本实用新型涉及二次设备技术领域，特别是一种二次设备的研究系统。
背景技术：
电力二次设备是对电力系统内一次设备进行监察，测量，控制，保护，调节的辅助设备；即不直接和电能产生联系的设备。包括有：继电保护及自动装置、直流电源设备和测量表计。
现场安装运行的继电保护装置设备，其安装位置位于变电站户外的一次场内，与传统的高压超高压变电站继电保护装置安装运行环境相比，继电保护设备所处的电磁环境、气候环境和机械环境更加恶劣与严酷。如果直接将现有继电保护设备安装于现场，需要对电磁、气候和机械等工况进行相应具体分析。
电力变压器自出厂以后，其铁心及绕组压紧程度将随着运输、安装、投入运行之后的绝缘老化以及部分短路事故而逐渐降低，甚至可能出现较为明显的铁心松动和绕组变形。这些情况将对电力变压器抵御短路电流冲击的能力产生巨大威胁，并可能造成绝缘强度的进一步降低。
目前电力系统继电保护中大量使用光纤通信系统完成数据通信，光纤损耗是反映光纤通信技术指标的重要参数，是决定光纤传输网络的传输距离、传输稳定性和可靠性的重要因素。
现场安装运行继电保护备，尤其是直接安装继电保护设备，其整机功耗不能太大，否则设备内部温升太高。需要进行低功耗设计。其中，电源固有损耗占设备损耗中较大的一部分。
技术实现要素：
有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型的目的就是提供一种二次设备的研究系统，可以提高二次设备的抗干扰性能，以满足直接安装在一次设备壳体上的抗振动性能要求；结合现场安装设备产品特点和使用环境，对安装于现场的继电保护装置的调试、运行、检修提出建议，更好地保证继电保护设备长期稳定运行。
本实用新型的目的是通过这样的技术方案实现的，一种二次设备的研究系统，它包括有：
电磁检测单元，用于检测二次设备的抗电磁干扰能力；
振动检测单元，用于检测二次设备的机械振动特性；
开关切合检测单元，用于检测二次设备中开关切合的瞬间干扰；
光纤通信监测单元，用于对二次设备的实时监测；
热损耗检测单元，用于检测二次设备的热损耗。
进一步，所述电磁检测单元包括有在GIS条件下对暂态电场和暂态磁场的检测。
进一步，所述振动检测单元包括有对变压器振动信号和高压断路器振动信号的检测。
进一步，所述变压器振动信号包括有对变压器本体和冷却装置的检测。
进一步，所述热损耗检测单元包括有对散热回路的热阻进行检测。
进一步，所述系统还包括有对二次设备中继电保护设备的电源端口EMC防护。
进一步，所述系统还包括有对二次设备的远程调试。
由于采用了上述技术方案，本实用新型具有如下的优点：
(1)可以提高二次设备的抗干扰性能，以满足直接安装在一次设备壳体上的抗振动性能要求；
(2)在电源入口处加装电源滤波器，增强柜内装置输入电源的抗干扰能力；
(3)结合现场安装设备产品特点和使用环境，对安装于现场的继电保护装置的调试、运行、检修提出建议，更好地保证继电保护设备长期稳定运行；
(4)现场安装运行继电保护设备的电源端口EMC防护，可以降低滤波器对浪涌干扰信号抑制的副作用；
(5)对光纤损耗进行实时监测有利于保证光纤通信中信息的正确传输，保证整个继电保护系统的正常工作；
(6)采用专门的同步整流驱动控制芯片和隔离芯片，能够提供较好的控制时序，提高了电源效率，降低固有损耗。
本实用新型的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本实用新型的实践中得到教导。本实用新型的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本实用新型的附图说明如下：
图1为二次设备的研究系统的连接示意图。
图2为二次设备的研究系统的暂态电场波形图。
图3为二次设备的研究系统的暂态磁场波形图。
图4为二次设备的研究系统中变压器振动检测装置图。
图5为图4中测点1处振动加速度时域波形图。
图6为图4中测点1处振动加速度频谱分析图。
图7为图4中测点2处振动加速度时域波形图。
图8为图4中测点2处振动加速度频谱分析图。
图9为图4中测点3处振动加速度时域波形图。
图10为图4中测点3处振动加速度频谱分析图。
图11为图4中测点4处振动加速度时域波形图。
图12为图4中测点4处振动加速度频谱分析图。
图13为二次设备的研究系统中高压断路器合闸振动信号波形图。
图14为二次设备的研究系统中高压断路器分闸振动信号波形图。
图15为二次设备的研究系统的快速瞬变过电压波形图。
图16为二次设备的研究系统的光功率通道状态实时监测原理框图。
图17为二次设备的研究系统的滤波器原理示意图。
图18为二次设备的研究系统的远程调试连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。
实施例：如图1至图18所示；一种二次设备的研究系统，它包括有：
电磁检测单元，用于检测二次设备的抗电磁干扰能力；
如图2和图3所示，所述电磁检测单元包括有在GIS条件下对暂态电场和暂态磁场的检测。图2给出了230KV的GIS(地理信息系统)暂态电场实测图形，图3给出了230KV的GIS中暂态磁场的实测图形。电磁场干扰强度的大小与安装二次设备跟干扰源的距离成反比，距离越近电磁场干扰强度越强，其干扰强度也远远大于控制室里的水平。
振动检测单元，用于检测二次设备的机械振动特性；所述振动检测单元包括有对变压器振动信号和高压断路器振动信号的检测。所述变压器振动信号包括有对变压器本体和冷却装置的检测。
电力变压器器身振动是由电力变压器本体(铁心、绕组)的振动及冷却装置的振动所引起的。本体振动的主要来源有：硅钢片的磁致伸缩所引起的铁心周期性振动；硅钢片接缝处和叠片之间因漏磁而产生的电磁吸引力所引起的铁心振动；绕组中负载电流产生的绕组匝间电动力所引起的振动；漏磁所引起的油箱壁振动。磁滞伸缩和绕组匝间电动力所引起的振动是最主要的来源。电力变压器本体振动通过铁心垫脚和绝缘油两条路径传递给油箱壁，使油箱壁产生振动，进而产生本体噪声，并以声波的形式均匀地向四周发射。冷却装置自身产生振动与噪声，并通过接头等装置将振动传递到油箱壁。
以500kV单相电力变压器为例，在变压器4个具有代表性的测点来布置振动传器进行振动监测，如下图4所示。测点1在高压侧油箱壁基壳中间高度上；测点2在与电力变压器高压侧油箱焊接在一起的空心铁壳中间高度上,测点2所在位置与测点1相比，所受禁锢要松；测点3测量油箱壁加固梁的上下方向的振动；测点4测量冷却装置的振动。在电力变压器布置振动传感器的侧面且在电力变压器一半高度的位置布置噪声传感器A，与电力变压器水平距离1.5m，距离各振动测点位置很近；数据采集仪B将数据采集后传输给波形识别仪C。为尽可能准确地反映电力变压器的振动与噪声频谱，设定采样频率为12.18kHz，振动的测量参数为振动加速度a，单位为m/s2。每一测点的振动波形图都由时域波形和频谱分析两部分组成。
测点1处振动的时域及频域波形如图5和图6所示。如图5所示，从时域波形可以看出，在变压器稳定运行的情况下，油箱壁振动的时域波形清晰稳定且表现出了非常明显的周期性，由于采样频率高达12.18kHz，所以该时域波形比较平滑，振动幅值在10m/s2左右。如图6所示，从频域波形可以看出，该处变压器油箱壁振动频率f基本集中在≤1kHz的范围内，在100～500Hz的频率范围内最为明显，而>1kHz的高频分量则基本可以忽略。此外，采用实时分析的振动频谱与时域波形一样，也有着相当良好的稳定性。
测点2处振动的时域及频域波形如图7和图8所示，如图7所示，从时域波形可以看出，在测点2的位置，由于该铁壳为空心结构且与电力变压器箱壁上仅通过焊点连接，其振动幅值接近25m/s2，明显大于紧贴在油箱壁上的测点1的振动幅值，而时域波形也更加规律而稳定。如图8所示，从频域波形可以看出，在400Hz的频率上振动幅值占有绝对优势，应该是该处油箱壁表面附近的固有频率与来自铁心的振动频率比较接近，进而产生了共振现象，造成某一频率的振动幅值具有绝对优势，而这在某种程度上将使噪声幅值大幅增加。
测点3处振动的时域及频域波形如图9和图10所示，从所得波形可以看出，变压器本体上下方向的振动幅值与测点1的监测结果类似，振动幅值在5m/s2左右，以50Hz的频率为主。这与磁滞伸缩和绕组匝间电动力引起的振动频率以100Hz为基频有一定的矛盾，反映出了变压器壳体的复杂结构对于油箱壁的振动形式存在着影响。
测点4处振动的时域及频域波形如图11和图12所示，从所得波形可以看出，冷却装置水平方向的振动幅值在7m/s2左右，50Hz基频对应的振动幅值占据绝对优势。<100Hz的振动主要由冷却装置自身引起，铁心及绕组振动没有贡献。
结合现场监测的其它数据可以看出，油箱壁表面不同的监测位置对监测结果有着很大的影响，油箱壁表面沿水平方向的振动加速度幅值在(0.5～2.5)g范围内，沿竖直方向的振动加速度幅值要小些，在(0.1～0.5)g范围内(其中g＝9.80665m/s2，为重力加速度)。沿水平方向的振动加速度频率以100Hz为基频,在100～500Hz范围内所占权重最大>1kHz基本上可以忽略不计。沿竖直方向的振动加速度频率范围为<200Hz，以50Hz为主。冷却装置的振动加速度频率以50Hz为主。
通过上述研究表明，500kV单相电力变压器正常运行时，油箱壁表面沿水平方向的振动加速度幅值在(0.5～2.5)g的范围之间，沿竖直方向的振动加速度幅值在(0.1～0.5)g左右；沿水平方向的振动加速度频率以100Hz为基频，在100～500Hz范围内所占权重最大，在>1kHz时基本上可以忽略不计。沿竖直方向的振动加速度频率范围为<200Hz，以50Hz为主。冷却装置的振动加速度频率范围为<100Hz，以50Hz为主。
高压断路器振动信号的特性：高压断路器是一种瞬时动作电器，平常处于静止状态，只是在执行分合闸命令时才快速动作，从而产生强烈的振动，其振动信号有以下特点：
1)振动信号是瞬时非平稳信号，不具有周期性。有效信号出现的时间非常短，通常在数十到数百毫秒之间。
2)振动是由于操动机构内部各构件的受力冲击和运动形态的改变引起的，在断路器的一次操作中，有一系列的构件按照一定的逻辑顺序启动、运动、制动，形成一个个振动波，沿着一定的路径传播，最终到达传感器的是一系列衰减振动波的叠加，不同的结构和不同的运动特性将产生不同的叠加波形。
3)断路器的机构对振动信号的传递过程是复杂的，冲击(振源)位置与测量位置的变更都会显著地改变实测振动信号的特性。高压断路器操作过程中的振动还具有高加速运动、高强度冲击的特点，其振动信号可以通过加速度传感器获取。
本实施例中，500kV高压断路器合闸时产生的振动信号如图13所示。图中，
对于合闸过程所对应的重要冲击振动如下：
t1：支架上合闸接触器动作所对应的微弱振动(接触器关合时刻)；
t2：合闸铁芯带动机构传动连杆开始运动(触头系统开始运动时刻)；
t3：动静触头接触时刻(主触头接触时刻)；
t4：合闸缓冲器接入时刻；
t5：合闸铁芯运动到头，对应着支架合闸过程中最大的一次冲击；
t6：机构的连杆运动到头与维持合闸掣子接触撞。
500kV高压断路器分闸时产生的振动信号如图14所示。图中，
t1：分闸脱扣电磁铁与连杆机构撞击，对应着一个较微弱的振动；
t2：机构连杆解列，分闸弹簧开始驱动传动机构及触头系统运动，对应着分闸过程中最大的冲击振动。
t3：主触头分离时刻；
t4：动触头运动到头，制动缓冲所对应的冲击，也是一个比较强烈的振动信号。
通过对高压断路器动作时的振动信号进行频谱分析可以看出，振动信号要由低频成分和高频成分两部分组成，低频成分的频率范围为400～800Hz，高频成分的频率范围为2.5k～5kHz。低频时最大加速度为8～9g。
开关切合检测单元，用于检测二次设备中开关切合的瞬间干扰；当断路器或刀闸切合操作会产生电弧重燃，触头两端的电压在几ns内突然跌落，该电压陡波在开关内部产生行波，引起高频振荡而形成特快速瞬变过程，从而产生特快速瞬变过电压，其典型波图如图15所示，经过耦合或传导到就地安装设备与外部的连络线上，对设备内电路引起骚扰。
操作断路器时引发瞬态干扰防护主要有如下：
1)尽量减少电信号互连线的长度，减小耦合通路；
2)设备的对外通信接口采用光纤通讯；
3)由于电源供电线路较长，耦合路径较好，可在电源入口安装滤波器，加强设备电源端口的滤波能力；
4)提高设备内电路抗瞬态干扰的等级；
5)设备外壳与大地可靠连接。
光纤通信监测单元，用于对二次设备的实时监测；通过测量光纤的传输光功率，计算光纤通路的损耗量(衰减量)，检查时要断开光纤传输通道，接入光功率测量设备，且在测量过程中要插拔大量的光纤连接头，易使接头受到空气中的灰尘污染，或者因为接头的对位偏移，导致光通道中额外的故障点，影响光信号传输和实际的测量结果。
如图16所示，在进行光功率测量时，需要监测光纤通路的光强信号，光强信号由光检测电路提供，该电路的工作原理是光敏二极管接收到光纤中的光信号后，产生和光强对应的电流信号I，电流信号I经运算放大器构成的I-U转换电路转换成电压信号U输出，这部分电路集成在光模块中。A/D转换电路，并采取分段放大的方式对不同强弱的信号采取不同的比例系数，便于保证A/D转换在小信号时的测量精度。A/D转换器电路既可是独立的，也可利用MCU内置的。MCU定时采集A/D转换结果。
当MCU采集到A/D转换的光强值，利用MCU已存储的光功率-光强数据，采用曲线拟合技术(如拉格朗日插值算法或三次样条插值)，求出相应的光功率值，精度(±0.1dBm)。
热损耗检测单元，用于检测二次设备的热损耗。所述热损耗检测单元包括有对散热回路的热阻进行检测。
从电子产品可靠性的角度将，温度每升高10℃，它的可靠性就要下降一半。而元器件本身寿命也和温度密切相关，例如，电解电容的温度每增加10℃，其寿命缩短一半。而电子设备的环境温度＝外界大气环境温度+电子设备自身功耗引起的温升。因此，要尽可能降低电子设备工作时所引起的温升，也就是要降低电子设备的功耗。
同理，现场安装运行继电保护装置要能工作在70℃～80℃的大气环境中，必须要降低设备运行的功耗。例如，大多数芯片的额定温度为105℃，如果外部温度为80℃，则设备运行的功耗所引起的温升不能超过20℃。降低功耗的方法有：提高设备开关电源的效率，例如，采用软开关和同步整流技术；选用低功耗器件，例如，低导通电阻的MOS管，低功耗的光模块等；减小电路的静态功耗，例如优化电路的上下拉电阻，在保证足够的上下拉能力下，增大上下拉电阻的阻值。
温度与元器件失效率的指数规律，随温度升高，失效率迅速增加。单个半导体元件的温度升高10℃，设备的可靠性降低50％。另据统计，电子设备的运行故障55％以上是由温度超过规定值而引起的。温度变化对中电解电容的寿命影响最大。
电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。当温度降低时，电解液粘度增加，因而离子移动性和导电能力降低。当电解液冷冻时，离子移动能力非常低以致非常高的电阻。相反，过高的热量将加速电解液蒸发，当电解液的量减少到一定极限时，电容寿命也就终止了。
电解电容寿命计算公式为：
LX是希望得到的电容寿命；
LR是电容加速寿命(如在最高温度105°、施加最大允许纹波电流时的寿命：5000小时)；
TO是电容的最高工作温度(85°或105°)；
TX是实际工作环境温度；
Tm是施加最大允许纹波电流引起电容内部温升(通常是5°～8°)；
Ti是实际施加纹波电流引起的电容内部温升；
KV是工作电压影响系数(通常低压额定电压的80％时取1)。
现场安装运行继电保护设备的电源端口EMC防护中，为了降低滤波器对浪涌干扰信号抑制的副作用，设计了一种滤波器，如图17所示。
电源输入端EMI滤波器通过浪涌共模干扰信号时会在滤波器的输出端产生两倍以上的输入浪涌电压，导致开关电源的控制芯片与开关管发生异常，甚至击穿电源变压器，引起其它电路元器件的损坏。
在实施例中，主要利气体放电管的放电特性，将共模电感线圈两端的电压进行箝制，减小或消除电源输入端滤波器的滤波回路对浪涌干扰电压的放大作用。该部分电路如图中气体放电管G1和R1所示。该钳位电路适用于各种电源输入EMI滤波器电路。
所述系统还包括有对二次设备的远程调试；进行远程调试和维护时，二次设备需通过通信网络将其内部的参数设置、运行状态等信息传输到调试维护软件。基于通信速率、安全性及经济性的考虑，本项目采用以太网通信方式，调试及维护的范围限定在变电站内。
目前，新一代的二次设备都同时具备以太网接口及485串行接口。对于采用以太网组网的变电站，远程调试和维护可复用其网络；对于采用485串行接口组网的变电站，需建立独立的远程调试及维护网络。
如图18所示，调试及维护网络采用星形连接，二次设备通过带屏蔽的超五类网线或光纤接入到集控室交换机。对于复用需在网络出口处设置防火墙，阻断非本站来源的远程调试及维护的网络连接报文。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。