箱式变电站的数据监控方法及系统与流程

1.本发明属于电力设备监控系统技术领域，尤其涉及箱式变电站的数据监控方法及系统。


背景技术：

2.箱式变电站又称户外成套变电站，也有称组合式变电站，它是发展于20世纪60年代至70年代欧美等西方发达国家推出的一种户外成套变电所的新型变电设备，由于它具有组合灵活，便于运输、迁移、安装方便，施工周期短、运行费用低，无污染，免维护的优点，受到世界各国电力工作者的重视。在国内，箱式变电站因为比传统土建变电所具有占地少、施工周期短、成本低的优点，在城市建设中得到了越来越广泛的应用，已经成为城市电力系统中重要的终端设备。箱式变电站也存在内部结构紧促、无人值守、站内运行环境变化等问题，若不能对箱式变电站内的电力系统进行实时有效的监测，一旦发生故障将造成巨大的经济和社会损失。
3.现有技术中，天津大学杨智于2013年设计研制了箱式变电站在线监测系统，利用电压互感器、电流互感器和自行搭建的频率取样电路实现了对电网电压、电流、频率、温度的在线采样，并通过高速ad实现数模转换，采取cpld、apm、dsp结合的方式实现采样控制和参数分析，但该系统缺少对变压器环境和状态的监测，同时验证的测量范围也比较窄，距离实际应用还有一定的距离；而南京邮电大学李湘林于2012年提出并设计了嵌入式电能质量检测系统，利用arm处理器控制采集了电网的电学特征，并分析了电能质量信息，通过zigbee无线传感网实现了远程数据传输，并结合了实际应用验证，具备较强的应用性，但该系统未对影响电网设备的其他参数给出测试和相应诊断；此外，华北电力大学在2013年研究了配电变压器智能监测关键技术，并给出了系统设计方案和验证结果，该系统采用电压互感器和电流互感器对电能信息进行原始采样，并利用pt100作为油温监测传感器，将电能信息和温度信息融合，通过gprs无线技术传输到数据中心服务器，该系统实现了电量和非电量的综合分析，具有较强的实用性和可应用性，但是该系统对变电站非电量的参数分析较为统一，温度数据不足以反应出变压器运行的全部特征。


技术实现要素：

4.本发明所解决的技术问题在于提供一种箱式变电站的数据监控方法及系统，通过采集箱式变电站内电力变压器的综合参数和结合具有实用性的故障诊断应用案例，对箱式变电站的各参数进行预警。
5.本发明提供的基础方案一：箱式变电站的数据监控系统，包括采集模块、数据处理模块和监控平台；
6.所述采集模块用于采集箱式变电站内电力变压器的综合参数；
7.所述数据处理模块存储有电力变压器各个综合参数的阀值，通过接收采集模块采集的综合参数，分析得到电力变压器的异常参数，并生成数据包发送给监控平台；
8.所述监控平台存储有故障诊断应用案例，所述监控平台将接收的数据包进行数据解析，与故障诊断应用案例进行匹配，生成匹配结果，所述监控平台根据匹配结果和相应的预设指令对电力变压器进行远程控制和发出预警信号；
9.其中，所述采集模块包括温湿度传感器和电量采集模块，所述温湿度传感器用于检测箱式变电站内部的温湿度和变压器铁芯温度；所述电量采集模块用于检测进线回路中的电参量和遥信量。
10.本发明基础方案一的原理及优点在于：通过采集模块采集箱式变电站的综合参数，数据处理模块针对综合参数进行分析，生成数据包，其中采集的综合参数包括温湿度和各个电参量，保证电参量数据实时，准确，同时通过监控平台存储的故障诊断应用案例，在检测出故障问题后，自动匹配故障诊断应用案例，并根据案例中的解决方案通过远程控制的方式断开电路，防止损失扩大。因此，本发明的优点在于通过采集箱式变电站内电力变压器的综合参数和结合具有实用性的故障诊断应用案例，对箱式变电站的各参数进行预警。
11.进一步，所述电量采集模块包括多功能网络仪表和馈线测量仪表，所述多功能网络仪表用于检测进线回路中的电参量，所述电参量包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、频率因数、四象限电，所述馈线测量仪表用于采集馈线回路的电流参量和开关位置信息。
12.有益效果：可以直观的了解箱式变电站内部各个馈线的运行负荷状态和开关位置以及进线回路的电参数。
13.进一步，所述数据处理模块设有数字量输入模块、模拟量输入模块和串行通信模块，所述数字量输入模块用于防止外界线路产生的干扰；所述模拟量输入模块用于接收电参量的数据，所述串行通信模块用于与多功能网络仪表和馈线测量仪表进行数据通信。
14.有益效果：通过数字量输入模块、模拟量输入模块和串行通信模块，可以避免外界干扰对线路的影响，接收电参量数据和进行数据通信。
15.进一步，所述监控平台设有存储模块，所述存储模块与数据处理模块电连接，所述存储模块用于存储实时数据库和历史数据库。
16.有益效果：位于监控平台的操作管理人员可以在存储模块中查看实时数据和历史数据。
17.进一步，所述监控平台还包括报警装置，所述报警装置与数据处理模块电连接，所述报警装置包括漏电报警装置和运行故障报警装置，所述漏电报警装置用于接收匹配结果，识别回路中的漏电流是否超出安全警戒，若回路中的漏电流超出安全警戒，则发出报警；若回路中的漏电流没有超出安全警戒，则不做反应；所述运行故障报警装置用于箱式变电站内部高压开关状态实时监控和变位报警。
18.有益效果：漏电报警装置可以提高回路的用电安全指数，运行故障报警装置可以让用户及时响应故障报警，缩短故障恢复时间。
19.进一步，还包括无线4g通信模块，所述无线4g通信模块与数据处理模块电连接，所述数据处理模块通过无线4g通信模块将数据包传输给监控平台。
20.有益效果：城市中箱式变电站分布较散，采用光纤作为传输介质在实际施工中难度大，开挖土建不太理想，选用4g无线通信模块可以避免上述麻烦。
21.进一步，所述还包括温湿度调控装置，所述温湿度调控装置包括风机和加热器，所
述风机用于调节箱式变电站内部的温度，所述加热器用于调控箱式变电站内部的湿度。
22.有益效果：为箱式变电站背部的元器件提供稳定的工作环境，从而提高内部元器件的使用寿命和安全运行指数。
23.本发明提供的基础方案二：箱式变电站的数据监控方法，包括：
24.s1：采集箱式变电站内电力变压器的综合参数；
25.其中，所述s1中还包括：
26.s1-1：使用温湿度传感器检测箱式变电站内部的温湿度和变压器铁芯温度；
27.s1-2：使用电量采集模块检测进线回路中的电参量以及进线回路的遥信量；
28.s2：存储电力变压器各个综合参数的阀值，对s1中的综合参数进行分析，得到异常参数，并生成数据包，通过无线4g通信模块发送至监控平台；
29.s3：存储有故障诊断应用案例，将接收的数据包进行数据解析，与故障诊断应用案例进行匹配，生成匹配结果，并根据匹配结果和相应的预设指令对电力变压器进行远程控制和发出预警信号。
30.基础方案二的有益效果：通过采集箱式变电站的综合参数，并针对综合参数进行分析，生成数据包，其中采集的综合参数包括温湿度等体感温度和各个电参量，保证电参量数据实时，准确，同时通过监控平台存储的故障诊断应用案例，在检测出故障问题后，自动匹配故障诊断应用案例，并根据案例中的解决方案通过远程控制的方式断开电路，防止损失扩大。因此，本发明的优点在于通过采集箱式变电站内电力变压器的综合参数和结合具有实用性的故障诊断应用案例，对箱式变电站的各参数进行预警。
31.进一步，所述s1-2包括：
32.s1-2-1：使用多功能网络仪表检测进线回路中的电压、电流、有功功率、无功功率、频率、频率因数、四象限电等电参量；
33.s1-2-2：使用馈线测量仪表用于采集馈线回路的电流参量和开关位置信息。
34.有益效果：可以直观的了解箱式变电站内部各个馈线的运行负荷状态和开关位置以及进线回路的电参数。
35.进一步，所述s3包括：
36.s3-1：使用漏电报警装置接收匹配结果，识别回路中的漏电流是否超出安全警戒，若回路中的漏电流超出安全警戒，则发出报警；若回路中的漏电流没有超出安全警戒，则不做反应；
37.s3-2：使用运行故障报警装置对箱式变电站内部高压开关状态进行实时监控和变位报警；
38.s3-3：使用存储模块存储实时数据库和历史数据库。
39.有益效果：漏电报警装置可以提高回路的用电安全指数，运行故障报警装置可以让用户及时响应故障报警，缩短故障恢复时间，位于监控平台的操作管理人员可以在存储模块中查看实时数据和历史数据。
附图说明
40.图1为本发明实施例的原理框图；
41.图2为本发明实施例中数字量输入模块直流24v输入电路原理图；
42.图3为本发明实施例中模拟量输入模块接入电流型传感器的接线原理图。
具体实施方式
43.下面通过具体实施方式进一步详细说明：
44.说明书附图中的标记包括：电量采集模块101、多功能网络仪表102、馈线测量仪表103、温湿度传感器104、数据处理模块105、串行通信模块106、模拟量输入模块107、数字量输入模块108、无线4g通信模块109、加热器110、风机111、漏电报警装置112、存储模块113、运行故障报警装置114、采集模块115、监控平台116。
45.实施例基本如附图1所示：箱式变电站的数据监控系统，包括采集模块115、数据处理模块105和监控平台116，采集模块115用于采集箱式变电站内电力变压器的综合参数，所述的综合参数包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、频率因素、四象限电、温度、湿度以及遥信量；采集模块115包括温湿度传感器104和电量采集模块101，温湿度传感器104用于检测箱式变电站内部的温湿度和变压器铁芯温度，同时箱式变电站内部设有温湿度调控装置，温湿度调控装置包括风机111和加热器110，风机111用于调节箱式变电站内部的湿度指数，加热器110用于调节箱式变电站内部的温度指数，为箱式变电站的内部元器件提供稳定的工作环境，从而提高内部元器件的使用寿命和安全运行指数；电量采集模块101用于检测进线回路中的电参量和遥信量，具体为，电量采集模块101包括多功能网络仪表102和馈线测量仪表103，多功能网络仪表102用于检测进线回路中的电参量，电参量包括电压、电流、有功功率、无功功率、频率、频率因数和四象限电，馈线测量仪表103用于采集馈线回路的电流参量和开关位置信息，进线回路中的遥信量的检测包括进线刀闸、断路器位置、断路器故障等，具体通过遥测进行检测。
46.数据处理模块105存储有电力变压器的各个综合参数的阀值，数据处理模块105接收采集模块115采集的综合参数，分析得到电力变压器的异常参数，并生成数据包发送给监控平台116。在本实施例中，数据处理器选用plc处理器，plc处理器采用施耐德公司的m340系列，具体型号为bmxp3420302h，该处理器具有1路拥有独立ip地址的以太网端口和1路modbus端口，支持ethernet/ip工业以太网协议，箱式变压器的设备应与监控平台116进行数据和信息交互，让位于监控中心的操作管理人员能够实时掌握箱式变压器的运行状态，通过对城市变压器的分布进行分析可知，箱式变压器分布较散，采用光纤作为传输介质在实际施工中难度大，开挖土建不太理想，因此，通过无线4g通信模块109与监控平台116通信，设备数据直接通过无线将数据传输到监控平台116。
47.数据处理模块105设有数字量输入模块108、模拟量输入模块107和串行通信模块106，数字量输入模块108首先是为了防止外界线路产生的干扰引起模块的非正常工作甚至是元器件的损坏，干扰包括尖峰电压和噪声干扰，因此，通过在数字量输入模块108的输入侧采用光耦来切断内部线路和外部线路电气上的联系；紧接着为了防止由于输入点抖动或外部干扰脉冲的引起的错误信号对程序运行的影响，在内部电路中设置rc滤波器，通过软件设置输入信号的抖动时间，一般为数个微秒，只有当输入信号的保持时间大于抖动时间，输入信号才有效，因此从软/硬件两个方面对错误信号进行过滤和消除；在本实施例中，数字量输入模块108采用24v输入电路，如图2所示，图2为16点24vdc型开关量输入模块的电路原理图，可接入16个开关量信号，另外还有8点以及32点的模块，可以根据外接信号的数量
来灵活选择，具体运行流程为，当图中外部线路的开关闭合时，模块内部光耦的发光二极管电量，光敏三极管饱和导通，改道通行好再传送给处理器，从而数据处理器认为该路有信号输入；外部线路开关断开时，光耦中的发光二极管熄灭，光敏三极管截止，数据处理器则认为该路没有信号。
48.模拟量输入模块107用于接收电参量的数据，常见的模拟量信号主要包括直流电流信号和直流电压信号，直流电流信号有4-20ma、0-20ma等，直流电压信号有1-5v、0-10v等。为数据处理器配置模拟量输入模块107对上述各类模拟量信号进行采集，不同的信号类型接线方式不一样且需要在软件上进行设置。箱式变电站监测系统的模拟量信号主要包括电压信号、电流信号、温度湿度信号，信号类型均为直流4-20ma。具体使用电流型传感器为例，电流型传感器分为2线制、3线制和4线制，接线方式均有所不同，如图3为一个8通道模拟量输入模块107接入电流型传感器的接线原理图，如图3所示，1-4#通道分别接入了2线制电流输出型传感器，2根线缆既用于模块向传感器提供24vdc电源又用于传感器向模块输出电流信号；5-8#通道分别接入了4线制电流输出型传感器，2根线缆用于给传感器供电，另外2根线缆用于传感器向模块输出电流信号；若电流输出型传感器为3线制，则参照4线制传感器的接法并将电源负极与信号负极短接。模拟量输入模块107将采集的信号电流值传输给数据处理模块105，由数据处理模块105将电流值线性转换为相应传感器的工程值，例如氧气传感器量程为0-30％，输出信号为4-20ma，若模拟量输入模块107采集到的电流信号为16ma，则数据处理器通过线性转换可得氧气浓度为22.5％。
49.串行通信模块106用于与多功能仪表和馈线测量仪表103进行数据通信，同时还可以对线路进行远程控制，具体为，一个串行通信模块106有2个9针d型串行通信接口，支持rs485、rs422和rs232三种通信方式，可通过编写程序来对rs485通信模块的通信功能进行自由控制，适应各种通信规约。
50.监控平台116存储有故障诊断应用案例，监控平台116将接收的数据包进行数据解析，与故障诊断应用案例进行匹配，生成匹配结果，监控平台116根据匹配结果和相应的预设指令对电力变压器进行远程控制和发出预警信号，监控平台116包括存储模块113和报警装置，存储模块113和报警装置均与数据处理模块105电连接，存储模块113用于存储实时数据库和历史数据库，位于监控平台116的操作管理人员可以从存储模块113中查看实时数据和历史数据，报警装置包括漏电报警装置112和运行故障报警装置114，漏电报警装置112根据接收数据处理器的匹配结果，识别回路中的漏电流是否超出安全警戒，若回路中的漏电流超出安全警戒，则发出报警；若回路中的漏电流没有超出安全警戒，则不做反应，在本实施例中，若漏电流在一处电路中超过300ma，则可能会引发火灾，因此单处回路的漏电流安全警戒为300ma。运行故障报警装置114用于箱式变电站内部高压开光状态实时监控和变位报警，具体为，高压开关状态实时监控为监测箱式变电站内部高压开关的跳闸、误动故障、绝缘故障以及外界因素造成的不可抗力故障，外界导致的故障包括外力撞击、自然灾害以及意外故障；变位报警为根据高压开关监控的实施监控数据生成变位报警。报警装置的报警信息包括故障报警产生日期时间、站号、回路名称、报警内容等信息，以及报警范围为高低压主断路器实时监测、故障报警、变位报警，箱式变电站内部温度异常报警及运行电压的缺相和不平衡报警。
51.箱式变电站的数据监控方法，其特征在于：包括：
52.s1：采集箱式变电站内电力变压器的综合参数；
53.其中，所述s1中还包括：
54.s1-1：使用温湿度传感器104检测箱式变电站内部的温湿度和变压器铁芯温度；
55.s1-2：使用电量采集模块101检测进线回路中的电参量以及进线回路的遥信量；
56.s1-2-1：使用多功能网络仪表102检测进线回路中的电压、电流、有功功率、无功功率、频率、频率因数、四象限电等电参量；
57.s1-2-2：使用馈线测量仪表103用于采集馈线回路的电流参量和开关位置信息；
58.s2：存储电力变压器各个综合参数的阀值，对s1中的综合参数进行分析，得到异常参数，并生成数据包，通过无线4g通信模块109发送至监控平台116；
59.s3：存储有故障诊断应用案例，将接收的数据包进行数据解析，与故障诊断应用案例进行匹配，生成匹配结果，并根据匹配结果和相应的预设指令对电力变压器进行远程控制和发出预警信号。
60.其中，所述s3包括：
61.s3-1：使用漏电报警装置112接收匹配结果，识别回路中的漏电流是否超出安全警戒，若回路中的漏电流超出安全警戒，则发出报警；若回路中的漏电流没有超出安全警戒，则不做反应；
62.s3-2：使用运行故障报警装置114对箱式变电站内部高压开关状态进行实时监控和变位报警；
63.s3-3：使用存储模块113存储实时数据库和历史数据库。
64.以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本技术给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本技术的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本技术要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。