該測量結果輸出給所述顯示模塊；所述顯示模塊，用於對所述測量結果進行顯示。本實用新型的數字萬用表能夠測量數位化變電站中設備的信號量，方便數位化變電站的維護、調試和事故檢修。
文檔編號G01R15/12GK201477138SQ20092016422
公開日2010年5月19日 申請日期2009年7月15日 優先權日2009年7月15日
發明者張小波, 李巖, 楊經超, 王志華, 王正齊, 王永業, 趙銀鳳 申請人:武漢中元華電科技股份有限公司