專利名稱：基于無線方式的變電站電容在線監(jiān)測方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于電カ設備在線監(jiān)測技術領域，具體涉及ー種基于無線方式的變電站電容在線監(jiān)測方法及其裝置。
背景技術：
并聯(lián)電容器廣泛應用于電カ系統(tǒng)的無功功率補償，一般安裝在變電站內采用集中補償，某500KV變電站的電容器組結構如圖I所示。隨著電網規(guī)模的日益擴大和負荷需求的不斷増加，系統(tǒng)對其電壓及無功的調節(jié)越來越頻繁，并聯(lián)電容器組的安全運行對于整個 電カ系統(tǒng)的穩(wěn)定、正常供電起著非常重要的作用。當框架式電容器組中的某只電容器損壞導致整組電容跳閘時，其他電容可能會因受沖擊而損壞，嚴重者會發(fā)生電容器組群爆故障，從而擴大了事故的范圍及影響。由于電カ設備故障造成的直接損失是巨大的，而由供電中斷造成的間接損失更是無法估量。傳統(tǒng)的對電カ設備檢修是通過預防性試驗即定期維修來完成的，但預防性試驗是離線進行的，即在停電狀態(tài)下進行的試驗，通常有周期長、電壓低的特點，且停電后設備狀態(tài)(如試驗電壓、溫度等)和運行中狀態(tài)不一致，試驗結果不能十分真實地反映設備的故障狀況。而狀態(tài)檢修能夠及時反映電カ設備的運行狀態(tài)，從而及時發(fā)現(xiàn)缺陷，提高整個系統(tǒng)供電的可靠性，因而成為電カ系統(tǒng)設備維修發(fā)展的趨勢。實現(xiàn)設備狀態(tài)檢修的前提條件是電カ設備絕緣在線監(jiān)測與故障診斷技術的研發(fā)應用。對于電力補償電容器組的在線監(jiān)測，主要是對其電容量和介質損耗參數(shù)的監(jiān)測。電容絕緣不良會引起電容器電容值發(fā)生明顯變化，電容量是電容器故障預警的直接參數(shù)；監(jiān)測介質損耗同樣可靈敏地發(fā)現(xiàn)電容器絕緣的整體劣化。盡管隨著電カ設備在線監(jiān)測技術的快速發(fā)展，可應用于電容性電カ設備的在線監(jiān)測系統(tǒng)開始得到研發(fā)和應用，并已成為預防性試驗方法的有益補充，但文獻檢索表明，專門針對變電站電カ補償電容器組在線監(jiān)測的研發(fā)尚處于空白階段。公告日2005年12月21日，公告號為CN 1232831C的中國發(fā)明專利(專利號200410026133. 2)公開了ー種“電容性電力設備介質損耗在線監(jiān)測方法及裝置”，主要步驟有(I)采集接地線上設備泄漏電流信號，經過信號電纜傳輸?shù)轿挥诒O(jiān)控室的第一信號調理器進行處理后，送入數(shù)據(jù)采集卡第一通道進行采集；(2)采集變電站電壓互感器低壓輸出獲取參考電壓信號，經過信號電纜傳輸?shù)轿挥诒O(jiān)控室的第二信號調理器進行處理后，送入數(shù)據(jù)采集卡第二通道進行采集；采集時通過第二通道信號觸發(fā)第一通道，以保證兩個通道同時采集；(3)計算機將數(shù)據(jù)采集卡采集到的兩路信號進行頻譜分析求出它們的角差及角差正切值(介質損耗)；(4)計算機內設置數(shù)據(jù)庫，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)管理和查詢，通過Web服務器實現(xiàn)遠程監(jiān)測。該發(fā)明通過采集電容性電カ設備的系統(tǒng)電壓和接地泄漏電流，先將其轉換為數(shù)字信號，再利用頻譜分析(傅里葉變換)求取設備介質損耗。該發(fā)明實現(xiàn)了電容性電カ設備介質損耗的在線監(jiān)測、對采集信號的數(shù)字化處理以及利用計算機實現(xiàn)數(shù)據(jù)的管理和歷史數(shù)據(jù)分析、查詢。該方法存在主要問題(I)方案設計采取有線方式即所有信號均通過信號電纜傳輸。在實際當中，變電站內的同一條母線上通常安裝有一臺電壓互感器(PT)和若干臺的電容性設備，因此為了能夠對所有電容性設備的絕緣參數(shù)進行在線監(jiān)測，需鋪設眾多信號電纜將該PT的二次側電壓信號分別引到各個電容性設備的采集裝置內進行相應的處理后，再將采集卡輸出分別通過多條線纜引入計算分析用的計算機，這樣做會帶來很多的弊端。首先，對于110KV及以上電壓等級的變電站來說，由于不同設備之間的距離是比較遠的，作為計算用的基準電壓信號在變電站復雜電磁環(huán)境下的遠距離傳輸中很容易發(fā)生畸變，從而影響測量精度，造成故障的誤判。其次，長距離敷設電纜也會増大產生電纜接地故障的概率，影響系統(tǒng)的安全可靠運行。再者，變電站電容性設備眾多，需敷設大量電纜，現(xiàn)場施工量大。此外，若變電站一次設備主接線發(fā)生變化，都會產生傳輸信號電纜敷設或拆除問題；(2)對于變電站無功補償電容器組來說，被測電容始終處于高壓帶電狀態(tài)，基于絕緣安全考慮，也不允許把PT 二次側電壓信號用有線方式接到處于高壓狀態(tài) 的電容電流采集単元上，因而該技術方案并不適用于變電站補償電容器組的在線監(jiān)測。
公開日2006年6月28日，公告號為CN 1793990A的中國發(fā)明專利申請(申請?zhí)?00510022748. 2)公開了ー種“電容性設備介質損耗在線監(jiān)測系統(tǒng)”，包括測試儀、中心計算機和電流采樣電路。該發(fā)明采取中心計算機通過GPRS無線遠程控制多個相對獨立的測試儀，借助測試儀上安裝的GPS模塊，實現(xiàn)異地的同步采集，收到測試儀回傳的采集數(shù)據(jù)后，對采集的數(shù)據(jù)進行傅里葉分析，求得各個電容性設備的采樣電流的基波相位，再由相位求得相互之間的介質損耗角差。該申請方案重點解決了多個相對距離較遠的分散電容性設備之間的異地同步采集問題，能使測試儀就近接入采樣，從而利用GPRS無線網絡可滿足遠距離通信指令的特點，同時監(jiān)測多個電容性設備之間的介質損耗角差。但面對本發(fā)明的監(jiān)測對象框架式并聯(lián)電容器組通常幾十個電カ電容器同一地點集中安裝的情況，則存在一系列問題(1)該申請方案只能利用其設計的電流采樣電路同步采集多個電容性設備的末屏電流信號，計算后得到其相位差，利用其表征的介質損耗角差來間接判斷被測設備的介質損耗(以ー個介質損耗較小的電容性設備作為基準)，不能獲取并存儲電容性設備的實際介質損耗值和電容量值并與歷史值比較、評估，采用基準(自身會變化)對比法難以保證檢測的準確性；(2)該申請方案的電流采樣電路只能當與之并聯(lián)的短路接地刀閘拉開時才可進行并完成帶電測試，當電容性設備末屏電流接地時，接地刀閘K閉合，無法實現(xiàn)設備的連續(xù)在線采樣；(3)該申請方案為克服GPRS網絡通信實時性差的問題，每個測試儀上都安裝GPRS模塊和GPS模塊并采用蓄電池供電，由于其測試儀和電流采樣電路可放置在電容性設備末屏接地處，不必過分考慮體積、供電功率及更換維修問題，但面對集中大量安裝的變電站無功補償電容器組，一是加裝大量的GPRS模塊和GPS模塊成本高、投資大，更重要的是由于運行高壓及安裝空間的限制，要求加裝測量設備體積須足夠小并盡可能地長期連續(xù)供電運行，因此必須減小裝置體積、功耗，盡可能減少可能影響設備運行的維護更換，該申請方案顯然無法滿足這一點。公告日2011年4月6日，公告號為CN 101493485B的中國發(fā)明專利(申請?zhí)?00910021454. 6)也公開了ー種“電容性設備介質損耗角在線監(jiān)測系統(tǒng)”，包括微處理器、泄漏電流信號采集模塊、GPS同步模塊、無線通信模塊、A/D采樣模塊、測頻采樣單元，其采用分層分布式結構集中管理的方式，根據(jù)功能要求將系統(tǒng)分為監(jiān)測層、控制層和信息層，由一個監(jiān)測主機(控制層)控制多個現(xiàn)場監(jiān)測分機(包括采集單元SU和智能處理單元IPU)完成對異地多個不同電容性設備的異地同步采集；其存在問題是(I)監(jiān)測原理上選擇一組電容性設備做參考標準，提取其末屏電流后使用相對比較法進行故障判斷，不能獲得對電容性設備電容量及介質損耗值的檢測數(shù)據(jù)及其歷史值從而對其變化趨勢進行評估對比；
(2)其現(xiàn)場監(jiān)測分機(包括微處理器、泄漏電流信號采集模塊、A/D采樣模塊、測頻采樣單元、無線通信模塊、GPS模塊)為實現(xiàn)異地同步采集加裝了網絡通信和GPS模塊，不但供電功耗大、運行費用高，難以解決設備連續(xù)供電問題，而且如果大量集中加裝顯然投資巨大，不適用于變電站補償電容器組大量電容的集中監(jiān)測；(3)對于變電站補償電容的監(jiān)測，要求被測電壓和被測電流須在同一位置進行定點采樣，否則將導致傅里葉計算結果的不穩(wěn)定，該方案中的GPS對時顯然不能滿足，GPS對時只能保證多個現(xiàn)場設備互相之間被測電流采樣時刻的同步，但不能解決補償電容被測電壓和被測電流須在同一位置進行定點采樣的問題，且該方案未提供如何盡可能在與電流相同位置定點測取設備電壓的設計方案，因而僅適用于使用相對比較法測取電容性設備末屏電流進行故障判斷的方案
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是實現(xiàn)對變電站電力補償電容器組所有電容的電容量和介質損耗參數(shù)的連續(xù)、實時在線監(jiān)測；解決補償電容器運行在高壓狀態(tài)，其工作電流取樣須滿足電力規(guī)程所要求絕緣安全的問題；解決補償電容器電流、電壓檢測單元若大量加裝網絡通信模塊和GPS模塊可能帶來的投資大、運行交費成本高問題，解決其低功耗和長期、連續(xù)供電問題；解決補償電容被測電壓和被測電流須同位置定點、同步采樣問題；提供一種適用于變電站內大量集中安裝的補償電容器組的變電站電容在線監(jiān)測方法及裝置。本發(fā)明的設計方案是一種基于無線方式的變電站電容在線監(jiān)測方法，可實現(xiàn)對變電站電力補償電容器組電容的電容量和介質損耗的在線監(jiān)測，其特征在于，同位置、同步采樣各個電容的工作電流以及工作電壓，采用無線方式實現(xiàn)同步采樣控制并傳送測量數(shù)據(jù)，利用計算機完成數(shù)據(jù)處理和故障分析告警；包括以下步驟I)在每只電容的高壓側設計加裝自供電的電流測量單元，獲取各個電容的工作電流并無線發(fā)送至位于變電站內的監(jiān)測基站；2)選擇在每一組并聯(lián)電容的放電PT的二次側輸出端加裝自供電的電壓測量單元，獲取各組電容的定點工作電壓并無線發(fā)送至位于變電站內的監(jiān)測基站；3)每個電壓、電流測量單元接到基站無線發(fā)送的采集轉換命令后立即啟動同步采樣；4)在變電站內設置監(jiān)測基站，內置計算機和無線模塊①發(fā)送電容電壓、電流同步采樣啟動轉換命令，②接收測量數(shù)據(jù)并存儲管理，③利用頻譜分析計算每只電容的電容量和介質損耗，④計算結果發(fā)送至遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機；5)遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機接收變電站監(jiān)測基站數(shù)據(jù)，對同一電容數(shù)據(jù)進行歷史對t匕、同組電容數(shù)據(jù)分別進行橫向及縱向對比，綜合評估電容絕緣參數(shù)的變化量后，對變化量大于一定值的電容器提出故障告警。優(yōu)選的，所述監(jiān)測基站還內置有一參考相位模塊，基站發(fā)送電容電壓、電流同步采樣啟動轉換命令的時刻為參考相位模塊中工頻交流信號的過零點。
一種基于無線方式的變電站電容在線監(jiān)測裝置，其特征在于，包括電流測量單元至少包括穿芯小電流CT、帶A/D轉換的微處理器、供電模塊和無線模塊；所述穿芯小電流CT套接于電容高壓側導線上用于耦合電容工作電流，其兩路輸出一路接至微處理器A/D轉換輸入端用于電流采樣，另一路接至供電模塊進行整流濾波穩(wěn)壓后輸出電能供電，所述微處理器通過無線模塊接收同步采樣啟動轉換命令后立即啟動電流采樣輸入端A/D轉換，并將獲取的電流數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送至監(jiān)測基站；電壓測量單元加裝于電容器組放電PT的二次側輸出端，至少包括帶A/D轉換的微處理器、電源模塊和無線模塊；放電PT的二次側輸出端一路接至微處理器A/D轉換輸入端用于電壓采樣，另一路接至電源模塊進行整流濾波穩(wěn)壓后輸出電能供電，所述微處理器通過無線模塊接收同步采樣啟動轉換命令后立即啟動電壓采樣輸入端A/D轉換，并將獲取的電壓數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送至監(jiān)測基站；
監(jiān)測基站在變電站內就地設置，至少包括計算機和無線模塊，計算機通過無線模塊向電流測量單元和電壓測量單元發(fā)送電壓、電流同步采樣啟動轉換命令并接收、存儲和管理測量數(shù)據(jù)；基于所采集數(shù)據(jù)，計算機利用頻譜分析計算每只電容的電容量和介質損耗并將計算結果發(fā)送至遠程監(jiān)控中心；遠程監(jiān)控中心包括監(jiān)控主機，接收變電站監(jiān)測基站數(shù)據(jù)，對同一電容數(shù)據(jù)進行歷史對比、同組電容數(shù)據(jù)分別進行橫向及縱向對比，綜合評估電容絕緣參數(shù)的變化量后，對變化量大于一定值的電容器提出故障告警。優(yōu)選地，所述監(jiān)測基站還包括有一參考相位模塊和一接口模塊。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有如下技術特征I、本發(fā)明通過對變電站電容器組電容工作電壓、電流參數(shù)的連續(xù)、在線檢測，計算得到電容設備的電容量及介質損耗值，實現(xiàn)了對電容設備主要絕緣參數(shù)的實時測量、數(shù)據(jù)查詢、歷史對比和故障診斷，為實現(xiàn)電力設備的狀態(tài)檢修提供了實用技術方案。2、采用在變電站補償電容器組集中安裝位置就地現(xiàn)場加裝監(jiān)測基站，基站和被測多個電容之間利用短距離、低功率、無線通信模塊(如使用2. 4GHz頻段的藍牙模塊或使用433MHz,866MHz等免費頻段的無線模塊)完成對電容電壓、電流信號無線同步采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O計方案，避免了線纜敷設，解決了在集中布置的電容器組大量加裝網絡通信模塊和GPS模塊可能帶來的投資、費用及供電問題，實現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)在測量單元與基站之間的連續(xù)、安全、隔離傳輸，大大降低了系統(tǒng)成本，同時由于米用數(shù)字傳輸，抗電磁干擾能力強，提高了數(shù)據(jù)的可靠性，試驗結果證明，本發(fā)明方案中采樣經多次數(shù)據(jù)濾波后測量結果的穩(wěn)定性要優(yōu)于采用GPS方案。3、相對于現(xiàn)有技術中選擇將電流測量單元放置在電容性電力設備的末屏接地處，其電流測量單元不受限制，不必過分考慮體積、絕緣及供電方式問題，而變電站集中安裝的補償電容器組工作時是始終處于高壓狀態(tài)中(見附圖I電路中，A相高壓側35KV，A、B兩點對地均處于高壓)，考慮到絕緣要求及相互之間安全距離的問題，直接加裝到電容設備上的電流測量單元體積應足夠小、低功耗且能長期、連續(xù)、自供電運行，本發(fā)明通過在電容高壓側導線上加裝穿芯小電流CT從被測設備上取樣并獲得工作電源的設計方案，巧妙解決了電流測量單元的自供電問題。因為穿芯CT體積很小，其供電能力也很小，如果加裝GPS模塊則其輸出能量不能滿足要求。
4、為解決補償電容被測電壓和被測電流須同位置定點、同步采樣問題，本發(fā)明拓展和利用了高壓電容器放電PT的作用，因為安裝放電PT是變電站內并聯(lián)電容器的必要技術安全措施，而放電PT和電容器的工作電壓是相同的，因此本發(fā)明通過在每組電容器放電PT的二次輸出端加裝電壓測量單元采集該組電容工作電壓的技術方案很巧妙地解決了對同組電容電壓、電流同位置定點采樣問題，而現(xiàn)有技術中通常選用母線PT的輸出，顯然不能實現(xiàn)與遠距離多點分布的被測設備電流與其工作電壓的同一位置定點采樣。5、本發(fā)明利用無線方式對電力電容器的測量數(shù)據(jù)進行傳輸，最大程度上避免在高壓電容設備上另外多引線，不因加裝檢測設備而影響被測設備的絕緣性能。


圖I為某500KV變電站的補償電容器組結構示意圖。圖2為本發(fā)明的實施例，利用基站對圖I中A，B兩點之間5個同組并聯(lián)電容器進行在線監(jiān)測的系統(tǒng)結構示意圖(其中II、12、13、14、15分別為在電容Cl、C11、C12、C13、 C14高壓側對應加裝的電流測量單元，Vl為在該組電容放電PT 二次側輸出端加裝的電壓測
量單元)。圖3為本發(fā)明的實施例對圖I中A，B兩點之間5個同組并聯(lián)電容器進行在線監(jiān)測的工作流程圖。圖4為本發(fā)明的實施例電流測量單元的電路原理框圖。圖5為本發(fā)明的實施例電壓測量單元的電路原理框圖。圖6為本發(fā)明的實施例監(jiān)測基站的電路原理框圖。圖7為本發(fā)明中監(jiān)測基站計算機的工作流程圖。
具體實施例方式圖I為某500KV變電站的補償電容器組結構示意圖。圖中只畫出A相補償電容，B相、C相補償電容結構與A相相同，A相電容40只，因此三相補償電容共120只。A相高壓側電壓為35KV,左側有5列電容，以右數(shù)第一列為例，由于電力電容器與輸電線路直接聯(lián)接，處于A，B兩點被測電容對地都處于高壓狀態(tài)(E點除外)，基于絕緣安全的考慮，我們不能把電壓信號用有線方式接到處于高壓狀態(tài)的電流測量單元上，而為保證經FFT(快速傅里葉變換)計算后得出的測量結果穩(wěn)定，每次采樣須滿足從電容所在位置對其工作電壓和工作電流進行同位置定點采樣，為解決上述問題，本發(fā)明公開了一種基于無線方式的變電站電容在線監(jiān)測方法，可實現(xiàn)對變電站電力補償電容器組電容的電容量和介質損耗的在線監(jiān)測，其核心是同位置、同步采樣各個電容的工作電流以及工作電壓，采用無線方式實現(xiàn)同步采樣控制并傳送測量數(shù)據(jù)，利用計算機完成數(shù)據(jù)處理和故障分析告警；主要包括以下步驟I)在每只電容的高壓側設計加裝自供電的電流測量單元，獲取各個電容的工作電流并無線發(fā)送至位于變電站內的監(jiān)測基站；2)選擇在每一組并聯(lián)電容的放電PT的二次側輸出端加裝自供電的電壓測量單元，獲取各組電容的定點工作電壓并無線發(fā)送至位于變電站內的監(jiān)測基站；3)每個電壓、電流測量單元接到基站無線發(fā)送的采集轉換命令后立即啟動同步采樣；4)在變電站內設置監(jiān)測基站，內置計算機和無線模塊①發(fā)送電容電壓、電流同步采樣啟動轉換命令，②接收測量數(shù)據(jù)并存儲管理，③利用頻譜分析計算每只電容的電容量和介質損耗，④計算結果發(fā)送至遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機；5)遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機接收變電站監(jiān)測基站數(shù)據(jù)，對同一電容數(shù)據(jù)進行歷史對t匕、同組電容數(shù)據(jù)分別進行橫向及縱向對比，綜合評估電容絕緣參數(shù)的變化量后，對變化量大于一定值的電容器提出故障告警。對于電力電容器的在線檢測，主要是容量與介質損耗的測量。本發(fā)明的技術方案 利用現(xiàn)有技術中的頻譜分析法即FFT (快速傅立葉變換)算法計算分解出電壓、電流中的基波與諧波分量，在計算出電壓基波、電流基波及其相位差的基礎上，進行各電容器電容量和介質損耗值的計算。圖2為采用上述方法，實現(xiàn)對圖I中A，B兩點之間5個同組并聯(lián)電容器進行在線監(jiān)測的本發(fā)明的實施例的系統(tǒng)結構示意圖。其中II、12、13、14、15分別為在電容C1、C11、C12、C13、C14高壓側對應加裝的電流測量單元，Vl為在該組電容放電PT 二次側輸出端加裝的電壓測量單元。其中I)電流測量單元II、12、13、14、15 :分別包括穿芯小電流CT、帶A/D轉換的微處理器、供電模塊和無線模塊；所述穿芯小電流CT分別套接于電容Cl、CU、C12、C13、C14高壓側導線上用于耦合電容工作電流，其兩路輸出一路接至微處理器A/D轉換輸入端用于電流采樣，另一路接至供電模塊進行整流濾波穩(wěn)壓后輸出電能供電，所述微處理器通過無線模塊接收同步采樣啟動轉換命令后立即啟動電流采樣輸入端A/D轉換，并將獲取的電流數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送至監(jiān)測基站；2)電壓測量單元Vl :加裝于電容器組放電PTl的二次側輸出端，包括帶A/D轉換的微處理器、電源模塊和無線模塊；放電PTl的二次側輸出端一路接至微處理器A/D轉換輸入端用于電壓采樣，另一路接至電源模塊進行整流濾波穩(wěn)壓后輸出電能供電，所述微處理器通過無線模塊接收同步采樣啟動轉換命令后立即啟動電壓采樣輸入端A/D轉換，并將獲取的電壓數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送至監(jiān)測基站；3)監(jiān)測基站在變電站內就地設置，內置至少包括計算機和無線模塊，計算機通過無線模塊向電流測量單元和電壓測量單元發(fā)送電壓、電流同步采樣啟動轉換命令并接收、存儲和管理測量數(shù)據(jù)；基于所采集數(shù)據(jù)，計算機利用頻譜分析計算每只電容的電容量和介質損耗并將計算結果發(fā)送至遠程監(jiān)控中心；在本發(fā)明的實施例中，監(jiān)測基站還包括有一參考相位模塊，用于讀取變電站內三相交流基準電壓中任意一相工頻交流信號的過零點作為基站發(fā)送電壓、電流同步采樣啟動轉換命令的時刻；進一步地，監(jiān)測基站計算機還包括一接口模塊，包括配置有線RS485接口、光纖接口或配置無線GPRS網絡模塊，用于計算結果的發(fā)送。4)遠程監(jiān)控中心(圖中未畫出)包括監(jiān)控主機，通過光纖或監(jiān)控主機內置GPRS網絡模塊接收變電站監(jiān)測基站數(shù)據(jù)并利用ORACLE數(shù)據(jù)庫軟件存檔管理，利用B/S(Browser/Server)模式實現(xiàn)遠程歷史數(shù)據(jù)及故障診斷結果查詢、報警功能。電容器組故障的診斷采用對同一電容數(shù)據(jù)進行歷史對比、同組電容數(shù)據(jù)分別進行橫向及縱向對比，綜合評估電容絕緣參數(shù)的變化量后，對變化量大于一定值的電容器提出故障告警。
參考圖3本發(fā)明的實施例對圖I中A，B兩點之間5個同組并聯(lián)電容器進行在線監(jiān)測的工作流程，主要包括以下步驟步驟101 :監(jiān)測基站計算機通過無線模塊發(fā)送電容電壓、電流同步采樣啟動轉換命令；步驟102 :電容高壓側加裝的自供電電流測量單元接到基站無線發(fā)送的采集轉換命令后立即啟動同步采樣，獲取各個電容的工作電流并無線發(fā)送至監(jiān)測基站； 步驟103 電容放電PT 二次側輸出端加裝的自供電電壓測量單元接到基站無線發(fā)送的采集轉換命令后立即啟動同步采樣，獲 取各組電容的定點工作電壓并無線發(fā)送至監(jiān)測
基站;步驟104 :監(jiān)測基站計算機通過無線模塊接收電壓、電流測量數(shù)據(jù)并存儲管理；步驟105 :監(jiān)測基站計算機利用頻譜分析計算每只電容的電容量和介質損耗并將計算結果發(fā)送至遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機；步驟106 :遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機接收變電站監(jiān)測基站數(shù)據(jù)，對同一電容數(shù)據(jù)進行歷史對比、同組電容數(shù)據(jù)分別進行橫向及縱向對比，綜合評估電容絕緣參數(shù)的變化量后，對變化量大于一定值的電容器提出故障告警。參考圖4本發(fā)明實施例電流測量單元的電路原理框圖，電流測量單元包括穿芯小電流CT、帶A/D轉換的微處理器、供電模塊和無線模塊；穿芯小電流CT套接于電容高壓側導線上用于耦合電容工作電流，其兩路輸出一路利用現(xiàn)有技術進行放大和濾波處理后接至微處理器A/D轉換輸入端用于電流采樣，另一路接至供電模塊進行整流、濾波、穩(wěn)壓處理后輸出電能為電流測量單元供電。實際使用中，A/D轉換芯片可采用AD976CN，芯片速度IOOKHz，具有高采集速率和較高分辨率，能夠滿足采集速度和采集精度的要求。CPU芯片可采用89C51芯片，與RAM相連，每個采樣周期的初始首先接收同步采樣啟動轉換命令及采樣速率，然后立即啟動電流采樣輸入端A/D轉換，根據(jù)CPU給定的采樣速率完成一個周波內的采樣點數(shù)并將A/D芯片獲取采樣值存入RAM，當采集完一個工頻周期的數(shù)據(jù)后，將RAM里的數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送監(jiān)測基站，無線模塊可選用市售2. 4GHz頻段的藍牙模塊。本實施例中，穿芯小電流CT套接于電容高壓側導線上用于耦合電容工作電流和輸出供電能量均采用現(xiàn)有技術。其中穿芯小電流CT可采用羅可夫斯基傳感線圈，根據(jù)需要將其制作成一次繞組為穿芯式能承擔被測電流及相應要求，通過高靈敏度寬負載特性好的鐵芯在二次輸出適應測量需要的mA級標準微電流信號，微型電流傳感器的磁芯根據(jù)被測信號的特性選用適應的材料以保證小電流時靈敏度高，超出測量電流范圍時具有飽和特性，避免過電流時故障擴大，其二次輸出形成等比于被測電流I的二次電流i輸入到微處理器A/D轉換輸入端進行信號處理和A/D轉換，I/i的比值在微處理器的CPU芯片中設定。所述供電模塊完成對穿芯小電流CT輸出電流的整流、濾波、穩(wěn)壓處理后取出需要的電能滿足微處理器和無線模塊的連續(xù)工作。實際工程中，由于電力電容器與輸電線路直接聯(lián)接，為減少施工過程中安裝的工程量，穿芯小電流CT亦可采用開啟式電流互感器(例如鉗形電流互感器)。參考圖5本發(fā)明實施例電壓測量單元的電路原理框圖，電壓測量單元Vl加裝于電容器組放電PTl的二次側輸出端，包括帶A/D轉換的微處理器、電源模塊和無線模塊；放電PTl的二次側輸出端輸出信號一路利用現(xiàn)有技術進行隔離、放大、濾波處理后接至微處理器A/D轉換輸入端用于電壓采樣，另一路接至電源模塊進行過壓保護及穩(wěn)壓處理后輸出電能供電；放電PTl的二次側輸出端電壓V與被測電壓V的變比V/v在微處理器的CPU芯片中設定，實際使用中，A/D轉換芯片可采用AD976CN，芯片速度IOOKHz，具有高采集速率和較高分辨率，能夠滿足采集速度和采集精度的要求；CPU芯片可采用89C51芯片，與RAM相連，每個采樣周期的初始首先接收同步采樣啟動轉換命令及采樣速率，然后立即啟動電壓采樣輸入端A/D轉換，根據(jù)CPU設定的采樣速率完成一個周波內的采樣點數(shù)并將A/D芯片獲取采樣值存入RAM，每采集完一個工頻周期的數(shù)據(jù)后，將RAM里的數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送監(jiān)測基站，無線模塊可選用市售2. 4GHz頻段的藍牙模塊；所述電源模塊完成對放電PTl的二次側輸出電壓的過壓保護及穩(wěn)壓處理后取出需要的電能滿足微處理器和無線模塊的連續(xù)工作，采用現(xiàn)有技術。參考圖6本發(fā)明的實施例監(jiān)測基站的電路原理框圖，監(jiān)測基站包括計算機和無線模塊，計算機通過無線模塊向電流測量單元和電壓測量單元發(fā)送電壓、電流同步采樣啟動轉換命令并接收、存儲和管理測量數(shù)據(jù)；基于所采集數(shù)據(jù)，計算機利用頻譜分析計算每只電容的電容量和介質損耗并將計算結果發(fā)送至遠程監(jiān)控中心。在本實施例中，監(jiān)測基站的計算機采用可編程邏輯FPGA開發(fā)板(集成CPU、外設、存儲器和I/O接口)作為主要硬件載體， 以微處理器作為系統(tǒng)控制核心，完成對變電站內交流基準電壓的工頻頻率檢測和實現(xiàn)高速同步采樣控制，對基站工作流程進行控制并完成數(shù)據(jù)接收通訊。具體包括參考相位模塊，選用Altera公司EP1C6Q240C8芯片，利用FPGA板設計鎖相倍頻電路，讀取變電站內三相交流電壓中任意一相作為交流基準電壓進行測頻采樣并計算輸出一個周波內的采樣速率，以確保電容電壓、電流信號滿足FFT (快速傅里葉變換)要求的2n采樣點數(shù)，實際以工頻交流信號的過零點作為一個周期工頻采樣開始點的觸發(fā)標志，即基站發(fā)送電壓、電流同步采樣啟動轉換命令的時刻；進一步地，監(jiān)測基站計算機還包括一接口模塊，包括配置有線RS485接口、光纖接口或配置無線GPRS網絡模塊，用于將計算結果通過有線或無線方式發(fā)送至遠程監(jiān)控中心。本實施例采用在變電站補償電容器組集中安裝位置就地現(xiàn)場加裝監(jiān)測基站，基站和被測多個電容之間利用短距離、低功率、2. 4GIIz頻段的藍牙模塊(也可使用433MIIZ、866MIIZ等免費頻段的無線模塊)完成對電容電壓、電流信號無線同步采集和數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑O計方案，利用采集數(shù)據(jù)在測量單元與基站之間的連續(xù)、安全、隔離傳輸，避免線纜敷設，既滿足了補償電容高壓運行的絕緣安全要求，同時作為電容電壓、電流信號的中繼接收轉發(fā)站，通過采用短距離數(shù)字傳輸，大大提高了數(shù)據(jù)的可靠性，試驗結果證明，本發(fā)明方案測量結果的穩(wěn)定性要優(yōu)于采用GPS方案。圖7為本發(fā)明中監(jiān)測基站計算機的工作流程圖。系統(tǒng)上電初始化、自檢通過后，首先讀取變電站基站編號及電容器組序號，用于采樣數(shù)據(jù)的打包管理；然后讀取參考相位模塊測頻信號并計算采樣速率，待工頻交流信號過零點到達后，觸發(fā)并通過無線模塊發(fā)送采樣速率及電壓、電流同步采樣啟動轉換命令，電壓、電流測量單元收到啟動轉換命令后啟動采樣輸入端A/D轉換,根據(jù)接收到的采樣速率完成一個周波內的采樣點數(shù)并將獲取采樣值存入RAM，每采集完一個工頻周期的數(shù)據(jù)后，將RAM里的數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送監(jiān)測基站，監(jiān)測基站通過無線模塊接收電壓、電流測量數(shù)據(jù)并存入數(shù)據(jù)庫，繼續(xù)讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)，計算每只電容的電容量和介質損耗并保存入數(shù)據(jù)庫，最后讀取數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)并將計算結果發(fā)送至遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機，從而完成一次完整的采樣過程。關于遠程監(jiān)控中心包括監(jiān)控主機，通過有線方式如光纖或RS485接口雙絞線，無線方式如內置GPRS網絡模塊接收變電站監(jiān)測基站數(shù)據(jù)并利用ORACLE數(shù)據(jù)庫軟件存檔管理，利用B/S(Bix)WSer/Server)模式實現(xiàn)遠程歷史數(shù)據(jù)及故障診斷結果查詢、報警功能，均采用現(xiàn)有技術，不贅述。遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機對變電站監(jiān)測數(shù)據(jù)的故障診斷對同一電容數(shù)據(jù)進行歷史對比、同組電容數(shù)據(jù)分別進行橫向及 縱向對比，綜合評估電容絕緣參數(shù)的變化量后，對變化量大于一定值的電容器提出故障告警。以南方電網公司《電力設備預防性試驗規(guī)程》規(guī)定為例，設置電容值故障告警條件為I)當Cl彡0. 95Cn時裝置發(fā)越限報警。2)當Cl彡I. ICn時裝置發(fā)越限報警。3)95% Cn < Cl < I. ICn時裝置不發(fā)越限報警。(其中Cn為電容值出廠值，Cl為電容器采樣值)。本發(fā)明首次采用短距離、低功率、無線通信技術完成對變電站集中安裝的補償電容器組電容電壓、電流信號無線同步采集的控制和數(shù)據(jù)的傳輸，避免了線纜敷設，大大降低了施工的難度和系統(tǒng)安裝成本，解決了在集中布置的電容器組大量加裝網絡通信模塊和GPS模塊可能帶來的投資、費用及供電問題，實現(xiàn)了采集數(shù)據(jù)在測量單元與基站之間的連續(xù)、安全、隔離傳輸，可以連續(xù)監(jiān)測電容器運行工況，并對異常電容提出故障告警，保證了變電站電力系統(tǒng)的運行安全。
權利要求
1.ー種基于無線方式的變電站電容在線監(jiān)測方法，可實現(xiàn)對變電站電カ補償電容器組電容的電容量和介質損耗的在線監(jiān)測，其特征在于，同位置、同步采樣各個電容的工作電流以及工作電壓，采用無線方式實現(xiàn)同步采樣控制并傳送測量數(shù)據(jù)，利用計算機完成數(shù)據(jù)處理和故障分析告警；包括以下步驟 1)在每只電容的高壓側設計加裝自供電的電流測量單元，獲取各個電容的工作電流并無線發(fā)送至位于變電站內的監(jiān)測基站； 2)選擇在每ー組并聯(lián)電容的放電PT的二次側輸出端加裝自供電的電壓測量單元，獲取各組電容的定點工作電壓并無線發(fā)送至位于變電站內的監(jiān)測基站； 3)每個電壓、電流測量單元接到基站無線發(fā)送的采集轉換命令后立即啟動同步采樣； 4)在變電站內設置監(jiān)測基站，內置計算機和無線模塊①發(fā)送電容電壓、電流同步采 樣啟動轉換命令，②接收測量數(shù)據(jù)并存儲管理，③利用頻譜分析計算每只電容的電容量和介質損耗，④計算結果發(fā)送至遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機； 5)遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機接收變電站監(jiān)測基站數(shù)據(jù)，對同一電容數(shù)據(jù)進行歷史對比、同組電容數(shù)據(jù)分別進行橫向及縱向對比，綜合評估電容絕緣參數(shù)的變化量后，對變化量大于一定值的電容器提出故障告警。
2.如權利要求I所述的基于無線方式的變電站電容在線監(jiān)測方法，所述監(jiān)測基站還內置有一參考相位模塊，基站發(fā)送電容電壓、電流同步采樣啟動轉換命令的時刻為參考相位模塊中エ頻交流信號的過零點。
3.ー種基于無線方式的變電站電容在線監(jiān)測裝置，其特征在于，包括 電流測量単元至少包括穿芯小電流CT、帶A/D轉換的微處理器、供電模塊和無線模塊；所述穿芯小電流CT套接于電容高壓側導線上用于耦合電容工作電流，其兩路輸出一路接至微處理器A/D轉換輸入端用于電流采樣，另一路接至供電模塊進行整流濾波穩(wěn)壓后輸出電能供電，所述微處理器通過無線模塊接收同步采樣啟動轉換命令后立即啟動電流采樣輸入端A/D轉換，并將獲取的電流數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送至監(jiān)測基站； 電壓測量単元加裝于電容器組放電PT的二次側輸出端，至少包括帶A/D轉換的微處理器、電源模塊和無線模塊；放電PT的二次側輸出端一路接至微處理器A/D轉換輸入端用于電壓采樣，另一路接至電源模塊進行整流濾波穩(wěn)壓后輸出電能供電，所述微處理器通過無線模塊接收同步采樣啟動轉換命令后立即啟動電壓采樣輸入端A/D轉換，并將獲取的電壓數(shù)據(jù)通過無線模塊發(fā)送至監(jiān)測基站； 監(jiān)測基站在變電站內就地設置，至少包括計算機和無線模塊，計算機通過無線模塊向電流測量単元和電壓測量單元發(fā)送電壓、電流同步采樣啟動轉換命令并接收、存儲和管理測量數(shù)據(jù)；基于所采集數(shù)據(jù)，計算機利用頻譜分析計算每只電容的電容量和介質損耗并將計算結果發(fā)送至遠程監(jiān)控中心； 遠程監(jiān)控中心包括監(jiān)控主機，接收變電站監(jiān)測基站數(shù)據(jù)，對同一電容數(shù)據(jù)進行歷史對比、同組電容數(shù)據(jù)分別進行橫向及縱向對比，綜合評估電容絕緣參數(shù)的變化量后，對變化量大于一定值的電容器提出故障告警。
4.如權利要求3所述的基于無線方式的變電站電容在線監(jiān)測裝置，所述監(jiān)測基站還包括有一參考相位模塊和一接ロ模塊。
全文摘要
本發(fā)明屬于電力設備在線監(jiān)測技術領域，具體涉及一種基于無線方式的變電站電容在線監(jiān)測方法及其裝置，主要組成步驟在每只電容的高壓側設計加裝自供電電流測量單元，在每一組并聯(lián)電容的放電PT的二次側輸出端加裝自供電的電壓測量單元，獲取各個電容的工作電壓、電流后無線發(fā)送至監(jiān)測基站；監(jiān)測基站內置計算機和無線模塊發(fā)送電容電壓、電流同步采樣啟動轉換命令，接收測量數(shù)據(jù)并存儲管理，利用頻譜分析計算每只電容的電容量和介質損耗，計算結果發(fā)送至遠程監(jiān)控中心監(jiān)控主機進行綜合評估分析，對變化量大于一定值的電容器提出故障告警。
文檔編號G08C17/02GK102680799SQ20121014928
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月15日 優(yōu)先權日2012年5月15日
發(fā)明者李洪景 申請人:山東惠工電氣股份有限公司