一种用于故障指示器的激光对时装置、对时方法和对时网络系统与流程

1.本发明涉及一种用于故障指示器的激光对时装置和方法，主要通过激光将各相线故障指示器精准对时，减小时间误差，达到数据同步。


背景技术：

2.目前现有的暂态录波型故障指示器是针对10kv架空线路开发的在线故障监测设备。其设备分为a、b、c三相故障指示器和汇集单元。故障指示器安装于架空线上采集其电流；汇集单元安装于线杆，通过433mhz无线通信对各故障指示器进行对时和数据通信，其时间误差约为100ms。当发生故障时，故障指示器对线路电流进行录波，并打上时标，发送至汇集单元，汇集单元将a、b、c三相录波数据通过时标进行对齐组合，形成录波文件，并通过4g上传至后台进行分析。
3.通过433mhz无线通信进行故障指示器间对时，误差为100ms，录波文件组合时误差较大，影响故障判断。同时，选用433mhz无线通信进行无线数据传输，属于常用频率，容易受干扰，产生数据错误。最后，433mhz无线通信需一直工作，功耗大。
4.本发明通过设置工作周期，定时激活对时装置，通过激光系统进行高精度对时，解决了前述的问题。


技术实现要素：

5.本发明提出了一种用于故障指示器的激光对时装置，包括时钟、授时模块、通信模块、处理模块、激光对时发射模块和激光对时接收模块，
6.所述时钟用于计时；
7.所述授时模块用于获得标准时间信息；
8.所述通信模块用于实现模块间的数据传输和/或指令传输；
9.所述处理模块用于处理线路故障数据和处理工作指令，包括汇集单元；
10.所述激光对时发射模块包括激光发生器、反光板、弯月透镜和驱动电路；
11.所述激光对时接收模块连接时钟，包括光电转换器、凸透镜、滤光膜和伺服电路；
12.其特征在于：
13.所述激光对时装置周期性启动，在每个运行周期内完成至少一次对时，在所述运行周期内的其余时间保持低功耗运行状态。
14.进一步的，所述激光发生器和光电转换器安装于可移动的平台上。
15.进一步的，所述弯月透镜和凸透镜固定在可轴向移动和径向转动的装置上。
16.进一步的，所述激光对时发射模块安装在低于激光对时接收模块的位置，一个激光对时发射模块可向多个激光对时接收模块提供对时信息。
17.进一步的，还包括数据存储模块，所述数据存储模块用于存储故障数据。6、根据权利要求5所述的用于故障指示器的激光对时装置，其特征在于，还包括联网模块，所述联网
模块用于向上位机上报故障信息、传输故障数据和接收来自上位机的指令。
18.本发明还提出了一种用于故障指示器的激光对时方法，其特征在于，包括如下步骤：
19.s1：获得标准时间信息；
20.s2：激活激光对时发射模块、激光对时接收模块；
21.s3：将标准时间信息通过激光对时发射模块向激光对时接收模块广播发送；
22.s4：激光对时接收模块根据接收到的标准时间信息调整自身对应的时钟并开始计算计时周期；
23.s5：当电力线路发生故障时，由故障指示器对线路进行录波，在录波数据上标注本周期内校准后的时钟时间，随后通过通信模块把标注好时间的录波数据传输至处理模块中的汇集单元；当电力线路正常工作时，不进行任何操作；
24.s6：激光对时发射模块、激光对时接收模块进入休眠状态；
25.s7：时钟完成计时周期，重复执行步骤s1。
26.进一步的，所述通信模块处于休眠状态，仅在发生故障时被激活。
27.进一步的，所述步骤s4中，当电力线路发生故障时，通信模块通过无线信道把录波数据传输至汇集单元。
28.本发明又提出了一种用于故障指示器的激光对时网络系统，使用前述激光对时装置技术方案中任意一项记载的用于故障指示器的激光对时装置和上位机，其特征在于，包括至少1台用于故障指示器的激光对时装置。
29.上述用于故障指示器的激光对时装置、对时方法和网络系统，克服了现有故障指示器中存在的对时误差较大等缺陷。
附图说明
30.图1为本发明一个实施例处于安装状态的结构框图；
31.图2为本发明一个实施例的激光发射模块结构图；
32.图3为本发明一个实施例的激光发射模块电路图；
33.图4为本发明一个实施例的激光接收模块结构图；
34.图5为本发明一个实施例的激光接收模块电路图；
35.图6为本发明一个实施例的故障指示器安装示意图；
36.图7为本发明一个实施例的安装位置示意图。
具体实施方式
37.本发明提出的一种用于故障指示器的激光对时装置、对时方法和对时网络系统。能够实现对各种线路，尤其是供电线路故障指示器的精确对时，并且能够节约能源。现结合实施例对本发明的技术方案进行进一步说明。
38.实施例一：
39.在本发明的一个实施例中，在10kv三相供电线路中进行部署。使用了激光二极管作为激光源，利用433mhz无线通信模块传输录波数据，在处理模块处理a、b、c三相录波数据并进行合成，形成故障的录波文件。
40.如图1所示，本实施例中，本发明所述的故障指示器的激光对时装置分为两部分。一部分安装在线杆上，另一部分为分别安装在a、b、c三相线缆上的3个相同模块。在10kv三相供电线路线杆上部分，整合了激光对时发射模块、433mhz无线通信模块、汇集单元、gps对时模块和4g无线模块。安装在线缆上的部分，整合了传统故障指示器、激光对时接收模块和433mhz无线通信模块。
41.在线杆部分中，激光对时发射模块具有方向性。如图2所示，作为激光源的激光二极管位于凹型反光板的焦点附近，激光二极管位置可手动调整，调整完毕后，通过固定螺丝进行固定。凹型反光板的反射面与安装在线缆上的部分相对。激光对时发射模块的弯月透镜焦点也位于激光二极管附近，其作用为改变激光二极管光路，扩大激光发射的覆盖面积。在本实施例中，选用了散射角度为90
°
的弯月透镜。
42.如图3所示，本实施例中，使用了max3850芯片作为激光发生驱动模块，在单片机的控制下，在每个时钟周期启动时激活，并接收单片机传来的对时数据，经过驱动调制到激光二极管发出的光波中。
43.在线杆部分中，部署有单片机作为处理模块，处理模块整合了汇集单元和运算单元。所述汇集单元的作用为接收故障指示器传来的带有时标的单相线路故障波形数据，并在汇集单元内进行相关处理，进行对齐时标等操作，最终形成故障波形文件。所述运算单元用于转发标准时间、处理线杆部分内各功能模块间的数据传输、处理故障指示网络之间的指令传输等运算功能。
44.在线杆部分中，部署了4g无线模块用于承担组网任务。所述组网任务包括网络注册、网络数据传输等。还部署了gps对时模块，用于接收标准时间信息，并校准装置所在的物理位置。
45.在线杆部分中，与线缆部分的双向通信通过433mhz无线通信模块实现。433mhz无线通信模块在单片机的控制下激活。在433mhz无线通信模块中，具有相位标志位，用于标志不同的相位数据和线杆部分数据。在进行无线通信时，工作模式为广播模式，如果接收到的数据中含有与自身相同的标志位数据，则接收数据，并对数据进行处理。如接收到的数据中含有与自身不同的标志位数据，则不进行任何操作，并进入休眠状态。
46.在本实施例中，安装在a、b、c三相线缆上的部分结构相同，执行功能相同。
47.如图4所示，在线缆部分中，激光对时接收装置具有方向性，光电二极管位于凸透镜的一侧，安装在凸透镜的焦点附近。光电二极管位置可手动调整，调整完毕后，通过固定螺丝进行固定。凸透镜与光电二极管不同的一侧指向线杆部分的方向。在激光对时接收装置的最外侧，还贴有滤光膜，用于滤除670nm波长激光外的其他光线。
48.在线缆部分中，故障指示器接收来自激光对时接收模块的标准授时数据，根据标准授时数据调整自身时钟。
49.在线缆部分中，还部署有433mhz无线通信模块。所述433mhz无线通信模块工作方式与前述相同。
50.如图6所示，在本实施例部署时，先将线杆部分安装在低于线缆约2米的线杆上，随后在距线杆水平距离1.5
‑
2米处的线缆上，分别部署对应a、b、c三相线缆的部分。另如图7所示，线杆部分上集成的激光对时发射模块光路发射方向被设置为向线缆方向偏置，以便激光对时发射模块向激光对时接收模块发送对时信号。3条线缆上的激光对时接收模块也被
设置为向线杆方向偏置，以便激光对时接收模块接收激光对时发射模块发出的对时信号。
51.如图5所示，在本实施例中，在激光对时接收模块的伺服电路中加入了运算放大器，用于对接收到的对时信号进行放大。
52.按照上述方式，在输电线路中的不同地点部署多个激光对时装置后，多个线杆部分上的4g无线模块进行自动组网。在本实施例中，所述激光对时装置通过4g无线模块作为网络信道，与上位机建立通信联系。自检后，上位机自动遍历所有在网激光对时装置，按照激光对时装置上报的ip地址和gps对时模块获取的物理地址，形成网络中激光对时装置的ip/位置映射表。
53.当对时网络运行时，故障指示器自检后休眠。每个对时装置首先通过gps获取标准时间信息，并通过线杆部分的激光对时发射模块，向对应的激光对时接收模块发射标准时间信息。激光对时接收模块接收到标准时间信息后，按照标准时间调整时钟，并开始计时周期。激光对时接收模块和激光对时发射模块进入休眠状态，直至本对时周期结束，下一对时周期启动，重复上述操作。
54.在对时周期内，如供电线路没有发生故障，则故障指示器、433mhz无线通信模块无需启动，保持休眠状态。如供电线路发生故障，则故障指示器在故障信号的驱动下自动启动，录取供电线路中的故障波形数据。随后读取经过对时的标准时间信号，在故障波形数据中标注上时标，并激活433mhz无效通信模块，将本相故障波形数据传输至线杆部分。线杆部分接收到输电线路a、b、c3个相位的故障波形数据后，在汇集单元中读取3个相位故障波形的时标数据，对齐时标后，生成故障波形文件。故障波形文件在单片机的控制下，通过4g无线模块发送至上位机，由上位机进行处理或显示。同时，上位机还根据故障波形文件中包含的信息，做出对故障指示器下一步工作的判断，并形成工作指令，通过4g无线模块传输回上传故障波形文件的激光对时装置，由故障指示器执行。
55.以上对本发明所提供的一种用于一种用于故障指示器的激光对时装置、对时方法和对时网络系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明技术方案的限制。