專利名稱：變電設(shè)備在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及變電設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種變電設(shè)備在線監(jiān)測及故障沴斷系統(tǒng)。
(二)
背景技術(shù)：
第、一目前，變電設(shè)備檢修均采用在設(shè)備停電基礎(chǔ)上的預(yù)防性試驗(yàn)，檢修前對設(shè)備是否 有缺陷、隱患及其它健康狀況缺乏了解，檢修工作具有很大的盲目性和局限性。同時增加了 停電次數(shù)，影響了供電的可靠性；第二現(xiàn)有的預(yù)防性試驗(yàn)電壓為IOKV，不容易發(fā)現(xiàn)設(shè)備 的缺陷，而在運(yùn)行電壓下對其進(jìn)行監(jiān)測，更容易反映設(shè)備絕緣的缺陷及隱患；第三國家電 網(wǎng)公司已經(jīng)頒發(fā)的《國家電網(wǎng)公司設(shè)備狀態(tài)檢修管理規(guī)定(試行)》；《國家電網(wǎng)公司關(guān)于規(guī)范 開展?fàn)顟B(tài)檢修工作意見》兩個管理文件及《輸變電設(shè)備狀態(tài)檢修試驗(yàn)規(guī)程》；《油浸式變壓器 (電抗器)狀態(tài)檢修導(dǎo)則》；《SF6高壓斷路器狀態(tài)檢修導(dǎo)則》等七個技術(shù)導(dǎo)則，因此當(dāng)前國 內(nèi)變電設(shè)備的檢修方式正處于用預(yù)知性的狀態(tài)檢修逐步取代原有的預(yù)防性停電定期檢修階 段，實(shí)現(xiàn)變電設(shè)備在線監(jiān)測及故障診斷是非常必要的，也是未來發(fā)展的必然趨勢
(三) 發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的在于提供一種應(yīng)用于變電設(shè)備在線監(jiān)測及故障診斷的操作簡單、安全 準(zhǔn)確的、適用于高溫差變化環(huán)境的變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。
本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的它包括至少連接一臺中央控制器的后臺機(jī)、 一臺連接 本地測量單元的中央控制器和至少兩臺的本地測量單元，后臺機(jī)由工控機(jī)、顯示器以及通訊 板卡組成，通過通訊總線與中央控制器相連；中央控制器由電源單元、嵌入式工控主板、觸 摸屏以及空氣開關(guān)組成，通過通訊電纜與本地測量單元連接；本地測量單元由高精度零磁通 穿芯傳感器、信號處理單元組成，變電設(shè)備的被測信號通過電纜穿過零磁通傳感器，傳感器 輸出電信號到信號處理單元，信號處理單元由DSP通過數(shù)字信號通訊總線連接中央控制器。
本實(shí)用新型還有這樣一些技術(shù)特征
1、 所述的中央控制器包括通過通訊電纜與本地測量單元連接的電壓互感器、嵌入式工控 主板、濾波器、液晶屏和觸摸屏，本地測量單元包括高精度零磁通穿芯傳感器以及信號處理 單元，傳感器電信號連接信號處理單元；
2、 所述的信號處理單元包括依次電信號連接的放大電路、隔離運(yùn)放、濾波電路、輸出電 路，放大電路、隔離運(yùn)放、濾波電路和輸出電路，輸出電路電信號連接DSP單元；
3、 所述的DSP單元包括電信號連接的信號采集單元與處理單元，信號采集單元包括至
少一片A/D轉(zhuǎn)換芯片，信號采集單元連接信號預(yù)處理模塊。
3本實(shí)用新型提供了一種分布式變電設(shè)備在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，針對變壓器、電流互 感器、避雷器、電容型套管、耦合電容器和斷路器等變電設(shè)備推出的新型在線監(jiān)測及故障診 斷系統(tǒng)。它包括至少連接一臺中央控制器的后臺機(jī)、 一臺連接本地測量單元的中央控制器和 至少兩臺的本地測量單元。后臺機(jī)通過通訊總線與中央控制器相連，實(shí)現(xiàn)被測數(shù)據(jù)的在線監(jiān) 測、記錄、存儲、分析設(shè)備故障等功能；中央控制器包括由電源單元、嵌入式工控主板、觸 摸屏以及空氣開關(guān)組成，通過通訊電纜與本地測量單元連接，實(shí)現(xiàn)本地測量單兀數(shù)據(jù)同步采 集控制，電源信號隔離濾波，數(shù)據(jù)匯總、計(jì)算、上傳等功能；本地測量單元山高精度零磁通 穿芯傳感器、信號處理單元組成，實(shí)現(xiàn)高壓電氣設(shè)備的泄露電流、二次電壓等信號的測量以 及信號就地數(shù)字化等功能。
系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、傳感器技術(shù)、內(nèi)核硬件、以及信號傳輸?shù)雀鞣矫婢〉猛黄菩赃M(jìn)展，真 正達(dá)到實(shí)用化的要求，系統(tǒng)在不改變變電設(shè)備原有接地方式的情況下，連續(xù)監(jiān)測、記錄高壓 設(shè)備絕緣參數(shù)及其它數(shù)據(jù)對于電容型設(shè)備(變壓器套管、電流互感器、電容式電壓互感器 和耦合電容器)準(zhǔn)確地測量介質(zhì)損耗、電容量及末屏電流；對斷路器可準(zhǔn)確監(jiān)測分合閘電流、 機(jī)構(gòu)振動信號與診斷、開斷電流與次數(shù)；對于避雷器測量全電流和阻性電流和容性電流；對 于變壓器本體，監(jiān)測油中溶解氣體含量(七種氣體或主要?dú)怏w氫氣)和鐵芯接地電流。通過 對監(jiān)測到信息的分析處理，可判斷出設(shè)備的運(yùn)行安全狀況，為變電設(shè)備狀態(tài)檢修提供決策性 指導(dǎo)。
變電設(shè)備在工況電壓下運(yùn)行時，本實(shí)用新型中木地測量單元連續(xù)采集變電設(shè)備泄露電流 和工況電壓信號，通過電壓和泄露電流信號計(jì)算介質(zhì)損耗、絕緣電阻、等值電容。通過對變 電設(shè)各介質(zhì)損耗、絕緣電阻等的連續(xù)監(jiān)測和分析，判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況。
為了實(shí)現(xiàn)上述任務(wù)，本實(shí)用新型采取如下的技術(shù)解決方案
中央控制器由嵌入式工控主板、操作顯示屏、開關(guān)電源，電源隔離單元組成
1) 嵌入式工控牛.板，由Xscal處理器PXA270為核心搭建，集成大容量CF存儲卡、232 通信接口、 CAN通信接口、以太網(wǎng)接口等，通過CAN通訊總線與本地測量單元連接，實(shí)現(xiàn) 本地測量單元的管理、測量數(shù)據(jù)匯總、計(jì)算、、數(shù)據(jù)上傳以及控制本地測量單元同步采樣。
2) 操作顯示屏由液晶屏和觸摸屏組成，與嵌入式工控主板連接，實(shí)現(xiàn)木地測量單元通信 狀態(tài)監(jiān)視、測量數(shù)據(jù)監(jiān)視等人機(jī)對話功能。
中央控制器的工作步驟如下 1)管理本地測量單元
>中央控制器周期掃描各個本地測量單元，監(jiān)測鏈路連接狀態(tài)。
>中央控制器周期采集本地測量單元在線測量的數(shù)據(jù)，首先由中央控制器發(fā)送同步采樣命令，各個本地測量單元接到命令后，同時開始采樣、計(jì)算，本地測量單元完成數(shù)據(jù)測 量后，向中央控制器請求上傳數(shù)據(jù)，得到中央控制器認(rèn)可后，本地測量單元將測量的數(shù)據(jù)上 傳到中央控制器。屮央控制器根據(jù)電介質(zhì)損耗等值電路(結(jié)合圖1)計(jì)算介質(zhì)損耗、等值電 容等絕緣特征參數(shù)。
由等值電路可得介質(zhì)損耗表達(dá)式為
^ 戶 戶
妙
式中 5 —
後<5
功率因素角P的余角，稱為介質(zhì)損失角；
一介質(zhì)損失角正切值，又稱為介質(zhì)損耗因數(shù)； -電源角頻率。
>所有本地測量單元的工作電源由中央控制器控制，實(shí)現(xiàn)各個本地測量單元的同時 上電和同時斷電。
>中央控制器為各個本地測量單元提供統(tǒng)一的參考源信號。 2)人機(jī)對話和顯不
>中央控制器液晶顯示被測設(shè)備特征參數(shù)的在線測量結(jié)果。
>中央控制器液品動態(tài)顯示各個本地測量單元的通信狀態(tài)。 LMU系列本地測量單元由零磁通穿芯傳感器、信號預(yù)處理單元、DSP單元，電源單元
組成
1) 零磁通傳感器是整個測量單元的核心，也是本發(fā)明的關(guān)鍵元件，丁作原理是電信號 穿過傳感器后經(jīng)過磁感應(yīng)以及反饋補(bǔ)償輸出電信號到信號預(yù)處理單元；傳感器測量精度高， 相位測量精度高±0.02度；測量范圍寬10(VA 700mA;工作溫度寬-35°C +65°C。
2) 信號預(yù)處理單元對信號進(jìn)行放大、濾波、量程選擇等處理后，將信號輸出到DSP處理 單元。
3) DSP單元包括A/D采樣單元和計(jì)算單元，DSP控制A/D進(jìn)行采樣，然后由計(jì)算單元采 用諧波分析法，對A/D釆樣序列進(jìn)行FFT變換，計(jì)算出信號有效值以及相對于參考信號的相位差。
本地測量單元工作步驟如下
l)傳感器信號轉(zhuǎn)換傳感器采集到的信號經(jīng)過放大、濾波、反饋等處理后輸出電信號到 信號預(yù)處理單元。2) 信號預(yù)處理單元經(jīng)過隔直濾波、放大、濾波、選擇量程等處理后將信號輸出到DSP單元。
3) DSP單元由DSP控制14位A/D采樣，將電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，DSP對數(shù)字信號序列采用諧波分析法進(jìn)行分析，再通過FFT對信號進(jìn)行頻域分析，最后計(jì)算出信號的有效值以及相對于參考信號的相位；經(jīng)過多次測量和數(shù)字濾波方法計(jì)算出穩(wěn)定的信號有效值和相位差，之后將信號的有效值和相位上傳到中央控制器。
后臺機(jī)由工控機(jī)、顯示器以及通訊板卡組成，軟件包括在線監(jiān)視軟件、分析軟件、數(shù)據(jù)庫管理軟件以及圖形組態(tài)軟件。
1) 通過通訊總線采集中央控制器計(jì)算得到的被測設(shè)備的測量數(shù)據(jù)。
2) 在線圖形化顯示被測設(shè)備的測量數(shù)據(jù)如相對介損、絕對介損、電容比值等
3) 在線圖形化顯示被測設(shè)備絕緣狀況以及中央控制器、本地測量單元的工作狀態(tài)。
4) 存儲測得的被測設(shè)備特征數(shù)據(jù)，存儲時間達(dá)20年，在線分析歷史數(shù)據(jù)，采用趨勢分析、對比分析等手段，準(zhǔn)確判斷設(shè)備的絕緣狀況，繪出設(shè)備絕緣變化趨勢曲線，根據(jù)設(shè)備判據(jù)適時報警。
后臺機(jī)工作步驟如下
在線監(jiān)視軟件:
1) 工控機(jī)通訊板卡通過CAN總線與中央控制器通訊，采集被測設(shè)備的絕緣特征數(shù)據(jù)。
2) 顯示器圖形化顯示設(shè)備的絕緣特征數(shù)據(jù)，分絕對數(shù)據(jù)和相對數(shù)據(jù)兩種，并連續(xù)更新。
3) 工控機(jī)每2分鐘存儲各個被測設(shè)備的絕緣特征數(shù)據(jù)，并根據(jù)在線分析周期進(jìn)行設(shè)備絕緣狀態(tài)的在線分析，分析手段有趨勢分析和對比分析，通過這兩種手段的分析，可以準(zhǔn)確地判斷出設(shè)備的絕緣狀況。
4) 當(dāng)檢測出設(shè)備絕緣故障后，工控機(jī)會通過聲、光、短信等方式報警，提示運(yùn)行維護(hù)人員對設(shè)備進(jìn)行檢修。報警方式人工設(shè)定。
數(shù)據(jù)分析軟件
1) 根據(jù)用戶選定的時間段讀取歷史數(shù)據(jù)。
2) 對比分析用戶設(shè)定基準(zhǔn)設(shè)備，選擇要分析的設(shè)備，可選擇多個設(shè)備，通過介損差值、
電容比值等分析相對趨勢曲線，進(jìn)而判斷設(shè)備絕緣狀況。
3) 趨勢分析選擇要分析的設(shè)備，選擇時間段，分析一段時間設(shè)備特征數(shù)據(jù)的趨勢曲線，
判斷設(shè)備絕緣狀況。
4) 根據(jù)用戶選擇的設(shè)備、時間段等信息，生成設(shè)備特征數(shù)據(jù)報表。-數(shù)據(jù)庫管理軟件
61) 配置被測設(shè)備臺帳信息。
2) 配置通訊總線參數(shù)，實(shí)現(xiàn)后臺機(jī)與中央控制的連接。
3) 配置通道信息以及通道告警閥值。
4) 配置設(shè)備絕緣狀態(tài)判據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)特點(diǎn)有-
1、 獨(dú)有的參考源技術(shù)，所有本地測量單元都以參考源信號為基準(zhǔn)。
2、 中央控制器包括電源單元、嵌入式工控主板、液晶屏、觸摸屏以及空氣丌關(guān)，電源單元實(shí)現(xiàn)供電電源的隔離、濾波的電源凈化功能，工控主板通過通訊總線連接本地測量單元，實(shí)現(xiàn)本地測量單元管理。
3、 本地測量單元包括高精度零磁通穿芯傳感器和信號處理單元，零磁通傳感器通過電信號與信號處理單元相連，傳感器輸出的電信號經(jīng)過放大、濾波預(yù)處理后，輸出到DSP單元。
4、 DSP單元包括電信號連接的信號采集單元與處理單元，信號采集單元包括至少一片A/D轉(zhuǎn)換芯片，信號采集單元通過電信號與處理單元連接。
本實(shí)用新型的有益效果有
1) 本實(shí)用新型裝置是一種在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以在變電設(shè)備運(yùn)行工況下診斷設(shè)備的絕緣狀況。
2) 可以準(zhǔn)確計(jì)算出設(shè)備的介質(zhì)損耗、等值電容，'在線監(jiān)視介質(zhì)損耗的變化趨勢和智能分析設(shè)備的絕緣劣化趨勢以及設(shè)備的絕緣狀況。
3) 參考源信號的引入很好的解決了電壓、電流信號相位采集不同步的問題。


圖1為電介質(zhì)并聯(lián)等值電路結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本實(shí)用新型中央控制器結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本實(shí)用新型本地測量單元結(jié)構(gòu)示意圖；圖4、圖5為本實(shí)用新型泄露電流信號取樣接線圖；圖6為本實(shí)用新型本地測量單元程序流程圖；圖7為本實(shí)用新型本地測量單元DSP單元框圖8為木實(shí)用新型本地測量單元預(yù)處理單元(模擬通道處理單元)框圖；圖9為本實(shí)用新型本地測量單元預(yù)處理單元(模擬通道處理單元)原理圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說明
本實(shí)施例由一臺后臺機(jī)、 一臺中央控制器和2臺本地測量單元構(gòu)成。本地測量單元安裝在電壓互感器(PT)的支柱上，構(gòu)成分布的測量單元，中央控制器安裝在就近設(shè)備支柱上，中央控制器與2臺本地測量單元通過CAN總線連接，中央控制器與后臺機(jī)通過CAN總線連接。
本實(shí)施例的具體包括以下歩驟
1、 將1臺本地測量單元(LMU-U)用抱箍安裝電壓互感器的支柱上，用于測量電壓互感器的二次電壓信號，信號取樣接線方式如下在PT的就地端子箱取電壓信號，引至LMU-U單元，將電壓信號轉(zhuǎn)換成小電流信號。具體的做法是從電壓互感器二次繞組端子柜中安裝一開關(guān)，引出信號至就地單元，并經(jīng)電阻采樣回路轉(zhuǎn)換成小電流信號。(可在不停電的情況下進(jìn)行)。
2、 將1臺本地測量單元(LMU-C)用抱箍安裝電壓互感器的支柱上，用于測量電壓互感器的泄露電流信號，信號取樣接線方式如下LMU-C單元取樣信號為PT的末屏接地電流，將PT的末屏引至LMU-C監(jiān)測單元，經(jīng)過穿芯式(一匝)傳感器后再引回PT接地。如PT處不易接地，也可在LMU-C單元處接地。注意在PT未斷電前，不能解開LMU-C單元中末屏接地線。
三相末屏電流各有一個引下線，用6mn^屏蔽電纜與LMU-C單元的三相對應(yīng)端號聯(lián)接后解開引下線，末屏引下線在接入過程中接地線不能開路，并安裝蛇皮管或鋼管護(hù)套。檢査方法A、末屏與地之間應(yīng)處于連通狀態(tài)。 '
B、 相別與測量單元的標(biāo)志一致。
C、 注意電流信號接入極性及接地。安裝時PT取末屏漏電流信號接線。本地測量單元測量原理
測量原理分以下幾部分
1、 傳感器信號轉(zhuǎn)換傳感器采集到的信號經(jīng)過放大、濾波、反饋等處理后輸出電信號到信號預(yù)處理單元。
2、 信號預(yù)處理單元通過低噪聲、高精度運(yùn)放器件OP27G對輸入信號進(jìn)行相應(yīng)的放大或縮小，放大或縮小的范圍由DSP通過MAX333控制，輸入信號再經(jīng)過由OP27G搭建的二階低通濾波進(jìn)行兩次濾波，最后輸入的電信號經(jīng)過低噪聲、高精度運(yùn)放器件OP27G放大后輸入到DSP單元。
3、 DSP單元由DSP控制14位A/D采樣，每采樣20個周波計(jì)算一組數(shù)據(jù)，將電信號轉(zhuǎn)
換成數(shù)字信號，DSP對數(shù)字信號序列采用諧波分析法進(jìn)行分析，再通過FFT對信號進(jìn)行頻域
分析，最后計(jì)算出信號的有效值以及相對于參考信號的相位；經(jīng)過多次測量和數(shù)字濾波方法
8計(jì)算出穩(wěn)定的信號有效值和相位差，之后將信號的有效值和相位上傳到中央控制器。中央控制器由嵌入式工控主板、操作顯示屏、開關(guān)電源，電源隔離單元組成。
1. 中央控制器通過CAN總線與2臺本地測量單元連接，實(shí)現(xiàn)PT泄露電流、二次電壓的同歩采樣，并準(zhǔn)確計(jì)算出PT的介質(zhì)損耗、絕緣電阻和等值電容等絕緣特征數(shù)據(jù)，并將計(jì)算后的PT絕緣特征數(shù)據(jù)上傳到后臺機(jī)。
2. 操作顯示屏由液晶屏和觸摸屏組成，與嵌入式工控主板連接，實(shí)現(xiàn)本地測量單元通信狀態(tài)監(jiān)視、測量數(shù)據(jù)監(jiān)視、人機(jī)對話功能。
后臺機(jī)-
1、 通過通訊總線采集中央控制器計(jì)算得到的被測設(shè)備的測量數(shù)據(jù)。
2、 在線圖形化顯示PT的測量數(shù)據(jù)如相對介損、絕對介損、電容比值等
3、 在線圖形化顯示PT絕緣狀況以及中央控制器、本地測量單元的工作狀態(tài)。
4、 存儲測得的PT特征數(shù)據(jù)，存儲時間達(dá)20年，在線分析歷史數(shù)據(jù)，采用趨勢分析、對比分析等手段，準(zhǔn)確判斷設(shè)備的絕緣狀況，繪出設(shè)備絕緣變化趨勢曲線，根據(jù)設(shè)備判據(jù)適時報警。
結(jié)合圖9，本地測量單元預(yù)處理單元(交流模擬量通道)
1、 由精密電阻R107和R108構(gòu)成分壓選擇電路，由多路CMOS模擬開關(guān)MAX333控制輸入信號的縮小比例?？s小比例最大為R108/ (R107+R108) =10.
2、 由低噪聲、高精度運(yùn)放器OP27G及精密電阻R110和R109構(gòu)成有源同相比例放大電路，放大比例為(R110+詣9) /謂9=10.
3、 由低噪聲、高精度運(yùn)放器OP27G及精密電阻R113和R114構(gòu)成有源同相比例放大電路，由多路模擬開關(guān)MAX333控制電路放大信號或不放大信號，放大比例最大為(精密電阻R113+R114) /R114=10.
4、 由低噪聲、高精度運(yùn)放器OP27G及精密電阻R115、 R116和精密電容C105、 C104構(gòu)成有源二階低通濾波，截止頻率由精密電阻R115、 R116、精密電容C105、 C104確定。
9
權(quán)利要求1、一種變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于它包括至少連接一臺中央控制器的后臺機(jī)、一臺連接本地測量單元的中央控制器和至少兩臺本地測量單元，后臺機(jī)由工控機(jī)、顯示器以及通訊板卡組成，通過通訊總線與中央控制器相連；中央控制器由電源單元、嵌入式工控主板、觸摸屏以及空氣開關(guān)組成，通過通訊電纜與本地測量單元連接；本地測量單元由高精度零磁通穿芯傳感器、信號處理單元組成，變電設(shè)備的被測信號通過電纜穿過零磁通傳感器，傳感器輸出電信號到信號處理單元，信號處理單元由DSP通過數(shù)字信號通訊總線連接中央控制器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于所述的中央控制器 包括通過通訊電纜與本地測量單元連接的電壓互感器、嵌入式工控主板、濾波器、液品屏和 觸摸屏，本地測量單元包括高精度零磁通穿芯傳感器以及信號處理單元，傳感器電信號連接 信號處理單元。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于所述的信號處理單 元包括依次電信號連接的放大電路、隔離運(yùn)放、濾波電路、輸出電路，輸出電路電信號連接 DSP單元。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，其特征在于所述的DSP單元 包括電信號連接的信號采集單元與處理單元，信號采集單元包括至少一片A/D轉(zhuǎn)換芯片，信 號采集單元連接信號預(yù)處理模塊。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種變電設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。它包括至少連接一臺中央控制器的后臺機(jī)、一臺連接本地測量單元的中央控制器和至少兩臺的本地測量單元，本實(shí)用新型裝置是一種在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以在變電設(shè)備運(yùn)行工況下診斷設(shè)備的絕緣狀況，可以準(zhǔn)確計(jì)算出設(shè)備的介質(zhì)損耗、等值電容，在線監(jiān)視介質(zhì)損耗的變化趨勢和智能分析設(shè)備的絕緣劣化趨勢以及設(shè)備的絕緣狀況，另外參考源信號的引入很好地解決了電壓、電流信號相位采集不同步的問題。
文檔編號G01R19/00GK201413371SQ20092009953
公開日2010年2月24日 申請日期2009年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月9日
發(fā)明者吳明柱, 國際平, 張文瑞, 王懷君 申請人:哈爾濱國力電氣有限公司