一种变电站电容性设备在线监测系统及监测方法
【专利摘要】本发明公开了一种变电站电容性设备在线监测系统，包括通过以太网连接的监控中心和智能电子设备，智能电子设备还分别连接有PT电压采集终端、电容性设备监测终端，智能电子设备上安装有通讯及对时复用装置a，PT电压采集终端上安装有通讯及对时复用装置c，电容性设备监测终端上安装有通讯及对时复用装置b，通讯及对时复用装置a通过时钟及数据总线分别与通讯及对时复用装置c、通讯及对时复用装置b连接。本发明还公开了上述在线监测系统的监测方法，将时间及数据分时复用，实现了使用一根RS485总线即可传输时间及数据信号，且两种信号互不干扰。本发明的一种变电站电容性设备在线监测系统架构简单、导线利用率高、现场电缆使用量小、施工强度小。
【专利说明】一种变电站电容性设备在线监测系统及监测方法
【技术领域】
[0001]本发明属于变电站设备监测【技术领域】，具体涉及一种变电站电容性设备在线监测系统，本发明还涉及一种变电站电容性设备在线监测系统的监测方法。
【背景技术】
[0002]变电站电容性设备在线监测需要同步采集被测装置的接地线电流(泄露电流)和同一母线下的电压互感器(PT) 二次侧电压信号，根据测量值计算出电容性设备的全电流、阻性电流、容性电流等特征量的大小，最后依据测量值分析出被测试品的劣化状态。电容性设备在线监测对泄露电流和PT电压的采样同步性要求很高，采样的时间差决定了在线监测系统的测量精度。为了提高采样的同步精度，保证电容性设备在线监测的测量精度，设备制造厂家提出了 GPS对时、脉冲对时、B码对时(IRIG-B)等多种方案。其中B码对时精度高、成本低、抗干扰性能好，广泛用于变电站电容型设备在线监测中。
[0003]而目前变电站容性设备在线监测系统既包含通讯总线又包含B码总线，构架比较复杂、导线利用率低、现场电缆使用量大、施工强度大，并且需要使用大量的总线集线器；同时目前变电站电容性设备在线监测系统使用的B码信号都来自于B码时钟源，随着监测终端的增加，B码时钟源挂载的负载数量也相应增加，这给B码时钟源的带负载能力和阻抗匹配提出了挑战，可能引起B码时钟总线崩溃，导致全站时间一致性问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种变电站电容性设备在线监测系统，解决了现有技术中存在的在线监测导线利用率低、现场电缆使用量大的问题。
[0005]本发明的另一目的在于提供变电站电容性设备在线监测系统的监测方法。
[0006]本发明所采用的第一种技术方案是，一种变电站电容性设备在线监测系统，包括通过以太网连接的监控中心和智能电子设备，智能电子设备还分别连接有PT电压采集终端、电容性设备监测终端，智能电子设备上安装有通讯及对时复用装置a，PT电压采集终端上安装有通讯及对时复用装置C，电容性设备监测终端上安装有通讯及对时复用装置b，通讯及对时复用装置a通过时钟及数据总线分别与通讯及对时复用装置C、通讯及对时复用装置b连接。
[0007]本发明第一种技术方案的特点还在于:
[0008]时钟及数据总线为RS485总线。
[0009]通讯及对时复用装置a、通讯及对时复用装置b、通讯及对时复用装置c的结构为:包括CPLD芯片，CPLD芯片上分别连接有电平转换芯片a、电平转换芯片b、晶振、电源。
[0010]CPLD 芯片为 EPM570。
[0011]电平转换芯片a、电平转换芯片b均为MAX485。
[0012]本发明所采用的第二种技术方案是，一种变电站电容性设备在线监测方法，具体实施步骤如下:
[0013]步骤1、监控中心接收GPS卫星的带有时间信息的信号；
[0014]步骤2、监控中心将步骤I中接收到的带有时间信息的信号传送给智能电子设备，智能电子设备根据实时读取的时间信息选择时间及数据总线上传送B码码元或者数据。
[0015]本发明第二种技术方案的特点还在于:
[0016]步骤2中，读取的时间信息为10分钟的整数倍时为采样时刻；如果实时读取的时间信息为采用之前的3分钟和采用之后的3分钟，时间及数据总线上传送的是B码码元；如果实时读取的时间信息为采用之后的第4-7分钟，时间及数据总线上传送的是数据；
[0017]步骤2中时间及数据总线上传送B码码元的具体实施步骤为:
[0018]步骤a、智能电子设备将从监控中心接收到的带有时间信息的信号传送给通讯及对时复用装置a ；
[0019]步骤b、通讯及对时复用装置a中的CPLD芯片的IED数据解析模块将步骤a中的带有时间信息的信号自动解析为为时间信息，时间信息发送给时间产生模块产生时间，产生的时间再发送给B码编码模块编码为B码码元，再将B码码元发送给通讯接口选择模块，同时通讯及对时复用装置a中的晶振自动产生脉冲传给CPLD芯片中的时间产生模块；
[0020]步骤C、步骤b中的B码码元通过通讯接口选择模块输出到电平转换芯片a，电平转换芯片a通过时间及数据总线传送给通讯及对时复用装置C、通讯及对时复用装置b的电平转换芯片b ；
[0021]步骤d、步骤c中电平转换芯片b中的B码码元传送给通讯及对时复用装置C、通讯及对时复用装置b的CPLD芯片的通讯数据识别模块中，再通过传送给B码解码模块解码，将B码码元解码为PT电压采集终端、电容性设备监测终端可用时间的时间信息，供PT电压采集终端、电容性设备监测终端对时。
[0022]步骤2中时间及数据总线上传送数据的具体实施步骤为:
[0023]步骤a、智能电子设备给通讯及对时复用装置a传送的信息被CPLD芯片的IED数据解析模块自动解析为数据上传命令帧，数据上传命令帧被直接通过通讯接口选择模块输出；
[0024]步骤b、步骤a中从通讯接口模块输出的数据上传命令帧传给电平转换芯片a，电平转换芯片a通过时间及数据总线将数据上传命令帧传送给通讯及对时复用装置C、通讯及对时复用装置b的电平转换芯片b ;
[0025]步骤C、步骤b中的电平转换芯片b中的数据上传命令帧传送给CPLD芯片中的通讯数据识别模块，通讯数据识别模块将数据上传命令帧传送给PT电压采集终端、电容性设备监测终端，PT电压采集终端、电容性设备监测终端将采集数据，数据包括电容性电压互感器、电容性电流互感器末屏电流信号的基波幅值、相位、频率、谐波幅值，将采集到的数据通过通讯及对时复用装置C、通讯及对时复用装置b的电平转换芯片b发送给通讯及对时复用装置a的电平转换芯片a，再发送给智能电子设备中，最后由智能电子设备按照协议IEC61850将数据打包通过以太网发送给监控中心。
[0026]本发明的有益效果是:
[0027]I).本发明一种变电站电容性设备在线监测系统通过使用通讯及对时复用装置有效的简化了总线网络结构，使在线监测系统的结构更加简单。
[0028]2).本发明一种变电站电容性设备在线监测系统通过使用通讯及对时复用装置后，通讯总线与B码总线合并为一条时钟及数据总线，增加了总线的利用率，有效减小了现场电缆的使用量以及施工强度。
[0029]3).本发明一种变电站电容性设备在线监测系统通过使用通讯及对时复用装置，避免了从B码时钟源直接取信号，消除了 B码时钟源带负载能力和阻抗匹配问题。
[0030]4).本发明一种变电站电容性设备在线监测系统通过使用通讯及对时复用装置，不再需要RS485总线集线器，有效节约了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0031]图1是现有变电站电容性设备在线监测系统结构示意图；
[0032]图2是本发明一种变电站电容性设备在线监测系统结构示意图；
[0033]图3是本发明在线监测系统中电容性设备与智能电子设备的连接示意图；
[0034]图4是本发明在线监测系统中通讯及对时复用装置的结构示意图；
[0035]图5是本发明在线监测系统中时间及数据总线上B码及数据的分时复用示意图；
[0036]图6是本发明在线监测系统中智能电子设备与通讯及对时复用装置a的信息传输过程示意图；
[0037]图7是本发明在线监测系统中电容性设备监测终端与通讯及对时复用装置b的信息传输过程不意图；
[0038]图8是本发明在线监测系统中PT电压采集终端与通讯及对时复用装置c的信息传输过程示意图。
[0039]图中，1.智能电子设备，2.PT电压采集终端，3.电容性设备监测终端，4.通讯及对时复用装置c，5.通讯及对时复用装置b，6.通讯及对时复用装置a，7.监控中心，8.CPLD芯片，9.电平转换芯片a，10.电平转换芯片b，11.晶振，12.电源。
【具体实施方式】
[0040]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0041]现有的基于B码对时的变电站电容性设备在线监测系统结构如图1所示，包括B码时钟源13，B码时钟源13通过B码总线(采用RS485总线)分别连接智能电子设备1、PT电压采集终端2和电容性设备监测终端3，智能电子设备I通过通讯总线(采用RS485总线)分别连接PT电压采集终端2和电容性设备监测终端3，智能电子设备I通过以太网与监控中心7连接。B码时钟源接收GPS卫星的时间信息，并将时间信息编码成为IRIG-B码元，最后通过B码总线发送给PT电压采集终端2和电容性设备监测终端3，PT电压采集终端2和电容性设备监测终端3接收到B码码元后立即由B码解码模块进行解码，如果B码时间与设置的采集时间相同，PT电压采集终端2和电容性设备监测终端3立即分别对PT电压或泄露电流进行采样；PT电压采集终端2和电容性设备监测终端3采样完成后，对采集到的数据进行运算并打包，待接收到智能电子设备I通过通讯总线发送来的数据请求后，将打包好的监测数据通过通讯总线发送到智能电子设备1，智能电子设备I对所有测量值进行最终的计算和建模，使其符合IEC61850规约，最终通过以太网发送到监控中心7，进行后期的数据分析、故障判断、展示、预报警、存储等。
[0042]本发明一种变电站电容性设备在线监测系统，结构如图2所示，包括通过以太网连接的监控中心7和智能电子设备1，智能电子设备I还分别连接有PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3，如图3所示，智能电子设备I上安装有通讯及对时复用装置a6，PT电压采集终端2上安装有通讯及对时复用装置c4，电容性设备监测终端3上安装有通讯及对时复用装置b5，通讯及对时复用装置a6通过时钟及数据总线(采用RS485总线)分别与通讯及对时复用装置c4、通讯及对时复用装置b5连接。通讯及对时复用装置a6、通讯及对时复用装置b5、通讯及对时复用装置c4的结构如图4所示，包括CPLD芯片8 (CPLD芯片8为EPM570)，CPLD芯片8上分别连接有电平转换芯片a9 (电平转换芯片a9为MAX485)、电平转换芯片blO(电平转换芯片blO为MAX485)、晶振11、电源12。
[0043]本发明一种变电站电容性设备在线监测方法，具体实施步骤如下:
[0044]步骤1、监控中心7接收GPS卫星的带有时间信息的信号；
[0045]步骤2、监控中心7将步骤I中接收到的带有时间信息的信号传送给智能电子设备1，智能电子设备I根据实时读取的时间信息选择时间及数据总线上传送的是B码码元或者数据；读取的时间信息为10分钟的整数倍时为采样时刻；如果实时读取的时间信息为采用之前的3分钟和采用之后的3分钟，时间及数据总线上传送的是B码码元；如果实时读取的时间信息为采用之后的第4-7分钟，时间及数据总线上传送的是数据；
[0046]步骤2中时间及数据总线上传送B码码元的具体实施步骤为:
[0047]步骤a、智能电子设备I将从监控中心7接收到的带有时间信息的信号传送给通讯及对时复用装置a6 ；
[0048]步骤b、通讯及对时复用装置a6中的CPLD芯片8的IED数据解析模块将步骤a中的带有时间信息的信号自动解析为时间信息，时间信息发送给时间产生模块产生时间，产生的时间再发送给B码编码模块编码为B码码元，再将B码码元发送给通讯接口选择模块，同时通讯及对时复用装置a6中的晶振11自动产生脉冲传给CPLD芯片8中的时间产生模块；
[0049]步骤C、步骤b中的B码码元通过通讯接口选择模块输出到电平转换芯片a9，电平转换芯片a9通过时间及数据总线传送给通讯及对时复用装置c4、通讯及对时复用装置b5的电平转换芯片blO ；
[0050]步骤d、步骤c中电平转换芯片blO中的B码码元传送给通讯及对时复用装置c4、通讯及对时复用装置b5的CPLD芯片8的通讯数据识别模块中，再通过传送给B码解码模块解码，将B码码元解码为PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3可用时间的时间信息，供PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3对时；
[0051]步骤2中时间及数据总线上传送数据的具体实施步骤为:
[0052]步骤a、智能电子设备I给通讯及对时复用装置a6传送的信息被CPLD芯片8的IED数据解析模块自动解析为数据上传命令帧，数据上传命令帧被直接通过通讯接口选择模块输出；
[0053]步骤b、步骤a中从通讯接口模块输出的数据上传命令帧传给电平转换芯片a9，电平转换芯片a9通过时间及数据总线将数据上传命令帧传送给通讯及对时复用装置c4、通讯及对时复用装置b5的电平转换芯片blO ；
[0054]步骤C、步骤b中的电平转换芯片blO中的数据上传命令帧传送给CPLD芯片8中的通讯数据识别模块，通讯数据识别模块将数据上传命令帧传送给PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3，PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3将采集数据，数据包括电容性电压互感器、电容性电流互感器末屏电流信号的基波幅值、相位、频率、谐波幅值，将采集到的数据通过通讯及对时复用装置c4、通讯及对时复用装置b5的电平转换芯片blO发送给通讯及对时复用装置a6的电平转换芯片a9，再发送给智能电子设备I中，最后由智能电子设备I按照协议IEC61850将数据打包通过以太网发送给监控中心7。
[0055]其中IED数据解析模块、时间产生模块、B码编码模块、通讯接口选择模块、通讯数据识别模块、B码解码模块均为CPLD芯片8通过编程产生的功能模块。
[0056]电容性设备在线监测系统采样时间以8:10分为例，如图5、6、7、8所示，过程为:
[0057]将GPS卫星I中带时间信息的信号(以下简称时间信号)发送给监控中心7，监控中心7将时间信号发送给智能电子设备1，智能电子设备I根据读取到的时间信息与采样时间(PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3在时间信息为10分钟的整数倍时对被测信号进行采样，本例以8:10分为采样时刻分析)进行比较，如果时间信息为8:07-8:13，智能电子设备I的CSl为高，CS2为低，PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3的CS3为低，时间及数据总线用于传输B码时钟(时间信息从智能电子设备I中传送到通讯及对时复用装置a6被编码为B码时钟，B码时钟通过时间及数据传输总线传送到通讯及对时复用装置c4及通讯及对时复用装置b5被解码为PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3可用的时间信息)供PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3对时；如果时间信息为8:14-8:17，CSl为低，CS2为低，CS3为低，时间及数据总线用于传输数据，智能电子设备I通过通讯及对时复用装置a6，再分别通过通讯及对时复用装置c4、通讯及对时复用装置b5对PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3发送数据采集命令，CS2变为高，智能电子设备I变为接收模式，PT电压采集终端2、电容性设备监测终端3接收到数据采集命令后，CS3变为高，将采集到的数据分别通过通讯及对时复用装置c4、通讯及对时复用装置b5，再通过通讯及对时复用装置a6发送给智能电子设备1，智能电子设备I再按照协议IEC61850将数据打包通过以太网发送给监控中心7，监控中心7对收到的数据进行分析判断等。
[0058]本发明一种变电站电容性设备在线监测系统，通过时间及数据总线(采用RS485总线)上时间、数据的分时复用就实现了仅通过一根RS485总线传送时间和数据，且两种信号互不干扰。
【权利要求】
1.一种变电站电容性设备在线监测系统，包括通过以太网连接的监控中心(7)和智能电子设备(I)，智能电子设备(I)上还分别连接有PT电压采集终端(2)、电容性设备监测终端(3)，其特征在于，所述智能电子设备(I)上安装有通讯及对时复用装置a￠)，所述PT电压采集终端(2)上安装有通讯及对时复用装置c (4)，所述电容性设备监测终端(3)上安装有通讯及对时复用装置b (5)，通讯及对时复用装置a (6)通过时钟及数据总线分别与通讯及对时复用装置c (4)、通讯及对时复用装置b (5)连接。
2.根据权利要求1所述的一种变电站电容性设备在线监测系统，其特征在于，所述时钟及数据总线为RS485总线。
3.根据权利要求1所述的一种变电站电容性设备在线监测系统，其特征在于，所述通讯及对时复用装置a(6)、通讯及对时复用装置b(5)、通讯及对时复用装置c(4)的结构为:CPLD芯片(8)，CPLD芯片(8)上分别连接有电平转换芯片a (9)、电平转换芯片b (10)、晶振(11)、电源(12)。
4.根据权利要求3所述的一种变电站电容性设备在线监测系统，其特征在于，所述CPLD 芯片(8)为 EPM570。
5.根据权利要求3所述的一种变电站电容性设备在线监测系统，其特征在于，所述电平转换芯片a (9)、电平转换芯片b (10)均为MAX485。
6.一种变电站电容性设备在线监测方法，其特征在于，采用监测系统，其结构为: 包括通过以太网连接的监控中心(7)和智能电子设备(I)，智能电子设备(I)还分别连接有PT电压采集终端(2)、电容性设备监测终端(3)，其特征在于，所述智能电子设备(I)上安装有通讯及对时复用装置W6)，所述PT电压采集终端(2)上安装有通讯及对时复用装置c (4)，所述电容性设备监测终端(3)上安装有通讯及对时复用装置b (5)，通讯及对时复用装置a(6)通过时钟及数据总线分别与通讯及对时复用装置c (4)、通讯及对时复用装置b (5)连接； 所述时钟及数据总线为RS485总线； 所述通讯及对时复用装置a (6)、通讯及对时复用装置b (5)、通讯及对时复用装置c (4)的结构为:CPLD芯片(8)，CPLD芯片(8)上分别连接有电平转换芯片a (9)、电平转换芯片b(10)、晶振(11)、电源(12)； 所述CPLD芯片(8)为EPM570 ； 所述电平转换芯片a (9)、电平转换芯片b (10)均为MAX485 ； 具体实施步骤如下: 步骤1、监控中心(7)接收GPS卫星的带有时间信息的信号； 步骤2、监控中心(7)将步骤I中接收到的带有时间信息的信号传送给智能电子设备(I)，智能电子设备(I)根据实时读取的时间信息选择时间及数据总线上传送B码码元或者数据。
7.根据权利要求6所述的一种变电站电容性设备在线监测系统的监测方法，其特征在于，所述步骤2中，读取的时间信息为10分钟的整数倍时为采样时刻；如果实时读取的时间信息为采样之前的3分钟和采样之后的3分钟，时间及数据总线上传送的是B码码元；如果实时读取的时间信息为采样之后的第4-7分钟，时间及数据总线上传送的是数据。
8.根据权利要求6所述的一种变电站电容性设备在线监测系统的监测方法，其特征在于，所述步骤2中时间及数据总线上传送B码码元的具体实施步骤为: 步骤a、智能电子设备(I)将从监控中心(7)接收到的带有时间信息的信号传送给通讯及对时复用装置a (6)； 步骤b、通讯及对时复用装置a(6)中的CPLD芯片(8)的IED数据解析模块将步骤a中的带有时间信息的信号自动解析为时间信息，时间信息发送给时间产生模块产生时间，产生的时间再发送给B码编码模块编码为B码码元，再将B码码元发送给通讯接口选择模块，同时通讯及对时复用装置a(6)中的晶振(11)自动产生脉冲传给CPLD芯片(8)中的时间产生模块； 步骤c、步骤b中的B码码元通过通讯接口选择模块输出到电平转换芯片a (9)，电平转换芯片a(9)通过时间及数据总线传送给通讯及对时复用装置c (4)、通讯及对时复用装置b(5)的电平转换芯片b (10)； 步骤d、步骤c中电平转换芯片b (10)中的B码码元传送给通讯及对时复用装置c (4)、通讯及对时复用装置b (5)的CPLD芯片(8)的通讯数据识别模块中，再通过传送给B码解码模块解码，将B码码元解码为PT电压采集终端(2)、电容性设备监测终端(3)可用时间的时间信息，供PT电压采集终端(2)、电容性设备监测终端(3)对时。
9.根据权利要求8所述的一种变电站电容性设备在线监测系统的监测方法，其特征在于，所述步骤2中时间及数据总线传送数据的具体实施步骤为: 步骤a、智能电子设备(I)给通讯及对时复用装置a (6)传送的信息被CPLD芯片(8)的IED数据解析模块自动解析为数据上传命令帧，数据上传命令帧被直接通过通讯接口选择模块输出； 步骤b、步骤a中从通讯接口模块输出的数据上传命令帧传给电平转换芯片a(9)，电平转换芯片a(9)通过时间及数据总线将数据上传命令帧传送给通讯及对时复用装置c (4)、通讯及对时复用装置b (5)的电平转换芯片b (10)； 步骤C、步骤b中的电平转换芯片b(10)中的数据上传命令帧传送给CPLD芯片(8)中的通讯数据识别模块，通讯数据识别模块将数据上传命令帧传送给PT电压采集终端(2)、电容性设备监测终端(3)，PT电压采集终端(2)、电容性设备监测终端(3)将采集数据，数据包括电容性电压互感器、电容性电流互感器末屏电流信号的基波幅值、相位、频率、谐波幅值，将采集到的数据通过通讯及对时复用装置c (4)、通讯及对时复用装置b (5)的电平转换芯片b(10)发送给通讯及对时复用装置a (6)的电平转换芯片a(9)，再发送给智能电子设备(I)中，最后由智能电子设备(I)按照协议IEC61850将数据打包通过以太网发送给监控中心(7) ο
【文档编号】G01R31/00GK104280634SQ201410512731
【公开日】2015年1月14日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】黄新波, 朱永灿, 郭剑锋, 邓凸, 石杰, 张 浩 申请人:西安工程大学