一种授时信号异常波形记录分析仪及方法与流程

本公开涉及一种授时信号异常波形记录分析仪及方法。

背景技术：

目前电力系统中，rs485/422电平的irig-b码，是二次设备采用的主要授时方式。由于现场接线多，线缆传输距离、信号干扰、负载数量等原因，造成二次设备接收授时信号的质量不好或者不稳定，比如电压不稳、毛刺、信号抖动等。这种不稳定造成了偶发性授时告警，且告警随即复归，现场维护困难，难以判断故障点，是目前亟待解决的现场运维的难题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，实现确定二次设备偶发性的授时告警的故障点，本公开考虑到采用一种授时信号异常波形记录分析仪及方法，来记录、复现告警时的二次设备测的授时信号波形，通过分析，确定是时钟设备，还是线缆传输，或是负载太多等问题，解决现场运维的难题。

第一方面，本公开提供了一种授时信号异常波形记录分析仪，包括：采样模块、本地钟模块、暂态存储模块、大容量非易失存储模块和数据处理模块；

所述采样模块用于采集授时信号，并将授时信号传输至本地钟模块和暂态存储模块；

所述本地钟模块用于接收授时信号，并实时对授时信号进行异常状况判断，当出现异常状况时生成异常信号并传输至数据处理模块；

所述数据处理模块用于接收异常信号，将暂态存储模块中设定时间内的实时数据传输至大容量非易失存储模块并存储，形成异常记录文件；通过对异常记录文件的分析获取故障原因。

第二方面，本公开还提供了一种如第一方面所述的授时信号异常波形记录分析仪的使用方法，包括：

通过采样模块采集授时信号，并将授时信号传输至本地钟模块和暂态存储模块；

通过本地钟模块接收授时信号，并实时对授时信号进行异常状况判断，当出现异常状况时生成异常信号并传输至数据处理模块；

通过数据处理模块接收异常信号，将暂态存储模块中设定时间内的实时数据传输至大容量非易失存储模块并存储，形成异常记录文件；通过对异常记录文件的分析获取故障原因。

与现有技术对比，本公开具备以下有益效果：

1、本公开数据存储，采用暂态存储来保证实时波形的捕捉，以10s为一个窗口期，循环存储采样数据，内部判断到触发故障告警或接收到外部告警信号后，将采样数据转存到大容量非易失性存储器，来保存故障时的波形数据；解决了偶发性授时告警，且告警随即复归，现场维护困难的技术问题，可采用合适的处理器和显示模块，来将100～1000m个波形数据还原成图形，通过一定算法，以一定比例，完整地显示在分析仪屏幕上，来查看有授时异常告警时，授时信号波形是否存在毛刺、畸变、准时沿抖动等情况；可实现变电站内采用irig-b码授时的时候，对授时信号进行实时监测与记录，捕捉偶发性的授时故障信号并复现分析。

2、本公开高速采样与a/d转换速率，达到1m/s或更高的频率才能捕捉到毛刺等信号，并且在这个频率下完成存储，对采样、a/d转换、转存硬件、存储器都有一定的硬件要求，选择用fpga来替代cpu器件，采用固定的逻辑，来把采样数据直接存储或转存，可保证采样存储的速率和稳定性。

3、本公开在接收到授时信号后，经过驱动电路，分出一路给内置的本地钟，由本地钟来模拟二次设备解码，同时接收二次设备的授时故障告警。在进行故障分析时，可比对二次设备和本发明中的本地钟两者的授时处理情况，来作为故障分析的一个参考，能够有效提高波形记录分析仪精度和可靠度。

附图说明

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

图1为本公开的授时信号异常波形记录分析仪结构示意图。

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本公开作进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请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申请的示例性实施方式。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。

实施例1

为了确定二次设备偶发性的授时告警的故障点，本公开考虑到采用“授时信号异常波形记录分析仪”，来记录、复现告警时的二次设备测的授时信号波形，通过分析，确定是时钟设备，还是线缆传输，或是负载太多等问题。解决现场运维的难题。

本公开公开了用于电力系统变电站的一种授时信号异常波形记录分析仪，包括采样模块、a/d转换模块、本地钟模块、存储模块、数据处理模块、显示模块和管理模块等。本发明可实现变电站内采用irig-b码授时的时候，对授时信号进行实时监测与记录，捕捉偶发性的授时故障信号并复现分析。

如图1所示，本公开提供了一种授时信号异常波形记录分析仪，包括：采样模块、本地钟模块、暂态存储模块、大容量非易失存储模块和数据处理模块；

所述采样模块用于采集授时信号，并将授时信号传输至本地钟模块和暂态存储模块；

所述本地钟模块用于接收授时信号，并实时对授时信号进行异常状况判断，当出现异常状况时生成异常信号并传输至数据处理模块；

进一步的，还包括管理模块，所述管理模块用于接收二次设备授时告警信号，并将告警信号传输至数据处理模块中，将暂态存储模块中设定时间内的实时数据传输至大容量非易失存储模块并存储，形成异常记录文件；具体的，管理模块，接入变电站内被授时设备发出的授时异常告警信号，在授时告警发生时，触发数据处理模块的异常波形记录，将最近10秒的实时数据由暂态存储模块拷贝至大容量非易失存储模块中，并打印时间戳，形成外部触发异常记录文件。

所述管理模块还与显示模块连接，并通过显示模块查看授时接收异常记录文件，将文件数据转换为界面波形图，复现被授时设备发出授时异常告警时的授时信号波形，分析发生故障告警的原因。

所述管理模块还用于控制数据处理模块存储、迁移和获取数据。

所述管理模块还用于接收到本地钟的授时信号异常指示，控制数据处理模块存储、迁移、获取数据，并通过显示模块，查看授时接收异常记录文件，将文件数据转换为界面波形图，验证变电站现场的授时信号质量。

所述二次设备授时告警信号为二次设备接收授时信号的质量不好或者不稳定，比如电压不稳、毛刺、信号抖动造成的偶发性授时告警，所述二次设备的授时方式为rs485/422电平的irig-b码。

所述高速采样模块用于采集授时信号，并传输至高速a/d转换模块和本地钟模块；

进一步的，所述采样模块包括高速采样模块和高速a/d转换模块，所述高速采样模块用于采集授时信号并将传输至本地钟模块和高速a/d转换模块，所述高速a/d转换模块将授时信号的波形的电压值转化为数字量，并在数据处理模块的控制下，将转化为数字量的数据实时存储在暂态存储模块中；

进一步的，所述本地钟模块接收授时信号，进行信号判断与分析，矫正本地钟模块的内部时间，并在授时信号异常时保持高精度自守时；

进一步的，本地钟模块用于接收授时信号，在出现授时信号抖动、时间信息跳变、信号中有毛刺等情况时，触发数据模块的异常波形记录，将设定时间内的实时数据由暂态存储模块拷贝至大容量非易失存储模块中，并打印时间戳，形成授时接收异常记录文件。所述设定时间为出现授时信号抖动时刻的前1-20秒内，优选为前10秒内。

进一步的，所述本地钟模块接收授时信号后，进行信号判断和分析，矫正本地钟模块的内部时间，并在授时信号异常时保持高精度的自守时，并将最近10秒的实时数据由暂态模块拷贝至大容量非易失存储模块中，并打印时间戳，形成授时接收异常记录文件；

进一步的，所述数据处理模块用于控制高速ad模块实时记录波形数据至暂态存储模块中。并根据管理模块和本地钟的指令，将暂态存储模块的数据迁移至大容量非易失性存储模块中。

进一步的，电力系统记录电网故障波形，采样率256点/秒或再高一些，本公开需要一百万点/秒或更高。高速采样与a/d转换速率，达到1m/s或更高的频率才能捕捉到毛刺等信号，并且在这个频率下完成存储，对采样、a/d转换、转存硬件、存储器都有一定的硬件要求。本公开选择用fpga来替代cpu器件，采用固定的逻辑，来把采样数据直接存储或转存，可保证采样存储的速率和稳定性。

进一步的，数据存储，采用暂态存储来保证实时波形的捕捉，以10s为一个窗口期，循环存储采样数据，内部判断到触发故障告警或接收到外部告警信号后，将采样数据转存到大容量非易失性存储器，来保存故障时的波形数据。所述大容量非易失存储模块采用非易失性存储器(non-volatilememory，缩写为nvm)是当电流关掉后，所存储的数据不会消失的电脑存储器。

进一步的，采用合适的处理器和显示模块，来将100～1000m个波形数据还原成图形，通过一定算法，以一定比例，完整地显示在分析仪屏幕上，来查看有授时异常告警时，授时信号波形是否存在毛刺、畸变、准时沿抖动等情况。

进一步的，本公开在接收到授时信号后，经过驱动电路，分出一路给内置的本地钟，由本地钟来模拟二次设备解码，同时接收二次设备的授时故障告警。在进行故障分析时，可比对二次设备和本公开中的本地钟两者的授时处理情况，来作为故障分析的一个参考。

实施例2

一种授时信号异常波形记录分析仪的使用方法，包括：

通过采样模块采集授时信号，并将授时信号传输至本地钟模块和暂态存储模块；

通过本地钟模块接收授时信号，并实时对授时信号进行异常状况判断，当出现异常状况时生成异常信号并传输至数据处理模块；

还通过管理模块接收二次设备授时告警信号，并将告警信号传输至数据处理模块中，将暂态存储模块中设定时间内的实时数据传输至大容量非易失存储模块并存储，形成异常记录文件；具体的，管理模块，接入变电站内被授时设备发出的授时异常告警信号，在授时告警发生时，触发数据处理模块的异常波形记录，将最近10秒的实时数据由暂态存储模块拷贝至大容量非易失存储模块中，并打印时间戳，形成外部触发异常记录文件。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开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公开的保护范围以内。

技术特征：

1.一种授时信号异常波形记录分析仪，其特征在于，包括：采样模块、本地钟模块、暂态存储模块、大容量非易失存储模块和数据处理模块；

所述采样模块用于采集授时信号，并将授时信号传输至本地钟模块和暂态存储模块；

所述本地钟模块用于接收授时信号，并实时对授时信号进行异常状况判断，当出现异常状况时生成异常信号并传输至数据处理模块；

2.如权利要求1所述的授时信号异常波形记录分析仪，其特征在于，还包括管理模块，所述管理模块用于接收二次设备授时告警信号，并将告警信号传输至数据处理模块中，将暂态存储模块中设定时间内的实时数据传输至大容量非易失存储模块并存储，形成异常记录文件。

3.如权利要求2所述的授时信号异常波形记录分析仪，其特征在于，具体的，所述管理模块还与显示模块连接，并通过显示模块查看授时接收异常记录文件，将文件数据转换为界面波形图，复现被授时设备发出授时异常告警时的授时信号波形，分析发生故障告警的原因。

4.如权利要求1所述的授时信号异常波形记录分析仪，其特征在于，所述管理模块还用于接收到本地钟的授时信号异常指示，控制数据处理模块存储、迁移、获取数据，并通过显示模块，查看授时接收异常记录文件，将文件数据转换为界面波形图，验证变电站现场的授时信号质量。

5.如权利要求1所述的授时信号异常波形记录分析仪，其特征在于，所述采样模块包括高速采样模块和高速a/d转换模块，所述高速采样模块用于采集授时信号并将传输至本地钟模块和高速a/d转换模块，所述高速a/d转换模块将授时信号的波形的电压值转化为数字量，并在数据处理模块的控制下，将转化为数字量的数据实时存储在暂态存储模块中。

6.如权利要求1所述的授时信号异常波形记录分析仪，其特征在于，所述本地钟模块接收授时信号，进行信号判断与分析，矫正本地钟模块的内部时间，并在授时信号异常时保持高精度自守时。

7.如权利要求1所述的授时信号异常波形记录分析仪，其特征在于，所述本地钟模块用于接收授时信号，在出现授时信号抖动、时间信息跳变、信号中有毛刺等情况时，触发数据模块的异常波形记录，将设定时间内的实时数据由暂态存储模块拷贝至大容量非易失存储模块中，并打印时间戳，形成授时接收异常记录文件。

8.如权利要求1所述的授时信号异常波形记录分析仪，其特征在于，所述数据处理模块用于控制高速ad模块实时记录波形数据至暂态存储模块中。并根据管理模块和本地钟的指令，将暂态存储模块的数据迁移至大容量非易失性存储模块中。

9.一种如权利要求1-8任一所述的授时信号异常波形记录分析仪的使用方法，其特征在于，包括：

通过采样模块采集授时信号，并将授时信号传输至本地钟模块和暂态存储模块；

通过本地钟模块接收授时信号，并实时对授时信号进行异常状况判断，当出现异常状况时生成异常信号并传输至数据处理模块；

10.如权利要求9所述的授时信号异常波形记录分析仪的使用方法，其特征在于，还通过管理模块接收二次设备授时告警信号，并将告警信号传输至数据处理模块中，将暂态存储模块中设定时间内的实时数据传输至大容量非易失存储模块并存储，形成异常记录文件。

技术总结

本公开提供了一种授时信号异常波形记录分析仪及方法，包括：采样模块、本地钟模块、暂态存储模块、大容量非易失存储模块和数据处理模块；所述采样模块用于采集授时信号，并将授时信号传输至本地钟模块和暂态存储模块；所述本地钟模块用于接收授时信号，并实时对授时信号进行异常状况判断，当出现异常状况时生成异常信号并传输至数据处理模块；所述数据处理模块用于接收异常信号，将暂态存储模块中设定时间内的实时数据传输至大容量非易失存储模块并存储，形成异常记录文件；通过对异常记录文件的分析获取故障原因；解决了偶发性授时告警，且告警随即复归，现场维护困难的技术问题，可实现变电站内采用IRIG‑B码授时的时候，对授时信号进行实时监测与记录，捕捉偶发性的授时故障信号并复现分析。