一种分布式局部放电检测系统的高精度时间同步方法

摘要

本发明公开了一种分布式局部放电检测系统的高精度时间同步方法，所述方法包括以下步骤：S1：通过数据传输线，将1个通信单元和多个采集单元进行级联；S2：前级单元发送数据，后级单元判决接收数据的时钟沿变次数，动态调整后级单元的压控晶振，使相邻单元的时钟频率及相位一致；S3：前级单元发送测延时帧，后级单元接收并回复，前级单元计算出相邻单元的传输延时；S4：通信单元发送全网同步时间帧，采集单元接收并更新全网同步时间戳，然后生成新的全网同步时间帧发送到下一个采集单元，如此使得所有采集单元的全网同步时间戳一致。本发明提高了分布式局部放电检测系统的时间同步精度，从而提高了分布式局部放电测量的效果。

说明书

技术领域

本发明涉及电力电缆局放检测技术，尤其涉及一种分布式局部放电检测系统的高精度时间同步方法，应用于分布式局部放电测量和局部放电定位。

背景技术

随着电力网络和用电事业的飞速发展，对电力网络和用电的安全运行也提出了新的要求；具体到电缆来说，其安全运行与安全维护也不可避免的越来越被电力系统所重视。电缆故障的主要原因是绝缘性能的劣化和实效，而局部放电是造成电缆绝缘性能劣化的主要原因。分布式局部放电测量方法是目前最高效的一种电缆局部放电测量方法，整个测量系统中会有多个检测单元分布在不同的电缆接头处同时测量，各个检测单元之间相互独立工作，检测单元将采集到的信号处理后传回上位机，供上位机分析、显示、判决、诊断、定位。目前基于分布式局部放电检测系统的时间同步方式主要有GPS授时全网同步、原子钟全网同步。但是GPS授时模式精度低，只能达到us级；原子钟模式成本特别高，代价太大，均不是特别适合。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：消除分布式局部放电检测系统中各个采集单元时间不同步的问题，提高局部放电测量效果和局部放电定位精度。

（二）技术方案

为解决上述技术问题，本发明提出一种分布式局部放电检测系统的高精度时间同步方法，所述方法包括以下步骤：

S1：通过数据传输线，将1个通信单元和多个采集单元进行级联，形成手拉手的通信模式；

S2：相邻的单元之间，前级单元发送数据，后级单元通过延时单元判决接收数据的时钟沿变次数，从而对后级单元中的压控晶振进行动态调整，使得后级单元的时钟频率及相位和前级单元一致；

S3：相邻的单元之间，前级单元发送测延时帧，后级单元接收并向前级单元回复，前级单元通过回复的数据帧，计算出相邻单元之间的传输延时；

S4：通信单元发送全网同步时间帧，第一个采集单元接收后，补偿传输延时值后更新自身的全网同步时间戳，然后生成新的全网同步时间帧发送到下一个采集单元，如此使得所有采集单元的全网同步时间戳一致。

2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2包括：

S201：前级单元连续发送数据，数据在数据传输线上串行传输，数据在发送前经过8B10B编码，确保数据中具有充足的时钟沿变信息；

S202：后级单元接收数据，在单元内部进行顺序的N级串行固定延时处理，N为大于或等于4的偶数，固定延时时间为压控晶振的周期除以延迟级数N；

S203：后级单元每个时钟周期获取1到N级延时后的数据，检测时钟沿变在N级延时中的位置，进行沿变计数器的加减控制；

S204：沿变计数器初始值为N/2，当检测到沿变在小于N/2位置时，沿变计数器加1，当检测到沿变在大于N/2位置时，沿变计数器减1，沿变计数器数值达到N或0时，重设沿变计数器数值为N/2，并产生压控晶振的控制信号，通过动态调节压控晶振，使得后级单元与前进单元的时钟频率、相位一致。

3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3包括：

S301：当相邻单元时钟频率、相位一致后，前级单元发送测延时帧，帧中包括发送该帧的时间计数器数值T1，帧中的延时时间值为0；

S302：后级单元接收测延时帧后，获取帧中的时间计数器数值T1，并开始计算等待时间T2，直到该单元向前级单元回复测延时帧；

S303：后级单元回复测延时帧时，将收到的时间计数器数值T1填入帧中，帧中的延时时间值填入等待时间T2；

S304：前级单元接收到回复的测延时帧后，记录此时的时间计数器数值T3，并获取帧中的时间计数器数值T1和延时时间值T2；

S305：计算单元间的传输延时T，计算公式为T = ( T3-T1-T2)/2；

S306：重复S301~S305步骤，直到连续多次测量结果一直，将精确的传输延时值进行保存。

4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4包括：

S401：通信单元发送全网同步时间帧，全网同步时间帧与测延时帧格式严格一致，全网同步时间帧中包含发送该帧时的全网同步时间以及测试获取的传输延时时间；

S402：第一块采集单元接收完全网同步时间帧后，获取帧中的全网同步时间和延时时间，计算出当前采集单元的全网同步时间并进行更新，当前采集单元的全网同步时间为帧中全网同步时间与帧中延时时间之和；

S403：第一块采集单元更新全网同步时间之后，重新生成全网同步时间帧发往下一个采集单元，全网同步时间帧中包括更新后的全网同步时间以及测试获取的传输延时时间，如此使得所有采集单元的全网同步时间戳一致。

（三）有益效果

本发明通过对压控晶振的动态控制，使串行连接的所有采集单元的时钟具有一致的频率和相位；通过测延时帧的操作，可以获取相邻单元间的传输延时值；通过全网同步时间帧处理，各个采集单元将获取完全一致的全网同步时间，系统达到高精度时间同步，同步时间的抖动小于40ns，有效提高局部放电测量效果和局部放电定位精度。

附图说明

图1是本发明一种分布式局部放电检测系统的高精度时间同步方法实施方式的流程图；

图2是多单元级联示意图；

图3是单元内部N级固定延时示意图；

图4是传输延时计算示意图；

图5是系统全网同步时间帧传输示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1是本发明一种分布式局部放电检测系统的高精度时间同步方法实施方式的流程图；参照图1，所述方法包括以下步骤：

S1：通过数据传输线，将1个通信单元和多个采集单元进行级联，形成手拉手的通信模式；

S2：相邻的单元之间，前级单元发送数据，后级单元通过延时单元判决接收数据的时钟沿变次数，从而对后级单元中的压控晶振进行动态调整，使得后级单元的时钟频率及相位和前级单元一致；

S3：相邻的单元之间，前级单元发送测延时帧，后级单元接收并向前级单元回复，前级单元通过回复的数据帧，计算出相邻单元之间的传输延时；

S4：通信单元发送全网同步时间帧，第一个采集单元接收后，补偿传输延时值后更新自身的全网同步时间戳，然后生成新的全网同步时间帧发送到下一个采集单元，如此使得所有采集单元的全网同步时间戳一致。

本实施方式通过数据传输线将多个独立单元进行手拉手通信，形成级联系统。如图2所示，单元0到单元M通过数据传输线进行顺序连接。相邻的单元0和单元1，单元0作为前级单元，单元1作为后级单元。相邻的单元1和单元2，单元1作为前级单元，单元2作为后级单元。相邻两个单元的前级和后级关系如上所述。

本实施方式中前级单元连续发送8B10B编码数据，数据中包含充足的时钟沿变信息，数据串行进入后级单元。如图3所示，后级单元将数据顺序地进行N级固定延时处理，固定延时时间为压控晶振的周期Tf除以延迟级数N。后级单元在每个时钟周期获取一次1到N延时后的数据，并检测时钟的沿变在N延时后的位置。沿变计数器初始值为N/2，当检测到沿变在小于N/2位置时，沿变计数器加1，当检测到沿变在大于N/2位置时，沿变计数器减1，沿变计数器数值达到N或0时，重设沿变计数器数值为N/2，并产生压控晶振的控制信号，通过动态调节压控晶振，使得后级单元与前进单元的时钟频率、相位一致，最终消除单元之间的时钟抖动误差。

本实施方式需等待相邻单元的时钟频率和相位一致以后，前级单元发送测延时帧，测试相邻单元之间的传输延时。如图4所示，前级单元发送测延时帧，测延时帧中包括发送该帧的起始时间计数器数值T1，延时时间值为0。后级单元接收到测延时帧后，开始计算等待时间T2，T2的计数时间值到回复测延时帧为止，回复的测延时帧包括接收到的时间计数器数值T1和等待时间T2。前级单元收到回复的测延时帧时，记录此时的时间计数器数值T3，同时解帧获取回复测延时帧中的数据计数器数值T1和等待时间T2。前级单元计算传输延时T,计算公式为T = ( T3-T1-T2)/2。经过反复测量，多次连续测试的结果一致时，保持精确的延时值。

本实施方式中，通信单元发送全网同步时间帧，第一块采集单元接收全网同步时间帧后，计算并更新全网同步时间，然后重新生成全网同步时间帧发往下一个采集单元，所有采集单元经过对时后，达到全网同步。如图5所示，（通信单元）单元0发送全网同步时间帧，全网同步时间帧格式与测延时帧格式严格一致，帧中包括全网同步时间以及单元0与单元1之间的传输延时时间。单元1接收全网同步时间帧后，将帧中的全网同步时间与传输延时时间相加，计算出本地的全网同步时间。单元1更新全网同步时间后，生成新的全网同步时间帧，发送往单元2。新的全网同步时间帧包括单元1更新后的全网同步时间以及单元1与单元2之间的传输延时时间。全网同步时间帧按照系统级联顺序传输，当所有采集单元都收到全网同步时间帧后，整个系统的时间实现高精度同步。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。