[實(shí)用新型]一種船舶電力系統(tǒng)故障錄波主機(jī)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720446934.7
• 申請(qǐng)日: 2017-04-26
• 公開（公告）號(hào): CN207021774U
• 公開（公告）日: 2018-02-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王黎明;黃磊明;屈崇;郭建;閆曉玲;尹洋;王新枝;王征;卜樂平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)
• 主分類號(hào): H02J13/00
• 分類號(hào): H02J13/00
• 代理公司: 武漢楚天專利事務(wù)所42113
• 代理人: 雷速

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及一種錄波主機(jī)，具體地說是一種船舶電力系統(tǒng)故障錄波主機(jī)。

背景技術(shù)

故障錄波主機(jī)是一種在國(guó)家電網(wǎng)中普遍使用的智能設(shè)備，當(dāng)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，裝置只進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)短路或振蕩等擾動(dòng)時(shí)便會(huì)觸發(fā)錄波過程，完整記錄下故障前后全過程的電壓、電流等模擬量的變化情況和繼電保護(hù)、斷路器等開關(guān)量的動(dòng)作情況，技術(shù)人員可以從保存的錄波文件中獲取想要的故障信息，不但可以實(shí)現(xiàn)電氣故障的快速定位和準(zhǔn)確判斷，而且有利于發(fā)現(xiàn)繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置的缺陷，便于日后進(jìn)一步改進(jìn)和完善。如果將其納入船舶電力監(jiān)控系統(tǒng)之中，無疑會(huì)大大提高管理人員的工作效率，為船舶電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

目前，國(guó)內(nèi)外的故障錄波主機(jī)主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

(1)目前，國(guó)內(nèi)外陸用故障錄波主機(jī)普遍采用基于外部時(shí)鐘的組網(wǎng)同步，該方式通常以GPS、BDS等衛(wèi)星授時(shí)信號(hào)為基準(zhǔn)時(shí)間源，通過時(shí)鐘服務(wù)器向需要同步的智能設(shè)備發(fā)布秒脈沖，采集單元與錄波主機(jī)在接收到對(duì)時(shí)信號(hào)后，校準(zhǔn)內(nèi)部的從時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)同步采樣。

雖然外部時(shí)鐘同步法在國(guó)家電網(wǎng)得到了廣泛應(yīng)用，但并不適用于船舶故障錄波主機(jī)。首先，船舶上安裝的衛(wèi)星系統(tǒng)通常是為導(dǎo)航定位服務(wù)，尚未發(fā)揮時(shí)間同步的功能，同時(shí)由于船體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，位于艙底的錄波主機(jī)很難取得甲板上層的對(duì)時(shí)信號(hào)。其次，受海上惡劣氣候條件和船舶復(fù)雜電力環(huán)境的影響，衛(wèi)星授時(shí)信號(hào)有時(shí)會(huì)受到嚴(yán)重干擾甚至中斷，一旦時(shí)鐘源發(fā)生問題，將導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)間信息發(fā)生紊亂。再次，時(shí)鐘服務(wù)器的引入增加了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，一旦其發(fā)生故障將導(dǎo)致整個(gè)同步網(wǎng)絡(luò)癱瘓，并且對(duì)時(shí)設(shè)備需要配置額外的時(shí)鐘輸入接口，增加了裝置的設(shè)計(jì)難度和硬件成本。最后，衛(wèi)星授時(shí)系統(tǒng)關(guān)系到一個(gè)國(guó)家的戰(zhàn)略安全，一味依賴美國(guó)的GPS信號(hào)并不可取，而國(guó)內(nèi)的BDS尚不能覆蓋全球，無法為遠(yuǎn)洋航行提供對(duì)時(shí)。

(2)陸用故障錄波主機(jī)通常會(huì)在采集單元和錄波主機(jī)之間添加一至多臺(tái)交換機(jī)，這樣做主要有三個(gè)原因：一是交換機(jī)擁有一條很高帶寬的背部總線和內(nèi)部交換矩陣，每個(gè)端口都可視為獨(dú)立的網(wǎng)段，各自享有全部網(wǎng)絡(luò)帶寬，有利于通信容量的提高；二是陸用電網(wǎng)規(guī)模龐大，采樣點(diǎn)可以達(dá)到幾百個(gè)，需要的采集單元數(shù)量比較多，通過交換機(jī)向錄波主機(jī)傳輸?shù)讓訑?shù)據(jù)可減少錄波主機(jī)的采集端口數(shù)量，簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；三是由于陸用故障錄波主機(jī)采用的是外部時(shí)鐘同步方式，采集單元與錄波主機(jī)內(nèi)部的從時(shí)鐘與授時(shí)網(wǎng)絡(luò)的主時(shí)鐘保持嚴(yán)格同步，因此不必考慮由交換機(jī)引起的存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)延時(shí)，采集單元上傳的報(bào)文中即包含準(zhǔn)確的同步采樣時(shí)刻。

上述方式雖然有諸多好處，但應(yīng)用到船舶故障錄波當(dāng)中卻存在一定的問題。首先，在將拉格朗日一次插值算法引入到船舶故障錄波主機(jī)之后，采集單元便省去了對(duì)時(shí)接口，因此其上傳的報(bào)文中不包含采樣時(shí)刻。錄波主機(jī)的時(shí)間信息從集控臺(tái)發(fā)送的NTP報(bào)文中獲取，當(dāng)其接收到各間隔上傳的報(bào)文后會(huì)打上絕對(duì)時(shí)間戳，在此基礎(chǔ)上減去采集單元到錄波主機(jī)的額定時(shí)延即可還原真實(shí)的采樣時(shí)刻。如果依然采用交換模式傳輸采樣數(shù)據(jù)的話，受錄波主機(jī)一側(cè)帶寬承載能力的限制，所有采集單元發(fā)送的數(shù)據(jù)在經(jīng)過交換機(jī)時(shí)會(huì)有一個(gè)存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的過程，延時(shí)較大且不固定，使得在插值同步的過程中無法推算出準(zhǔn)確的采樣時(shí)刻。其次，一旦交換機(jī)發(fā)生故障，則與之相連的多臺(tái)采集單元將無法正常傳輸數(shù)據(jù)至錄波主機(jī)，導(dǎo)致某些電力監(jiān)控點(diǎn)即使發(fā)生異常也無法啟動(dòng)故障錄波等問題。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型的目的是為了解決目前船舶電力監(jiān)控系統(tǒng)缺乏適應(yīng)船舶工作環(huán)境的故障錄波主機(jī)的問題。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種船舶電力系統(tǒng)故障錄波主機(jī)，包括通信處理器、復(fù)雜可編程邏輯器、存儲(chǔ)控制器、FLASH閃存、用于貯存錄波數(shù)據(jù)的固態(tài)硬盤、可編程門陣列芯片、以太網(wǎng)收發(fā)器、光電耦合器、用于實(shí)現(xiàn)USB端口的調(diào)試功能的通用異步收發(fā)器FT232、DEBUG調(diào)試卡、用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊惶?hào)千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器及二號(hào)千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器；其特征在于：

所述通信處理器通過SATA總線與固態(tài)硬盤相連、通過一號(hào)SPI總線與 FLASH閃存相連、通過二號(hào)SPI總線與存儲(chǔ)控制器相連、通過一號(hào)本地總線 LBC與復(fù)雜可編程邏輯器相連、通過UART接口與光電耦合器相連、通過一號(hào)串行吉比特媒體獨(dú)立接口SGMII與一號(hào)千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器、通過二號(hào)串行吉比特媒體獨(dú)立接口SGMII與二號(hào)千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器、通過管理數(shù)據(jù)輸入輸出接口MDIO同時(shí)與一號(hào)千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器和二號(hào)千兆位以太網(wǎng)收發(fā)器相連、通過PCIe接口和二號(hào)本地總線LBC與可編程門陣列芯片相連；