专利名称：一种智能组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种智能组件，属于变电站自动化领域。
背景技术：
智能电力设备是传统电力设备适应智能电网发展的必然趋势，具备测量数字化、控制网络化、状态可视化、功能一体化、信息互动化等基本特征。是构成智能电网和智能变电站的基础元件，真正的智能电力设备应该在物理设备上实现IEC61850中设定的逻辑节点，如变压器逻辑节点，断路器逻辑节点，隔离开关逻辑节点等，传感器逻辑节点如温度、压力等应分布在实际的智能传感器上，智能传感器通过过程层网络发送采样数据给间隔层状态监测IED，并实现测控、保护等功能的高度集成，但是这种方式难度很大，尚处于研究阶段，目前难以大规模实用化。目前可行的方法是配置基于IEC61850信息模型的智能组件对传统电力设备进行智能化改造。智能组件是智能电子装置(intelligent electronic device, IED)的有机集合，是电力设备智能化的核心部件，通常就近安装于高压一次设备旁，完成相关测量、控制、监测等基本功能，也可将计量、保护、录波、电能质量监测等作为扩展功能。智能组件内部各IED在一体化的理念下进行优化，除直接与保护相关的功能以外，按测量、控制、监测、计量和保护等功能模块进行IED的设计与配置，电力设备智能化的主要目标之一是实现状态信息的数字化采集和网络化共享，因此，各大功能之间如何集成，各功能模块之间如何进行信息交互才能满足组件的状态诊断、智能控制等高级应用需求，智能组件需要与哪些设备交互信息，信息交互的通信接口和协议等都需要考虑。目前的智能组件多采用一个多功能IED的设计方案，由一个IED完成电力设备多参量的数据采集和传输，当这个IED存在故障时，整个智能组件的功能便无法实现，智能组件的可靠性和可维修性较低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷而提供一种智能组件，智能组件内部各IED在一体化的理念下进行优化，各IED之间相互独立，所有IED都接入过程层网络，彼此之间的信息需求通过过程层网络实现，智能组件中需要与站控层进行信息交互的IED同时接入站控层网络，承担下载设备指纹信息、反馈设备状态、接受控制指令等功能，可以避免一个子IED的故障影响所有智能组件功能的实现，从而提升智能组件的可靠性和可维修性。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是:一种智能组件，外接上位机和电力设备，包括主IED和连接该主IED的若干子IED，其中:每个子IED包括传感器、信号预处理电路、单片机、电源模块和存储器，所述传感器、信号预处理电路、单片机和存储器依次连接，所述电源模块分别连接所述信号预处理电路和单片机；传感器连接电力设备，采集该电力设备的各项参数，输出表示各项参数的各模拟信号滤波；信号预处理电路接收各模拟信号滤波，并将接收的各模拟信号滤波转化为各数字信号，将各数字信号传递给所述单片机；单片机连接所述主IED，对接收的各数字信号进行筛选，将筛选后的各数字信号传给所述主IED和存储器；存储器将接收的各数字信号进行存储；主IED连接所述上位机，将接收自各子IED的各数字信号进行分类处理，将分类后的各数字信号传给所述上位机。上述的智能组件，其中，所述电力设备为变压器，所述各子IED包括完成油中溶解气体含量监测功能的子IED、完成油中微水含量监测功能的子IED、完成局部放电监测功能的子IED、完成绕组温度监测功能的子IED、完成有载分接开关状态监测功能的子IED、完成变压器套管监测功能的子IED、完成铁芯接地电流监测功能的子IED和完成变压器振动监测功能的子IED。上述的智能组件，其中，所述电力设备为GIS/断路器，所述各子IED包括完成局部放电监测功能的子IED、完成SF6气体状态监测功能的子IED、完成断路器操作机构状态监测功能的子IED和完成触点温度监测功能的子IED。上述的智能组件，其中，所述电力设备为避雷器，所述各子IED包括完成阻性电流监测功能的子IED和完成全电流监测功能的子IED。上述的智能组件，其中，所述电力设备为容性设备，所述各子IED包括完成等值电容量监测功能的子IED、完成介质损耗监测功能的子IED和完成末屏电流监测功能的子IED。本发明的智能组件内的所有IED都接入过程层网络，彼此之间的信息需求通过过程层网络实现，主IED同时接入站控层网络，与站控层进行信息交互，承担下载设备指纹信息、反馈设备状态、接受控制指令等功能。本发明的智能组件各子IED之间相互独立，采用这种设计方案而不是一个多功能IED的设计方案，其优点是:可以避免一个子IED的故障影响所有智能组件功能的实现，从而有效提升智能组件的可靠性；便于用户根据工程需要从不同IED供应商择优选择合适的集成方案；具有更好的可维修性。
图1是本发明的智能组件的总体结构示意图；图2是本发明实施例一提供的智能组件的结构框图；图3是本发明实施例二提供的智能组件的结构框图；图4是本发明实施例三提供的智能组件的结构框图；图5是本发明实施例四提供的智能组件的结构框图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。请参阅图1，本发明的智能组件1，外接上位机3和电力设备2，包括主IEDll和连接该主IED的若干子IED12，其中，每个子IED包括传感器121、信号预处理电路122、单片机123、电源模块124和存储器125，所述传感器121、信号预处理电路122、单片机123和存储器125依次连接，所述电源模块124分别连接所述信号预处理电路122和单片机123 ；所述传感器121连接电力设备2，采集该电力设备2的各项参数，输出表示各项参数的各模拟信号滤波；所述信号预处理电路122接收各模拟信号滤波，并将接收的各模拟信号滤波转化为各数字信号，将各数字信号传递给所述单片机123 ；所述单片机123连接所述主IED11，对接收的各数字信号进行筛选，将筛选后的各数字信号传给所述主IEDll和存储器125 ；所述存储器125将接收的各数字信号进行存储；所述主IEDll连接所述上位机，将接收自各子IED12的各数字信号进行分类处理，将分类后的各数字信号传给所述上位机3。再请参阅图2，本发明的实施例一，智能组件201，外接变压器202和上位机203，每个子IED采集一项参量数据并传给所述主IED2011，智能组件201的各子IED包括:油中溶解气体含量监测子IED2012，监测油中气体的含量的变化，可以有效地反映变压器的运行状况、运行寿命和绝缘老化情况；油中微水含量监测子IED2013，监测油中微水含量的变化，可以有效的反映绝缘油本身的老化、设备绝缘老化及金属部件的腐蚀情况；局部放电监测子IED2014，监测局部放电信号的变化，能够反映变压器绝缘性能的劣化程度；绕组温度监测子IED2015，监测绕组温度，能够及时有效地反映变压器运行状况，保护变压器安全可靠运行，并能有效延长变压器的使用寿命，直接测量绕组热点温度一般使用光纤测温的方法；有载分接开关状态监测子IED2016，主要对有载调压分接开关的电机的驱动电流、扭矩及磨损情况进行监测，以便较早发现故障、排除故障，避免重大事故的发生；变压器套管监测子IED2017，主要是测量套管的介质损耗、电容量、末屏电流，变压器套管是将变压器内部高、低压引线引至油箱外部与电网连接的重要部件，其绝缘状态决定了变压器运行水平，通过对变压器套管的监测可以掌握变压器的运行水平；铁芯接地电流监测子IED2018，监测铁芯接地电流能及时反映铁芯多点接地等故障，避免故障后长时运行对电网安全运行造成的危害；变压器振动监测子IED2019，在线监测电力变压器的振动异常，可实现变压器缺陷的检测和定位，在短路状况下变压器器身振动主要是由绕组振动引起的，可以利用发生短路事故时的变压器器身振动信号，来监测绕组是否发生了变形或松动。再请参阅图3，本发明的实施例二，智能组件301，外接GIS/断路器302和上位机303，每个子IED采集一项参量数据并传给所述主IED3011，智能组件301的各子IED包括局部放电监测子IED3012、SF6气体状态监测子IED3013、断路器操作机构状态监测子IED3014和触点温度监测子IED3015，其中:局部放电监测子IED3012监测局部放电信号的变化，局部放电是导致GIS设备绝缘劣化的主要原因之一，同时也是描述GIS绝缘老化的重要特征，通过对局放信号的监测和分析，就能判断GIS内部是否存在某种绝缘隐患；SF6气体状态监测子IED3013，主要监测气体微水含量、温度、密度、压力等，可以评估SF6气室的密封状态和SF6气体绝缘受潮风险；断路器操作机构状态监测子IED3014，主要监测断路器分合闸电流波形、行程曲线和振动声学指纹等，能够反映断路器操动机构的工作状态。再请参阅图4，本发明的实施例三，智能组件401，外接避雷器402和上位机403，每个子IED采集一项参量数据并传给所述主IED4011，各子IED包括阻性电流监测子IED4012和全电流监测子IED4013。金属氧化锌避雷器(MOA)以其优良性能广泛应用于GIS设备。当MOA出现阀片老化、内部进水受潮、内部绝缘部件受损、表面严重污秽等状况时，其绝缘特性遭到破坏，表现为阻性泄露电流增加，总泄漏电流、损耗也随之增加，最终引起热击穿甚至爆炸事故的发生，严重影响电网的安全运行。为保证MOA的安全可靠运行，应采取有效方法对MOA的运行状况进行检测与分析，及时发现和消除隐患，防止事故发生。本发明的智能组件401主要测量MOA的阻性电流和全电流，通过监测量的横向和纵向比较可掌握MOA的绝缘状态及其变化趋势。再请参阅图5，本发明的实施例四，智能组件501，外接容性设备502和上位机503，每个子IED采集一项参量数据并传给所述主IED5011，各子IED包括等值电容量监测子IED5012、介质损耗监测子IED5013和末屏电流监测子IED5014。高压容性设备包括套管、耦合电容器、互感器等，在长期运行中因污秽、化学腐蚀、电闪、发热、机械力等因素变化的影响，绝缘性能逐渐下降，并可能导致严重缺陷，如未及时发现并采取措施，潜在缺陷逐渐发展，并可能引发绝缘击穿，造成设备损坏，造成大面积停电，带来巨大损失，本发明的智能组件501主要测量容性设备的等值电容量、介质损耗和末屏电流等，结合环境温湿度可以评估容性设备的绝缘状态及其变化趋势。综上所述，本发明的智能组件各子IED之间相互独立，可以避免一个子IED的故障影响所有智能组件功能的实现，从而有效提升智能组件的可靠性；便于用户根据工程需要从不同IED供应商择优选择合适的集成方案；具有更好的可维修性。以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。
权利要求
1.一种智能组件，外接上位机和电力设备，其特征在于，该智能组件包括主IED和连接该主IED的若干子IED，其中: 每个子IED包括传感器、信号预处理电路、单片机、电源模块和存储器，所述传感器、信号预处理电路、单片机和存储器依次连接，所述电源模块分别连接所述信号预处理电路和单片机； 所述传感器连接电力设备，采集该电力设备的各项参数，输出表示各项参数的各模拟信号滤波； 所述信号预处理电路接收各模拟信号滤波，并将接收的各模拟信号滤波转化为各数字信号，将各数字信号传递给所述单片机； 所述单片机连接所述主IED，对接收的各数字信号进行筛选，将筛选后的各数字信号传给所述主IED和存储器； 所述存储器将接收的各数字信号进行存储； 所述主IED连接所述上位机，将接收自各子IED的各数字信号进行分类处理，将分类后的各数字信号传给所述上位机。
2.根据权利要求1所述的智能组件，其特征在于，所述电力设备为变压器，所述各子IED包括油中溶解气体含量监测子IED、油中微水含量监测子IED、局部放电监测子IEDj^组温度监测子IED、有载分接开关状态监测子IED、变压器套管监测子IED、铁芯接地电流监测子IED和变压器振动监测子IED。
3.根据权利要求1所述的智能组件，其特征在于，所述电力设备为GIS/断路器，所述各子IED包括局部放电监测子IED、SF6气体状态监测子IED、断路器操作机构状态监测子IED和触点温度监测子IED。
4.根据权利要求1所述的智能组件，特征在于，所述电力设备为避雷器，所述各子IED包括阻性电流监测子IED和全电流监测子IED。
5.根据权利要求1所述的智能组件，其特征在于，所述电力设备为容性设备，所述各子IED包括等值电容量监测子IED、介质损耗监测子IED和末屏电流监测子IED。
全文摘要
本发明公开了一种智能组件，外接上位机和电力设备，所述智能组件包括主IED和连接该主IED的若干子IED，每个子IED包括传感器、信号预处理电路、单片机、电源模块和存储器，其中传感器、信号预处理电路、单片机和存储器依次连接，电源模块分别连接所述信号预处理电路和单片机，单片机连接主IED，主IED连接上位机，将接收自各子IED的各数字信号进行初步处理并将处理后的数字信号传给上位机。本发明的各子IED之间相互独立，可以避免一个子IED的故障影响所有智能组件功能的实现，便于用户根据需要从不同的IED供应商选择合适的集成方案，具有更好的可维修性。
文档编号G01D21/02GK103217192SQ20131010006
公开日2013年7月24日 申请日期2013年3月26日 优先权日2013年3月26日
发明者张伟, 李洁, 周静, 鞠荏, 吴以岷, 朱海梅, 刘岩, 孙伟华, 顾东壕, 陈耀平 申请人:国家电网公司, 上海市电力公司