一种基于电力线路高速数据采集与故障录波装置的制作方法

本发明涉及电力自动化，具体涉及一种基于电力线路高速数据采集与故障录波装置。

背景技术：

1、随着电力配电自动化的快速发展，配电网的运行监控与故障研判对数据支撑的依赖程度日益加深。在当前的电力系统中，故障录波装置作为记录电网故障瞬间电气量变化的关键设备，被广泛应用于各级变电站及配电终端。现有的技术方案通常采用微控制单元内置模数转换器对线路电压和电流信号进行周期性采样，当检测到电气量超过预设阈值时触发录波功能，将故障发生后的波形数据保存至存储介质中，并通过通信接口上传至上位机系统，以供运维人员分析故障类型、定位故障点及评估保护动作行为。这种基于触发机制的录波方式构成了当前配电网故障监测的主流技术路线。

2、然而，在长期的实际应用与复杂故障场景下，现有技术在故障波形的完整性记录与时标精度方面仍面临一定的挑战。采用传统mcu内置adc进行波形采集，缺乏对故障发生前长时间历史波形的连续循环存储能力，往往难以完整复现故障酝酿及发展的全过程特征；同时，依赖软件生成时间戳的方式在高负荷运行状态下易受任务调度延迟影响，导致时标一致性不足；此外，单一的录波时长配置策略难以兼顾不同故障类型的分析需求，限制了故障研判的准确性与效率，成为制约配电网智能化运维水平进一步提升的因素。

技术实现思路

1、为解决上述问题，一方面本申请提供一种基于电力线路高速数据采集与故障录波装置，包括嵌入式单片机模块、电表芯片高速采集模块、历史波形循环存储模块、故障波形独立存储模块、usb通信模块和串口通信模块，其中：

2、所述电表芯片高速采集模块、历史波形循环存储模块、故障波形独立存储模块、usb通信模块和串口通信模块分别与所述嵌入式单片机模块电连接；

3、所述电表芯片高速采集模块用于对电力线路的电压、电流信号进行不间断高速同步采样，生成带有硬件时标和采样序号的采样波形数据，并实时传输至所述嵌入式单片机模块；

4、所述嵌入式单片机模块用于接收所述采样波形数据并进行存储管理；

5、所述历史波形循环存储模块采用环形缓冲区，用于循环存储预设时长的连续采样波形数据；

6、所述故障波形独立存储模块采用非易失性存储介质，用于存储完整的故障波形数据；

7、所述usb通信模块用于本地导出故障波形数据；

8、所述串口通信模块用于对接外置物联模组，进行远程指令交互与数据透传。

9、进一步地，所述电表芯片高速采集模块内部集成硬件时钟和采样计数器，所述硬件时钟用于为每一帧采样波形数据生成硬件时标，所述采样计数器用于为每一帧采样波形数据生成连续递增的采样序号。

10、进一步地，所述历史波形循环存储模块的循环存储时长根据存储容量配置为预设时长。

11、进一步地，所述嵌入式单片机模块被配置为在检测到线路故障时，执行故障录波操作：

12、记录故障触发时刻对应的硬件时标和当前采样序号；

13、以故障触发时刻的硬件时标为基准，从所述历史波形循环存储模块中提取在故障时刻前第一预设时长的采样波形数据作为故障前波形数据，同时控制所述电表芯片高速采集模块继续采集故障时刻后第二预设时长的采样波形数据作为故障后波形数据；

14、将所述故障前波形数据和所述故障后波形数据按硬件时标和采样序号拼接为完整故障波形，并写入所述故障波形独立存储模块。

15、进一步地，所述嵌入式单片机模块还被配置为在拼接完整故障波形时，执行完整性校验操作：

16、通过校验所述故障前波形数据的最后1帧采样波形数据的采样序号加1后是否等于所述故障后波形数据的第1帧采样波形数据；

17、若是，直接拼接所述故障前波形数据和所述故障后波形数据，形成连续波形；

18、若否，启动故障波形数据重采流程，或在所述故障前波形数据和所述故障后波形数据之间的拼接点插入数据不连续标记后拼接，并在故障日志中记录完整性校验结果。

19、另一方面本申请提供一种基于电力线路高速数据采集与故障录波方法，采用如上所述的装置，所述方法包括：

20、装置上电后，嵌入式单片机模块自身初始化，电表芯片高速采集模块、历史波形循环存储模块、故障波形独立存储模块分别初始化，同时初始化所有通讯线路，所述装置进入正常运行状态；

21、嵌入式单片机模块控制电表芯片高速采集模块对电力线路的电压、电流信号进行不间断高速同步采样，将带有硬件时标和采样序号的采样波形数据按时间顺序持续写入所述历史波形循环存储模块；

22、当嵌入式单片机模块检测到线路故障时，嵌入式单片机模块记录触发时刻对应的硬件时标和当前采样序号，以故障触发时刻的硬件时标为基准，从所述历史波形循环存储模块中提取在故障时刻前第一预设时长的采样波形数据作为故障前波形数据，同时控制所述电表芯片高速采集模块继续采集故障时刻后第二预设时长的采样波形数据作为故障后波形数据；

23、校验故障前波形数据的最后1帧采样波形数据的采样序号加1后是否等于故障后波形数据的第1帧采样波形数据；

24、若是，将所述故障前波形数据和所述故障后波形数据按时标顺序拼接为完整故障波形，写入所述故障波形独立存储模块；

25、若否，启动故障波形数据重采流程，或在故障前波形数据和故障后波形数据之间的拼接点插入数据不连续标记，拼接为完整故障波形，写入所述故障波形独立存储模块，并在故障日志中记录完整性校验结果。

26、本申请的有益效果是：

27、本申请提供一种基于电力线路高速数据采集与故障录波装置，包括嵌入式单片机模块、电表芯片高速采集模块、历史波形循环存储模块、故障波形独立存储模块、usb通信模块和串口通信模块，通过电表芯片高速采集模块实现不间断高速采样，内部集成硬件时钟和采样计数器，从根本上消除了软件延时带来的时标误差，确保了时间基准的绝对精准与序列的唯一性；结合循环存储与故障触发锁定机制，实现历史波形滚动记录及故障完整波形独立保存，能够兼顾不同故障类型的分析需求；通过采样序号进行完整性校验，能够有效解决故障前后波形数据拼接时的数据丢失或错位问题；辅以usb通信模块与串口通信模块的双重配置，既满足了现场本地快速导出的需求，又支持了远程物联模组的指令交互与数据透传；该方案显著提升了配电网故障分析的完整性、数据可靠性及运维响应的高效性。

1.一种基于电力线路高速数据采集与故障录波装置，其特征在于，包括嵌入式单片机模块、电表芯片高速采集模块、历史波形循环存储模块、故障波形独立存储模块、usb通信模块和串口通信模块，其中：

2.根据权利要求1所述的一种基于电力线路高速数据采集与故障录波装置，其特征在于，所述电表芯片高速采集模块内部集成硬件时钟和采样计数器，所述硬件时钟用于为每一帧采样波形数据生成硬件时标，所述采样计数器用于为每一帧采样波形数据生成连续递增的采样序号。

3.根据权利要求1所述的一种基于电力线路高速数据采集与故障录波装置，其特征在于，所述历史波形循环存储模块的循环存储时长根据存储容量配置为预设时长。

4.根据权利要求1所述的一种基于电力线路高速数据采集与故障录波装置，其特征在于，所述嵌入式单片机模块被配置为在检测到线路故障时，执行故障录波操作：

5.根据权利要求4所述的一种基于电力线路高速数据采集与故障录波装置，其特征在于，所述嵌入式单片机模块还被配置为在拼接完整故障波形时，执行完整性校验操作：

6.一种基于电力线路高速数据采集与故障录波方法，采用如权利要求1至5任一项所述的装置，其特征在于，所述方法包括：