1000kV高压并联电抗器的监测系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种1000kV高压并联电抗器的监测系统和方法，系统包括加速度传感器、噪声传感器、电流传感器、IEPE?A/D采样模块、隔离式A/D采样模块、工控机、Mesh无线通讯模块和上位机服务器，加速度传感器和噪声传感器分别设于高压并联电抗器表面，连接IEPE?A/D采样模块，所述的电流传感器设于高压并联电抗器三相中性点和地之间，连接隔离式A/D采样模块，IEPE?A/D采样模块和隔离式A/D采样模块分别连接工控机，工控机与上位机服务器之间通过Mesh无线通信模块连接。与现有技术相比，本发明实现对1000kV高压并联电抗器的运行状态进行监测和综合评价，诊断早期异常，及时发出报警信号。
【专利说明】1000kV高压并联电抗器的监测系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电力系统监测【技术领域】，尤其是涉及一种1000kV高压并联电抗器的 监测系统和方法。
【背景技术】
[0002] 并联电抗器是高电压、远距离交流输电网络中不可缺少的重要设备，用来补偿输 电线上的充电电流，减弱电容效应，限制系统工频电压升高和操作过电压，消除同步发电机 带空载长线时产生的自励磁现象。1000kv特高压输电线路的充电功率大，就单位长度输电 线路而言，它的充电功率是500kV输电线路的4?5倍，需要并联大容量的1000kV电抗器 进行无功补偿。
[0003] 1000kV电抗器在特高压输电线路中具有至关重要的作用，其试验工作、日常监测 和评价工作就显得尤为重要，而目前，1000kV高抗的在线监测和评价工作还开展不多，有必 要进行研究和分析。
[0004] 中国专利CN103529368A公开了一种变电站高压并联电抗器超高频局部放电在线 监测系统，含有信号采集器、信号处理器和显示器，信号采集器安装在变电站高压并联电抗 器内部，信号采集器与信号处理器连接，信号处理器与显示器连接，信号采集器采用特高频 传感器。该发明不涉及具体l〇〇〇kV电抗器监测的数据类型，以及监测数据处理、电抗器工 作状态评价方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种1000kV高压并 联电抗器的监测系统和方法，实现对loookv高压并联电抗器的运行状态进行监测和综合 评价，诊断早期异常，及时发出报警信号，同时为改善运行条件、实现状态管理提供现场数 据。
[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007] -种1000kV高压并联电抗器的监测系统，包括加速度传感器、噪声传感器、电流 传感器、ΙΕΡΕ A/D采样模块、隔离式A/D采样模块、工控机、Mesh无线通讯模块和上位机服 务器，所述的加速度传感器和噪声传感器分别设于高压并联电抗器表面，连接ΙΕΡΕ A/D采 样模块，所述的电流传感器设于高压并联电抗器三相中性点和地之间，连接隔离式A/D采 样模块，所述的ΙΕΡΕ A/D采样模块和隔离式A/D采样模块分别连接工控机，所述的工控机 与上位机服务器之间通过Mesh无线通信模块连接；
[0008] 加速度传感器和噪声传感器输出的信号接入到ΙΕΡΕ A/D采样模块中转化为数字 信号，传入工控机，电流传感器的信号接入到隔离式A/D采样模块中转化为数字信号，传入 工控机，工控机处理采集的数字信号获得监测评价数据，将数据通过Mesh无线通讯模块传 输到上位机服务器，上位机服务器保存数据，并根据监测评价数据产生报警。
[0009] 所述的电流传感器为霍尔电流传感器。
[0010] 一种l〇〇〇kV高压并联电抗器的监测方法，包括以下步骤：
[0011] 步骤S1 :实时采集高压并联电控器的加速度信号、噪声信号以及三相中性点处的 电流信号；
[0012] 步骤S2 :采用低通滤波的算法从电流信号中分离出直流分量和交流分量，保存电 流的定值、时域信号；
[0013] 所述的低通滤波算法的截止频率为1-6HZ ;
[0014] 步骤S3 :对加速度信号和噪声信号进行频域处理，获得加速度和噪声的定值、时 域信号和频率信号；
[0015] 所述的步骤S3具体为：
[0016] 301 :将加速度和噪声信号进行带通滤波，截止频率选择为50Hz整数倍±5Hz，一 直处理到2000Hz ;
[0017] 302:将带通滤波后的加速度和噪声时域数据进行FFT算法处理，得到相应的定 值、时域信号和频域信号；
[0018] 步骤S4 :判断获得的定值是否大于预设的限值，若是，则将异常的定值、时域信号 和频率信号向远程终端发送，若否，则设定间隔时间周期，将正常的定值、时域信号和频率 信号向远程终端发送；
[0019] 步骤S5 :远程终端保存数据，当接收为异常的定值、时域信号和频率信号时，发出 预警；
[0020] 所述的远程终端的数据存储使用三种表格：主数据表、时域数据表、频域数据表。
[0021] 所述的主数据表存储每个采样时刻的时间、时域波形的采样频率、电流时域信号 数据分离出的直流电流，以及电流信号、加速度信号和噪声信号的特征值。
[0022] 所述的电流信号的特征值包括最大值、分离出的交流电流的幅值、有效值，所述的 加速度和噪声信号的特征值包括时域最大值、均方差值、平均值以及频域最大值以及相应 的频率。
[0023] 所述的时域数据表存储电流、加速度和噪声原始采集数据的纵坐标和横坐标，横 坐标通过采样时刻的采样率计算得到。
[0024] 所述的频域数据表存储加速度和噪声在2000Hz时的频域信号数据。
[0025] 与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
[0026] 1)本发明包括加速度传感器、噪声传感器、电流传感器、ΙΕΡΕ A/D采样模块、隔离 式A/D采样模块，通过监测1000kV高压并联电抗器的加速度、噪声和中性点电流，可以有效 地综合判断高抗的运行状态，实现监测和综合评价，诊断早期异常，及时发出报警信号，同 时为改善运行条件、实现状态管理提供现场数据；
[0027] 2)本发明实时监测数据，通过工控机的处理，对比是否超过预设的限制，积累高抗 异常时的评价数据，若正常运行，则间隔一定时间进行数据存储；
[0028] 3)本发明上位机服务器专门设计了数据存储方式，包括主数据表、时域数据表、频 域数据表，可大量减小数据的存储空间，以及产生报警；
[0029] 4)本发明针对1000kV高压并联电抗器运行状态，在工控机上采用带通滤波、频 域处理等方法，实现监测数据的特征值提取；例如：中性点的电流同时包含交直流分量，需 要进行分离，其中交流电流为50Hz整数倍的正弦波，则采用低通滤波器的截止频率为1? 6Hz ;1000kV高压并联电抗器的振动频率为50Hz的整数倍，则加速度处理时带通滤波的截 止频率选择为50Hz整数倍± 5Hz。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1为本发明一种lOOOkV高压并联电抗器的监测系统结构图；
[0031] 图2为本发明一种lOOOkV高压并联电抗器的监测方法流程图。
[0032] 图中：1、加速度传感器，2、噪声传感器，3、电流传感器，4、IEPE A/D采样模块，5、隔 离式A/D采样模块，6、工控机，7、Mesh无线通讯模块，8、上位机服务器，9、高压并联电抗器。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案 为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于 下述的实施例。
[0034] 如图1所示，一种lOOOkV高压并联电抗器的监测系统，包括加速度传感器1、噪声 传感器2、电流传感器3、ΙΕΡΕ A/D采样模块4、隔离式A/D采样模块5、工控机6、Mesh无线 通讯模块7和上位机服务器8,加速度传感器1和噪声传感器2为各十二个，分别设于三台 高压并联电抗器A、B、C表面，连接ΙΕΡΕ A/D采样模块4,所述的电流传感器3采用1个霍 尔电流传感器，设于高压并联电抗器9三相中性点Ν和地之间，连接隔离式A/D采样模块5， ΙΕΡΕ A/D采样模块4和隔离式A/D采样模块5分别连接工控机6,工控机6与上位机服务 器8之间通过Mesh无线通信模块7连接。
[0035] 加速度传感器1和噪声传感器2输出的信号接入到ΙΕΡΕ A/D采样模块4中转化 为数字信号，传入工控机6,电流传感器3的信号接入到隔离式A/D采样模块5中转化为数 字信号，传入工控机6,工控机6处理采集的数字信号获得监测评价数据，将数据通过Mesh 无线通讯模块7传输到上位机服务器8,上位机服务器8保存数据，并根据监测评价数据产 生报警。
[0036] 如图2所示，基于上述系统所采用的lOOOkV高压并联电抗器的监测方法，包括以 下步骤：
[0037] 步骤S1 :实时采集高压并联电控器9的加速度信号、噪声信号以及三相中性点N 处的电流信号。由加速度传感器1、噪声传感器2、电流传感器3、ΙΕΡΕ A/D采样模块4和隔 离式A/D5采样模块完成相应数据采集。
[0038] 步骤S2 :采用低通滤波的算法从电流信号中分离出直流分量和交流分量，保存电 流的定值、时域信号，低通滤波算法的截止频率为1-6Ηζ ;
[0039] 具体为：现场工控机6对传入的信号进行数据处理，对于电流检测，检测到的结果 是交流电流与直流电流，通过中性点Ν的交流电流为50Hz整数倍的正弦波，通过低通滤波 器将交、直流电流分离。
[0040] 步骤S3 :对加速度信号和噪声信号进行频域处理，包括带通滤波和FFT算法处理， 获得加速度和噪声的定值、时域信号和频率信号；
[0041] 步骤S3具体为：
[0042] 301 :将加速度和噪声时域信号进行带通滤波，截止频率选择为50Hz整数倍 ±5Hz，一直处理到 2000Hz ;
[0043] 302 :将带通滤波后的加速度和噪声时域数据进行快速傅氏变换（Fast Fourier Transformation，FFT)处理，得到相应的时域信号和频率信号；
[0044] 本实施例监测方法中，电流、加速度、噪声的采样率都为10kS/s，采样时间为ls， 时域采样点为10000,加速度和噪声信号频域变换后的频率分辨率为1。
[0045] 步骤S4 :判断获得的定值是否大于预设的限值，若是，则将异常的定值、时域信号 和频率信号向远程终端发送，若否，则设定间隔时间周期，将正常的定值、时域信号和频率 信号向远程终端发送。
[0046] 其中，工控机6监测实时数据设置的限值为：直流电流为6A，加速度频域幅值为 〇. lg，噪声为120db，不超过限值的数据只要每个小时保存一次数据即可，其他数据丢弃。
[0047] 步骤S5 :远程终端使用三种表格：主数据表、时域数据表、频域数据表进行数据的 保存，当接收为异常的定值、时域信号和频率信号时，发出预警。
[0048] 主数据表存储每个采样时刻的时间、时域波形的采样频率、电流时域信号数据分 离出的直流电流，以及电流信号、加速度信号和噪声信号的特征值。
[0049] 电流信号的特征值包括最大值、分离出的交流电流的幅值、有效值,加速度和噪声 信号的特征值包括时域最大值、均方差值、平均值以及频域最大值以及相应的频率。
[0050] 时域数据表存储电流、加速度和噪声原始采集数据的纵坐标和横坐标，横坐标通 过采样时刻的采样率计算得到。
[0051] 频域数据表存储加速度和噪声在2000Hz时的频域信号数据。
[0052] 可知，工控机6只是暂时保存数据，将保存的数据通过Mesh无线通讯模块7传输 到上位机服务器8,上位机服务器8的作用是保存数据和查看数据，以及产生报警。
【权利要求】
1. 一种lOOOkV高压并联电抗器的监测系统，其特征在于，包括加速度传感器、噪声传 感器、电流传感器、ΙΕΡΕ A/D采样模块、隔离式A/D采样模块、工控机、Mesh无线通讯模块 和上位机服务器，所述的加速度传感器和噪声传感器分别设于高压并联电抗器表面，连接 ΙΕΡΕ A/D采样模块，所述的电流传感器设于高压并联电抗器三相中性点和地之间，连接隔 离式A/D采样模块，所述的IEPEA/D采样模块和隔离式A/D采样模块分别连接工控机，所述 的工控机与上位机服务器之间通过Mesh无线通信模块连接； 加速度传感器和噪声传感器输出的信号接入到ΙΕΡΕ A/D采样模块中转化为数字信号， 传入工控机，电流传感器的信号接入到隔离式A/D采样模块中转化为数字信号，传入工控 机，工控机处理采集的数字信号获得监测评价数据，将数据通过Mesh无线通讯模块传输到 上位机服务器，上位机服务器保存数据，并根据监测评价数据产生报警。
2. 根据权利要求1所述的一种lOOOkV高压并联电抗器的监测系统，其特征在于，所述 的电流传感器为霍尔电流传感器。
3. -种lOOOkV高压并联电抗器的监测方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤S1 :实时采集高压并联电控器的加速度信号、噪声信号以及三相中性点处的电流 信号； 步骤S2 :采用低通滤波的算法从电流信号中分离出直流分量和交流分量，保存电流的 定值、时域信号； 步骤S3 :对加速度信号和噪声信号进行频域处理，获得加速度和噪声的定值、时域信 号和频率信号； 步骤S4 :判断获得的定值是否大于预设的限值，若是，则将异常的定值、时域信号和频 率信号向远程终端发送，若否，则设定间隔时间周期，将正常的定值、时域信号和频率信号 向远程终端发送； 步骤S5:远程终端保存数据，当接收为异常的定值、时域信号和频率信号时，发出预 警。
4. 根据权利要求3所述的一种lOOOkV高压并联电抗器的监测方法，其特征在于，所述 的低通滤波算法的截止频率为l-6Hz。
5. 根据权利要求3所述的一种lOOOkV高压并联电抗器的监测方法，其特征在于，所述 的步骤S3具体为： 301 :将加速度和噪声信号进行带通滤波，截止频率选择为50Hz整数倍±5Hz，一直处 理到 2000Hz ; 302 :将带通滤波后的加速度和噪声时域数据进行FFT算法处理，得到相应的定值、时 域信号和频域信号。
6. 根据权利要求5所述的一种lOOOkV高压并联电抗器的监测方法，其特征在于，所述 的远程终端的数据存储使用三种表格：主数据表、时域数据表、频域数据表。
7. 根据权利要求6所述的一种lOOOkV高压并联电抗器的监测方法，其特征在于，所述 的主数据表存储每个采样时刻的时间、时域波形的采样频率、电流时域信号数据分离出的 直流电流，以及电流信号、加速度信号和噪声信号的特征值。
8. 根据权利要求7所述的一种lOOOkV高压并联电抗器的监测方法，其特征在于，所述 的电流信号的特征值包括最大值、分离出的交流电流的幅值、有效值，所述的加速度和噪声 信号的特征值包括时域最大值、均方差值、平均值以及频域最大值以及相应的频率。
9. 根据权利要求6所述的一种lOOOkV高压并联电抗器的监测方法，其特征在于，所述 的时域数据表存储电流、加速度和噪声原始采集数据的纵坐标和横坐标，横坐标通过采样 时刻的采样率计算得到。
10. 根据权利要求6所述的一种lOOOkV高压并联电抗器的监测方法，其特征在于，所述 的频域数据表存储加速度和噪声在2000Hz时的频域信号数据。
【文档编号】G01R19/25GK104142423SQ201410394795
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年8月12日 优先权日:2014年8月12日
【发明者】刘闯, 周行星, 田昊洋, 袁志文, 彭伟 申请人:国网上海市电力公司, 华东电力试验研究院有限公司