专利名称：变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法
技术领域：
本发明涉及电力系统监控领域，尤其涉及变电站绝缘在线监测系统的集成和数据 处理的方法。
背景技术：
变电站绝缘在线技术自20世纪90年代以来一直是我国电力行业中的研究热点之 一，它是在计算机监控、远方调度控制等技术的应用基础上发展起来，近几年来，随着我国 电力系统和电力工业的发展，对当前乃至下一代智能电网的安全性、经济性要求越来越高， 同时由于电网复杂程度的增加，调度中心要求更多的信息，并采用更多的远方集中控制、集 中操作和反事故措施实现信息的共享、简化系统、减少电缆和站点占地面积，以及时掌握电 网及变电站的运行情况，并对变电站运行进行自动监视、管理、协调和控制。对变电站内设备的监控已不仅仅满足于“四遥”功能中所涉及的数字式和简单的 图形化，传统的依靠设备定检、巡检、点检及预防性试验为主的维护与管理制度导致了以记 录为主的静态离线系统，而时效性、智能分析和诊断的监控需求不断提升，以在线监测为前 提和基础的状态检修逐步取代以预防性试验为主的计划检修成为必然。目前在国内，单元式微机保护方式和按功能设计的分散式微机测控方法得以广泛 应用，该类方法将继电保护装置下放至开关现场，设置微机控制终端，采集测量值和开关接 点并信息，并通过光缆或网络总线传送到主控制室的后台服务器，开关及隔离开关操作命 令也由主控制室通过光缆下达至终端执行，从而构建了分层分布式系统结构的变电站绝缘 在线监控体系；在国外，以德国西门子公司、ABB公司、AEG公司，美国GE公司、西屋公司和 法国阿尔斯通公司为代表的国外企业也采用了以计算机监控系统为基础的运行支援体系， 除了具备遥测、遥信、遥控、遥调功能以外，往往还承担了单相接地故障、负荷管理、成组数 据记录、自动重合间等责任。然而，目前对变电站系统的监控仍主要依靠视频流进行人工经 验的事故判断，辅以设备的基本状态参数指示，由于视频与设备状态数据分开存储、分析， 使得事故产生时定位问题的及时性、准确性不高，加上网络带宽、应用领域指标参数和数据 库实时处理技术的限制，尚未形成综合性的系统集成和数据处理方法。
发明内容
为了监测电力系统中变电站的变压器、避雷器、断路器、容性设备和周围环境，本 发明提供了一种变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法。本发明变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法，采用本地监测层、站 端控制层和远方监控管理层进行操作，其中，本地监测层包含若干个本地智能监测现场单 元，站端控制层包含若干个站端中心管理单元，远方监控管理层包含若干个监控管理终端 和一个数据处理服务器；所述本地智能监测单元中的每一个包括容性设备绝缘在线监测子系统、变压器 绝缘在线监测子系统、避雷器绝缘在线监测子系统、断路器状态在线监测子系统、变电站环境在线监测子系统，上述每一个监测子系统都包含传感器和信号处理单元两个部分，传感 器采集现场的目标设备的状态数据，信号处理单元对状态参数进行初步处理，其中，所述容 性设备绝缘在线监测子系统的传感器采集的目标设备的状态数据包括末屏电流、介质损 耗、等值电容；所述变压器绝缘在线监测子系统的传感器采集的目标设备的状态数据包括 系统三相电压、谐波电压、系统频率、铁芯接地电流；所述避雷器绝缘在线监测子系统的传 感器采集的目标设备的状态数据包括泄漏电流、阻性电流、容性电流；所述断路器状态在 线监测子系统的传感器采集的目标设备的状态数据包括三相电流、开关的动作时间、累计 的动作次数、每相的触头磨损量及累计的触头磨损量、剩余电寿命、开关辅助接点的动作状 态、开关动作时刻的三相负荷以及短路电流波形、分合闸线圈电流波形、机械振动波形、储 能电机打压时刻、储能时间；所述变电站环境在线监测子系统的传感器采集的目标设备的 状态数据包括环境温度、环境湿度、瓷裙表面污秽电流；所述站端中心管理单元中的每一个包括站端数据处理模块、站端通信模块，站端 数据处理模块处理的数据包括站内监测单元工作状态数据、控制命令，站端通信模块包 括RS-485 接 口、RS-232 接口、USB 接口、CAN 总线接 口，并且，RS-485、RS-232 接口、USB 接 口负责站端中心管理单元与其所管辖的本地智能监测单元的通信，CAN总线接口负责站端 中心管理单元与其所属的数据处理服务器的通信；所述数据处理服务器包括集成数据处理模块、服务器通信模块，其中，集成数据 处理模块所处理的数据包括遥测数据、遥信数据、报警数据、操作数据、事故数据和在线安 全分析数据，服务器通信模块包括=CAN总线接口、Internet网络接口，其中，CAN总线接口 负责与站端中心管理单元的通信，Internet网络接口负责连接到局域网或因特网，以实现 与监控管理终端的通信；对于所述数据处理服务器接收到的遥测数据，通过中间值处理以消除量测噪声； 并且，当数据处理服务器在短时间以内收到大量报警数据记录时，根据报警的时间、状态和 电压水平对报警数据进行聚类处理；并且，对于数据处理服务器收到的事故数据，通过计算 可能引起其动作的设备的可能故障率，获得对应事故的优先级。优选的，上述断路器在线监测子系统的信号处理单元计算断路器的电寿命的过程 包括根据I-N曲线拟和的计算公式，按单次开断电流累计触头磨损量，在计算开断电流的 同时，根据辅助触头与开断电流波形，计算出燃弧时间，以定量计算累计触头磨损量。优选的，上述容性设备在线监测子系统的信号处理单元计算容性设备参数的过程 包括首先采用傅立叶变换，获得末屏电流的幅度和相位数据，进而比较末屏电流的幅度和 相位以及与参考源的相位差，以得到所需的电流、介质损耗，以及阻性电流。优选的，上述数据处理服务器接收到的遥测数据，可通过中间值处理消除其量测 噪声。优选的，上述数据处理服务器在短时间内接收到的报警数据过多时，根据报警的 时间、状态和电压水平对报警数据进行聚类处理。优选的，上述数据处理服务器收到的事故数据，通过计算可能引起其动作的设备 的可能故障率，以获得对应事故的优先级。本方法提出了一种测量双极化智能天线业务波束的基准方向的方法，针对目标变 电站及其相关设备，可减少其停电时间和开关操作次数，描述其在运行电压下的绝缘性能和健康水平，及时发现发展性的绝缘缺陷，并延长其运行寿命。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明的技术方案作进一步具体说明。图1是根据本发明实施例的变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法 的实现框图；图2是根据本发明实施例的变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法 的整体线路图。
具体实施例方式在下面的描述中，给出了某些具体细节以便对本发明多个实施例的充分理解。不 过，本领域技术人员可知，没有这些细节也能实现本发明。在其他情况下，没有详细表示或 描述与计算机、传输介质、测量设备、记录设备等设备有关的公知结构，以避免不必要的干 扰对本发明实施例的描述。除非内容需要，否则在说明书和权利要求书中，词语“包括”及其变化被理解成开 方的“包含”的意思，即“包括，但不限于”。本发明提出了一种变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法，减少了变 电站的停电时间和开关操作次数，描述了变电站在运行电压下的绝缘性能和健康水平，可 及时发现其发展性绝缘缺陷，并延长其运行寿命。如图1所示，根据本实施例的变电站绝缘 在线监测系统的集成和数据处理的方法包括以下步骤采用本地监测层、站端控制层、远方监控管理层共三个层次描述变电站绝缘在线 监测系统，其中，本地监测层包含若干个本地智能监测现场单元，站端控制层包含若干个站 端中心管理单元，远方监控管理层包含若干个监控管理终端和一个数据处理服务器。并且，每一个本地智能监测单元包括容性设备绝缘在线监测子系统(简称 JY-C)、变压器绝缘在线监测子系统(简称JY-I)、避雷器绝缘在线监测子系统(简称 JY-M)、断路器状态在线监测子系统(简称JY-B)、变电站环境在线监测子系统(简称 JY-E)。上述每一个监测子系统都包含传感器和信号处理单元两个部分，其中，传感器为高 精度单匝穿芯式传感器，其温度在-40°C +70°C变化范围内，相位测量精度误差在0.5° 以内，传感器与主设备无直接连接。并且，对于容性设备绝缘在线监测子系统，其传感器所采集的并且被信号处理 单元处理的数据包括末屏电流，测量范围在2mA 500mA之间，测量精度误差小于； 介质损耗，测量范围在-10% 10%之间，测量精度误差小于；等值电容，测量范围在 100PF 25000pF之间，测量精度误差小于1%。并且，对于变压器绝缘在线监测子系统，其传感器所采集的并且被信号处理单元 处理的数据包括系统三相电压，测量范围在100PF 25000pF之间，测量精度误差小于 1% ；谐波电压，测量次数包括3、5、7、9次，测量精度误差小于2% ；系统频率，测量范围在 45 55HZ之间，测量精度误差小于0. OlHz ；铁芯接地电流，测量范围在ImA IOA之间，测 量精度误差小于2%。并且，对于避雷器绝缘在线监测子系统，其传感器所采集的并且被信号处理单元处理的数据包括泄漏电流，测量范围在100μ A IOmA之间，测量精度误差小于；阻 性电流，测量范围在10μ A IOmA之间，测量精度误差小于；容性电流，测量范围在 ΙΟΟμΑ IOmA之间，测量精度误差小于1%。并且，对于断路器状态在线监测子系统，其传感器所采集的并且被信号处理单元 处理的数据包括三相电流；开关的动作时间，断路器动作录波时间不大于170ms，测量精 度误差小于100 μ s ；累计的动作次数；每相的触头磨损量及累计的触头磨损量；剩余电寿 命；开关辅助接点的动作状态；开关动作时刻的三相负荷以及短路电流波形；分合闸线圈 电流波形；机械振动波形；储能电机打压时刻；储能时间，测量精度误差小于Is。并且，对于变电站环境在线监测子系统，其传感器所采集的并且被信号处理单元 处理的数据包括环境温度，测量范围在-50°C 80°C之间，测量精度误差小于0.5%之间； 环境湿度，测量范围在0 98% RH之间，测量精度误差小于2% ；瓷裙表面污秽电流，测量 范围在1μ A 50mA之间，测量精度误差小于1%。并且，计算断路器的电寿命可根据I-N曲线拟和的计算公式，按单次开断电流累 计触头磨损量，在计算开断电流的同时，根据辅助触头与开断电流波形，计算出燃弧时间， 以定量计算累计触头磨损量。并且，计算容性设备的参数时，可首先采用傅立叶变换，获得末屏电流的幅度和相 位数据，进而比较末屏电流的幅度和相位以及与参考源的相位差，以得到所需的电流、介质 损耗，以及阻性电流等电气参数。并且，每一个站端中心管理单元(简称RPC)包括站端数据处理模块、站端通信模 块。其中，站端数据处理模块处理的数据包括站内监测单元工作状态数据、控制命令。并且，站内监测单元工作状态数据包括其所管辖的本地智能监测单元的各个在 线监测子系统所采集的数据。并且，控制命令包括容性设备参数读取、变压器参数读取、避 雷器参数读取、断路器参数读取、环境参数读取、软开关自启动、自恢复提示。并且，站端通信模块包括RS_485接口、RS-232接口、USB接口、CAN总线接口。其 中，RS-485、RS-232接口、USB接口负责站端中心管理单元与其所管辖的本地智能监测单元 的通信，CAN总线接口负责站端中心管理单元与其所属的数据处理服务器的通信。并且，数据处理服务器包括集成数据处理模块、服务器通信模块。其中，集成数据 处理模块所处理的数据包括遥测数据、遥信数据、报警数据、操作数据、事故数据和在线安 全分析数据。其中，遥测数据为遥测量的相关参数，包括遥测名称、遥测代号、遥测数值、 报警等级；遥信数据为开关量测点的相关参数，包括遥信名称、遥信代号、遥信状态、是否 事故追忆；报警数据为越限警告的数据记录，包括报警日期、报警时间、报警名称、报警死 区；操作数据为历史操作的数据记录，包括操作日期、操作时间、操作人员姓名、操作项 目；事故数据为产生事故的历史数据记录，包括事故日期、事故时间、事故内容；在线安全 分析数据为实时故障的数据记录，包括故障日期、故障时间、事故参数。并且，服务器通信 模块包括CAN总线接口、Internet网络接口。其中，CAN总线接口负责与站端中心管理单 元的通信，Internet网络接口负责连接到局域网或因特网，以实现与监控管理终端的通信。如图2所示，给出了本地智能监测现场单元、站端中心管理单元和数据处理服务 器之间的线路连接方式。并且，为了消除数据处理服务器接收到的遥测数据的量测噪声，可采用以下的步骤进行处理Sll 设获得的遥测浮点数序列为Ix(i)}，其中i e {1，……，N}，N为遥测数据序 列的长度，取X(I)，……,χ (5)的中间值作为X1 (3)；S12 舍去χ⑴，加入χ (6)，取中间值以得到X1⑷，依此类推，直到加入最后一个 遥测浮点数；S13:对获得的新序列Ix1 (i)}，取任意三个连续的数的中间值，以构成序列
Ix2 ⑴}；S14 对获得的新序列Ix2 (i)}，依照如下的公式(1)计算以获得新序列{x3 (i)l X3 (i) = 0. 25 X x2 (i_l) +0. 25 X x2 (i) +0. 25 X x2 (i+1) (1)S15:对于原有序列|x(i)}中的任意一个遥测浮点数x(i)，当其对应的 x(i)-x3(i)的绝对值大于某预设值k时，则将x(i)用知⑴替换，替换后的序列即为消除 了量测噪声的遥测数据序列。并且，当数据处理服务器在短时间(例如15分钟)以内收到大量实时报警数据 (例如20条以上)时，可采用以下的步骤进行处理S21 事故后动作的开关可能会有一次至三次的变位，通过开关状态信息、保护自 动装置信息和遥测值进行预处理，以获得正确的变位开关信息；S22 根据相关电流电压检验保护开关动作，当发生异常如某线路发生短路故障 时，相应的电流电压表计会超出正常水平，可接受到电流电压的越限报警；S23 开关状态和相应的保护状态判定开关是否拒动，如果某跳闸保护驱动单个开 关，则当此保护动作时，对应开关应跳闸，否则该开关拒动；如果某跳闸保护驱动多个开关， 则当此保护动作时，所有开关被驱动，否则可判断为开关拒动；S24:根据报警时间、报警状态和电压水平对报警数据进行聚类处理。并且，数据处理服务器处理每一条事故数据记录的过程包括S31 以跳闸信号作为判定依据，依照如下的公式(2)计算设备或者区域出现异常 的可能度Fi = 1-M/N (2)其中，M为与设备i所连的未跳闸开关数，N为与设备i所连的开关总数；当M = 0时，表明该事故为简单事故；当Fi = 1时，事故设备就为设备i ；当Fi < 1且M兴0时，该 事故判定为复杂事故；S32 对于简单事故，可直接告警和通知维护人员；对于复杂事故，搜索每个与该 事故停电区相关的动作保护，确定每个引起动作保护的设备集合，取所有保护的保护范围 的交集，称为可能设备事故集；S33:当两个确定性保护对应的可能设备事故集有交集时，将该交集对应的设备事 故归入设备事故集；当不确定性保护对应的保护范围与故障设备集相交时，保留相交设备 作为故障设备集中的元素；S34:对于可能故障设备集中设备的每个相关保护，根据保护性质，依照如下的公 式(3)计算可能引起其动作的设备的可能故障率
权利要求
1.一种变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法，其特征在于，包括以下步骤采用本地监测层、站端控制层和远方监控管理层进行操作，其中，本地监测层包含若干 个本地智能监测现场单元，站端控制层包含若干个站端中心管理单元，远方监控管理层包 含若干个监控管理终端和一个数据处理服务器；所述本地智能监测单元中的每一个包括容性设备绝缘在线监测子系统、变压器绝缘 在线监测子系统、避雷器绝缘在线监测子系统、断路器状态在线监测子系统、变电站环境在 线监测子系统，上述每一个监测子系统都包含传感器和信号处理单元两个部分，传感器采 集现场的目标设备的状态数据，信号处理单元对状态参数进行初步处理，其中，所述容性设 备绝缘在线监测子系统的传感器采集的目标设备的状态数据包括末屏电流、介质损耗、等 值电容；所述变压器绝缘在线监测子系统的传感器采集的目标设备的状态数据包括系统 三相电压、谐波电压、系统频率、铁芯接地电流；所述避雷器绝缘在线监测子系统的传感器 采集的目标设备的状态数据包括泄漏电流、阻性电流、容性电流；所述断路器状态在线监 测子系统的传感器采集的目标设备的状态数据包括三相电流、开关的动作时间、累计的动 作次数、每相的触头磨损量及累计的触头磨损量、剩余电寿命、开关辅助接点的动作状态、 开关动作时刻的三相负荷以及短路电流波形、分合闸线圈电流波形、机械振动波形、储能电 机打压时刻、储能时间；所述变电站环境在线监测子系统的传感器采集的目标设备的状态 数据包括环境温度、环境湿度、瓷裙表面污秽电流；所述站端中心管理单元中的每一个包括站端数据处理模块、站端通信模块，站端数 据处理模块处理的数据包括站内监测单元工作状态数据、控制命令，站端通信模块包括 RS-485 接 口、RS-232 接口、USB 接口、CAN 总线接 口，并且，RS-485、RS-232 接口、USB 接口负 责站端中心管理单元与其所管辖的本地智能监测单元的通信，CAN总线接口负责站端中心 管理单元与其所属的数据处理服务器的通信；所述数据处理服务器包括集成数据处理模块、服务器通信模块，其中，集成数据处理 模块所处理的数据包括遥测数据、遥信数据、报警数据、操作数据、事故数据和在线安全分 析数据，服务器通信模块包括=CAN总线接口、Internet网络接口，其中，CAN总线接口负责 与站端中心管理单元的通信，Internet网络接口负责连接到局域网或因特网，以实现与监 控管理终端的通信；对于所述数据处理服务器接收到的遥测数据，通过中间值处理以消除量测噪声；并且， 当数据处理服务器在短时间以内收到大量报警数据记录时，根据报警的时间、状态和电压 水平对报警数据进行聚类处理；并且，对于数据处理服务器收到的事故数据，通过计算可能 引起其动作的设备的可能故障率，获得对应事故的优先级。
2.根据权利要求1所述的变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法，其特征 在于，所述断路器在线监测子系统的信号处理单元计算断路器的电寿命的过程包括根据 I-N曲线拟和的计算公式，按单次开断电流累计触头磨损量，在计算开断电流的同时，根据 辅助触头与开断电流波形，计算出燃弧时间，以定量计算累计触头磨损量。
3.根据权利要求1所述的变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法，其特征 在于，所述容性设备在线监测子系统的信号处理单元计算容性设备参数的过程包括首先 采用傅立叶变换，获得末屏电流的幅度和相位数据，进而比较末屏电流的幅度和相位以及，以得到所需的电流、介质损耗，以及阻性电流。
4.根据权利要求1所述的变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法，其特征 在于，所述数据处理服务器接收到的遥测数据，可通过中间值处理消除其量测噪声。
5.根据权利要求1所述的变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法，其特征 在于，所述数据处理服务器在短时间内接收到的报警数据过多时，根据报警的时间、状态和 电压水平对报警数据进行聚类处理。
6.根据权利要求1所述的变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法，其特征 在于，所述数据处理服务器收到的事故数据，通过计算可能引起其动作的设备的可能故障 率，以获得对应事故的优先级。
全文摘要
本发明提供了一种变电站绝缘在线监测系统的集成和数据处理的方法，包括步骤采用本地监测层、站端控制层、远方监控管理层描述变电站绝缘在线监测系统；其中，本地监测层包含若干个本地智能监测现场单元，站端控制层包含若干个站端中心管理单元，远方监控管理层包含若干个监控管理终端和一个数据处理服务器；并且，对于数据处理服务器接收到的遥测数据，通过中间值处理以消除量测噪声，根据报警的时间、状态和电压水平对报警数据进行聚类处理，通过计算事故可能引起其动作的设备的可能故障率，获得事故数据对应的优先级。本方法可减少变电站设备的停电时间和开关操作次数，及时发现其发展性的绝缘缺陷，延长其运行寿命。
文档编号H02J13/00GK102142719SQ201110108460
公开日2011年8月3日 申请日期2011年4月28日 优先权日2011年4月28日
发明者张崇文, 陈勇, 陈正全 申请人:武汉英康铁路电气设备工程有限公司