绝缘在线监测系统和方法
【专利摘要】本发明提供一种绝缘在线监测系统及方法，该系统包括：远程监测平台、上位机、CAN转以太网适配器和至少一个现场绝缘监测单元；所述现场绝缘监测单元用于监测安装在牵引变电所的电气设备的绝缘状态；各个所述现场绝缘监测单元通过CAN总线与所述CAN转以太网适配器的一端连接，所述CAN转以太网适配器的另一端与所述上位机的一端连接，所述上位机的另一端通过数据库与所述远程监测平台连接。具有高的可靠性和监测精度，从而实现对电气设备绝缘状态的长期有效的监测；并且，还能够同时对多台电气设备的多个绝缘参数同时进行监测，从而降低了监测成本，减轻了监测人员的工作强度。
【专利说明】绝缘在线监测系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于电气设备监测【技术领域】，具体涉及一种绝缘在线监测系统和方法。
【背景技术】
[0002]随着当前铁路事业的迅速发展，对铁路运输中所使用的牵引变电所提出了更高的要求，具体的:牵引变电所中所使用的一次电气设备需要满足在线时间长、停电检测与维修时间短的要求；并且，还需要提前预警一次电气设备由于绝缘问题而可能导致的故障，降低一次电气设备由于绝缘问题而可能造成的损失。因此，研制电气设备的绝缘在线监测系统，监测电气设备的绝缘状态，从而保障电气设备在实际工作状态下的电气安全性能具有重要现实意义。
[0003]目前，电气设备的绝缘监测系统为采用便携式仪器监测电气设备的绝缘状态，即:当需要监测某一个电气设备的绝缘状态时，在该电气设备表面安装一台检测仪器，从而检测电气设备的绝缘状态。该种方法存在的主要缺陷为:(一)实时性差，无法对电气设备的绝缘状态进行长期有效的监测；(二)监测效率低，当需要监测某一台电气设备的多种绝缘参数时，需要使用各类检测仪器，从而既提高了监测成本，又增加了监测人员的工作强度。
【发明内容】
[0004]针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种绝缘在线监测系统和方法，具有高的可靠性和监测精度，从而实现对电气设备绝缘状态的长期有效的监测；并且，还能够同时对多台电气设备的多个绝缘参数同时进行监测，从而降低了监测成本，减轻了监测人员的工作强度。
[0005]本发明采用的技术方案如下:
[0006]本发明提供一种绝缘在线监测系统，包括:远程监测平台、上位机、CAN转以太网适配器和至少一个现场绝缘监测单元；所述现场绝缘监测单元用于监测安装在牵引变电所的电气设备的绝缘状态；各个所述现场绝缘监测单元通过CAN总线与所述CAN转以太网适配器的一端连接，所述CAN转以太网适配器的另一端与所述上位机的一端连接，所述上位机的另一端通过数据库与所述远程监测平台连接。
[0007]优选的，所述电气设备包括一次侧变压器套管、电流互感器、电压互感器和避雷器。
[0008]优选的，每一个所述现场绝缘监测单元包括:主控制器、电源模块、存储模块、模数转换模块、至少一个微电流传感器、至少一个电压传感器、至少一个温度传感器、至少一个湿度传感器和至少一个加热器；所述主控制器分别与所述电源模块、所述存储模块、所述温度传感器、所述湿度传感器和所述加热器连接；所述主控制器还通过所述模数转换模块与所述微电流传感器连接，所述主控制器还通过所述模数转换模块与所述电压传感器连接。
[0009]优选的，所述主控制器依次通过驱动电路和继电器后与所述加热器连接；所述主控制器为LPC1768控制器；所述电源模块为数字电源模块或模拟电源模块；所述存储模块为EEPROM存储器；所述模数转换模块为AD7656 16位模数转换模块；所述微电流传感器为零磁通穿心式微电流传感器；所述主控制器还安装有CAN接口、RS485接口、以太网接口RS485 网 口、RS232 调试接 口、I2C 接口、SSPO 接 口。
[0010]本发明提供一种应用上述绝缘在线监测系统的方法，包括以下步骤:
[0011]SI，所述现场绝缘监测单元采集并存储被监测电气设备的绝缘参数信息，其中，所述绝缘参数信息的数据格式为符合CAN总线网络传输协议的数据格式；当接收到所述上位机发送的数据召唤请求时，所述现场绝缘监测单元将所述绝缘参数信息通过CAN总线网络上传给所述CAN转以太网适配器；
[0012]S2，所述CAN转以太网适配器将所述绝缘参数信息的数据格式转换为符合以太网传输协议的数据格式，得到符合以太网传输协议的绝缘参数信息，然后将所述符合以太网传输协议的绝缘参数信息通过以太网传输给所述上位机；
[0013]S3，所述上位机对接收到的所述绝缘参数信息进行分析判断，得到所述被监测电气设备的绝缘状态评价报告，并将所述绝缘状态评价报告存储到所述数据库内；
[0014]S4，所述远程监测平台从所述数据库中读取并显示与所述被监测电气设备对应的所述绝缘状态评价报告。
[0015]优选的，所述绝缘参数信息包括泄漏电流信息和介质损耗角等值信息；S1中，所述现场绝缘监测单元采集并存储被监测电气设备的绝缘参数信息具体为:
[0016]S11，各个所述微电流传感器采集所述被监测电气设备的模拟信号格式的原始采样信息；
[0017]S12，所述微电流传感器将所述原始采样信息发送给所述模数转换模块，由所述模数转换模块将所述原始采样信息转换为数字信号格式的采样信息，然后串行输入到所述主控制器内；
[0018]S13，所述主控制器对所述数字信号格式的采样信息进行分析判断，得到所述被监测电气设备的泄漏电流值和介质损耗角等值；
[0019]S14，所述主控制器将所述泄漏电流值和介质损耗角等值存储到所述存储模块内。
[0020]优选的，SI之前，还包括以下步骤:所述上位机向所述现场绝缘监测单元发送启动采样的通知消息；和/或
[0021]S2中，所述数据召唤请求包括召唤所有绝缘参数信息的召唤请求，以及，召唤特定绝缘参数信息的召唤请求；和/或
[0022]SI之后，还包括:当网络通信出现故障或所述现场绝缘监测单元存储的所述绝缘参数信息丢失时，所述上位机向所述现场绝缘监测单元发送启动看门狗复位功能的通知消
肩、O
[0023]优选的，S3中，所述上位机对接收到的所述绝缘参数信息进行分析判断，得到所述被监测电气设备的绝缘状态评价报告具体为:
[0024]所述上位机建立绝缘动态模型,将接收到的所述绝缘参数信息输入所述绝缘动态模型，然后通过运行所述绝缘动态模型得到所述被监测电气设备的绝缘状态评价报告；其中，所述绝缘动态模型中所使用的参数包括电气设备的电压、电气设备所处环境的温度、电气设备所处环境的湿度、电气设备的泄漏电流和电气设备的介质损耗角。
[0025]优选的，S3之后，还包括:[0026]S5，当所述上位机得出所述被监测电气设备的绝缘状态低于预设极值时，发出报
警信号。
[0027]本发明的有益效果如下:
[0028]本发明提供的绝缘在线监测系统和方法，非常适应于牵引变电所等电磁场干扰严重的场所，具有高的可靠性和监测精度，从而实现对电气设备绝缘状态的长期有效的监测；并且，还能够同时对多台电气设备的多个绝缘参数同时进行监测，从而降低了监测成本，减轻了监测人员的工作强度。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1为本发明提供的绝缘在线监测系统的结构示意图；
[0030]图2为本发明提供的现场绝缘监测单元的结构示意图。
【具体实施方式】
[0031]以下结合附图对本发明提供的绝缘在线监测系统和方法进行详细介绍:
[0032]如图1所示，本发明提供一种绝缘在线监测系统，包括:远程监测平台、上位机、CAN转以太网适配器和至少一个现场绝缘监测单元；所述现场绝缘监测单元用于监测安装在牵引变电所的电气设备的绝缘状态；各个所述现场绝缘监测单元通过CAN总线与所述CAN转以太网适配器的一端连接，所述CAN转以太网适配器的另一端与所述上位机的一端连接，所述上位机的另一端通过数据库与所述远程监测平台连接。其中，本发明中，电气设备包括但不限于一次侧变压器套管、电流互感器、电压互感器和避雷器。通过CAN转以太网适配器，实现了 CAN总线网络和以太网络的相互通信的功能。
[0033]如图2所示，每一个所述现场绝缘监测单元包括:主控制器、电源模块、存储模块、模数转换模块、至少一个微电流传感器、至少一个电压传感器、至少一个温度传感器、至少一个湿度传感器和至少一个加热器；所述主控制器分别与所述电源模块、所述存储模块、所述温度传感器、所述湿度传感器和所述加热器连接；所述主控制器还通过所述模数转换模块与所述微电流传感器连接，所述主控制器还通过所述模数转换模块与所述电压传感器连接。其中，在图2中示出，主控制器依次通过驱动电路和继电器后与所述加热器连接；所述主控制器为LPC1768控制器；所述电源模块为数字电源模块或模拟电源模块，更具体的，可以采用AC220V电源供电，使用赛思德开关电源转换成合适的电压。其中使用两个12V电源构成正负12V电源为微电流传感器供电，其中取正12V电源通过7809和7805两块芯片转化成需要的模拟5V电压；使用一个转5V的赛思德电源为数字电路部分提供5V电压，并通过LM2576提供3.3V电压。所述存储模块为EEPROM存储器；所述模数转换模块为AD7656 16位模数转换模块，具体的，可以采用AD7656高精度16位数模转换芯片，通过硬件锁相环技术，控制AD芯片的采样频率，该芯片最高采样率是250Kps。控制芯片LPC1768使用外部中断方式启动SSPO，与模数转换模块通信。所述微电流传感器为零磁通穿心式微电流传感器，由于牵引变电所电磁环境非常恶劣，为能够准确测量微安级的泄漏电流和小角度的介质损耗角，因此，选择非接触式测量，即通过磁通穿心式微电流传感器，在不改变一次电气设备原有接线前提下，具有很好的跟踪微小的泄漏电流的幅值和相位的功能；所述主控制器还安装有CAN接口、RS485接口、以太网接口 RS485网口、RS232调试接口、I2C接口、SSPO接口。现场绝缘监测单元安装在变电站监测现场，完成各种在线监测信号的采集和计算分析，通过CAN总线、CAN转以太网适配器、以太网与上位机通信，上传电气设备的绝缘参数。上位机用于管理各个现场绝缘监测单元，实现故障诊断、故障报警、历史数据存储、趋势分析及报表打印功能。并且，现场绝缘监测单元在安装结构及电路功能上需要与其它部分独立，保证不影响待监测电气设备的稳定运行。
[0034]现场绝缘监测单元安装的微电流传感器和电压传感器数量根据实际需要进行调整，当连接有3个微电流传感器和3个电压传感器时，则可以采集和计算3个电气设备的电压和电流，分别命名为Isulatorl、Isulator2和Isulator3,通过SSPO接口串行读取6路AD的数据，其中Timer2捕获测量信号频率，Timerl自动输出方波控制采样率，TimerO作为测量周期信号丢失时的采样回归50HZ周期的功能。通过这种安装方式，可以提高现场绝缘监测单元的并行处理能力。
[0035]本发明提供的绝缘在线监测系统分为三层结构:第一层为远程监测平台，通过IE浏览界面查看现场监测数据；第二层为上位机，通过CAN转以太网适配器与现场绝缘监测单元通信，控制其采样、数据召唤和参数修改；第三层为现场绝缘监测单元，主要用于采集被监测电气设备的绝缘参数信息。
[0036]本发明提供的应用上述绝缘在线监测系统的方法，包括以下步骤:
[0037]SI,所述现场绝缘监测单元采集并存储被监测电气设备的绝缘参数信息，其中，所述绝缘参数信息的数据格式为符合CAN总线网络传输协议的数据格式；当接收到所述上位机发送的数据召唤请求时，所述现场绝缘监测单元将所述绝缘参数信息通过CAN总线网络上传给所述CAN转以太网适配器；
[0038]其中，绝缘参数信息包括泄漏电流信息和介质损耗角等值信息；本步骤中，所述现场绝缘监测单元采集并存储被监测电气设备的绝缘参数信息具体为:
[0039]S11，各个所述微电流传感器采集所述被监测电气设备的模拟信号格式的原始采样信息；
[0040]S12，所述微电流传感器将所述原始采样信息发送给所述模数转换模块，由所述模数转换模块将所述原始采样信息转换为数字信号格式的采样信息，然后串行输入到所述主控制器内；
[0041]S13，所述主控制器对所述数字信号格式的采样信息进行分析判断，得到所述被监测电气设备的泄漏电流值和介质损耗角等值；
[0042]S14，所述主控制器将所述泄漏电流值和介质损耗角等值存储到所述存储模块内。
[0043]S2，所述CAN转以太网适配器将所述绝缘参数信息的数据格式转换为符合以太网传输协议的数据格式，得到符合以太网传输协议的绝缘参数信息，然后将所述符合以太网传输协议的绝缘参数信息通过以太网传输给所述上位机；
[0044]S3，所述上位机对接收到的所述绝缘参数信息进行分析判断，得到所述被监测电气设备的绝缘状态评价报告，并将所述绝缘状态评价报告存储到所述数据库内；
[0045]其中，S3中，所述上位机对接收到的所述绝缘参数信息进行分析判断，得到所述被监测电气设备的绝缘状态评价报告具体为:
[0046]所述上位机建立绝缘动态模型,将接收到的所述绝缘参数信息输入所述绝缘动态模型，然后通过运行所述绝缘动态模型得到所述被监测电气设备的绝缘状态评价报告；其中，所述绝缘动态模型中所使用的参数包括电气设备的电压、电气设备所处环境的温度、电气设备所处环境的湿度、电气设备的泄漏电流和电气设备的介质损耗角。
[0047]由于电气设备绝缘材料的绝缘性能的变化受诸多因素影响，非常复杂，本发明通过研究绝元性能跟随一次设备电压、环境温度、环境湿度和自身历史累积温升等因素变化的数学关系，建立了绝缘动态模型，从而对牵引变电所一次设备从周期维修到状态维修提供了有力的支撑。
[0048]S4，所述远程监测平台从所述数据库中读取并显示与所述被监测电气设备对应的所述绝缘状态评价报告。
[0049]S5，当所述上位机得出所述被监测电气设备的绝缘状态低于预设极值时，发出报警信号。本步骤可以位于S3或S4之后。
[0050]另外，本发明中，SI之前，还包括以下步骤:所述上位机向所述现场绝缘监测单元发送启动采样的通知消息；和/或
[0051]S2中，所述数据召唤请求包括召唤所有绝缘参数信息的召唤请求，以及，召唤特定绝缘参数信息的召唤请求；和/或
[0052]SI之后，还包括:当网络通信出现故障或所述现场绝缘监测单元存储的所述绝缘参数信息丢失时，所述上位机向所述现场绝缘监测单元发送启动看门狗复位功能的通知消
肩、O
[0053]由于牵引变电所是一个电磁环境非常恶劣的场所，尤其安装在一次设备附近的过程层设备所遭受的电磁场更为严重，但由于过程层设备是一个分布式系统，同时也是变电所整个智能网络系统的原始数据收集和动作执行的最直接设备，因此，必需保证网络设备之间的同步要求和足够的实时性。通过CAN总线技术，适用于变电站现场设备分布广泛且受到电磁场干扰严重的环境。
[0054]综上所述，本发明提供的绝缘在线监测系统和方法，非常适应于牵引变电所等电磁场干扰严重的场所，具有高的可靠性和监测精度，从而实现对电气设备绝缘状态的长期有效的监测；并且，还能够同时对多台电气设备的多个绝缘参数同时进行监测，从而降低了监测成本，减轻了监测人员的工作强度。
[0055]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种绝缘在线监测系统，其特征在于，包括:远程监测平台、上位机、CAN转以太网适配器和至少一个现场绝缘监测单元；所述现场绝缘监测单元用于监测安装在牵引变电所的电气设备的绝缘状态；各个所述现场绝缘监测单元通过CAN总线与所述CAN转以太网适配器的一端连接，所述CAN转以太网适配器的另一端与所述上位机的一端连接，所述上位机的另一端通过数据库与所述远程监测平台连接。
2.根据权利要求1所述的绝缘在线监测系统，其特征在于，所述电气设备包括一次侧变压器套管、电流互感器、电压互感器和避雷器。
3.根据权利要求1所述的绝缘在线监测系统，其特征在于，每一个所述现场绝缘监测单元包括:主控制器、电源模块、存储模块、模数转换模块、至少一个微电流传感器、至少一个电压传感器、至少一个温度传感器、至少一个湿度传感器和至少一个加热器；所述主控制器分别与所述电源模块、所述存储模块、所述温度传感器、所述湿度传感器和所述加热器连接；所述主控制器还通过所述模数转换模块与所述微电流传感器连接，所述主控制器还通过所述模数转换模块与所述电压传感器连接。
4.根据权利要求3所述的绝缘在线监测系统，其特征在于，所述主控制器依次通过驱动电路和继电器后与所述加热器连接；所述主控制器为LPC1768控制器；所述电源模块为数字电源模块或模拟电源模块；所述存储模块为EEPROM存储器；所述模数转换模块为AD7656 16位模数转换模块；所述微电流传感器为零磁通穿心式微电流传感器；所述主控制器还安装有CAN接口、RS485接口、以太网接口 RS485网口、RS232调试接口、I2C接口、SSPO 接口。
5.一种应用权利要求1-4任一项所述绝缘在线监测系统的方法，其特征在于，包括以下步骤: SI，所述现场绝缘监测单元采集并存储被监测电气设备的绝缘参数信息，其中，所述绝缘参数信息的数据格式为符合CAN总线网络传输协议的数据格式；当接收到所述上位机发送的数据召唤请求时，所述现场绝缘监测单元将所述绝缘参数信息通过CAN总线网络上传给所述CAN转以太网适配器； S2，所述CAN转以太网适配器将所述绝缘参数信息的数据格式转换为符合以太网传输协议的数据格式，得到符合以太网传输协议的绝缘参数信息，然后将所述符合以太网传输协议的绝缘参数信息通过以太网传输给所述上位机； S3，所述上位机对接收到的所述绝缘参数信息进行分析判断，得到所述被监测电气设备的绝缘状态评价报告，并将所述绝缘状态评价报告存储到所述数据库内； S4，所述远程监测平台从所述数据库中读取并显示与所述被监测电气设备对应的所述绝缘状态评价报告。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述绝缘参数信息包括泄漏电流信息和介质损耗角等值信息；S1中，所述现场绝缘监测单元采集并存储被监测电气设备的绝缘参数信息具体为: S11，各个所述微电流传感器采集所述被监测电气设备的模拟信号格式的原始采样信息； S12，所述微电流传感器将所述原始采样信息发送给所述模数转换模块，由所述模数转换模块将所述原始 采样信息转换为数字信号格式的采样信息，然后串行输入到所述主控制器内； S13，所述主控制器对所述数字信号格式的采样信息进行分析判断，得到所述被监测电气设备的泄漏电流值和介质损耗角等值； S14，所述主控制器将所述泄漏电流值和介质损耗角等值存储到所述存储模块内。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于， SI之前，还包括以下步骤:所述上位机向所述现场绝缘监测单元发送启动采样的通知消息；和/或 S2中，所述数据召唤请求包括召唤所有绝缘参数信息的召唤请求，以及，召唤特定绝缘参数信息的召唤请求；和/或 SI之后，还包括:当网络通信出现故障或所述现场绝缘监测单元存储的所述绝缘参数信息丢失时，所述上位机向所述现场绝缘监测单元发送启动看门狗复位功能的通知消息。
8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，S3中，所述上位机对接收到的所述绝缘参数信息进行分析判断，得到所述被监测电气设备的绝缘状态评价报告具体为: 所述上位机建立绝缘动态模型，将接收到的所述绝缘参数信息输入所述绝缘动态模型，然后通过运行所述绝缘动态模型得到所述被监测电气设备的绝缘状态评价报告；其中，所述绝缘动态模型中所使用的参数包括电气设备的电压、电气设备所处环境的温度、电气设备所处环境的湿度、电 气设备的泄漏电流和电气设备的介质损耗角。
9.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，S3之后，还包括: S5，当所述上位机得出所述被监测电气设备的绝缘状态低于预设极值时，发出报警信号。
【文档编号】G01R31/12GK103576057SQ201210250690
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2012年7月19日 优先权日:2012年7月19日
【发明者】马书研, 傅钦翠, 陈剑云 申请人:华东交通大学