用于通过在线测量电路参数来监测电力设施状态的系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于通过在线测量处于工作中的电力设施的线路参数来监测所述电力设施的系统和方法，并且根据本发明的所述用于监测所述电力设施的系统根据外部输入来设定测量时间并选择将要进行测量的设施；接收从所述将要进行测量的设施测量到的电流和电压数据；提取在所述测量时间同时测量到的电流和电压数据，所述测量时间是通过参照标记在所输入的所述电流和电压数据上的时间信息来设定的；从所述电流和电压数据去除零相序分量；输出关于所述将要进行测量的设施的所述线路参数，所述线路参数是通过使用所述零相序分量已从其中去除的所述电流和电压数据来选择的；依据所输出的所述线路参数的大小或增加/减少速率是否超出预定标准值来确定所述设施的包括故障和各种连接状态的电学状态，以便输出状态通知消息或跳闸信号，从而监测/控制所述将要进行测量的设施的状态。
【专利说明】用于通过在线测量电路参数来监测电力设施状态的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于通过在线测量电路参数来监测电力设施状态的系统和方法，所述系统和方法可通过在线测量并监测电力设施的线路参数(电阻R、电感L、电容C和漏电导g)来正确地诊断并监测工作电力设施的状态。
【背景技术】
[0002]电力设施状态的变化被表达为线路参数(电阻R、电感L、电容C和漏电导g)的变化。然而，由于至今为止还不存在用于测量工作电力设施的线路参数的方法，所以通过将多个传感器附接到电力设施并感测温度、压力和振动的变化、局部放电现象等(这些现象是从所述设施的线路参数的变化中所产生的二次物理现象)来评估并使用电力设施的状态。
[0003]在使用传感器的方法的情况下，可能存在一个区域，在所述区域中因为所安装的传感器的位置、数量和分布而测量不到异常状态。例如，当通过温度来感测异常状态时，由于温度不是从设施的所有部件测量，而是仅在温度传感器所安装的部分处检测过热或温度变化，所以存在感测不到异常状态的区域。
[0004]另外，由于直到由电力设施本身的变化所产生的二次物理现象出现存在一个时间延迟，所以对设施异常状态的监测存在一定程度的限制，并且具体地说，在跨越广阔区域安装的传输线路的情况下，安装有多个传感器，由于在维护上存在许多困难，因此这是不切实际的。
[0005]此外，至今为止，不存在以下技术:所述技术用于在线监测断路器、开关或将电力设施本身的各种连接部件连接到各种设施的类似装置的连接、接触部件的不良状态、旧设施中的电线断开或类似情况，并且在线测量并监测漏电导和电容的变化，所述漏电导和电容的变化显示所述设施的绝缘状态。然而，这些现象可由本发明在任何时间进行测量。
【发明内容】
[0006][技术问题]
[0007]因此，鉴于上述问题已做出本发明，并且本发明的一个目的是提供一种用于通过在线测量电路参数来监测电力设施状态的系统和方法，所述系统和方法可在操作所述电力设施的同时测量线路参数(电阻R、电感L、电容C和漏电导g)(所述线路参数是其自身的、存在于所述电力设施中的独特物理量)，并且基于测量到的值来监测所述电力设施的状态(连接状态和绝缘状态)。
[0008][技术解决方案]
[0009]为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种用于使用线路参数来监测电力设施状态的系统，所述系统包括:测量装置，其包括用于同时采样并通过将电流和电压同步到时间同步信号来将通过电流互感器(CT)和电压互感器(PT)测量到的所述电力设施的电流和电压转换成数字信号的模拟/数字(Α/D)转换器、用于为所述Α/D转换器提供所述时间同步信号的全球定位系统(GPS)模块以及用于通过以太网传输从所述Α/D转换器输出的电流和电压信号的通信模块；电力设施状态监测装置，其包括用于输入通过所述通信模块所传输的测量数据的输入单元、用于使用通过所述输入单元输入的测量数据来计算受监测目标电力设施的线路参数的运算单元、用于根据特定通信规范来传输计算出的线路参数的通信单元以及用于通过控制上述每个构成组件的操作、根据计算出的线路参数的量值或增加速率或减少速率是否超出预定参考值来确定异常状态的存在并且输出警报、状态报警消息或跳闸信号来监测并控制所述电力设施的监测和控制单元；以及人机接口(HMI)，其用于使用从所述电力设施状态监测装置所提供的线路参数来评估所述电力设施的状态。
[0010]根据本发明的另一个方面，提供一种用于通过测量线路参数来监测电力设施状态的方法，所述方法包括以下步骤:根据外部输入来设定测量时间并选择测量目标设施；输入在所选择的测量目标设施处测量到的电流和电压数据；参照标记在所述输入电流和电压数据上的时间信息来提取对应于所述设定的测量时间的电流和电压数据；从提取到的电流和电压数据去除零相序分量；使用所述零相序分量已从其中去除的电流和电压数据来计算所选择的测量目标设施的线路参数；以及根据计算出的线路参数的绝对值的增加速率或减少速率或量值是否超出预定参考值来确定所述电力设施的异常的存在，并输出警报、状态报警消息或跳闸信号。
[0011][有益效果]
[0012]因此，由于电力设施中的异常状态的出现表现为电路参数(R、L、C或g)的变化(所述电路参数的变化是一次物理现象)，所以本发明可通过测量并监测所述参数来正确地监测所述电力设施的状态。
[0013]本发明可通过以下方式来诊断电力设施的状态并掌握所述电力设施的异常:同时测量电力设施两端处的输入和输出电压和电流，通过用于智能电网的通信装置或类似装置来接收所述输入和输出数据，计算所述电力设施的电学线路参数，并且不间断地监测所述线路参数。
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1为示出与本发明有关的用于监测电力设施状态的系统的配置的视图。
[0015]图2为示出图1的测量装置的框图。
[0016]图3为示出图1的电力设施状态监测装置的框图。
[0017]图4为示出根据本发明的一个实施方案的电力设施状态监测装置的计算线路参数的方法的流程图。
[0018]图5为示出与本发明有关的电力设施的输入端和输出端(三相)的视图。
[0019]图6为示出与本发明有关的短距离设施的等效电路(单相)的视图。
[0020]图7为示出与本发明有关的中距离设施的等效电路(单相)的视图。
[0021]图8为示出与本发明有关的四端网络的视图。
[0022]图9为示出与本发明有关的长距离设施的等效电路的视图。
[0023]图10为示出与本发明有关的长距离设施(线路)的pi型等效电路的视图。
【具体实施方式】[0024]以下将参照附图详细描述根据本发明的一种用于通过在线测量线路参数(电路参数)来监测电力设施的状态的系统。
[0025]图1为示出与本发明有关的用于监测电力设施状态的系统的配置的视图。
[0026]所述用于监测电力设施状态的系统包括:测量装置10，其用于同时测量传输线路的受监测区域两端处的三相电流和电压；电力设施状态监测装置20，其用于使用通过所述测量装置10测量到的测量数据来计算线路参数；以及人机接口(HMI) 30，其用于从所述电力设施状态监测装置20接收线路参数，将所述线路参数存储在数据库中，并且基于接收到的线路参数，通过根据时间和根据季节监测状态来确定并监测所述电力设施的状态。
[0027]这些装置使用制造来满足上述单元安装并应用于的数字化变电站的信息通信(IT)规范的通信程序。变电站的信息通信网络配置有:过程总线，所述过程总线是测量装置10与电力设施状态监测装置20之间的通信介质；以及站级总线，所述站级总线是电力设施状态监测装置20与HMI30之间的通信介质。
[0028]测量装置10通过以太网将从安装在多个点中的电流互感器(CT) I和电压互感器(PT) 2输入的测量数据传输到电力设施状态监测装置20。电流互感器I和电压互感器2安装在将要进行监测的电力设施的两端处，并且测量流过所述电力设施的电流和电压。另外，配置有断路器、隔离开关等的气体绝缘开关装置(GIS)3存在于将要进行监测的电力设施的两端处。
[0029]电力设施状态监测装置20从测量装置10接收三相电压和电流作为采样值信号，使用所述三相电压和电流当中具有相同测量时间的数据通过四端线路参数计算来计算每个设施的线路参数，并且将所述线路参数存储在存储器中。另外，电力设施状态监测装置20将存储在存储器中的线路参数作为采样值信号通过变电站的通信协议传输到HMI30。
[0030]电力设施状态监测装置20通过以下方式来监测并控制电力设施:基于计算出的线路参数的增加速率和减小速率是否超出预定参考值来确定异常，并且输出警报、状态通知消息或跳闸信号。电力设施状态监测装置20将电力设施的状态信息传输到HMI30。电力设施的状态信息包括断路器的断开/闭合状态。
[0031]图2为示出图1的测量装置10的框图。
[0032]参照图2，测量装置10包括模拟/数字(Α/D)转换单元11、通信模块12和全球定位系统(GPS)接收模块13。
[0033]Α/D转换单元11通过将测量数据同步到时间同步信号来将从测量电力设施电流的电流互感器I和测量电力设施电压的电压互感器2输出的测量数据(电流值和电压值)转换成数字数据。
[0034]通信模块12通过以太网将从Α/D转换单元11输出的数字数据作为采样值传输到电力设施状态监测装置20。
[0035]GPS接收模块13通过天线(ANT)从卫星接收国际标准时间信息，并且将所述时间信息以标签的形式传输到Α/D转换单元11。Α/D转换单元11使用从GPS接收模块13所接收的时间信息作为时间同步信号，并且当测量数据被转换成数字数据时，将所述时间信息作为标签插入到所转换的数字数据中。
[0036]图3为示出图1的电力设施状态监测装置的框图。
[0037]电力设施状态监测装置20包括输入单元21、显示单元22、操纵单元23、运算单元24、电力供应单元25、输出单元26、通信单元27、存储单元28以及监测和控制单元29。
[0038]输入单元21执行接收从测量装置10输出的数据的功能，并且可配置有光耦合器和光100B-FX S (通过LAN的电流和电压数据输入)。输入电力设施的输入端和输出端的三相电流和电压值以及断路器的断开/闭合状态。
[0039]显示单元22显示与电力设施状态监测装置20的操作有关的各种信息(集信息、菜单等)，并且显示电力设施的受监测区域的线路参数。显示单元22可使用液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)等来实施或实施为触摸屏。当显示单元22实施为触摸屏时,显示单元22可执行输入装置以及显示装置的功能。
[0040]操纵单元23配置有用于选择菜单和设定数据的按键。
[0041]运算单元24从测量装置10接收具有相同时间信息的三相电压和电流值，并且通过线路参数计算过程来计算监测目标设施的线路参数。线路参数包括作为串联阻抗的电阻R和电感L，以及作为并联导纳的电容C和漏电导g。
[0042]运算单元24可按数字信号处理器的形式实施。例如，所述运算单元可按TMS320F28335的形式实施。
[0043]电力供应单元25按SMPS的形式实施来用于将电力供应到配置电力设施状态监测装置20的每个构成组件。例如，电力供应单元25接收DC125V(其为变电站的控制电力)作为输入，将DC125V转换成DC24V (其为内部输入电力)，并且供应所转换的电力作为内部电力。
[0044]输出单元26配置为内部继电器，并且输出警报、消息和跳闸信号。
[0045]通信单元27是ARM系列的基于Linux的MCU，其实施如IEC61850和IEC61970的通信协议，接收包括根据所实施的通信协议来附加的时间标签的采样值，并且输出由运算单元24计算出的线路参数。
[0046]存储单元28存储监测和控制单元29、运算单元24和通信单元27的数据值，并且共享内部通信。
[0047]监测和控制单元29监测并控制上述构成组件的操作。
[0048]图4为示出根据本发明的一个实施方案的电力设施状态监测装置的计算线路参数的方法的流程图。
[0049]参照图4，监测和控制单元29根据用户在操纵单元上的操纵来设定三相电压和电流值的测量时间(秒、分和小时)，并且选择线路参数测量目标设施(S11)。此处，测量目标设施包括短距离设施、中距离设施和长距离设施。
[0050]接着，监测和控制单元29通过与测量装置10的通信来接收多个点的两端(输入端和输出端)的三相电流和电压值，并且将所述三相电流和电压值输入到运算单元24中(S12)。此时，监测和控制单元29确认测量数据的时间标签，并且存取对应于所设定的时间标签的测量数据。
[0051]运算单元24在监测和控制单元的控制下将零相序分量从测量数据中去除(S13)。此处，运算单元24从测量数据计算零相序分量的电流和电压，并且去除从测量数据计算出的零相序分量的电流和电压。
[0052]当测量目标设施为短距离设施时，运算单元24使用测量数据来计算线路参数当中的电阻和电感(串联阻抗)(S14)。[0053]另一方面，当测量目标设施为中距离设施时，运算单元24计算四端参数(S15)并通过计算出的四端参数来计算中距离设施的线路参数，所述线路参数包括电阻R、电感L、电容C和漏电导g(S16)。
[0054]另一方面，当测量目标设施为长距离设施时，运算单元24将所述设施转换成pi型等效电路并计算四端参数(S17和S18)。然后，运算单元24计算衰减常数和相位常数，并且计算长距离设施的线路参数(S19和S20)。
[0055]监测和控制单元29确认计算出的线路参数值是否超出由用户所设定的范围(S21)。
[0056]如果计算出的线路参数值超出由用户所设定的范围，那么监测和控制单元29输出警报和状态报警消息，并且通过输出跳闸信号来控制断路器的操作(S22)。
[0057]在下文中将详细描述计算线路参数的方法。
[0058]首先，如图5所示，测量装置10在同一时间测量电力设施的输入端和输出端处每个相的电压和电流值。电力设施状态监测装置20的运算单元24在监测和控制单元29的控制下从由测量装置10测量到的电压和电流值计算每个相的复数或另一类型的相量值。
[0059]在每个相处测量到的输入端和输出端电压表达为如数学表达式I所示。
[0060]【数学表达式I】
【权利要求】
1.一种用于使用线路参数来监测电力设施状态的系统，所述系统包括: 测量装置，所述测量装置包括用于通过将电流和电压同步到时间同步信号来将通过电流互感器(CT)和电压互感器(PT)测量到的所述电力设施的电流和电压转换成数字信号的模拟/数字(Α/D)转换器、用于为所述Α/D转换器提供所述时间同步信号的全球定位系统(GPS)模块以及用于通过以太网传输从所述Α/D转换器输出的所述信号的通信模块； 电力设施状态监测装置，所述电力设施状态监测装置包括用于输入通过所述通信模块所传输的测量数据的输入单元、用于使用通过所述输入单元所输入的所述测量数据来计算测量目标设施的线路参数的运算单元、用于根据特定通信规范来传输所述计算出的线路参数的通信单元以及用于通过控制所述输入单元、所述运算单元和所述通信单元的操作、根据所述计算出的线路参数的量值或增加速率或减少速率是否超出预定参考值来确定所述电力设施是否异常并且输出警报、状态报警消息或跳闸信号来监测并控制所述电力设施的监测和控制单元；以及 人机接口(HMI)，所述人机接口用于使用从所述电力设施状态监测装置所提供的所述线路参数来评估所述电力设施的状态。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述通信规范是数字变电站处所使用的如IEC61850和IEC61970的通信协议。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述线路参数包括电阻、电感、电容和漏电导。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述运算单元计算所述测量数据的零相序分量，并且通过从所述测量数据减去所述计算出的零相序分量来去除所述零相序分量。
5.一种通过测量线路参数来在线监测电力设施状态的方法，所述方法包括以下步骤: 根据外部输入设定测量时间并选择测量目标设施； 输入在所述所选择的测量目标设施处测量到的电流和电压数据； 参照标记在所述所输入的电流和电压数据上的时间信息来提取对应于所述设定的测量时间的电流和电压数据； 从所述提取到的电流和电压数据去除零相序分量； 使用所述零相序分量已从其中去除的所述电流和电压数据来计算所述所选择的测量目标设施的所述线路参数；以及 根据所述计算出的线路参数的量值或增加速率或减少速率是否超出预定参考值来确定故障或异常的存在，并且输出警报、状态报警消息或跳闸信号。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述测量目标设施包括短距离设施、中距离设施和长距离设施。
7.根据权利要求5所述的方法,其中当测量所述电流和电压数据时,通过GPS接收来接收所述时间信息。
8.根据权利要求5所述的方法，其中当所述测量目标设施为短距离传输线路或小容量和中等容量电力设施时，所述线路参数计算步骤计算所述线路参数当中的电阻和电感。
9.根据权利要求6所述的方法，其中当所述测量目标设施为中距离传输线路或高容量电力设施时，所述线路参数计算步骤通过四端线路参数计算来计算作为所述线路参数的电阻、电感、电容和漏电导 。
10.根据权利要求6所述的方法，其中当所述测量目标设施为长距离传输线路或高于百万KVA级别的超高容量电力设施时，所述线路参数计算步骤通过将所述测量目标设施转换成Pi型等效电路来计算四端参数、衰减常数和相位常数，并且使用所述计算出的四端参数、衰减常数和相位常 数来计算所述长距离传输线路的线路参数。
【文档编号】G01R31/08GK103814300SQ201280045336
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2012年9月19日 优先权日:2011年9月20日
【发明者】金一东, 李镇洛 申请人:（株）有成计电, 金一东