专利名称：分布式变电站容性设备绝缘状态在线检测装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种分布式变电站容性设备绝缘状态在线检测装置，该装置用于 变电站容性设备及避雷器的绝缘状态的在线检测，属于变电站高压电气设备尤其是容性设 备在线检测领域。
背景技术：
容性设备是重要的输变电设备，主要包括变压器套管、电流互感器(CT)和电压互 感器(PT)。容性设备和避雷器是变电站最主要的运行设备，因而在变电站中具有举足轻重 的地位，这些设备的绝缘故障不仅影响整个变电站的安全运行，同时还危及其他设备和人 身的安全。所以，有必要对于变电站容性设备和避雷器的绝缘状态进行及时有效的检测。由于变电站现场复杂的电磁环境和电网谐波，目前变电站电气设备绝缘在线检测 装置大多稳定性不高，抗干扰不强，尤其因为传感器技术的限制使得所提取的特征量数据 具有很大的误差，而在数据传输过程中，如何把传感器提取的这些微弱的电信号无畸变地 送到数据处理单元去则是要面临的怎样选择通讯方式的难题。再有，在一般情况下，影响变 电站电气设备绝缘老化的因素不仅有电、热的因素还包括自然环境的因素，比如在一定情 况下温度越高绝缘材料介损值越大，同时长期的湿度也会很大程度的使介损增大。在变电 站中被检测设备周围环境每天都有周期性的变化，绝缘材料的老化因素也就会受到环境的 影响，这些因素都会影响设备绝缘在线检测的准确性，所以变电站在线检测装置对于环境 温湿度的检测也尤为的重要。而现有的变电站电气设备绝缘在线检测装置大都忽略对环境 温度和湿度的检测，因而在做故障分析和诊断时就会出现一定的误差。
发明内容本实用新型的目的是克服现有技术的不足，提供一种稳定可靠、精确度高、实时性 好的具有较强扩展性的分布式变电站容性设备绝缘状态在线检测装置。实现上述目的的技术方案是该装置由依次连接的数据采集器(1)、数据处理器 (2)和系统控制器(3)构成(参见图1)；其中，数据采集器(1)由信号传感单元构成，包括 有避雷器泄露电流传感器(4)、变压器套管泄露电流传感器( 、CT泄露电流传感器(6)、PT 泄露电流传感器(7)以及温湿度传感器(8)(参见图2、；数据处理器( 包括各信号传感 单元对应相连接的现场信号处理单元(9)，并通过通信接口单元(10)与系统控制器(3)的 工控计算机(11)相连接。数据采集器通过传感器采集各种信号送入数据处理器进行数据 处理，数据最后送入系统控制器作为实现故障诊断和状态评估的依据。上述技术方案中的避雷器泄露电流传感器(4)、变压器套管泄露电流传感器(5)、 CT泄露电流传感器(6)、PT泄露电流传感器(7)都采用零磁通高精度微电流传感器(12)。 零磁通高精度微电流传感器采用的是穿心式结构，可以不改变被测设备原有接线方式，直 接套装在变压器套管、电流互感器、电压互感器和避雷器的末屏回路或接地线上，并就近安 装与各传感器相对应的现场信号处理单元，再通过通信接口与工控计算机相连接。采用此种零磁通高精度微电流传感器及其安装连接方式具有精确度高、抗干扰能力强的优点。上述现场信号处理单元(9)集合有信号放大模块(1 、信号补偿模块(14)、信号 滤波模块(15)、通道选择模块(16)、A/D转换模块(17)、下位机控制模块(18)以及通讯模 块(19)(参见图幻。信号传感单元采集到的各类信号必须经过现场信号处理单元各模块的 处理，这些处理包括信号的放大、补偿以及滤波，再把信号进行模/数转换，最后通过通讯 模块把采集到的数据上传至工控机。经过这一系列的处理，可以滤除信号中的高次谐波，抑 制现场电磁干扰，使采集到得数据更准确有效。再有，上述现场信号处理单元(9)整合有开关电源模块00)。开关电源模块输入 为220V工频交流电，可输出12V和5V直流电平，为现场信号处理单元各模块提供直流电 源。该模块与现场信号处理单元整合，具有安装方便，节省空间，稳定高效的优点。上述工控计算机(11)配置有实现检测和故障诊断的上位机程序模块。该程 序模块可以实时监控避雷器，变压器套管，电流互感器，电压互感器及环境温湿度的信息， 不仅计算介质损耗值及电容量，还可以提供各检测量的曲线图、棒图等历史数据画面，提供 设备的数据统计报表。同时，该模块也具有绝缘诊断与报警功能，能根据在线检测量及其历 史数据诊断绝缘状态，给出运行异常预警。本实用新型具有如下技术效果。零磁通高精度微电流传感器采用的是穿心式结 构，可以不改变被测设备原有接线方式，直接套装在变压器套管、电流互感器、电压互感器 和避雷器的末屏回路或接地线上，并就近安装与各传感器相对应的现场信号处理单元，再 通过通信接口与工控计算机相连接；传感器安装的数量地点则要根据变电站现场检测点安 排的情况来决定，同时根据现场情况，在适当位置安装百叶箱，在百叶箱里面安装现场温湿 度传感器及其现场信号处理单元，也通过通信接口与工控计算机相连接。工控计算机则通 过通信接口管理各现场信号处理单元，可以实现实时监视功能，提供所有检测量的相关信 息，并做数据处理及诊断功能，具有设备绝缘诊断与报警功能，同时将在线检测数据及分析 得出的信息归类存档，提供用户数据查询功能和打印功能，还可通过工控计算机对设备进 行配置，可扩展新设备，并能通过变电站综合自动化的借口实现远程检测、远程设置和远程 维护。特别是通过对变压器套管、电流互感器、电压互感器以及避雷器泄露电流的检测，来 反映容性设备及避雷器的绝缘状态，为变电站电气设备故障诊断和状态评估提供准确、科 学的依据，并以此指导设备的状态检修，保证其安全运行。本使用新型具有如下技术效果(1)装置的数据采集器采用零磁通高精度微电流 传感器，安装方便灵活，具有精确度高、抗干扰能力强的优点。该零磁通高精度微电流传感 器采用的是穿心式结构，可以根据变电站现场检测点安排情况，在不改变被测设备原有接 线方式的情况下，直接套装在变压器套管、电流互感器、电压互感器和避雷器的末屏回路或 接地线上。(2)工控计算机通过通信接口管理各现场处理单元，可以实现实时监视功能，提 供所有检测量的相关信息，并做数据处理及诊断功能，具有设备绝缘诊断与报警功能，同时 将在线检测数据及分析得出来的信息归类存档，提供用户数据查询功能和打印功能。(3)装 置能反映容性设备及避雷器的绝缘状态，为变电站电气设备绝缘故障诊断和状态评估提供 有效、科学的依据，依次知道设备的状态检修，保证其安全运行。
图1为本实用新型系统结构示意图图2为本实用新型总体原理示意图图3为本实用新型容性设备及避雷器泄露电流检测流程原理示意图图4为本实用新型计算介质损耗流程具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细的说明。如图1、2所示，本实用新型分布式变电站容性设备在线检测装置，由依次连接的 数据采集器1，数据处理器2，系统控制器3组成。数据采集器1由信号传感单元构成，包括 有避雷器泄露电流传感器4、变压器套管泄露电流传感器5、CT泄露电流传感器6、PT泄露 电流传感器7、温湿度传感器8，数据处理器2包括与各信号传感单元对应相连接的现场信 号处理单元9，并通过通信接口单元10与系统控制器3的工控计算机11相连接。如图3所示，分布式变电站容性设备在线检测系统现场信号处理单元9中，集合了 信号放大模块13、信号补偿模块14、信号滤波模块15、通道选择模块16、A/D转换模块17、 下位机控制模块18以及通讯模块19。此外现场信号处理单元9还整合了开关电源模块20 为各模块集中供电。信号放大模块13的输入端由零磁通高精度微电流传感器12的输 出端接入，其输出端则与信号补偿模块14的输入端相连，信号补偿模块14的输出端与信号 滤波模块15的输入端相连，信号滤波模块15的输出端与通道选择模块16的输入端相连， 然后连接A/D转换模块17把经过初步处理的信号作模数转换，再由上位机程序模块21根 据处理后的数据计算介损。如图4所示，计算介质损耗tan δ，启动系统软件，程序初始化后检查串口，如串口 未打开则继续程序初始化，直至串口正常打开，然后选择通道即选择各被检测设备的A、B、C 三相，启动A/D程序调用函数开始信号采集，即在一个周期内选取若干点采集信号数据，再 把采集到的信号经过软件算法滤波处理后上传至数据库，数据库具有存储分类的功能，再 通过调用函数计算相位差，并计算介质损耗值，结果存储并显示在显示器上。在上述信号传感单元中，信号传感单元中的避雷器泄露电流传感器4、变压器套管 泄露电流传感器5、CT泄露电流传感器6、PT泄露电流传感器7都采用零磁通高精度微电流 传感器12。传感器采用双级传感器原理，其铁芯采用相对其它常用材料中初始磁导率、最大 磁导率较高的更适合测试工频小信号电流的坡莫合金，其尺寸取决于所检测设备的接地线 的截面积。其线圈采用漆包线绕制包括原边、副边、检测线圈和补偿线圈。此外还有内外两 层屏蔽盒抑制现场干扰，并在屏蔽盒内浇注环氧树脂及凝固剂。信号传感单元中的温湿度传感器8采用SHT75高度集成的温湿度传感器芯片，提 供全标定的数字输出，具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电容性聚 合体测湿敏感元件和一个用能隙材料制成的测温元件，并在同一芯片上，与14位的A/D转 换器以及船型接口电路实现无缝连接，因此该传感器具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力 强、性价比高的优点。在上述现场信号处理单元9中，信号放大模块13、信号补偿模块14以及信号滤波模块15运放采用0P27G，具有高速和低噪声的优点。由于电压谐波会给介质损耗检测带来 误差，所以本系统滤波电路采用低通滤波电路滤除高次谐波，可以将3次谐波含量限制在 1. 0%以内。从信号传感单元输出的信号必须经过放大、补偿和滤波处理才能送入A/D转换 模块17。A/D转换模块17的芯片采用AD8506，该芯片是一款低功耗的，高速的，驱动电压为 5V的12位模数转换器，在-40°C _85°C范围内，其采样频率可达到40kHz。A/D转换模块17的工作通过下位机控制模块18的配置来实现，下位机控制模块 18单片机采用宏晶第六代加密技术的新一代8051单片机STC12C5A16S2，该芯片具有超低 功耗，超强抗干扰，速度快的优点，其指令代码完全兼容传统8051，但速度快8-12倍。内部 集成MAX810专用复位电路，2路PWM，8路高速10位A/D转换，针对变电站现场强干扰场合。 该单片机工作频率可达35MHz，可以非常灵活的控制A/D采样。在上述工控计算机11中，工控计算机安装有TIMS变电站电气设备在线检测系统， 通过PC机的RS485通信接口对各现场信号控制单元进行巡检，实时监控避雷器，变压器套 管，电流互感器，电压互感器及环境温湿度的信息。该系统不仅计算介质损耗值及电容量， 还可以提供各检测量的曲线图、棒图等历史数据画面，提供设备的数据统计报表。该系统也 具有绝缘诊断与报警功能，能根据在线检测量及其历史数据诊断绝缘状态，给出运行异常 预警。TIMS变电站电气设备在线检测系统能将在线检测数据及其分析得出的信息和异 常报警信息归类存档，存档数据能保存5年以上。用户可对这些存档数据分类分时段查询。 可以给工控计算机配置打印机，支持实时数据打印和报表功能。该系统还可以通过与变电 所综合自动化的接口实现远程监测、远程设置和远程维护，具体接口形式及通信规约设计 联络时再可确定。举例说明某变电站，安装的容性电气设备有三相主变压器2台(即主变套管6个)，避雷 器6座，电流互感器和电压互感器各6台。现采用本实用新型装置对该变电站容性设备绝 缘状态进行在线检测。通过穿心式零磁通高精度微电流传感器，在可以不改变以上被测设备原有接线方 式的情况下，直接套装在被检测设备末屏回路或接地线上，并就近安装与各传感器相对应 的现场信号处理单元，再通过通信接口与工控计算机相连接。根据该变电站现场容性电气 设备安装数量，且每一容性电气设备有一个传感器进行在线检测，则一共要安装M个电流 传感器。再在主变压器附近安装百叶箱，在百叶箱里面安装现场温湿度传感器及其现场信 号处理单元，也通过通信接口与工控计算机相连接。启动检测，系统完成初始化和自检后，上位机下发通信命令，利用以上各装置检测 设备某一相避雷器泄露电流、变压器套管泄露电流、电流互感器泄露电流、电压互感器泄露 电流及环境温湿度，检测结果如表1所示。表1某变电站容性设备在线检测结果设备名称运行电压 (kv)频率 (Hz)泄露电流 (mA)介损量温度(°C)湿度(％)状态避雷器220.7450.020.6928.4088.09正常主变套管219.4750.0712.380.3028.4088.09正常电流互感器219.47950.0717.540.3028.4088.09正常电压互感器219.4750.0720.300.2628.4088.09正常 表1中数据反映了变电站容性电气设备的绝缘状态，检测得到的数据反应了避雷 器、变压器套管、电流互感器和电压互感器都处于正常的绝缘状态。
权利要求1.一种分布式变电站容性设备绝缘状态在线检测装置，由依次连接的数据采集器 (1)、数据处理器( 和系统控制器C3)构成，其特征在于数据采集器(1)由信号传感单元 构成，包括有避雷器泄露电流传感器G)、变压器套管泄露电流传感器(5)、CT泄露电流传 感器(6)、PT泄露电流传感器(7)以及温湿度传感器(8)，数据处理器C3)包括各信号传感 单元对应相连接的现场信号处理单元(9)，并通过通信接口单元(10)与系统控制器(3)的 工控计算机(11)相连接。
2.根据权利要求书1所述的分布式变电站容性设备绝缘状态在线检测装置，其特征在 于避雷器泄露电流传感器(4)、变压器套管泄露电流传感器( 、CT泄露电流传感器(6)、PT 泄露电流传感器(7)都采用零磁通高精度微电流传感器(12)。
3.根据权利要求书1所述的分布式变电站容性设备绝缘状态在线检测装置，其特征 在于现场信号处理单元(9)集合有信号放大模块(13)、信号补偿模块(14)、信号滤波模块 (15)、通道选择模块(16)、A/D转换模块(17)、下位机控制模块(18)以及通讯模块(19)。
4.根据权利要求书1所述的分布式变电站容性设备绝缘状态在线检测装置，其特征在 于现场信号处理单元(9)整合有开关电源模块00)。
5.根据权利要求书1所述的分布式变电站容性设备绝缘状态在线检测装置，其特征在 于工控计算机(11)配置有实现检测和故障诊断的上位机程序模块01)。
专利摘要本实用新型公开了一种分布式变电站容性设备绝缘状态在线检测装置，由依次连接的数据采集器、数据处理器和系统控制器构成，其特征在于数据采集器包括若干信号传感单元，数据处理器包括各信号传感单元对应相连接的现场信号处理单元，系统控制器则包括上位计算机、通信单元等。采用本实用新型集多种电气设备在线检测于一体，包括避雷器、变压器套管、电流互感器和电压互感器等，采用统一通信，实时性好，抗干扰能力强，能反映容性设备及避雷器的绝缘状态，并以此指导设备的状态检修，保证其安全运行。
文档编号G08C19/00GK201845069SQ2010205992
公开日2011年5月25日 申请日期2010年11月10日 优先权日2010年11月10日
发明者刘君, 刘益岑, 吴广宁, 周利军, 曹保江, 曹晓斌, 王万岗, 王鹏, 高国强, 高波 申请人:西南交通大学