一种即插即用的采样单元、智能GIS系统及传感器识别方法与流程

本发明涉及一种即插即用的采样单元、智能gis系统及传感器识别方法，属于高压设备智能化技术领域。

背景技术：

gis作为电力系统的关键设备之一，是将变电站中除变压器以外的电气元件封闭组合在接地金属外壳中，以sf6气体作为绝缘介质的成套系统。与常规电器相比，gis具有占地面积小，安装方便、不易受外界环境影响、运行可靠性高、检修周期长等优势，但由于其本身结构复杂，制造及检修工艺繁多，一旦发生故障后，具有检修时间长、停电范围广、故障影响大和系统修复难等特点。如果gis在运行过程中发生故障又得不到及时处理，可能给电网运行带来严重的危害。因此，增加高压gis的故障检测手段，对发现潜在故障、降低电力系统运行成本、提高电力系统安全性和可靠性具有非常重要的意义。

以“设备本体+智能组件”为主要内容的智能gis作为智能变电站的一个重要方面，实现了gis的监测、控制、测量、保护等基本功能，取得了一定的应用成果，但也暴露出很多问题。例如：(1)强电磁骚扰环境下传感器等二次设备损坏率高。目前，集成于gis本体安装的监测传感器参量输出多以电介质为主的rs485通信线、模拟电流电压信号和开关量信号为主，电介质回路不仅极易受现场电磁骚扰的影响信号传输，而且无法对操作过电压、雷击过电压进行有效隔离，造成后级智能组件等设备损坏。(2)传感器规约私有化造成现场运行维护困难。目前，工程应用中智能gis传感器层通信基于的rs485总线实现，各厂商规约私有，通信标准开放不足，需要由在线监测ied映射到dl/t860实现信息共享，互操作困难，造成现场信息传递环节多，后期检修运行维护繁琐复杂，并且传感器损坏后的再更换也十分困难。(3)数据传输可靠性差、采样同步系统复杂。现有在线监测传感器层通信大都基于rs485实现，其物理层传输速度低，通信距离近，对阻抗匹配要求高、信号电平易失真。(4)对于需要同步采样的场合，需要增加额外的对时总线，增加系统复杂性。目前在线监测装置只具备与常规互感器接口，且其低速通讯方式无法与电子互感器高速采样方式兼容，不能获取系统运行电流电压信息，影响到在避雷器阻性电流计算、局放同步基准相位接入和电流/电压缺陷类型判别等方面功能实现，进而影响设备运行状态的性能评估。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种即插即用的采样单元、智能gis系统及传感器识别方法，用于解决现有gis系统现场运行维护困难这一技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种即插即用智能gis系统的传感器自动识别方法，步骤如下：

步骤1，过程层采集单元定期轮询是否有传感器插入；

步骤2，若采集单元检测到有传感器插入且接收到gis综合监测ied发送的主动召唤配置命令，则获取插入的传感器的配置信息，并将获取的配置信息与自身所存储的各类传感器的配置信息进行匹配；

步骤3，若匹配成功，采集单元则根据所述配置信息获取自身所存储的该传感器的参数信息，并将获取的该传感器的参数信息发送给gis综合监测ied；

步骤4，gis综合监测ied接收所述采集单元发送过来的传感器的参数信息，并根据收到的传感器的参数信息进行传感器的参数信息更新。

进一步的，还包括若匹配不成功，采集单元则进行事件触发并上送gis综合监测ied。

本发明还提供了一种即插即用智能gis系统，包括存储有配置信息的过程层传感器、存储有各类传感器的配置信息和参数信息的过程层采集单元，以及间隔层gis综合监测ied，所述采集单元采样连接所述传感器，所述采集单元通信连接所述gis综合监测ied；

所述采集单元用于：定期轮询是否有传感器插入；若检测到有传感器插入且接收到gis综合监测ied发送的主动召唤配置命令，则获取插入的传感器的配置信息，并将获取的配置信息与自身所存储的各类传感器的配置信息进行匹配；若匹配成功，则根据所述配置信息获取自身所存储的该传感器的参数信息，并将获取的该传感器的参数信息发送给gis综合监测ied；

所述gis综合监测ied用于：接收所述采集单元发送过来的传感器的参数信息，并根据收到的传感器的参数信息进行传感器的参数信息更新。

进一步的，所述传感器至少包括以下两种组合：sf6气体传感器、断路器机械特性传感器、避雷器电流传感器。

进一步的，所述采集单元设有与所述gis综合监测ied进行通信连接的双向光纤通信接口。

进一步的，所述采集单元还设有与所述传感器进行采样连接的rs485接口、can总线接口或ft3通信协议接口。

进一步的，所述gis综合监测ied设有用于与站控层在线监测主机/一体化信息平台进行通信连接的光纤通信接口。

本发明还提供了一种即插即用智能gis系统的采集单元，所述采集单元包括处理器和存储器，所述存储器用于存储各类传感器的配置信息和参数信息；所述采集单元还设有用于连接过程层传感器的采样接口以及用于连接间隔层gis综合监测ied的通信接口；

所述处理器用于执行指令以实现如下方法：

通过所述采样接口定期轮询是否有传感器插入，通过所述通信接口检测是否接收到间隔层gis综合监测ied发送的主动召唤配置命令；

若检测到有传感器插入且接收到gis综合监测ied发送的主动召唤配置命令，通过所述采样接口获取插入的传感器的配置信息，并将获取的配置信息与存储器存储的各类传感器的配置信息进行匹配；

若匹配成功，则根据所述配置信息获取存储器所存储的该传感器的参数信息，并将获取的该传感器的参数信息通过所述通信接口发送给gis综合监测ied。

进一步的，所述通信接口为双向光纤通信接口。

进一步的，所述采样接口为rs485接口、can总线接口或ft3通信协议接口。

本发明的有益效果是：

当采集单元的输入端口有传感器接入、采集单元定期轮询时间到且gis综合监测ied发送主动召唤配置命令时，采集单元进行传感器变动检测，通过采集插入的传感器中的配置信息，并将该配置信息与自身所存储的各类传感器的配置信息进行匹配，进而找到采集单元中所存储的该传感器的参数信息，并将参数信息发送给间隔层gis综合监测ied，最终实现传感器参数信息的数据更新。本发明通过传感器即插即用技术应用，实现标准化接入以及系统各组件快速连接，降低人员操作和配置失误可能性以及gis系统现场运行维护的难度。

采集单元采用双向光纤通信接口与gis综合监测ied进行通讯，同时适用于电子式互感器和常规互感器的不同应用场合，提高了系统数据传输的可靠性。

附图说明

图1是即插即用的智能gis系统的网络示意图；

图2是即插即用的智能gis系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体的实施例对本发明的具体实施方式进行详细说明。

本发明即插即用的智能gis系统的网络示意图如图1所示，包括过程层传感设备、间隔层gis综合监测ied以及站控层一体化信息平台/在线监测主机。智能gis系统的通信包括过程层网络通信和站控层网络通信，其中过程层网络通信支持现场总线、ft3通信协议和iec61850通信协议；站控层网络通信支持iec61850通信协议。

具体的，过程层传感设备包括采集单元以及安装于gis本体的各种传感器，采集单元的输入端口采样连接各种传感器，采集单元的输出端口通信连接gis综合监测ied。其中，采集单元采用ft3通信协议接口与gis本体的各种传感器进行采样连接，采集单元与gis综合监测ied之间按照ft3通信协议采用光纤进行信息交互。作为其他的实施方式，采集单元和gis本体的各种传感器之间也可以采用其他端口进行采样连接，例如rs485接口或can总线接口；采集单元与gis综合监测ied之间也可以采用其他的双向光纤通信接口进行通信连接。

各种传感器中均存储有该传感器的配置信息，该配置信息的主要作用是用于对传感器进行识别，从而有助于获得该传感器的参数信息。在本实施例中，该配置信息包括传感器的类型和生产厂家。当然，传感器的配置信息也可以根据需要设置为其他内容。采集单元中存储有各类传感器的配置信息和参数信息，采集单元中存储的各类传感器的配置信息与传感器所存储的配置信息相匹配。当采集单元接收到其输入端新插入的传感器所发送的配置信息时，将该配置信息与自身所存储的各类传感器的配置信息进行匹配，并根据匹配到的配置信息进而得到新插入的传感器的参数信息。

上述过程层传感设备中的各类传感器具体包括：1)用于采集断路器动作行程曲线、分合闸时间特性以及断路器位置接点、隔离开关、接地开关、储能电机位置接点等gis位置状态的机械特性传感器；2)用于采集gis气室中sf6气体湿度、密度、露点、压力和温度的sf6气体传感器；3)用于采集避雷器泄漏电流的避雷器电流传感器。

上述的机械特性传感器、sf6气体传感器和避雷器电流传感器均通过采集单元接入间隔层gis综合监测ied，具有即插即用功能。在过程层中，传感器与采集单元采用就地一体化配置，可以根据传感器的数目来配置相应的采集单元。当采集单元的采样接口足够用时，多个传感器按照就近原则可共用一个采集单元，此时可以只配置一个采集单元；而当一个采集单元的采样接口不够用时，可以配置多个采集单元。

另外，过程层中还设置有用于采集gis内部局部放电信息的uhf局放监测单元，uhf局放监测单元按照iec61850标准采用光纤直接接入站控层网络，与一体化信息平台/在线监测主机进行信息交互。

如图2所示，采集单元由信号数据采集模块、信号调理模块、数据放大模块、a/d转换模块、光电转换模块、自诊断模块、即插即用通信规约及标准接口以及ft3接口组成。采集单元根据接入传感器的不同，进行自适应识别，启动不同的算法程序，对各类传感器所采集的采样数据进行初加工，使其满足综合监测ied对数据传输的要求，采集单元通过ft3协议经光纤将经过初步加工的数据输出到综合监测ied。

间隔层gis综合监测ied包括数据采集模块、数据处理模块、预警模块、状态评估模块、数据存储模块、装置自检模块、即插即用通讯规约解析模块以及标准化数据通讯模块。间隔层gis综合监测ied对gis宿主设备各类监测信息进行数据汇总、加工和存贮以及状态评估。

上述的智能gis系统能够实现传感器的即插即用功能，即实现传感器接入的自动检测、传感器参数的自动配置以及监测信息的自动获取。在本实施例中，实现传感器接入的自动检测以及传感器参数的自动配置通过二维矩阵来实现，也就是采集单元中存储有各类传感器的配置信息组成一个二维矩阵列表，该二维矩阵列表可以根据需要进行配置和扩展，通过配置文件进行修改。一般可根据工程需要对该矩阵列表进行最大化配置，当传感器更换时，能够自适应进行配置，二维矩阵示例如表1所示：

表1

对于二维矩阵列表中的每种配置信息，均对应存储有该传感器的参数信息。以配置(4，1)为例，其对应的参数信息如表2所示：

表2

具体的，智能gis系统实现传感器接入的自动检测、传感器参数的自动配置的步骤如下：

1)当有传感器接入、采集单元定期轮询时间到、gis综合监测ied发送主动召唤配置命令，采集单元进行传感器变动检测；

2)采集单元获取接入的传感器配置信息，并与二维矩阵中的配置表进行匹配；

3)根据步骤二中的匹配结果，若匹配成功，则更新传感器配置信息，完成配置读取，例如读取上述配置(4，1)的参数信息，并解析获取传感器采集参数信息。若匹配失败，则进行事件触发并上送gis综合监测ied，重复步骤2)。

4)采集单元向gis综合监测ied发送配置更新请求，gis综合监测ied收到配置请求，进行消息确认，采集单元将所读取的传感器的参数信息发送给gis综合监测ied。

5)gis综合监测ied根据采集单元传送的参数信息，完成基于采集单元的配置参数的修改以及数据信息列表的刷新。

通过以上步骤，可以实现传感器插入或变动的自动识别以及传感器参数的自动配置，为各种传感器进行相关数据的采集做好准备。

本发明的采集单元通过ft3协议的输出同时适用于电子式互感器和常规互感器的不同应用场合，通过就地化采集和光纤传输提高系统的精度和可靠性；系统通信全部采用对电磁干扰不敏感的光纤提高通信可靠性，提高gis系统抗干扰能力和通信质量，降低过电压引起的设备损坏几率；通过传感器即插即用技术应用，实现标准化接入以及系统各组件快速连接，降低人员操作和配置失误可能性，缩短停电检修时间；通过集成化的gis综合监测ied取代监测功能组多个ied，减少投资成本，减少繁琐的多环节互联互通调试工作量，降低多环节耦合引起的可靠性风险。

需要说明的是，以上只是对本发明的具体实施例进行了描述，但本发明并不局限于上述的特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种改进和变形，在不脱离本发明技术原理的前提下，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。