一种电子式互感器性能实时监测系统及方法
【专利摘要】本发明涉及一种电子式互感器性能实时监测系统及方法，属于电力系统自动化【技术领域】。本发明首先同步采集变电站内常规互感器和电子式互感器的保护、测量、计量电压电流量以及电子式互感器的自身的状态信息；然后根据设定的时间间隔比对常规互感器和电子式互感器相同相别采样数据的幅值差和相位差，判断二者的幅值和相位差是否在设定的允许范围内，若有幅值差或相位差超过设定的范围，则对幅值差或相位差进行计算并发出告警信息，同时记录下此时电子式互感器自身的状态信息，从而实现对电子式互感器的实时监测。本发明简单、易实施，能够实时监测电子式互感器，为考核电子式互感器现场运行的可靠性和长期稳定性提供了丰富的数据支撑。
【专利说明】一种电子式互感器性能实时监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电子式互感器性能实时监测系统及方法，属于电力系统自动化【技术领域】。
【背景技术】
[0002]随着光电子、光纤通信和数字信号处理技术的发展和应用，基于不同方式、不同采集原理的电子式互感器应运而生。电子式互感器做为智能变电站信息化、数字化、自动化、互动化任务的关键设备之一，是为电力系统电能计量、继电保护设备、测控设备等提供电压电流信号的重要设备，其运行稳定性和可靠性与电力系统的安全、可靠、经济运行密切相关。
[0003]2010至2012年电子式互感器在国内进行了大规模的应用，尽管电子式互感器产品都通过了型式试验和出厂试验，但是电子式互感器在实验室内和现场运行中性能表现存在不一致，缺乏长期运行考验，导致现场实际运行过程中可靠性和长期稳定性较差，故障率较高的缺陷集中爆发，严重影响了电力系统的安全运行，电子式互感器应用也陷入停滞阶段。后续智能变电站工程建设仍然采用常规互感器，导致电子式互感器实用化进度缓慢，截止目前智能变电站中电子式互感器的应用率不足10%。
[0004]近年来针对电子式互感器应用中暴露的问题，相关设备厂家和科研机构在可靠性、稳定性、试验手段、标准规范等方面进行了完善，使得电子式互感器产品逐步成熟。为了验证、监测不同厂家、不同原理的经技术提升后的电子式互感器在现场运行时的产品性能，设计出一种电子式互感器性能实时监测方法是电子式互感器和智能变电站工程实践过程中必然的需求，也是电子式互感器在电力系统中应用推广的必然需求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种电子式互感器性能实时监测系统及方法，以改变目前电子式互感器经过技术提升后、现场运行经验匮乏的问题。
[0006]本发明为解决上述技术问题而提供一种电子式互感器性能实时监测系统，该实时监测系统包括数字量采集合并单元、模拟量采集合并单元、时间同步装置和实时监测装置，
[0007]所述数字量采集合并单元用于采集变电站内运行的电子式互感器的保护、测量、计量电压电流量和互感器自身的状态信息，并将其输出给实时监测装置；
[0008]所述模拟量采集合并单元用于采集变电站内运行的常规互感器的保护、测量、计量电压电流量，并将其输出至实时监测装置；
[0009]所述时间同步装置用于同时发送3路同步信号分别至数字量采集合并单元、模拟量采集合并单元和实时监测装置，以保证数字量采集合并单元、模拟量采集合并单元和实时监测装置的时钟统一；
[0010]所述实时监测装置用于根据设定的时间间隔对比常规互感器和电子式互感器相同相别采样数据的幅值差和相位差，若存在采样数据的幅值差或相位差超过设定值，则进行告警。
[0011]所述实时监测装置通过光纤点对点连接数字量采集合并单元和模拟量采集合并单元。
[0012]所述时间同步装置分别通过光纤连接至数字量采集合并单元、模拟量采集合并单元和实时监测装置。
[0013]所述实时监测装置的硬件基于高速数据总线，包括光纤采集卡、嵌入式CPU板卡和存储设备。
[0014]所述实时监测装置的软件模块采用嵌入式操作系统，包括数据采集模块、通讯处理模块、服务端数据处理模块和客户端数据输出模块。
[0015]本发明为解决上述技术问题还提供了一种电子式互感器性能实时监测方法，该监测方法包括以下步骤:
[0016]I)同步采集变电站内常规互感器和电子式互感器的保护、测量、计量电压电流量以及电子式互感器的自身的状态信息；
[0017]2)根据设定的时间间隔比对常规互感器和电子式互感器相同相别采样数据的幅值差和相位差，判断二者的幅值和相位差是否在设定的允许范围内；
[0018]3)若有幅值差或相位差超过设定的范围，则对幅值差或相位差进行计算并发出告警信息，同时记录下此时电子式互感器自身的状态信息。
[0019]所述步骤2)中设定的时间间隔的最小值不小于20ms。
[0020]所述步骤2)在对采样数据进行比对之前还需对采集到数据采用快速傅里叶变换算法、加二阶汉宁卷积窗校正方法以及拉格朗日插值计算方法进行处理，以得到挂网电子式互感器和正常运行常规互感器输出的保护、测量、计量通道数据的精确幅值和精确相位。
[0021]本发明的有益效果是:本发明首先同步采集变电站内常规互感器和电子式互感器的保护、测量、计量电压电流量以及电子式互感器的自身的状态信息；然后根据设定的时间间隔比对常规互感器和电子式互感器相同相别采样数据的幅值差和相位差，判断二者的幅值和相位差是否在设定的允许范围内，若有幅值差或相位差超过设定的范围，则对幅值差或相位差进行计算并发出告警信息，同时记录下此时电子式互感器自身的状态信息，从而实现对电子式互感器的实时监测。本发明简单、易实施，能够实时监测电子式互感器，为考核电子式互感器现场运行的可靠性和长期稳定性提供了丰富的数据支撑。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1是本发明电子式互感器性能实时监测系统的结构框图；
[0023]图2是本发明电子式互感器性能实时监测系统的硬件逻辑框图；
[0024]图3是本发明电子式互感器性能实时监测系统的软件逻辑框图；
[0025]图4是本发明实施例中电子式互感器性能实时监测方法的流程图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步的说明。
[0027]本发明的一种电子式互感器性能实时监测系统的实施例
[0028]如图1所示，本发明的电子式互感器性能实时监测系统包括模拟量采集合并单元、数字量采集合并单元、时间同步装置和实时监测装置，时间同步装置通过光纤分别与实时监测装置、数字量采集合并单元和模拟量采集合并单元连接，模拟量采集合并单元和数字量采集合并单元的输出端通过光纤连接至实时监测装置的输入端。
[0029]模拟量采集合并单元的输入端通过电缆连接至变电站内实时运行的常规互感器的绕组，采集常规互感器的保护、测量和计量电压电流量，并转换为符合IEC61850-9-2LE标准的数字量输出至实时监测装置，数字量采集合并单元输入端通过光缆连接至变电站内挂网运行的电子式互感器，采集电子式互感器的保护、测量、计量电压电流量和互感器自身的状态信息(如温度、振动、光口功率等)，并输出符合IEC61850-9-2LE标准的数字量输出至实时监测装置。时间同步装置用于为实时监测装置、数字量采集合并单元和模拟量采集合并单元发送光B码标准同步信号，以保证2套合并单元采样数据同步和实时监测装置的时钟统一。
[0030]实时检测装置通过光纤点对点连接上述两太合并单元，接收上述2台合并单元传输来的IEC 61850-9-2LE采样值报文数据和GOOSE报文，数据采集模块通过内部高速总线把采集到的数据传输给服务端数据处理模块，服务端数据处理模块中的数据合成对比软件功能采用快速傅里叶变换算法、加二阶汉宁卷积窗校正方法以及拉格朗日插值计算方法，得到挂网电子式互感器和正常运行常规互感器输出的保护、测量、计量通道数据的精确幅值和精确相位，并根据设定的对比时间间隔如20ms (可整定)对2路互感器的相同相别幅值相位进行对比，如果幅值或相位误差在定值允许范围内，实时监测装置通过数据存储软件模块对数据进行连续记录存储；如果误差超过定值，软件对幅值差或相位差进行计算并发出告警信息，计算结果和告警信息本地存储，同时软件记录下电子式互感器自身状态信息(如温度、振动、光口功率等)并存储。存储信息采用C0MTRADE标准格式，具有通用性，可用不同的分析工具解析。
[0031]实时监测装置硬件基于高速数据总线，包括千兆光纤采集卡、高性能嵌入式CPU板卡和大容量存储设备，并可外接打印机、液晶显示器、键盘、鼠标等设备，装置的硬件架构如图2所示。实时监测装置软件采用嵌入式操作系统，软件模块由数据采集模块、通讯处理模块、服务端数据处理模块和客户端数据输出模块，其软件架构如图3所示。实时监测装置客户端数据输出模块具有显示、管理、分析功能，运维人员可离线或在线分析监测装置存储的挂网电子式互感器和运行中常规互感器输出各参量的幅值、相位、数据波形、幅值差、相位差、告警等信息，可自动生成监测报告。实时监测装置通信服务模块与监控主站进行信息交互，存储信息可以通过通信服务模块上传至远方监控主站，通信规约既支持IEC61850间隔层通信规约也兼容标准103规约。
[0032]运维人员通过该套系统可以定期在变电站内或远方监控主站对变电站现场挂网运行电子式互感器的监测比对信息进行提取和分析，评估由于环境温度，互感器附近振动以及互感器内部自身状态变化信息等对互感器安全运行产生的影响，为考核电子式互感器现场运行的可靠性和长期稳定性提供了丰富的数据支撑。
[0033]本发明的一种电子式互感器性能实时监测方法的实施例
[0034]本发明的电子式互感器性能实时监测方法通过比较变电站内挂网电子式互感器和正常运行常规互感器输出的保护、测量、计量通道数据的精确幅值和精确相位来实现对电子式互感器的监测。下面以变电站I个间隔为例来说明本发明电子式互感器性能实时监测方法的具体实现过程，其流程如图4所示，具体实施过程如下。
[0035]1.采集常规互感器的保护、测量、计量电压电流量，同步采集电子式互感器的保护、测量、计量电压电流量和互感器自身的状态信息(如温度、振动、光口功率等)。其中常规互感器的采集可使用模拟量采集合并单元，将模拟量采集合并单元的输入端通过电缆连接至变电站内实时运行的常规互感器的绕组，从而实现对常规互感器数据的采集；电子式互感器的采集可采用数字量采集合并单元，将数字量采集合并单元的输入端通过光缆连接至变电站内挂网运行的电子式互感器。
[0036]2.对采集得到常规互感器和电子式互感器的数据进行处理，以得到挂网电子式互感器和正常运行常规互感器输出的保护、测量、计量通道数据的精确幅值和精确相位；然后根据设定的对比时间间隔如2oms (可整定)对上述两路互感器的相同相别幅值和相位进行对比，如果幅值和相位误差在定值允许范围内，则对数据进行连续记录存储，否则，如果存在误差超过定值，对幅值差或相位差进行计算并发出告警信息，对计算结果和告警信息进行本地存储，同时记录电子式互感器自身状态信息(如温度、振动、光口功率等)。
[0037]本实施例采用实时监测装置对采集到的常规互感器和电子式互感器的数据进行处理和对比分析，实时监测装置硬件基于高速数据总线，包括千兆光纤采集卡、高性能嵌入式CPU板卡和大容量存储设备，并可外接打印机、液晶显示器、键盘、鼠标等设备，装置的硬件架构如图2所示。实时监测装置软件采用嵌入式操作系统，软件模块由数据采集模块、通讯处理模块、服务端数据处理模块和客户端数据输出模块，其软件架构如图3所示。实时监测装置中的数据采集模块通过光纤以太网接口，接收2台合并单元传输来的IEC61850-9-2LE采样值报文数据和GOOSE报文，数据采集模块通过内部高速总线把采集到的数据传输给服务端数据处理模块，服务端数据处理模块中的数据合成对比软件功能采用快速傅里叶变换算法、加二阶汉宁卷积窗校正方法以及拉格朗日插值计算方法，得到挂网电子式互感器和正常运行常规互感器输出的保护、测量、计量通道数据的精确幅值和精确相位，比对常规互感器和电子式互感器相同相别采样数据的幅值差和相位差，最小时间间隔不小于20ms，比对过程中采样数据的幅值差和相位差超过设定的定值时实时监测装置会产生告警信息，并记录下告警时刻的幅值差和相位差以及电子式互感器自身的状态信息，监测信息和比对分析结果可本地存储展示并上传至监控主站。
[0038]上面结合附图对本发明专利的实施进行了描述，但是本发明专利并不局限于上述的【具体实施方式】，上述的【具体实施方式】仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明专利的启示下，在不脱离本发明专利宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明专利的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种电子式互感器性能实时监测系统，其特征在于，该实时监测系统包括数字量采集合并单元、模拟量采集合并单元、时间同步装置和实时监测装置， 所述数字量采集合并单元用于采集变电站内运行的电子式互感器的保护、测量、计量电压电流量和互感器自身的状态信息，并将其输出给实时监测装置； 所述模拟量采集合并单元用于采集变电站内运行的常规互感器的保护、测量、计量电压电流量，并将其输出至实时监测装置； 所述时间同步装置用于同时发送3路同步信号分别至数字量采集合并单元、模拟量采集合并单元和实时监测装置，以保证数字量采集合并单元、模拟量采集合并单元和实时监测装置的时钟统一； 所述实时监测装置用于根据设定的时间间隔对比常规互感器和电子式互感器相同相别采样数据的幅值差和相位差，若存在采样数据的幅值差或相位差超过设定值，则进行告目O
2.根据权利要求1所述的电子式互感器性能实时监测系统，其特征在于，所述实时监测装置通过光纤点对点连接数字量采集合并单元和模拟量采集合并单元。
3.根据权利要求1所述的电子式互感器性能实时监测系统，其特征在于，所述时间同步装置分别通过光纤连接至数字量采集合并单元、模拟量采集合并单元和实时监测装置。
4.根据权利要求1所述的电子式互感器性能实时监测系统，其特征在于，所述实时监测装置的硬件基于高速数据总线，包括光纤采集卡、嵌入式CPU板卡和存储设备。
5.根据权利要求4所述的电子式互感器性能实时监测系统，其特征在于，所述实时监测装置的软件模块采用嵌入式操作系统，包括数据采集模块、通讯处理模块、服务端数据处理模块和客户端数据输出模块。
6.一种电子式互感器性能实时监测方法，其特征在于，该监测方法包括以下步骤: 1)同步采集变电站内常规互感器和电子式互感器的保护、测量、计量电压电流量以及电子式互感器的自身的状态信息； 2)根据设定的时间间隔比对常规互感器和电子式互感器相同相别采样数据的幅值差和相位差，判断二者的幅值和相位差是否在设定的允许范围内； 3)若有幅值差或相位差超过设定的范围，则对幅值差或相位差进行计算并发出告警信息，同时记录下此时电子式互感器自身的状态信息。
7.根据权利要求6所述的电子式互感器性能实时监测方法，其特征在于，所述步骤2)中设定的时间间隔的最小值不小于20ms。
8.根据权利要求7所述的电子式互感器性能实时监测方法，其特征在于，所述步骤2)在对采样数据进行比对之前还需对采集到数据采用快速傅里叶变换算法、加二阶汉宁卷积窗校正方法以及拉格朗日插值计算方法进行处理，以得到挂网电子式互感器和正常运行常规互感器输出的保护、测量、计量通道数据的精确幅值和精确相位。
【文档编号】G01R35/02GK104316891SQ201410515408
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】席亚克, 易永辉, 刘桂莲, 梁经宛, 牛强, 刘永欣, 陶永健, 姜帅 申请人:许继电气股份有限公司, 许昌许继软件技术有限公司