专利名称：基于无线方式的变电站电容在线监测方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明属于电カ设备在线监测技术领域，具体涉及ー种基于无线方式的变电站电容在线监测方法及其装置。
背景技术：
并联电容器广泛应用于电カ系统的无功功率补偿，一般安装在变电站内采用集中补偿，某500KV变电站的电容器组结构如图I所示。随着电网规模的日益扩大和负荷需求的不断増加，系统对其电压及无功的调节越来越頻繁，并联电容器组的安全运行对于整个 电カ系统的稳定、正常供电起着非常重要的作用。当框架式电容器组中的某只电容器损坏导致整组电容跳闸时，其他电容可能会因受冲击而损坏，严重者会发生电容器组群爆故障，从而扩大了事故的范围及影响。由于电カ设备故障造成的直接损失是巨大的，而由供电中断造成的间接损失更是无法估量。传统的对电カ设备检修是通过预防性试验即定期维修来完成的，但预防性试验是离线进行的，即在停电状态下进行的试验，通常有周期长、电压低的特点，且停电后设备状态(如试验电压、温度等)和运行中状态不一致，试验结果不能十分真实地反映设备的故障状況。而状态检修能够及时反映电カ设备的运行状态，从而及时发现缺陷，提高整个系统供电的可靠性，因而成为电カ系统设备维修发展的趋势。实现设备状态检修的前提条件是电カ设备绝缘在线监测与故障诊断技术的研发应用。对于电力补偿电容器组的在线监测，主要是对其电容量和介质损耗參数的监测。电容绝缘不良会引起电容器电容值发生明显变化，电容量是电容器故障预警的直接參数；监测介质损耗同样可灵敏地发现电容器绝缘的整体劣化。尽管随着电カ设备在线监测技术的快速发展，可应用于电容性电カ设备的在线监测系统开始得到研发和应用，并已成为预防性试验方法的有益补充，但文献检索表明，专门针对变电站电カ补偿电容器组在线监测的研发尚处于空白阶段。公告日2005年12月21日，公告号为CN 1232831C的中国发明专利(专利号200410026133. 2)公开了ー种“电容性电力设备介质损耗在线监测方法及装置”，主要步骤有(I)采集接地线上设备泄漏电流信号，经过信号电缆传输到位于监控室的第一信号调理器进行处理后，送入数据采集卡第一通道进行采集；(2)采集变电站电压互感器低压输出获取參考电压信号，经过信号电缆传输到位于监控室的第二信号调理器进行处理后，送入数据采集卡第二通道进行采集；采集时通过第二通道信号触发第一通道，以保证两个通道同时采集；(3)计算机将数据采集卡采集到的两路信号进行频谱分析求出它们的角差及角差正切值(介质损耗)；(4)计算机内设置数据库，对监测数据进行数据管理和查询，通过Web服务器实现远程监测。该发明通过采集电容性电カ设备的系统电压和接地泄漏电流，先将其转换为数字信号，再利用频谱分析(傅里叶变换)求取设备介质损耗。该发明实现了电容性电カ设备介质损耗的在线监测、对采集信号的数字化处理以及利用计算机实现数据的管理和历史数据分析、查询。该方法存在主要问题(I)方案设计采取有线方式即所有信号均通过信号电缆传输。在实际当中，变电站内的同一条母线上通常安装有一台电压互感器(PT)和若干台的电容性设备，因此为了能够对所有电容性设备的绝缘參数进行在线监测，需铺设众多信号电缆将该PT的二次侧电压信号分别引到各个电容性设备的采集装置内进行相应的处理后，再将采集卡输出分别通过多条线缆引入计算分析用的计算机，这样做会带来很多的弊端。首先，对于110KV及以上电压等级的变电站来说，由于不同设备之间的距离是比较远的，作为计算用的基准电压信号在变电站复杂电磁环境下的远距离传输中很容易发生畸变，从而影响测量精度，造成故障的误判。其次，长距离敷设电缆也会増大产生电缆接地故障的概率，影响系统的安全可靠运行。再者，变电站电容性设备众多，需敷设大量电缆，现场施工量大。此外，若变电站一次设备主接线发生变化，都会产生传输信号电缆敷设或拆除问题；(2)对于变电站无功补偿电容器组来说，被测电容始終处于高压带电状态，基于绝缘安全考虑，也不允许把PT 二次侧电压信号用有线方式接到处于高压状态 的电容电流采集単元上，因而该技术方案并不适用于变电站补偿电容器组的在线监测。
公开日2006年6月28日，公告号为CN 1793990A的中国发明专利申请(申请号200510022748. 2)公开了ー种“电容性设备介质损耗在线监测系统”，包括测试仪、中心计算机和电流采样电路。该发明采取中心计算机通过GPRS无线远程控制多个相对独立的测试仪，借助测试仪上安装的GPS模块，实现异地的同步采集，收到测试仪回传的采集数据后，对采集的数据进行傅里叶分析，求得各个电容性设备的采样电流的基波相位，再由相位求得相互之间的介质损耗角差。该申请方案重点解决了多个相对距离较远的分散电容性设备之间的异地同步采集问题，能使测试仪就近接入采样，从而利用GPRS无线网络可满足远距离通信指令的特点，同时监测多个电容性设备之间的介质损耗角差。但面对本发明的监测对象框架式并联电容器组通常几十个电カ电容器同一地点集中安装的情况，则存在一系列问题(1)该申请方案只能利用其设计的电流采样电路同步采集多个电容性设备的末屏电流信号，计算后得到其相位差，利用其表征的介质损耗角差来间接判断被测设备的介质损耗(以ー个介质损耗较小的电容性设备作为基准)，不能获取并存储电容性设备的实际介质损耗值和电容量值并与历史值比较、评估，采用基准(自身会变化)对比法难以保证检测的准确性；(2)该申请方案的电流采样电路只能当与之并联的短路接地刀闸拉开时才可进行并完成带电测试，当电容性设备末屏电流接地时，接地刀闸K闭合，无法实现设备的连续在线采样；(3)该申请方案为克服GPRS网络通信实时性差的问题，每个测试仪上都安装GPRS模块和GPS模块并采用蓄电池供电，由于其测试仪和电流采样电路可放置在电容性设备末屏接地处，不必过分考虑体积、供电功率及更换维修问题，但面对集中大量安装的变电站无功补偿电容器组，一是加装大量的GPRS模块和GPS模块成本高、投资大，更重要的是由于运行高压及安装空间的限制，要求加装测量设备体积须足够小并尽可能地长期连续供电运行，因此必须减小装置体积、功耗，尽可能減少可能影响设备运行的维护更换，该申请方案显然无法满足这一点。公告日2011年4月6日，公告号为CN 101493485B的中国发明专利(申请号200910021454. 6)也公开了ー种“电容性设备介质损耗角在线监测系统”，包括微处理器、泄漏电流信号采集模块、GPS同步模块、无线通信模块、A/D采样模块、测频采样单元，其采用分层分布式结构集中管理的方式，根据功能要求将系统分为监测层、控制层和信息层，由一个监测主机(控制层)控制多个现场监测分机(包括采集单元SU和智能处理单元IPU)完成对异地多个不同电容性设备的异地同步采集；其存在问题是(I)监测原理上选择一组电容性设备做参考标准，提取其末屏电流后使用相对比较法进行故障判断，不能获得对电容性设备电容量及介质损耗值的检测数据及其历史值从而对其变化趋势进行评估对比；
(2)其现场监测分机(包括微处理器、泄漏电流信号采集模块、A/D采样模块、测频采样单元、无线通信模块、GPS模块)为实现异地同步采集加装了网络通信和GPS模块，不但供电功耗大、运行费用高，难以解决设备连续供电问题，而且如果大量集中加装显然投资巨大，不适用于变电站补偿电容器组大量电容的集中监测；(3)对于变电站补偿电容的监测，要求被测电压和被测电流须在同一位置进行定点采样，否则将导致傅里叶计算结果的不稳定，该方案中的GPS对时显然不能满足，GPS对时只能保证多个现场设备互相之间被测电流采样时刻的同步，但不能解决补偿电容被测电压和被测电流须在同一位置进行定点采样的问题，且该方案未提供如何尽可能在与电流相同位置定点测取设备电压的设计方案，因而仅适用于使用相对比较法测取电容性设备末屏电流进行故障判断的方案
发明内容
本发明要解决的技术问题是实现对变电站电力补偿电容器组所有电容的电容量和介质损耗参数的连续、实时在线监测；解决补偿电容器运行在高压状态，其工作电流取样须满足电力规程所要求绝缘安全的问题；解决补偿电容器电流、电压检测单元若大量加装网络通信模块和GPS模块可能带来的投资大、运行交费成本高问题，解决其低功耗和长期、连续供电问题；解决补偿电容被测电压和被测电流须同位置定点、同步采样问题；提供一种适用于变电站内大量集中安装的补偿电容器组的变电站电容在线监测方法及装置。本发明的设计方案是一种基于无线方式的变电站电容在线监测方法，可实现对变电站电力补偿电容器组电容的电容量和介质损耗的在线监测，其特征在于，同位置、同步采样各个电容的工作电流以及工作电压，采用无线方式实现同步采样控制并传送测量数据，利用计算机完成数据处理和故障分析告警；包括以下步骤I)在每只电容的高压侧设计加装自供电的电流测量单元，获取各个电容的工作电流并无线发送至位于变电站内的监测基站；2)选择在每一组并联电容的放电PT的二次侧输出端加装自供电的电压测量单元，获取各组电容的定点工作电压并无线发送至位于变电站内的监测基站；3)每个电压、电流测量单元接到基站无线发送的采集转换命令后立即启动同步采样；4)在变电站内设置监测基站，内置计算机和无线模块①发送电容电压、电流同步采样启动转换命令，②接收测量数据并存储管理，③利用频谱分析计算每只电容的电容量和介质损耗，④计算结果发送至远程监控中心监控主机；5)远程监控中心监控主机接收变电站监测基站数据，对同一电容数据进行历史对t匕、同组电容数据分别进行横向及纵向对比，综合评估电容绝缘参数的变化量后，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。优选的，所述监测基站还内置有一参考相位模块，基站发送电容电压、电流同步采样启动转换命令的时刻为参考相位模块中工频交流信号的过零点。
一种基于无线方式的变电站电容在线监测装置，其特征在于，包括电流测量单元至少包括穿芯小电流CT、带A/D转换的微处理器、供电模块和无线模块；所述穿芯小电流CT套接于电容高压侧导线上用于耦合电容工作电流，其两路输出一路接至微处理器A/D转换输入端用于电流采样，另一路接至供电模块进行整流滤波稳压后输出电能供电，所述微处理器通过无线模块接收同步采样启动转换命令后立即启动电流采样输入端A/D转换，并将获取的电流数据通过无线模块发送至监测基站；电压测量单元加装于电容器组放电PT的二次侧输出端，至少包括带A/D转换的微处理器、电源模块和无线模块；放电PT的二次侧输出端一路接至微处理器A/D转换输入端用于电压采样，另一路接至电源模块进行整流滤波稳压后输出电能供电，所述微处理器通过无线模块接收同步采样启动转换命令后立即启动电压采样输入端A/D转换，并将获取的电压数据通过无线模块发送至监测基站；
监测基站在变电站内就地设置，至少包括计算机和无线模块，计算机通过无线模块向电流测量单元和电压测量单元发送电压、电流同步采样启动转换命令并接收、存储和管理测量数据；基于所采集数据，计算机利用频谱分析计算每只电容的电容量和介质损耗并将计算结果发送至远程监控中心；远程监控中心包括监控主机，接收变电站监测基站数据，对同一电容数据进行历史对比、同组电容数据分别进行横向及纵向对比，综合评估电容绝缘参数的变化量后，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。优选地，所述监测基站还包括有一参考相位模块和一接口模块。与现有技术相比，本发明具有如下技术特征I、本发明通过对变电站电容器组电容工作电压、电流参数的连续、在线检测，计算得到电容设备的电容量及介质损耗值，实现了对电容设备主要绝缘参数的实时测量、数据查询、历史对比和故障诊断，为实现电力设备的状态检修提供了实用技术方案。2、采用在变电站补偿电容器组集中安装位置就地现场加装监测基站，基站和被测多个电容之间利用短距离、低功率、无线通信模块(如使用2. 4GHz频段的蓝牙模块或使用433MHz,866MHz等免费频段的无线模块)完成对电容电压、电流信号无线同步采集和数据传输的设计方案，避免了线缆敷设，解决了在集中布置的电容器组大量加装网络通信模块和GPS模块可能带来的投资、费用及供电问题，实现了采集数据在测量单元与基站之间的连续、安全、隔离传输，大大降低了系统成本，同时由于米用数字传输，抗电磁干扰能力强，提高了数据的可靠性，试验结果证明，本发明方案中采样经多次数据滤波后测量结果的稳定性要优于采用GPS方案。3、相对于现有技术中选择将电流测量单元放置在电容性电力设备的末屏接地处，其电流测量单元不受限制，不必过分考虑体积、绝缘及供电方式问题，而变电站集中安装的补偿电容器组工作时是始终处于高压状态中(见附图I电路中，A相高压侧35KV，A、B两点对地均处于高压)，考虑到绝缘要求及相互之间安全距离的问题，直接加装到电容设备上的电流测量单元体积应足够小、低功耗且能长期、连续、自供电运行，本发明通过在电容高压侧导线上加装穿芯小电流CT从被测设备上取样并获得工作电源的设计方案，巧妙解决了电流测量单元的自供电问题。因为穿芯CT体积很小，其供电能力也很小，如果加装GPS模块则其输出能量不能满足要求。
4、为解决补偿电容被测电压和被测电流须同位置定点、同步采样问题，本发明拓展和利用了高压电容器放电PT的作用，因为安装放电PT是变电站内并联电容器的必要技术安全措施，而放电PT和电容器的工作电压是相同的，因此本发明通过在每组电容器放电PT的二次输出端加装电压测量单元采集该组电容工作电压的技术方案很巧妙地解决了对同组电容电压、电流同位置定点采样问题，而现有技术中通常选用母线PT的输出，显然不能实现与远距离多点分布的被测设备电流与其工作电压的同一位置定点采样。5、本发明利用无线方式对电力电容器的测量数据进行传输，最大程度上避免在高压电容设备上另外多引线，不因加装检测设备而影响被测设备的绝缘性能。
图I为某500KV变电站的补偿电容器组结构示意图。图2为本发明的实施例，利用基站对图I中A，B两点之间5个同组并联电容器进行在线监测的系统结构示意图(其中II、12、13、14、15分别为在电容Cl、C11、C12、C13、 C14高压侧对应加装的电流测量单元，Vl为在该组电容放电PT 二次侧输出端加装的电压测
量单元)。图3为本发明的实施例对图I中A，B两点之间5个同组并联电容器进行在线监测的工作流程图。图4为本发明的实施例电流测量单元的电路原理框图。图5为本发明的实施例电压测量单元的电路原理框图。图6为本发明的实施例监测基站的电路原理框图。图7为本发明中监测基站计算机的工作流程图。
具体实施例方式图I为某500KV变电站的补偿电容器组结构示意图。图中只画出A相补偿电容，B相、C相补偿电容结构与A相相同，A相电容40只，因此三相补偿电容共120只。A相高压侧电压为35KV,左侧有5列电容，以右数第一列为例，由于电力电容器与输电线路直接联接，处于A，B两点被测电容对地都处于高压状态(E点除外)，基于绝缘安全的考虑，我们不能把电压信号用有线方式接到处于高压状态的电流测量单元上，而为保证经FFT(快速傅里叶变换)计算后得出的测量结果稳定，每次采样须满足从电容所在位置对其工作电压和工作电流进行同位置定点采样，为解决上述问题，本发明公开了一种基于无线方式的变电站电容在线监测方法，可实现对变电站电力补偿电容器组电容的电容量和介质损耗的在线监测，其核心是同位置、同步采样各个电容的工作电流以及工作电压，采用无线方式实现同步采样控制并传送测量数据，利用计算机完成数据处理和故障分析告警；主要包括以下步骤I)在每只电容的高压侧设计加装自供电的电流测量单元，获取各个电容的工作电流并无线发送至位于变电站内的监测基站；2)选择在每一组并联电容的放电PT的二次侧输出端加装自供电的电压测量单元，获取各组电容的定点工作电压并无线发送至位于变电站内的监测基站；3)每个电压、电流测量单元接到基站无线发送的采集转换命令后立即启动同步采样；4)在变电站内设置监测基站，内置计算机和无线模块①发送电容电压、电流同步采样启动转换命令，②接收测量数据并存储管理，③利用频谱分析计算每只电容的电容量和介质损耗，④计算结果发送至远程监控中心监控主机；5)远程监控中心监控主机接收变电站监测基站数据，对同一电容数据进行历史对t匕、同组电容数据分别进行横向及纵向对比，综合评估电容绝缘参数的变化量后，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。对于电力电容器的在线检测，主要是容量与介质损耗的测量。本发明的技术方案 利用现有技术中的频谱分析法即FFT (快速傅立叶变换)算法计算分解出电压、电流中的基波与谐波分量，在计算出电压基波、电流基波及其相位差的基础上，进行各电容器电容量和介质损耗值的计算。图2为采用上述方法，实现对图I中A，B两点之间5个同组并联电容器进行在线监测的本发明的实施例的系统结构示意图。其中II、12、13、14、15分别为在电容C1、C11、C12、C13、C14高压侧对应加装的电流测量单元，Vl为在该组电容放电PT 二次侧输出端加装的电压测量单元。其中I)电流测量单元II、12、13、14、15 :分别包括穿芯小电流CT、带A/D转换的微处理器、供电模块和无线模块；所述穿芯小电流CT分别套接于电容Cl、CU、C12、C13、C14高压侧导线上用于耦合电容工作电流，其两路输出一路接至微处理器A/D转换输入端用于电流采样，另一路接至供电模块进行整流滤波稳压后输出电能供电，所述微处理器通过无线模块接收同步采样启动转换命令后立即启动电流采样输入端A/D转换，并将获取的电流数据通过无线模块发送至监测基站；2)电压测量单元Vl :加装于电容器组放电PTl的二次侧输出端，包括带A/D转换的微处理器、电源模块和无线模块；放电PTl的二次侧输出端一路接至微处理器A/D转换输入端用于电压采样，另一路接至电源模块进行整流滤波稳压后输出电能供电，所述微处理器通过无线模块接收同步采样启动转换命令后立即启动电压采样输入端A/D转换，并将获取的电压数据通过无线模块发送至监测基站；3)监测基站在变电站内就地设置，内置至少包括计算机和无线模块，计算机通过无线模块向电流测量单元和电压测量单元发送电压、电流同步采样启动转换命令并接收、存储和管理测量数据；基于所采集数据，计算机利用频谱分析计算每只电容的电容量和介质损耗并将计算结果发送至远程监控中心；在本发明的实施例中，监测基站还包括有一参考相位模块，用于读取变电站内三相交流基准电压中任意一相工频交流信号的过零点作为基站发送电压、电流同步采样启动转换命令的时刻；进一步地，监测基站计算机还包括一接口模块，包括配置有线RS485接口、光纤接口或配置无线GPRS网络模块，用于计算结果的发送。4)远程监控中心(图中未画出)包括监控主机，通过光纤或监控主机内置GPRS网络模块接收变电站监测基站数据并利用ORACLE数据库软件存档管理，利用B/S(Browser/Server)模式实现远程历史数据及故障诊断结果查询、报警功能。电容器组故障的诊断采用对同一电容数据进行历史对比、同组电容数据分别进行横向及纵向对比，综合评估电容绝缘参数的变化量后，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。
参考图3本发明的实施例对图I中A，B两点之间5个同组并联电容器进行在线监测的工作流程，主要包括以下步骤步骤101 :监测基站计算机通过无线模块发送电容电压、电流同步采样启动转换命令；步骤102 :电容高压侧加装的自供电电流测量单元接到基站无线发送的采集转换命令后立即启动同步采样，获取各个电容的工作电流并无线发送至监测基站； 步骤103 电容放电PT 二次侧输出端加装的自供电电压测量单元接到基站无线发送的采集转换命令后立即启动同步采样，获 取各组电容的定点工作电压并无线发送至监测
基站;步骤104 :监测基站计算机通过无线模块接收电压、电流测量数据并存储管理；步骤105 :监测基站计算机利用频谱分析计算每只电容的电容量和介质损耗并将计算结果发送至远程监控中心监控主机；步骤106 :远程监控中心监控主机接收变电站监测基站数据，对同一电容数据进行历史对比、同组电容数据分别进行横向及纵向对比，综合评估电容绝缘参数的变化量后，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。参考图4本发明实施例电流测量单元的电路原理框图，电流测量单元包括穿芯小电流CT、带A/D转换的微处理器、供电模块和无线模块；穿芯小电流CT套接于电容高压侧导线上用于耦合电容工作电流，其两路输出一路利用现有技术进行放大和滤波处理后接至微处理器A/D转换输入端用于电流采样，另一路接至供电模块进行整流、滤波、稳压处理后输出电能为电流测量单元供电。实际使用中，A/D转换芯片可采用AD976CN，芯片速度IOOKHz，具有高采集速率和较高分辨率，能够满足采集速度和采集精度的要求。CPU芯片可采用89C51芯片，与RAM相连，每个采样周期的初始首先接收同步采样启动转换命令及采样速率，然后立即启动电流采样输入端A/D转换，根据CPU给定的采样速率完成一个周波内的采样点数并将A/D芯片获取采样值存入RAM，当采集完一个工频周期的数据后，将RAM里的数据通过无线模块发送监测基站，无线模块可选用市售2. 4GHz频段的蓝牙模块。本实施例中，穿芯小电流CT套接于电容高压侧导线上用于耦合电容工作电流和输出供电能量均采用现有技术。其中穿芯小电流CT可采用罗可夫斯基传感线圈，根据需要将其制作成一次绕组为穿芯式能承担被测电流及相应要求，通过高灵敏度宽负载特性好的铁芯在二次输出适应测量需要的mA级标准微电流信号，微型电流传感器的磁芯根据被测信号的特性选用适应的材料以保证小电流时灵敏度高，超出测量电流范围时具有饱和特性，避免过电流时故障扩大，其二次输出形成等比于被测电流I的二次电流i输入到微处理器A/D转换输入端进行信号处理和A/D转换，I/i的比值在微处理器的CPU芯片中设定。所述供电模块完成对穿芯小电流CT输出电流的整流、滤波、稳压处理后取出需要的电能满足微处理器和无线模块的连续工作。实际工程中，由于电力电容器与输电线路直接联接，为减少施工过程中安装的工程量，穿芯小电流CT亦可采用开启式电流互感器(例如钳形电流互感器)。参考图5本发明实施例电压测量单元的电路原理框图，电压测量单元Vl加装于电容器组放电PTl的二次侧输出端，包括带A/D转换的微处理器、电源模块和无线模块；放电PTl的二次侧输出端输出信号一路利用现有技术进行隔离、放大、滤波处理后接至微处理器A/D转换输入端用于电压采样，另一路接至电源模块进行过压保护及稳压处理后输出电能供电；放电PTl的二次侧输出端电压V与被测电压V的变比V/v在微处理器的CPU芯片中设定，实际使用中，A/D转换芯片可采用AD976CN，芯片速度IOOKHz，具有高采集速率和较高分辨率，能够满足采集速度和采集精度的要求；CPU芯片可采用89C51芯片，与RAM相连，每个采样周期的初始首先接收同步采样启动转换命令及采样速率，然后立即启动电压采样输入端A/D转换，根据CPU设定的采样速率完成一个周波内的采样点数并将A/D芯片获取采样值存入RAM，每采集完一个工频周期的数据后，将RAM里的数据通过无线模块发送监测基站，无线模块可选用市售2. 4GHz频段的蓝牙模块；所述电源模块完成对放电PTl的二次侧输出电压的过压保护及稳压处理后取出需要的电能满足微处理器和无线模块的连续工作，采用现有技术。参考图6本发明的实施例监测基站的电路原理框图，监测基站包括计算机和无线模块，计算机通过无线模块向电流测量单元和电压测量单元发送电压、电流同步采样启动转换命令并接收、存储和管理测量数据；基于所采集数据，计算机利用频谱分析计算每只电容的电容量和介质损耗并将计算结果发送至远程监控中心。在本实施例中，监测基站的计算机采用可编程逻辑FPGA开发板(集成CPU、外设、存储器和I/O接口)作为主要硬件载体， 以微处理器作为系统控制核心，完成对变电站内交流基准电压的工频频率检测和实现高速同步采样控制，对基站工作流程进行控制并完成数据接收通讯。具体包括参考相位模块，选用Altera公司EP1C6Q240C8芯片，利用FPGA板设计锁相倍频电路，读取变电站内三相交流电压中任意一相作为交流基准电压进行测频采样并计算输出一个周波内的采样速率，以确保电容电压、电流信号满足FFT (快速傅里叶变换)要求的2n采样点数，实际以工频交流信号的过零点作为一个周期工频采样开始点的触发标志，即基站发送电压、电流同步采样启动转换命令的时刻；进一步地，监测基站计算机还包括一接口模块，包括配置有线RS485接口、光纤接口或配置无线GPRS网络模块，用于将计算结果通过有线或无线方式发送至远程监控中心。本实施例采用在变电站补偿电容器组集中安装位置就地现场加装监测基站，基站和被测多个电容之间利用短距离、低功率、2. 4GIIz频段的蓝牙模块(也可使用433MIIZ、866MIIZ等免费频段的无线模块)完成对电容电压、电流信号无线同步采集和数据传输的设计方案，利用采集数据在测量单元与基站之间的连续、安全、隔离传输，避免线缆敷设，既满足了补偿电容高压运行的绝缘安全要求，同时作为电容电压、电流信号的中继接收转发站，通过采用短距离数字传输，大大提高了数据的可靠性，试验结果证明，本发明方案测量结果的稳定性要优于采用GPS方案。图7为本发明中监测基站计算机的工作流程图。系统上电初始化、自检通过后，首先读取变电站基站编号及电容器组序号，用于采样数据的打包管理；然后读取参考相位模块测频信号并计算采样速率，待工频交流信号过零点到达后，触发并通过无线模块发送采样速率及电压、电流同步采样启动转换命令，电压、电流测量单元收到启动转换命令后启动采样输入端A/D转换,根据接收到的采样速率完成一个周波内的采样点数并将获取采样值存入RAM，每采集完一个工频周期的数据后，将RAM里的数据通过无线模块发送监测基站，监测基站通过无线模块接收电压、电流测量数据并存入数据库，继续读取数据库数据，计算每只电容的电容量和介质损耗并保存入数据库，最后读取数据库数据并将计算结果发送至远程监控中心监控主机，从而完成一次完整的采样过程。关于远程监控中心包括监控主机，通过有线方式如光纤或RS485接口双绞线，无线方式如内置GPRS网络模块接收变电站监测基站数据并利用ORACLE数据库软件存档管理，利用B/S(Bix)WSer/Server)模式实现远程历史数据及故障诊断结果查询、报警功能，均采用现有技术，不赘述。远程监控中心监控主机对变电站监测数据的故障诊断对同一电容数据进行历史对比、同组电容数据分别进行横向及 纵向对比，综合评估电容绝缘参数的变化量后，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。以南方电网公司《电力设备预防性试验规程》规定为例，设置电容值故障告警条件为I)当Cl彡0. 95Cn时装置发越限报警。2)当Cl彡I. ICn时装置发越限报警。3)95% Cn < Cl < I. ICn时装置不发越限报警。(其中Cn为电容值出厂值，Cl为电容器采样值)。本发明首次采用短距离、低功率、无线通信技术完成对变电站集中安装的补偿电容器组电容电压、电流信号无线同步采集的控制和数据的传输，避免了线缆敷设，大大降低了施工的难度和系统安装成本，解决了在集中布置的电容器组大量加装网络通信模块和GPS模块可能带来的投资、费用及供电问题，实现了采集数据在测量单元与基站之间的连续、安全、隔离传输，可以连续监测电容器运行工况，并对异常电容提出故障告警，保证了变电站电力系统的运行安全。
权利要求
1.ー种基于无线方式的变电站电容在线监测方法，可实现对变电站电カ补偿电容器组电容的电容量和介质损耗的在线监测，其特征在于，同位置、同步采样各个电容的工作电流以及工作电压，采用无线方式实现同步采样控制并传送测量数据，利用计算机完成数据处理和故障分析告警；包括以下步骤 1)在每只电容的高压侧设计加装自供电的电流测量单元，获取各个电容的工作电流并无线发送至位于变电站内的监测基站； 2)选择在每ー组并联电容的放电PT的二次侧输出端加装自供电的电压测量单元，获取各组电容的定点工作电压并无线发送至位于变电站内的监测基站； 3)每个电压、电流测量单元接到基站无线发送的采集转换命令后立即启动同步采样； 4)在变电站内设置监测基站，内置计算机和无线模块①发送电容电压、电流同步采 样启动转换命令，②接收測量数据并存储管理，③利用频谱分析计算每只电容的电容量和介质损耗，④计算结果发送至远程监控中心监控主机； 5)远程监控中心监控主机接收变电站监测基站数据，对同一电容数据进行历史对比、同组电容数据分别进行横向及纵向对比，综合评估电容绝缘參数的变化量后，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。
2.如权利要求I所述的基于无线方式的变电站电容在线监测方法，所述监测基站还内置有一參考相位模块，基站发送电容电压、电流同步采样启动转换命令的时刻为參考相位模块中エ频交流信号的过零点。
3.ー种基于无线方式的变电站电容在线监测装置，其特征在于，包括 电流测量単元至少包括穿芯小电流CT、带A/D转换的微处理器、供电模块和无线模块；所述穿芯小电流CT套接于电容高压侧导线上用于耦合电容工作电流，其两路输出一路接至微处理器A/D转换输入端用于电流采样，另一路接至供电模块进行整流滤波稳压后输出电能供电，所述微处理器通过无线模块接收同步采样启动转换命令后立即启动电流采样输入端A/D转换，并将获取的电流数据通过无线模块发送至监测基站； 电压测量単元加装于电容器组放电PT的二次侧输出端，至少包括带A/D转换的微处理器、电源模块和无线模块；放电PT的二次侧输出端一路接至微处理器A/D转换输入端用于电压采样，另一路接至电源模块进行整流滤波稳压后输出电能供电，所述微处理器通过无线模块接收同步采样启动转换命令后立即启动电压采样输入端A/D转换，并将获取的电压数据通过无线模块发送至监测基站； 监测基站在变电站内就地设置，至少包括计算机和无线模块，计算机通过无线模块向电流测量単元和电压测量单元发送电压、电流同步采样启动转换命令并接收、存储和管理測量数据；基于所采集数据，计算机利用频谱分析计算每只电容的电容量和介质损耗并将计算结果发送至远程监控中心； 远程监控中心包括监控主机，接收变电站监测基站数据，对同一电容数据进行历史对比、同组电容数据分别进行横向及纵向对比，综合评估电容绝缘參数的变化量后，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。
4.如权利要求3所述的基于无线方式的变电站电容在线监测装置，所述监测基站还包括有一參考相位模块和一接ロ模块。
全文摘要
本发明属于电力设备在线监测技术领域，具体涉及一种基于无线方式的变电站电容在线监测方法及其装置，主要组成步骤在每只电容的高压侧设计加装自供电电流测量单元，在每一组并联电容的放电PT的二次侧输出端加装自供电的电压测量单元，获取各个电容的工作电压、电流后无线发送至监测基站；监测基站内置计算机和无线模块发送电容电压、电流同步采样启动转换命令，接收测量数据并存储管理，利用频谱分析计算每只电容的电容量和介质损耗，计算结果发送至远程监控中心监控主机进行综合评估分析，对变化量大于一定值的电容器提出故障告警。
文档编号G08C17/02GK102680799SQ20121014928
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者李洪景 申请人:山东惠工电气股份有限公司