專利名稱：變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種電カ系統(tǒng)，尤其涉及ー種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近幾年來，隨著電網(wǎng)飛速發(fā)展，設(shè)備狀態(tài)檢修技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，變電站設(shè)備各類在線監(jiān)測裝置越來越多，但十多年運行經(jīng)驗表明變電站設(shè)備各類在線監(jiān)測裝置不但費用高，運行維護問題多，且大多壽命較短，一般運行兩年就不能穩(wěn)定運行了，常常在設(shè)備在線監(jiān)測裝置的壽命期內(nèi)不能發(fā)現(xiàn)一起被監(jiān)測設(shè)備的缺陷?？傊?，許多安裝在各種設(shè)備上的在線監(jiān)測裝置有效性較差，如何改變依賴在被監(jiān)測設(shè)備上安裝在線監(jiān)測裝置進行運行中設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的現(xiàn)狀，是廣大電カ技術(shù)人員夢寐以求的愿景。隨著智能電網(wǎng)的建設(shè)和發(fā)展，電力系統(tǒng)通訊和信息系統(tǒng)飛速發(fā)展，各種高速A/D變換及數(shù)值采集技術(shù)更加成熟，為變電站設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和診斷直接采用用于電カ系統(tǒng)計量和保護的電壓、電流互感器成為可能。目前,現(xiàn)有變電站自動化系統(tǒng)還存在諸多的不足,具體包括I)裝置功能獨立，且部分內(nèi)容重復(fù)，缺乏高級應(yīng)用。雖然獨立的裝置實現(xiàn)了智能，但是卻沒有真正意義上的變電站系統(tǒng)智能，由于功能獨立，裝置間缺乏整體協(xié)調(diào)、集成應(yīng)用和功能優(yōu)化；高級應(yīng)用功能，如狀態(tài)估計、故障分析、決策支持等尚未完全實現(xiàn)。2)二次接線復(fù)雜、CT/VT負載過重由于測量數(shù)據(jù)和控制機構(gòu)不能共享，自動化裝置之間缺乏通信等原因，變電站內(nèi)二次接線十分復(fù)雜，且系統(tǒng)內(nèi)使用的通訊規(guī)約不統(tǒng)一，不同的廠家使用不同的通訊規(guī)約，在系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的時候需要進行不同程度的規(guī)約轉(zhuǎn)換，加大了調(diào)試的復(fù)雜性，也増加了運行、維護的難度，給設(shè)計、調(diào)試和維護帶來了一定的困難，降低了系統(tǒng)的可靠性。同時，存在大量硬接線，造成CT/VT負載過重。3)裝置的智能化優(yōu)勢未得到充分利用。由于站內(nèi)各套獨立的自動化裝置間缺乏集成應(yīng)用，使得智能裝置的作用并未完全發(fā)揮，從而降低了自動化系統(tǒng)的使用效率和投資價值。4)缺乏統(tǒng)一的信息模型。相互獨立的自動化裝置間缺乏互操作性，一方面局限了其在站內(nèi)的應(yīng)用，另ー方面也給集控中心對信息的集成和維護帶來困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述問題，提供ー種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，它具有通過對電力系統(tǒng)某一瞬間運行狀態(tài)的多處同時暫態(tài)量的采集，經(jīng)數(shù)值分析處理，與系統(tǒng)各不同エ況的建模分析結(jié)果對比，實現(xiàn)從系統(tǒng)分析的角度，對系統(tǒng)某個局部設(shè)備運行狀態(tài)進行評估和分析的優(yōu)點。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案ー種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，包括依次連接的物理層、鏈路層和應(yīng)用層； 所述物理層包括若干個合并単元，所述每個合并單元與三相出線電壓互感器連接或三相出線電流互感器連接；所述物理層用于檢測變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)，并將檢測的數(shù)據(jù)傳輸給鏈路層；所述鏈路層包括變電站故障信息模塊、暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊、諧波信號比較模塊、エ頻信號處理模塊、GIS站內(nèi)局部放電分析模塊、斷路器操作過程分析模塊、變電站雷電侵入波分析模塊、變電站諧波分析模塊、系統(tǒng)諧波源分析模塊、區(qū)域諧波損耗分析模塊、電能計量模塊、測量及繼電保護模塊和變電站各區(qū)域損耗分析模塊；所述鏈路層用于對物理層檢測的數(shù)據(jù)進行分析處理，將分析結(jié)果上傳給應(yīng)用層；所述應(yīng)用層包括變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊、監(jiān)測中心、計量中心和調(diào)度中心；所述應(yīng)用層接收來自鏈路層的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同數(shù)據(jù)信息屬性，分別控制監(jiān)測中心、計量中心和調(diào)度中心對對其進行處理和診斷分析。所述物理層的三相出線電壓互感器或三相出線電流互感器將信號傳輸給合并單元，所述合并單元將信號傳輸給鏈路層；所述鏈路層從物理層接收的故障信息傳輸給變電站故障信息模塊，所述鏈路層從物理層接收的暫態(tài)信號傳輸給暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊，所述鏈路層從物理層接收的諧波信號傳輸給諧波信號比較處理模塊，所述鏈路層從物理層接收的エ頻信號傳輸給エ頻信號處理模塊；所述暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊將處理后的數(shù)據(jù)分別傳輸給GIS站內(nèi)局部放電分析模塊、斷路器操作過程分析模塊和變電站雷電侵入波分析模塊；所述諧波信號比較處理模塊將數(shù)據(jù)傳輸給變電站諧波分析模塊，變電站諧波分析模塊將數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)諧波源分析模塊，系統(tǒng)諧波源分析模塊將監(jiān)測及分析結(jié)果發(fā)往區(qū)域諧波損耗分析模塊和監(jiān)測中心；所述エ頻信號處理模塊將數(shù)據(jù)傳輸給電能計量模塊、測量及繼電保護模塊和變電站各區(qū)域損耗分析模塊；所述電能計量模塊將數(shù)據(jù)傳輸給計量中心，所述測量及繼電保護模塊將數(shù)據(jù)傳輸給調(diào)度中心；所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊將接收GIS站內(nèi)局部放電分析模塊、斷路器操作過程分析模塊、變電站雷電侵入波分析模塊、區(qū)域諧波損耗分析模塊和變電站各區(qū)域損耗分析模塊的數(shù)據(jù)，所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊還接收GIS氣壓密度信息、變壓器油溫度信號、變電站設(shè)備管理信息和其他常規(guī)監(jiān)測量；所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊將分析結(jié)果上傳給狀態(tài)檢測中心。所述變電站故障信息模塊負責收集電壓互感器或電流互感器等監(jiān)測單元所采集變電站內(nèi)設(shè)備故障信息；所述暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊負責將變電站故障信息模塊監(jiān)測故障信息進行數(shù)字差分處理，濾除故障信息中干擾數(shù)據(jù)，提取真實故障信號；所述諧波信號比較模塊負責通過設(shè)定諧波信號閾值，采集并提取諧波信號，將諧波信息傳輸至變電站諧波分析模塊；所述エ頻信號處理模塊負責采集電力系統(tǒng)中的エ頻信號，并對信號進行濾波和降噪處理，最終將純凈的エ頻信號傳輸至電能計量模塊、測量及機電保護模塊等；GIS站內(nèi)局部放電分析模塊負責對前置局部放電監(jiān)測裝置監(jiān)測信息進行放大、濾波、降噪、提取出真實局部放電信號，并通過局部放電分析模塊中的專家診斷系統(tǒng)，對局部放電信號進行分類和模式識別，通過與缺陷庫中不同缺陷類型進行對比，給出所監(jiān)測局部放電信號的特征信息，進而指導現(xiàn)場局部放電檢測，維護被監(jiān)測設(shè)備；斷路器操作過程分析模塊負責記錄和分析斷路器分閘和合閘過程中的操動機構(gòu)信息，包括斷路器拒分、拒合、誤分、儲能電機損壞、斷路器直流電阻等，掌握斷路器運行狀態(tài)，并將信息傳輸至調(diào)度運行部門；變電站雷電侵入波分析模塊負責對侵入變電站內(nèi)的雷電波信息進行分析，包括雷電流大小，波頭時間，波尾時間以及確定是直擊雷還是感應(yīng)雷，為采恰當?shù)睦纂姺雷o提供指導；變電站諧波分析模塊負責通過小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對系統(tǒng)諧波進行分析和處理，將處理結(jié)果傳輸至系統(tǒng)諧波源分析模塊；系統(tǒng)諧波源分析模塊負責通過傅里葉變換，對諧波信號進行分析，分離出諧波信號中的奇次諧波和偶次諧波，將諧波源分析結(jié)果發(fā)往監(jiān)測中心；電能計量模塊負責對傳輸?shù)碾娔苓M行計量；測量及繼電保護模塊負責測量從被保護對象輸入的有關(guān)物理量，與已給定的整定值進行比較，對電カ系統(tǒng)故障和不正常運行進行監(jiān)控，切除故障，保護電カ設(shè)備；變電站各區(qū)域損耗分析模塊負責監(jiān)測并統(tǒng)計分析變電站內(nèi)不同電壓等級設(shè)備的電能損耗；區(qū)域諧波損耗分析模塊負責監(jiān)測并統(tǒng)計變電站內(nèi)不同電壓等級設(shè)備區(qū)域的諧波，通過區(qū)域諧波損耗分析模塊內(nèi)嵌入的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換和傅里葉變換等數(shù)學分析方法，對系統(tǒng)諧波進行分析，分離出基波和高次諧波，并對不同高次諧波損耗進行統(tǒng)計和分析。變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊負責接收變電站內(nèi)各種監(jiān)測裝置和被監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)信息，通過狀態(tài)監(jiān)測和運行分析處理單元，對各類信息進行統(tǒng)計分析，將分析結(jié)果上傳給狀態(tài)檢測中心；所述物理層包括兩根母線，兩根母線之間通過若干條母線回路連接，所述母線回路包括若干個斷路互感單元，所述斷路互感單元包括串聯(lián)的斷路器和電流互感器，每根母線都通過斷路互感單元與出線連接，所述每根出線上都設(shè)有電壓互感単元；所述電壓互感単元包括避雷器、電壓互感器和合并單元；每根母線上還設(shè)有避雷器和電壓互感器。所述若干出線上還設(shè)有主變壓器。所述若干合并單元與變電站站域的設(shè)備狀態(tài)檢測分析裝置和電能質(zhì)量檢測分析裝置連接。所述電壓互感器采用中國專利申請?zhí)枮?01010259969. 2，專利名稱為多頻段測量的數(shù)字式線性交流電壓互感器及其測量方法里面提到的電壓互感器，所述電壓互感器包括與高壓導線連接的線性分壓器，所述線性分壓器輸出端與高速數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接，高速數(shù)據(jù)采集模塊將采集的模擬信號轉(zhuǎn)化為高頻信號和エ頻信號后輸出；高速數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與光電隔離傳輸模塊的輸入端連接，光電隔離傳輸模塊輸出端分別與エ頻輸出接口和信號分頻模塊輸入端連接，信號分頻模塊輸出端分別與諧波輸出接口和高頻輸出接ロ的輸入端連接。所述電流互感器采用中國專利申請?zhí)枮?01010259967. 3，專利名稱為多頻段測量數(shù)字式線性交流電流互感器及其測量方法里面提到的電流互感器，所述電流互感器包括數(shù)字式線性交流電流傳感器，該數(shù)字式線性交流電流傳感器輸出端與高壓側(cè)高速數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接，高壓側(cè)高速數(shù)據(jù)采集模塊輸出端與高速光纖絕緣傳輸模塊輸入端連接，高速光纖絕緣傳輸模塊輸出端分別與エ頻輸出接口和信號分頻模塊輸入端連接，信號分頻模塊輸出端分別與諧波輸出接口和高頻輸出接ロ的輸入端連接，分別輸出測量值。所述合并単元通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊分別與電壓互感器或電流互感器連接，所述合并単元上還設(shè)有ニ進制開關(guān)輸入模塊、電源供應(yīng)電路和維修請求電路，所述合并單元通過以太網(wǎng)連接線路保護模塊、暫態(tài)量模塊、諧波量模塊和間隔層控制器；所述合并單元通過第一同步信號與其他合并單元同步，所述合并単元通過第二同步信號控制不同類型的電壓互感器或電流互感器同步采集。所述合并単元內(nèi)部包括若干光電轉(zhuǎn)換模塊，所述每個光電轉(zhuǎn)換模塊接收數(shù)據(jù)輸入并將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給FPGA上相應(yīng)的解碼校驗?zāi)K，所述解碼校驗?zāi)K將數(shù)據(jù)傳輸給FPGA上的FIFO數(shù)據(jù)排序模塊，F(xiàn)PGA上的同步功能模塊將數(shù)據(jù)傳輸給光電轉(zhuǎn)換模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊將輸出同步脈沖序列。所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊為至少包括變電站雷電侵入波監(jiān)測模塊、斷路器操作過程監(jiān)測模塊、局部放電監(jiān)測模塊、變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備分析診斷模塊、區(qū)域諧波損耗監(jiān)測模塊和變電站各區(qū)域損耗監(jiān)測模塊，上述各種變電站內(nèi)區(qū)域分析模塊負責通過采用不同數(shù)學分析方法，將所監(jiān)測信息進行統(tǒng)計分析，并將處理結(jié)果以太網(wǎng)或光線傳輸至變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊。所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊，通過接收上述各種模塊傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，并對其進行融合處理，根據(jù)設(shè)備缺陷和異常時發(fā)出的各種電氣信號特征，通過不同站域分析模塊的信息收集功能，對同一時刻電力系統(tǒng)運行信息進行采集、處理，得出該電壓互感器(或電流互感器)所涉及范圍內(nèi)的設(shè)備運行健康狀態(tài)，將分析結(jié)果上傳給監(jiān)測中心。所述變電站雷電侵入波監(jiān)測模塊負責對侵入變電站內(nèi)的雷電波信息進行分析，包括雷電流大小，波頭時間，波尾時間以及確定是直擊雷還是感應(yīng)雷，為采恰當?shù)睦纂姺雷o提供指導；所述斷路器操作過程監(jiān)測模塊負責記錄和分析斷路器分閘和合閘過程中的操動機構(gòu)信息，包括斷路器拒分、 拒合、誤分、儲能電機損壞、斷路器直流電阻等，掌握斷路器運行狀態(tài)，并將信息傳輸至調(diào)度運行部門；所述局部放電監(jiān)測模塊負責將所檢測的變電設(shè)備局部放電信號進行預(yù)處理，包括信號放大、濾波、降噪，最終提取出被檢測設(shè)備內(nèi)部真實局部放電信號，然后通過局部放電分析模塊中的專家診斷系統(tǒng)，對局部放電信號進行分類和模式識別，通過與缺陷庫中不同缺陷類型進行對比，給出所監(jiān)測局部放電信號的特征信息，進而指導現(xiàn)場局部放電檢測，維護被監(jiān)測設(shè)備；所述變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備分析診斷模塊負責監(jiān)測并統(tǒng)計分析變電站內(nèi)不同電壓等級設(shè)備的電能損耗；所述區(qū)域諧波損耗監(jiān)測模塊負責監(jiān)測并統(tǒng)計變電站內(nèi)不同電壓等級設(shè)備區(qū)域的諧波，通過區(qū)域諧波損耗分析模塊內(nèi)嵌入的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換和傅里葉變換等數(shù)學分析方法，對系統(tǒng)諧波進行分析，分離出基波和高次諧波，并對不同高次諧波損耗進行統(tǒng)計和分析。所述變電站各區(qū)域損耗監(jiān)測模塊負責監(jiān)測并統(tǒng)計分析變電站內(nèi)不同電壓等級設(shè)備的電能損耗；
所述監(jiān)測中心負責實時監(jiān)測變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊所傳輸?shù)淖冸娬纠纂娗秩氩ūO(jiān)測模塊、斷路器操作過程監(jiān)測模塊、局部放電監(jiān)測模塊等監(jiān)測信息，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)風險等級，判斷站域設(shè)備健康狀態(tài)，對健康狀態(tài)較差設(shè)備及時給出預(yù)警信息。所述計量中心負責對電能計量模塊所監(jiān)測不同站域設(shè)備電能進行分析，統(tǒng)計變電站內(nèi)不同線路所交換的電能數(shù)量；所述調(diào)度中心負責根據(jù)測量及繼電保護模塊所監(jiān)測信息以及系統(tǒng)當前運行狀況，對電カ系統(tǒng)不同線路進行綜合調(diào)度的控制、決策和指揮中心。本發(fā)明專利的有益效果是通過構(gòu)建站域設(shè)備運行狀態(tài)分析診斷系統(tǒng)，對電力系統(tǒng)變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行中健康狀態(tài)進行分析診斷和電能質(zhì)量監(jiān)測，為電網(wǎng)設(shè)備管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐，利用運行狀態(tài)分析診斷系統(tǒng)的智能診斷功能，實現(xiàn)站域設(shè)備健康狀態(tài)分析。此外，該系統(tǒng)的構(gòu)建突破了目前輸變電設(shè)備運行中狀態(tài)檢測靠在設(shè)備自身上加裝各種在線監(jiān)測裝置來實現(xiàn)的現(xiàn)狀，解決了長期以來困擾人們的在線監(jiān)測裝置在電カ系統(tǒng)惡劣運行環(huán)境下不能穩(wěn)定運行和其壽命遠低于被監(jiān)測的主設(shè)備等問題。該系統(tǒng)主要包括安裝在變電站母線和出線上，具備電能質(zhì)量測量和暫態(tài)信號測量功能的數(shù)字式線性電壓互感器和數(shù)字線性電流互感器，通過對電力系統(tǒng)某一瞬間運行狀態(tài)的多處同時暫態(tài)量的采集，經(jīng)智能變電站的各區(qū)域的合并單元發(fā)送至變電站層，經(jīng)數(shù)值分析處理，與系統(tǒng)各不同エ況的建模分析結(jié)果對比，從系統(tǒng)分析的角度，實現(xiàn)對系統(tǒng)某個局部設(shè)備運行狀態(tài)進行評估和分析。由于信號直接來至系統(tǒng)回路本身，其分析診斷的有效性將提高，從根本上大大改變了設(shè)備監(jiān)測的基礎(chǔ)，為全面大面積的設(shè)備監(jiān)測評估提供了可能性，對電網(wǎng)經(jīng)濟安全運行有著重大的意義。


圖1為本發(fā)明的電氣連接示意圖；圖2為本發(fā)明的物理層實際安裝示意圖；圖3為本發(fā)明的合并單元連接示意圖；圖4為本發(fā)明的合并單元內(nèi)部連接框圖；圖5為本發(fā)明的単相設(shè)備狀態(tài)檢測分析裝置示意圖；圖6為本發(fā)明的三相設(shè)備狀態(tài)檢測分析裝置示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進ー步說明。如圖1所示，ー種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，包括依次連接的物理層、鏈路層和應(yīng)用層；所述物理層包括若干個合并単元，所述每個合并單元與三相出線電壓互感器連接或三相出線電流互感器連接；所述鏈路層包括變電站故障信息模塊、暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊、諧波信號比較模塊、エ頻信號處理模塊、GIS站內(nèi)局部放電分析模塊、斷路器操作過程分析模塊、變電站雷電侵入波分析模塊、變電站諧波分析模塊、系統(tǒng)諧波源分析模塊、區(qū)域諧波損耗分析模塊、電能計量模塊、測量及繼電保護模塊和變電站各區(qū)域損耗分析模塊；
所述應(yīng)用層包括變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊、監(jiān)測中心、計量中心和調(diào)度中心；所述物理層的三相出線電壓互感器或三相出線電流互感器將信號傳輸給合并單元，所述合并單元將信號傳輸給鏈路層；所述鏈路層從物理層接收的故障信息傳輸給變電站故障信息模塊，所述鏈路層從物理層接收的暫態(tài)信號傳輸給暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊，所述鏈路層從物理層接收的諧波信號傳輸給諧波信號比較處理模塊，所述鏈路層從物理層接收的エ頻信號傳輸給エ頻信號處理模塊；所述暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊將處理后的數(shù)據(jù)分別傳輸給GIS站內(nèi)局部放電分析模塊、斷路器操作過程分析模塊和變電站雷電侵入波分析模塊；所述諧波信號比較處理模塊將數(shù)據(jù)傳輸給變電站諧波分析模塊，變電站諧波分析模塊將數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)諧波源分析模塊，系統(tǒng)諧波源分析模塊將監(jiān)測及分析結(jié)果發(fā)往區(qū)域諧波損耗分析模塊和監(jiān)測中心；所述エ頻信號處理模塊將數(shù)據(jù)傳輸給電能計量模塊、測量及繼電保護模塊和變電站各區(qū)域損耗分析模塊；所述電能計量模塊將數(shù)據(jù)傳輸給計量中心，所述測量及繼電保護模塊將數(shù)據(jù)傳輸給調(diào)度中心；所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊將接收GIS站內(nèi)局部放電分析模塊、斷路器操作過程分析模塊、變電站雷電侵入波分析模塊、區(qū)域諧波損耗分析模塊和變電站各區(qū)域損耗分析模塊的數(shù)據(jù)，所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊還接收GIS氣壓密度信息、變壓器油溫度信號、變電站設(shè)備管理信息和其他常規(guī)監(jiān)測量；所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊將分析結(jié)果上傳給狀態(tài)檢測中心。所述變電站故障信息模塊的功能是負責收集電壓互感器或電流互感器等監(jiān)測單元所采集變電站內(nèi)設(shè)備故障信息；所述暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊的功能是負責將變電站故障信息模塊監(jiān)測故障信息進行數(shù)字差分處理，濾除故障信息中干擾數(shù)據(jù)，提取真實故障信號；所述諧波信號比較模塊的功能是負責通過設(shè)定諧波信號閾值，采集并提取諧波信號，將諧波信息傳輸至變電站諧波分析模塊；所述エ頻信號處理模塊的功能是負責采集電カ系統(tǒng)中的エ頻信號，并對信號進行濾波和降噪處理，最終將純凈的エ頻信號傳輸至電能計量模塊、測量及機電保護模塊等;GIS站內(nèi)局部放電分析模塊的功能是負責對前置局部放電監(jiān)測裝置監(jiān)測信息進行放大、濾波、降噪、提取出真實局部放電信號，并通過局部放電分析模塊中的專家診斷系統(tǒng)，對局部放電信號進行分類和模式識別，通過與缺陷庫中不同缺陷類型進行對比，給出所監(jiān)測局部放電信號的特征信息，進而指導現(xiàn)場局部放電檢測，維護被監(jiān)測設(shè)備；斷路器操作過程分析模塊的功能是負責記錄和分析斷路器分閘和合閘過程中的操動機構(gòu)信息，包括斷路器拒分、拒合、誤分、儲能電機損壞、斷路器直流電阻等，掌握斷路器運行狀態(tài)，并將信息傳輸至調(diào)度運行部門；變電站雷電侵入波分析模塊的功能是負責對侵入變電站內(nèi)的雷電波信息進行分析，包括雷電流大小，波頭時間，波尾時間以及確定是直擊雷還是感應(yīng)雷，為米恰當?shù)睦纂姺雷o提供指導；
變電站諧波分析模塊的功能是負責通過小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對系統(tǒng)諧波進行分析和處理，將處理結(jié)果傳輸至系統(tǒng)諧波源分析模塊；系統(tǒng)諧波源分析模塊的功能是負責通過傅里葉變換，對諧波信號進行分析，分離出諧波信號中的奇次諧波和偶次諧波，將諧波源分析結(jié)果發(fā)往監(jiān)測中心；電能計量模塊的功能是負責對傳輸?shù)碾娔苓M行計量；測量及繼電保護模塊的功能是負責測量從被保護對象輸入的有關(guān)物理量，與已給定的整定值進行比較，對電カ系統(tǒng)故障和不正常運行進行監(jiān)控，切除故障，保護電カ設(shè)備;變電站各區(qū)域損耗分析模塊的功能是負責監(jiān)測并統(tǒng)計分析變電站內(nèi)不同電壓等級設(shè)備的電能損耗；區(qū)域諧波損耗分析模塊的功能是負責監(jiān)測并統(tǒng)計變電站內(nèi)不同電壓等級設(shè)備區(qū)域的諧波，通過區(qū)域諧波損耗分析模塊內(nèi)嵌入的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換和傅里葉變換等數(shù)學分析方法，對系統(tǒng)諧波進行分析，分離出基波和高次諧波，并對不同高次諧波損耗進行統(tǒng)計和分析。變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊的功能是負責接收變電站內(nèi)各種監(jiān)測裝置和被監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)信息，通過狀態(tài)監(jiān)測和運行分析處理單元，對各類信息進行統(tǒng)計分析，將分析結(jié)果上傳給狀態(tài)檢測中心；如圖2所示，所述物理層包括兩根母線，兩根母線之間通過若干條母線回路連接，所述母線回路包括若干個斷路互感單元，所述斷路互感單元包括串聯(lián)的斷路器和電流互感器，每根母線都通過斷路互感單元與出線連接，所述每根出線上都設(shè)有電壓互感単元；所述電壓互感單元包括避雷器、電壓互感器和合并單元；每根母線上還設(shè)有避雷器和電壓互感器。所述若干出線上還設(shè)有主變壓器。所述若干合并單元與變電站站域的設(shè)備狀態(tài)檢測分析裝置和電能質(zhì)量檢測分析裝置連接。所述電壓互感器采用中國專利申請?zhí)枮?01010259969. 2，專利名稱為多頻段測量的數(shù)字式線性交流電壓互感器及其測量方法里面提到的電壓互感器，所述電壓互感器包括與高壓導線連接的線性分壓器，所述線性分壓器輸出端與高速數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接，高速數(shù)據(jù)采集模塊將采集的模擬信號轉(zhuǎn)化為高頻信號和エ頻信號后輸出；高速數(shù)據(jù)采集模塊的輸出端與光電隔離傳輸模塊的輸入端連接，光電隔離傳輸模塊輸出端分別與エ頻輸出接口和信號分頻模塊輸入端連接，信號分頻模塊輸出端分別與諧波輸出接口和高頻輸出接ロ的輸入端連接。所述電流互感器采用中國專利申請?zhí)枮?01010259967. 3，專利名稱為多頻段測量數(shù)字式線性交流電流互感器及其測量方法里面提到的電流互感器，所述電流互感器包括數(shù)字式線性交流電流傳感器，該數(shù)字式線性交流電流傳感器輸出端與高壓側(cè)高速數(shù)據(jù)采集模塊輸入端連接，高壓側(cè)高速數(shù)據(jù)采集模塊輸出端與高速光纖絕緣傳輸模塊輸入端連接，高速光纖絕緣傳輸模塊輸出端分別與エ頻輸出接口和信號分頻模塊輸入端連接，信號分頻模塊輸出端分別與諧波輸出接口和高頻輸出接ロ的輸入端連接，分別輸出測量值。如圖3所示，所述合并単 元通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊分別與電壓互感器或電流互感器連接，所述合并単元上還設(shè)有ニ進制開關(guān)輸入模塊、電源供應(yīng)電路和維修請求電路，所述合并単元通過以太網(wǎng)連接線路保護模塊、暫態(tài)量模塊、諧波量模塊和間隔層控制器；所述合并単元通過第一同步信號與其他合并單元同步，所述合并単元通過第二同步信號控制不同類型的電壓互感器或電流互感器同步采集。如圖4所示，所述合并単元內(nèi)部包括若干光電轉(zhuǎn)換模塊，所述每個光電轉(zhuǎn)換模塊接收數(shù)據(jù)輸入并將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給FPGA上相應(yīng)的解碼校驗?zāi)K，所述解碼校驗?zāi)K將數(shù)據(jù)傳輸給FPGA上的FIFO數(shù)據(jù)排序模塊，F(xiàn)PGA上的同步功能模塊將數(shù)據(jù)傳輸給光電轉(zhuǎn)換模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊將輸出同步脈沖序列。如圖5所示，所述母線PT合并單元，主變PT合并單元，出線2CT合并單元，出線ICT合并單元等，負責匯集三相相應(yīng)合并単元信息，并將該信息傳輸至鏈路層中的變電站故障信息模塊、暫態(tài)信號數(shù)字差分模塊、諧波信號比較模塊等，作為變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析系統(tǒng)中的信號采集單元。如圖6所示，所述母線PT，主變PT，出線2CT，出線ICT等作為傳感器単元，負責采集變電站內(nèi)被監(jiān)測設(shè)備狀態(tài)信息，并按A、B、C三相分別傳輸至母線PT，主變PT，出線2CT，出線ICT等相應(yīng)合并單元進行匯總。實施例1 :對由GIS組合電器(或H-GIS)構(gòu)成的變電站，可通過安裝在GIS變電站各路出線，具備暫態(tài)信號測量功能的數(shù)字式線性電壓互感器，同時采集ー組電壓暫態(tài)信號，經(jīng)光纖傳輸?shù)轿挥谥悄茏冸娬镜臏y量控制中心的“變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行中健康狀態(tài)分析診斷系統(tǒng)”，系統(tǒng)完成對各路信號的數(shù)值濾波、數(shù)值差分等數(shù)學處理分析，得出該組電壓互感器所涉及的一定范圍內(nèi)設(shè)備的局部放電水平和變化情況，綜合得出GIS組合電器該區(qū)域內(nèi)設(shè)備運行健康狀態(tài)。實施例2 對變電站(包括敞開式變電站、GIS或H-GIS構(gòu)成的變電站)斷路器，可通過安裝在斷路器旁邊的，具備暫態(tài)信號測量功能的數(shù)字式線性電流互感器，采集三相電流斷弧的暫態(tài)信號，經(jīng)光纖傳輸?shù)轿挥谥悄茏冸娬镜臏y量控制中心的“變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行中健康狀態(tài)分析診斷系統(tǒng)”，該系統(tǒng)完成對三相電流斷弧的暫態(tài)信號的數(shù)學處理分析和診斷，得出斷路器是否存在觸頭燒損或機構(gòu)異常變化等情況，綜合得出斷路器運行健康狀態(tài)。實施例3:對架空線進線或出線的戶外式敞開式變電站，可通過站內(nèi)線路末端安裝的，具備暫態(tài)信號測量功能的數(shù)字式線性電壓互感器，采集三相線路電壓暫態(tài)信號，實時掌握運行線路電壓水平，并將該信息經(jīng)光纖傳輸?shù)轿挥谥悄茏冸娬镜臏y量控制中心的“變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行中健康狀態(tài)分析診斷系統(tǒng)”，數(shù)字式線性電壓互感器和數(shù)字式線性電流互感器的高速采集功能，通過“變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行中健康狀態(tài)分析診斷系統(tǒng)”，該系統(tǒng)完成對線路三相電壓互感器暫態(tài)信號的數(shù)學處理分析和診斷，可實時掌握線路無功和有功電壓，控制投切無功補償裝置數(shù)量。實施例4 數(shù)字式線性電壓互感器和數(shù)字式線性電流互感器的高速采集功能，通過“變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行中健康狀態(tài)分析診斷系統(tǒng)”，可實現(xiàn)對變電站或系統(tǒng)各種操作過程或雷電侵入過程的記錄，為設(shè)備的運行壽命分析提供數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)對變電站設(shè)備和局部系統(tǒng)的分析診斷應(yīng)用，還將可以不斷拓展。
上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征是，包括依次連接的物理層、鏈路層和應(yīng)用層； 所述物理層用于檢測變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)，并將檢測的數(shù)據(jù)傳輸給鏈路層；所述鏈路層用于對物理層檢測的數(shù)據(jù)進行分析處理，將分析結(jié)果上傳給應(yīng)用層；所述應(yīng)用層接收來自鏈路層的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同數(shù)據(jù)信息屬性，分別控制監(jiān)測中心、計量中心和調(diào)度中心對對其進行處理和診斷分析。
2.如權(quán)利要求1所述的一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述物理層包括若干個合并單元，所述每個合并單元與三相出線電壓互感器連接或三相出線電流互感器連接； 所述鏈路層包括變電站故障信息模塊、暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊、諧波信號比較模塊、工頻信號處理模塊、GIS站內(nèi)局部放電分析模塊、斷路器操作過程分析模塊、變電站雷電侵入波分析模塊、變電站諧波分析模塊、系統(tǒng)諧波源分析模塊、區(qū)域諧波損耗分析模塊、電能計量模塊、測量及繼電保護模塊和變電站各區(qū)域損耗分析模塊； 所述應(yīng)用層包括變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊、監(jiān)測中心、計量中心和調(diào)度中心。
3.如權(quán)利要求2所述的一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征是， 所述物理層的三相出線電壓互感器或三相出線電流互感器將信號傳輸給合并單元，所述合并單元將信號傳輸給鏈路層； 所述鏈路層從物理層接收的故障信息傳輸給變電站故障信息模塊，所述鏈路層從物理層接收的暫態(tài)信號傳輸給暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊，所述鏈路層從物理層接收的諧波信號傳輸給諧波信號比較處理模塊，所述鏈路層從物理層接收的工頻信號傳輸給工頻信號處理模塊；所述暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊將處理后的數(shù)據(jù)分別傳輸給GIS站內(nèi)局部放電分析模塊、斷路器操作過程分析模塊和變電站雷電侵入波分析模塊； 所述諧波信號比較處理模塊將數(shù)據(jù)傳輸給變電站諧波分析模塊，變電站諧波分析模塊將數(shù)據(jù)傳輸給系統(tǒng)諧波源分析模塊，系統(tǒng)諧波源分析模塊將監(jiān)測及分析結(jié)果發(fā)往區(qū)域諧波損耗分析模塊和監(jiān)測中心。
4.如權(quán)利要求2所述的一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征是，所述工頻信號處理模塊將數(shù)據(jù)傳輸給電能計量模塊、測量及繼電保護模塊和變電站各區(qū)域損耗分析模塊；所述電能計量模塊將數(shù)據(jù)傳輸給計量中心，所述測量及繼電保護模塊將數(shù)據(jù)傳輸給調(diào)度中心； 所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊將接收GIS站內(nèi)局部放電分析模塊、斷路器操作過程分析模塊、變電站雷電侵入波分析模塊、區(qū)域諧波損耗分析模塊和變電站各區(qū)域損耗分析模塊的數(shù)據(jù)，所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊還接收GIS氣壓密度信息、變壓器油溫度信號、變電站設(shè)備管理信息和其他常規(guī)監(jiān)測量；所述變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊將分析結(jié)果上傳給狀態(tài)檢測中心。
5.如權(quán)利要求2所述的一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征是，所述變電站故障信息模塊負責收集電壓互感器或電流互感器監(jiān)測單元所采集變電站內(nèi)設(shè)備故障信息； 所述暫態(tài)信號數(shù)字差分處理模塊負責將變電站故障信息模塊監(jiān)測故障信息進行數(shù)字差分處理，濾除故障信息中干擾數(shù)據(jù)，提取真實故障信號；所述諧波信號比較模塊負責通過設(shè)定諧波信號閾值，采集并提取諧波信號，將諧波信息傳輸至變電站諧波分析模塊； 所述工頻信號處理模塊負責采集電力系統(tǒng)中的工頻信號，并對信號進行濾波和降噪處理，最終將純凈的工頻信號傳輸至電能計量模塊、測量及機電保護模塊； GIS站內(nèi)局部放電分析模塊負責對前置局部放電監(jiān)測裝置監(jiān)測信息進行放大、濾波、降噪、提取出真實局部放電信號，并通過局部放電分析模塊中的專家診斷系統(tǒng)，對局部放電信號進行分類和模式識別，通過與缺陷庫中不同缺陷類型進行對比，給出所監(jiān)測局部放電信號的特征信息，進而指導現(xiàn)場局部放電檢測，維護被監(jiān)測設(shè)備； 斷路器操作過程分析模塊負責記錄和分析斷路器分閘和合閘過程中的操動機構(gòu)信息，包括斷路器拒分、拒合、誤分、儲能電機損壞、斷路器直流電阻，掌握斷路器運行狀態(tài)，并將信息傳輸至調(diào)度中心。
6.如權(quán)利要求2所述的一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征是，變電站雷電侵入波分析模塊負責對侵入變電站內(nèi)的雷電波信息進行分析，包括雷電流大小，波頭時間，波尾時間以及確定是直擊雷還是感應(yīng)雷，為采恰當?shù)睦纂姺雷o提供指導； 變電站諧波分析模塊負責通過小波變換、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，對系統(tǒng)諧波進行分析和處理，將處理結(jié)果傳輸至系統(tǒng)諧波源分析模塊； 系統(tǒng)諧波源分析模塊負責通過傅里葉變換，對諧波信號進行分析，分離出諧波信號中的奇次諧波和偶次諧波，將諧波源分析結(jié)果發(fā)往監(jiān)測中心； 電能計量模塊的功能是負責對傳輸?shù)碾娔苓M行計量； 測量及繼電保護模塊負責測量從被保護對象輸入的有關(guān)物理量，與已給定的整定值進行比較，對電力系統(tǒng)故障和不正常運行進行監(jiān)控，切除故障，保護電力設(shè)備； 變電站各區(qū)域損耗分析模塊負責監(jiān)測并統(tǒng)計分析變電站內(nèi)不同電壓等級設(shè)備的電能損耗； 區(qū)域諧波損耗分析模塊負責監(jiān)測并統(tǒng)計變電站內(nèi)不同電壓等級設(shè)備區(qū)域的諧波，通過區(qū)域諧波損耗分析模塊內(nèi)嵌入的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波變換和傅里葉變換算法，對系統(tǒng)諧波進行分析，分離出基波和高次諧波，并對不同高次諧波損耗進行統(tǒng)計和分析。
7.如權(quán)利要求2所述的一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征是，變電站站域設(shè)備運行狀態(tài)分析模塊負責接收變電站內(nèi)各種監(jiān)測裝置和被監(jiān)測設(shè)備的狀態(tài)信息，通過狀態(tài)監(jiān)測和運行分析處理單元，對各類信息進行統(tǒng)計分析，將分析結(jié)果上傳給狀態(tài)檢測中心。
8.如權(quán)利要求1或2所述的一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征是，所述物理層包括兩根母線，兩根母線之間通過若干條母線回路連接，所述母線回路包括若干個斷路互感單元，所述斷路互感單元包括串聯(lián)的斷路器和電流互感器，每根母線都通過斷路互感單元與出線連接，所述每根出線上都設(shè)有電壓互感單元；所述電壓互感單元包括避雷器、電壓互感器和合并單元；每根母線上還設(shè)有避雷器和電壓互感器；所述若干出線上還設(shè)有主變壓器；所述若干合并單元與變電站站域的設(shè)備狀態(tài)檢測分析裝置和電能質(zhì)量檢測分析裝置連接。
9.如權(quán)利要求2所述的一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征是，所述合并單元通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器通過模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊分別與電壓互感器或電流互感器連接，所述合并單元上還設(shè)有二進制開關(guān)輸入模塊、電源供應(yīng)電路和維修請求電路，所述合并單元通過以太網(wǎng)連接線路保護模塊、暫態(tài)量模塊、諧波量模塊和間隔層控制器；所述合并單元通過第一同步信號與其他合并單元同步，所述合并單元通過第二同步信號控制不同類型的電壓互感器或電流互感器同步采集。
10.如權(quán)利要求2所述的一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，其特征是，所述合并單元內(nèi)部包括若干光電轉(zhuǎn)換模塊，所述每個光電轉(zhuǎn)換模塊接收數(shù)據(jù)輸入并將接收到的數(shù)據(jù)傳輸給FPGA上相應(yīng)的解碼校驗?zāi)K，所述解碼校驗?zāi)K將數(shù)據(jù)傳輸給FPGA上的FIFO數(shù)據(jù)排序模塊，F(xiàn)PGA上的同步功能模塊將數(shù)據(jù)傳輸給光電轉(zhuǎn)換模塊，光電轉(zhuǎn)換模塊將輸出同步脈沖序列。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種變電站內(nèi)區(qū)域設(shè)備運行狀態(tài)檢測系統(tǒng)，包括依次連接的物理層、鏈路層和應(yīng)用層；所述物理層包括兩根母線，兩根母線之間通過若干條母線回路連接，所述母線回路包括若干個斷路互感單元，所述斷路互感單元包括串聯(lián)的斷路器和電流互感器，每根母線都通過斷路互感單元與出線連接，所述每根出線上都設(shè)有電壓互感單元；所述電壓互感單元包括避雷器、電壓互感器和合并單元；每根母線上還設(shè)有避雷器和電壓互感器。所述若干出線上還設(shè)有主變壓器。所述若干合并單元與變電站站域的設(shè)備狀態(tài)檢測分析裝置和電能質(zhì)量檢測分析裝置連接。本發(fā)明的有益效果實現(xiàn)從電力系統(tǒng)分析的角度，對電力系統(tǒng)某個局部設(shè)備運行狀態(tài)進行評估和分析。
文檔編號G01R31/00GK103033715SQ20121057219
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者郭志紅, 逯懷東, 陳玉峰, 王輝 申請人:山東電力集團公司電力科學研究院, 國家電網(wǎng)公司