高压设备在线监测系统及方法
【专利摘要】本发明公开了一种高压设备在线监测系统，其包括现场监测设备层及监控中心层；现场监测设备层包括智能化监测单元；监控中心层包括中央控制单元及监控总站；中央控制单元包括连接智能化监测单元的管控计算机及用户计算机，用户计算机与管控计算机和监控总站均通过GPRS移动网络连接；管控计算机包括判断分析电路模块及报警电路模块，判断分析电路模块对采样信号进行判断分析，并将判断分析结果发送至监控总站建立数据库，进行统一存储和管理，实现对大范围变电站中待测高压电气设备进行系统化和网络化实时监测，当采样信号异常时，现时发送信号至报警电路模块，保证电网系统安全稳定工作，同时节省了大量人力物力。
【专利说明】高压设备在线监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电网系统的监测领域，特别涉及一种高压设备在线监测系统及方法。
【背景技术】
[0002]目前，电网系统中大范围的分布有变电站，变电站中设有各种高压电气设备。各种高压电气设备经常处在恶劣的工作环境中，而且各种高压电气设备内及连接各种高压电气设备的线路负荷时刻波动。时间一久，这些高压电气设备会引起一些特性的变化，如绝缘老化及设备寿命缩短等。若要维持电网系统的稳定工作，则需要对各高压电气设备进行定期的预防性试验，确保各高压设备的各参数均在相关电力标准内，才能确保各高压设备可靠正常地工作。
[0003]目前，常用的对高压电气设备进行的预防性试验包括人工监测和在高压电气设备断路后进行检测两种。然而，采用人工实时监测设备需要配备许多专业检测人员进行工作，耗费大量的人力、物力。采用在高压设备断路后进行检测时，需要先将电网切断，才能对高压设备进行检测，导致该路无法供电，使电网工作不稳定。
[0004]测量信号和主控站间全部采用最先进的GPRS网络数字通讯方式传输，免去了局域网通讯的电缆铺设和相应设备投资，大大节省投资成本，更重要的是彻底消除了因工频电磁干扰所导致的模拟信号传输失真问题，提高了介损监测数据的准确度和可信度。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的是提供了一种高压设备在线监测系统及方法，以避免现有技术的预防性试验中消耗大量人力、物力，或需要断电而造成电网工作不稳定的问题。
[0006]为了实现上述目的，本发明提供的一种高压设备在线监测系统，其包括现场监测设备层及监控中心层；所述现场监测设备层包括智能化监测单元；所述监控中心层包括中央控制单元及监控总站；所述中央控制单元包括管控计算机及用户计算机，所述管控计算机通过现场总线电连接所述智能化监测单元，所述用户计算机与所述管控计算机和所述监控总站均通过GPRS移动网络互相连接；所述管控计算机包括判断分析电路模块及报警电路模块，所述智能化监测单元将采样信号发送给所述判断分析电路模块进行判断分析，所述判断分析电路模块的判断分析结果通过所述用户计算机发送至所述监控总站建立数据库；所述采样信号经过所述判断分析电路模块判断分析为异常时，发送信号至所述报警电路模块。
[0007]优选地，所述现场监测设备层包括用于对待测高压电气设备的参数进行采样的传感器，所述传感器包括原边线圈、补偿线圈及监测线圈，所述补偿线圈的两端之间串接有补偿电路；所述监测线圈的一端接地，另外一端依次串联有第一运算放大电路及第二运算放大电路。
[0008]优选地，所述第一运算放大电路设有第一运算放大器，所述第二运算放大电路设有第二运算放大器，所述待测高压电气设备连接于所述第二运算放大器的输出端，所述第一运算放大器与所述第二运算放大器之间还串联有电流电压变换器，且所述电流电压变换器连接于所述补偿电路。
[0009]优选地，所述传感器还包括磁导率μ O值为6 X IO4的超微晶钼镆合金闭环的磁芯及超微晶合金的传感器外壳。
[0010]优选地，所述现场监测设备层还包括电连接所述传感器的智能化监测单元，所述智能化监测单元为微处理器，用于对所述传感器的采样信号进行运算处理。
[0011]优选地，所述智能化监测单元包括与所述传感器电连接的滤波放大电路、与所述滤波放大电路电连接的A/D转换电路及与所述A/D转换电路电连接的数据运算电路。
[0012]优选地，所述管控计算机还包括初始化电路模块、与所述智能化监测单元连接的数据接收电路模块、与所述数据接收电路模块连接的A/D转换电路模块及与输出电路模块；所述数据接收电路模块连接所述初始化电路模块；所述A/D转换电路模块连接、所述报警电路模块及所述输出电路模块均与所述判断分析电路模块连接。
[0013]一种高压设备在线监测方法，其包括上述所述的高压设备在线监测系统，所述高压设备在线监测方法包括如下步骤:S1，启动在线监测，并将所述高压设备在线监测系统初始化；S2，通过所述现场监测设备层对所述待测高压设备进行采样，并将采样信号处理后传输给所述管控计算机；S3，所述管控计算机将处理后的采样信号与设定的参数值进行比较判断；当采样信号值大于设定的参数值时，发送报警信号至所述报警电路模块报警，并同时启动三比值法进行故障分析和诊断，并将分析诊断结果通过GPRS移动网络传输送至所述用户计算机保存、显示；当采样信号值小于或等于设定的参数值时，将所述采样信号值及判断结果通过GPRS移动网络传输至所述用户计算机保存、显示；S5，所述用户计算机内的数据信息通过GPRS移动网络传输至所述监控总站，并在所述监控总站内建立数据库，进行系统化和网络化实时监测
[0014]优选地，所述S2中，所述采样信号依次通过所述滤波放大电路滤波放大、所述A/D转换电路后传输至所述数据运算电路进行初步处理。
[0015]本发明的有益效果:
[0016]本发明的高压设备在线监测系统通过现场监测设备层对待测高压电气设备的参数进行采样，并将采样信号通过GPRS移动网络传输至监控中心层的中央控制单元进行集中分析、判断及保存。中央控制单元的数据信息输至监控中心层的监控总站统一管理保存，实现对大范围变电站中待测高压电气设备进行系统化和网络化实时监测，保证电网系统安全稳定工作，同时节省了大量人力物力。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]图1是本发明高压设备在线监测系统结构示意图。
[0018]图2是图1的现场监测设备层的结构示意图。
[0019]图3是图1的传感器的结构示意图。
[0020]图4是图1的中央控制单元的结构示意图。
[0021]图5是本发明高压设备在线监测方法的流程图示意图。【具体实施方式】
[0022]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0023]请参照图1，本发明实施例提供了一种高压设备在线监测系统，其用于对IlOkV及以上电压等级的电网系统中的高压电气设备，实施绝缘状态在线监测及诊断。该种高压设备在线监测系统采用双层体系结构，其包括多个现场监测设备层1、现场总线2及监控中心层3。各现场监测设备层I并列连接在现场总线2上，再通过现场总线2与监控中心层3连接。现场总线2将现场监测设备层I和监控中心层3之间的输出输入的信号数字化、双向化，并将多个现场监测设备层I和多个监控中心层3电连接起来，形成多站点通讯系统。这样，操作人员在监控中心层3即可实现对现场监测设备层I的监视、诊断、校验或标定，提高了系统的检测精度、可监视性和抗干扰能力，节省了硬件数量与投资。
[0024]并且，通过现场总线2技术，提高了扩展性；即是，现场总线2上可并列连接若干个现场监测设备层I和监控中心层3，节省了电缆用量，且连线设计及接头校对等工作量小，节省了大量的人力物力；且增加或减少现场监测设备层I和监控中心层3均不需要改变系统结构。
[0025]请结合参照图2，现场监测设备层I包括多个分别安装在变电站内各个待测高压电气设备附近的智能化监测单元11及多个对应与智能化监测单元11电连接的传感器13，其中，传感器13用于感测对应待测高压电气设备的各参数。每一智能化监测单元11为一微处理器，优选地，每一智能化监测单元11为快速单片机芯片。每一智能化监测单元11包括与传感器13电连接的滤波放大电路111、与滤波放大电路111电连接的A/D转换电路113及与A/D转换电路113电连接的数据运算电路115。传感器13采样到的待测高压电气设备的各参数信号通过滤波放大电路111进行滤波放大后，传送给A/D转换电路113转化成数字信号，最后数字信号发送至数据运算电路115进行运算。需要说明的是，在其它实施方式中，并不限于传感器13，也可以是其它的采样器，只要能够满足对待测高压电气设备的各参数信号采样即可。
[0026]请结合参照图3，传感器13包括传感器外壳(图未示)、容置在传感器外壳内的磁芯131、绕在磁芯131上的原边线圈132、绕在磁芯131上的补偿线圈133及绕在磁芯131上的监测线圈134。其中，补偿线圈133及监测线圈134均为单匝线圈，即是均为I圈。补偿线圈133的两端之间串接有补偿电路，补偿电路与补偿线圈133形成闭合回路，以对传感器13中的感应磁通进行补偿。监测线圈134的一端接地，另外一端依次串联有第一运算放大电路及第二运算放大电路。第一运算放大电路设有第一运算放大器136，第二运算放大电路设有第二运算放大器137，第一运算放大器136与第二运算放大器137之间还串联有电流电压变换器138。并且电流电压变换器138还串接于补偿电路，电流电压变换器138将来自监测线圈134的电流信号转换成相应的电压信号并将其馈送给补偿线圈133及补偿电路所构成的闭合回路，同时把补偿线圈133的补偿电流信号转换成相应的电压信号以抵消磁芯131的整个磁通道的磁通。待测高压电气设备电连接于第二运算放大器137的输出端，且第二运算放大器137的输出端还连接有信号监测装置139。传感器13感测到的待测高压电气设备的感测信号通过监测线圈134输出，并依次经第一运算放大器136、第二运算放大器137运放处理后由第二运算放大器137的输出端输出至信号监测装置139和智能化监测单元11。
[0027]这样，感测信号通过第一运算放大电路及第二运算放大电路将信号放大，避免了待测高压电气设备中电气参数信号微弱或幅度不大，而造成无法取样的问题，扩大了取样信号的范围；且第一运算放大电路及第二运算放大电路在放大信号的过程中，不会造成信号失真，信号取样精确。
[0028]当传感器13通电后，补偿线圈133产生了与原边线圈132的感应磁通相反的磁通，以对原边线圈132的感应磁通进行抵消补偿；且电流电压变换器138将来自监测线圈134的电流信号转换成相应的电压信号并馈送给补偿线圈133及补偿电路构成的闭合回路，同时把补偿线圈133的补偿电流信号转换成相应的电压信号以抵消磁芯131的整个磁通道的磁通；以保证磁芯131在任何时候都动态地处于零磁通状态。这样，传感器13工作在磁滞曲线的磁通为零的一个点上，因而不受磁芯131本身磁滞曲线的影响，避免了传统传感器的特性随温度漂移、非线性不好等缺点，克服了待测高压电气设备的内应力和环境温度适度对取样信号的影响，保证了对待测高压电气设备取样信号的稳定度和准确度。并且当传感器13的磁芯131在任何时候都动态地处于零磁通状态时，传感器13的磁感应强度与线圈电流成正比；当补偿线圈133抵消了原边线圈132的感应磁通时，传感器13的磁感应强度即可反应监测线圈134中电流的大小，从而可以得出与监测线圈134连接的待测高压电气设备的电流大小。此时，第二运算放大器137的输出端的信号监测装置139即可精确地反映待测高压电气设备的物理状态。
[0029]作为优选实施方式，本实施例中，磁芯131为磁导率μ O值为6 X IO4的超微晶钼镆合金闭环，降低了损耗。传感器外壳用于保护磁芯131、原边线圈132、补偿线圈133、监测线圈134及其它电路，并用于屏蔽外界干涉。本实施例中，传感器外壳为超微晶合金壳体，通过高导电、高导磁的超微晶合金壳体屏蔽了电磁场的干扰，彻底消除了待测高压电气设备的高噪声环境对绝缘在线检测的干扰，提高了对待测高压电气设备取样信号的稳定度和准确度。
[0030]请结合参照图4，监控中心层3包括通过现场总线2与各现场监测设备层I连接的中央控制单元31及与中央控制单元31通过网络数字通讯方式连接GPRS(General PacketRadio Service，通用分组无线服务技术，以下称:GPRS移动网络连接)的监控总站33。中央控制单元31包括分别放在各个变电站主控室的多台管控计算机311及放置在电力局供电部门的信息管理中心的一台用户计算机313。管控计算机311与用户计算机313均通过GPRS移动网络连接。监控总站33与用户计算机313通过GPRS移动网络连接。通过GPRS移动网络连接极大地避免了局域网受地理环境局限、铺设网络施工繁琐、管理维护成本高等缺陷，大大节省了投资成本；且GPRS移动网络连接信号好，可靠性强，覆盖面积大，消除了因工频电磁干扰所导致的模拟信号传输失真问题，提高了监测数据的准确度和可信度。
[0031]每一管控计算机311包括初始化电路模块321、与对应智能化监测单元11的数据运算电路115连接的数据接收电路模块323、与数据接收电路模块323连接的A/D转换电路模块325、判断分析电路模块327、报警电路模块328及与用户计算机313电连接的输出电路模块329。数据接收电路模块323连接初始化电路模块321，通过初始化电路模块321可以对数据接收电路模块323进行初始化。判断分析电路模块327与A/D转换电路模块325连接。报警电路模块328及输出电路模块329均与判断分析电路模块327连接，且报警电路模块328与输出电路模块329连接。判断分析电路模块327包括判断模块和分析模块，根据判断分析电路模块327的判断分析结果报警，并将判断分析结果输出至用户计算机313中保存，以便于监控总站33的用户的访问。
[0032]现场监测设备层I和监控中心层3两个层次之间通过现场总线2连接，且每一现场监测设备层I均含有微处理器的智能化监测单元11 ;每一监控中心层3均包括中央控制单元31，每一现场监测设备层I和对应的监控中心层3 —起各自进行信号采样、A/D转换、数据处理及报警判断。即使有个别现场监测设备层I或监控中心层3的设备的损坏或退出运行，不会影响其它设备的工作状态，提高了本发明高压设备在线监测系统使用的稳定性和可靠性。
[0033]使用本发明的高压设备在线监测系统进行检测时，通过现场监测设备层I对待测高压电气设备的参数进行采样，并将采样信号通过GPRS移动网络传输至监控中心层3的中央控制单元31进行集中分析、判断及保存。中央控制单元31的数据信息传输至监控中心层3的监控总站33统一管理保存，实现对大范围变电站中待测高压电气设备进行系统化和网络化实时监测，保证电网系统安全稳定工作，同时节省了大量人力物力。具体地，请结合参照图5，本发明的高压设备在线监测系统的检测方法如下:
[0034]步骤SI，启动在线监测，并将本发明的高压设备在线监测系统初始化。具体过程如下:启动监控中心层3的中央控制单兀31的管控计算机311,以启动对待测闻压设备在线监测；并通过管控计算机311的初始化电路模块321对管控计算机311初始化，从而对本发明的高压设备在线监测系统的监测数据初始化，以便于开始对待测高压设备在线监测。
[0035]步骤S2，对待测高压设备的参数进行在线采样，初步处理后传输给管控计算机311。具体过程如下:传感器13对待测高压设备的参数进行在线采样，并将采样信号依次通过滤波放大电路111滤波放大、A/D转换电路113后传输至数据运算电路115进行初步处理。经过初步处理的采样信号，通过GPRS移动网络传输至管控计算机311的数据接收电路模块323。
[0036]步骤S3，判断分析电路模块327对初步处理后的采样信号与设定的参数值进行比较判断；当采样信号值大于设定的参数值时，报警电路模块328接收报警信号，进行报警，并同时启动三比值法进行故障分析和诊断，并将分析诊断结果通过GPRS移动网络输送至用户计算机313保存、显示；当采样信号值小于或等于设定的参数值时，表示无障碍，采样信号值及判断结果通过GPRS传输至用户计算机313保存、显示。具体过程包括:
[0037]S31，初步处理后的采样信号通过A/D转换电路模块325转换成系统规定的数据信号，转换后的数据信号输至判断分析电路模块327内，与判断分析电路模块327设定的参数值进行比较。
[0038]S33，当判断分析电路模块327判断采样信号值大于设定的参数值时，判断分析电路模块327启动三比值法进行故障分析和诊断，并将分析诊断结果输送至输出电路模块329。判断分析电路模块327启动三比值法的同时，发送报警信号给报警电路模块328，以控制下位机报警，用于提醒工作人员对应的待测高压设备异常。
[0039]当判断分析电路模块327判断采样信号值小于或等于设定的参数值时，判断分析电路模块327发送采样信号值及判断结果至输出电路模块329。
[0040]S34，输出电路模块329收到信号后，通过GPRS移动网络传输至用户计算机313保存，显示。通过用户计算机313可查看待测高压设备的监测数据及分析判断结果，通过用户计算机313保存的监测数据参数变化趋势图、分析判断结果等相关信息，以便管理人员做出更为精确的诊断。
[0041]步骤S5，用户计算机313内的数据信息通过GPRS移动网络传输至监控总站33，并在监控总站33内建立数据库，进行系统化和网络化实时监测。根据用户的访问权限通过GPRS移动网络访问监控总站33的数据库进行数据查询分析即可得到待测高压电气设备的物力状态。
[0042]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种高压设备在线监测系统，其特征在于，其包括现场监测设备层及监控中心层； 所述现场监测设备层包括智能化监测单元； 所述监控中心层包括中央控制单元及监控总站； 所述中央控制单元包括管控计算机及用户计算机，所述管控计算机通过现场总线电连接所述智能化监测单元，所述用户计算机与所述管控计算机和所述监控总站均通过GPRS移动网络互相连接； 所述管控计算机包括判断分析电路模块及报警电路模块，所述智能化监测单元将采样信号发送给所述判断分析电路模块进行判断分析，所述判断分析电路模块的判断分析结果通过所述用户计算机发送至所述监控总站建立数据库； 所述采样信号经过所述判断分析电路模块判断分析为异常时，发送信号至所述报警电路模块。
2.根据权利要求1所述的高压设备在线监测系统，其特征在于，所述现场监测设备层包括用于对待测高压电气设备的参数进行采样的传感器，所述传感器包括原边线圈、补偿线圈及监测线圈，所述补偿线圈的两端之间串接有补偿电路；所述监测线圈的一端接地，另外一端依次串联有第一运算放大电路及第二运算放大电路。
3.根据权利要求2所述的高压设备在线监测系统，其特征在于，所述第一运算放大电路设有第一运算放大器，所述第二运算放大电路设有第二运算放大器，所述待测高压电气设备连接于所述第二运算放大器的输出端，所述第一运算放大器与所述第二运算放大器之间还串联有电流电压变换器，且所述电流电压变换器连接于所述补偿电路。
4.根据权利要求2所述 的高压设备在线监测系统，其特征在于，所述传感器还包括磁导率μ O值为6XIO4的超微晶钼镆合金闭环的磁芯及超微晶合金的传感器外壳。
5.根据权利要求2所述的高压设备在线监测系统，其特征在于，所述现场监测设备层还包括电连接所述传感器的智能化监测单元，所述智能化监测单元为微处理器，用于对所述传感器的采样信号进行运算处理。
6.根据权利要求5所述的高压设备在线监测系统，其特征在于，所述智能化监测单元包括与所述传感器电连接的滤波放大电路、与所述滤波放大电路电连接的A/D转换电路及与所述A/D转换电路电连接的数据运算电路。
7.根据权利要求1所述的高压设备在线监测系统，其特征在于，所述管控计算机还包括初始化电路模块、与所述智能化监测单元连接的数据接收电路模块、与所述数据接收电路模块连接的A/D转换电路模块及与输出电路模块；所述数据接收电路模块连接所述初始化电路模块；所述A/D转换电路模块连接、所述报警电路模块及所述输出电路模块均与所述判断分析电路模块连接。
8.一种高压设备在线监测方法，其特征在于，应用于权利要求1至7中任一项所述的高压设备在线监测系统，所述高压设备在线监测方法包括如下步骤: SI，启动在线监测，并将所述高压设备在线监测系统初始化； S2，通过所述现场监测设备层对所述待测高压设备进行采样，并将采样信号处理后传输给所述管控计算机； S3，所述管控计算机将处理后的采样信号与设定的参数值进行比较判断；当采样信号值大于设定的参数值时，发送报警信号至所述报警电路模块报警，并同时启动三比值法进行故障分析和诊断，并将分析诊断结果通过GPRS移动网络传输送至所述用户计算机保存、显示；当采样信号值小于或等于设定的参数值时，将所述采样信号值及判断结果通过GPRS移动网络传输至所述用户计算机保存、显示； S5，所述用户计算机内的数据信息通过GPRS移动网络传输至所述监控总站，并在所述监控总站内建立数据库，进行系统化和网络化实时监测。
9.根据权利要求8所述的高压设备在线监测方法，其特征在于，所述S2中，所述采样信号依次通过所述滤波放大电路滤波放大、所述A/D转换电路后传输至所述数据运算电路进行初步处理。
【文档编号】G01R31/00GK103645397SQ201310613846
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】陈铁, 余宇翔, 吴小艾, 吴德余 申请人:武汉艾尔通电气有限公司