CN102426328B - 一种电容性设备绝缘状态实时在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种电容性设备绝缘状态实时在线监测方法，对各种类型容性设备进行在线监测的基础上，通过上位机专家软件对现场在线监测终端所采集数据进行准确分析与处理，将反映设备状态的各个参数以图表、数据、曲线形式直观显示在专家软件画面上，并在检测到设备故障时及时向值班人员以三种方式发出报警，提高了在线监测的实时性、准确性、稳定性和可靠性以及时效性。避免了以往的状态检修带来的劳动强度大、试验周期长、缺陷检出时效性差、影响供电可靠性等问题，减少了变电站中因电容型设备绝缘导致的停电、供电异常等现象。

Description

一种电容性设备绝缘状态实时在线监测方法

技术领域

本发明属于电容性设备在线监测技术领域，具体涉及一种电容性设备绝缘状态实时在线监测方法。

背景技术

电容性设备主要包括电流互感器(TA)、耦合电容器(OY)、电容式电压互感器(CVT)，避雷器等都是重要的输变电设备，在变电站中比例很大，在变电站中占有非常重要的地位，其绝缘状态是否良好直接关系到整个变电站能否正常运行，甚至还会危及其它设备及人身的安全。近年来所采用的状态检修逐步弥补预防性维修的不足，共同完善电力***设备检修和维护。状态检修可节省大量人力物力、延长设备使用寿命，增加输变电可靠性。但是，早期已实际投运的安全运行监测***运行效果并不理想，没有取得预期的经济效益和社会效益。据文献统计，在全国调研的157个在线监测***中，能正常运行的只占15％，已不能正常使用或处于瘫痪状态的占51％，不能准确反映现场设备实时绝缘状态，尤其不能通过专家软件对现场在线监测终端所采集数据进行准确分析来判断设备的实时绝缘状态，更不能将状态直观显示在专家软件界面中，并在检测到故障时及时向值班人员发出报警。

发明内容

本发明的目的是提供一种电容性设备绝缘状态实时在线监测方法，能对电容型设备绝缘状态进行在线监测，避免了以往的状态检修带来的劳动强度大、试验周期长、缺陷检出时效性差、影响供电可靠性的问题，减少了变电站中因电容型设备绝缘导致的停电、供电异常的现象。

本发明所采用的技术方案是，一种电容性设备绝缘状态实时在线监测方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：数据采集；

步骤2：数据解析；

步骤3：报警。

本发明的特点还在于，

其中的步骤1数据采集，具体按照以下步骤实施：自检电路对整体硬件状态进行检测，检测信号是由工频信号发生模块产生的50Hz的正弦信号，在检测结束并确认硬件正常工作后，信号选择模块将检测电路关闭，选择二次末屏泄漏电流采集通路，泄漏电流采集模块将采集数据送往程控放大器进行放大，在GPS同步触发秒脉冲的激励下，所有采集终端同时对信号进行A/D转换，转换后的数字信号被送往核心处理芯片FPGA内部的高速RAM中，由NIOSII微处理器将设备编号、设备类型、采样间隔、采样时间、现场温湿度、电网频率、采样放大倍数、以及存储在高速RAM中的经数字化处理后的二次末屏泄漏电流数据信息进行打包，然后通过GPRS无线模块上传至上位机。

其中的步骤2数据解析，具体按照以下步骤实施：

步骤a：根据下式计算采集数据的电压峰峰值：

$U_{\mathrm{real}}=\frac{U_{\mathrm{peak}+}-U_{\mathrm{peak}-}}{2^{16}\×K_{\mathrm{mag}}}\×10,$

其中U_peak+，U_peak-为经快速FFT后的采样数据的正负峰值，K_mag为信号放大倍数；

步骤b：根据下式计算泄漏电流的大小：

$I=\frac{U_{\mathrm{real}}\×100}{\sqrt{2}},$

其中U_real为电压峰峰值；

步骤c：按照下式，结合泄漏电流、电网频率计算等值电容：

$C=\frac{I}{2\mathrm{\πf}\×U}\×{10}^6,$

其中U为母线电压，f为泄漏电流的频率；

步骤d：按照下式用相对比较法得出相对介损：

其中T_S为计数器的计数周期，T为电网电压的周期，n为计算脉冲数。

其中的步骤3报警，具体按照以下步骤实施：当监测到的相对介损的值大于总阈值0.5时，通过手机短信Modem向值班人员发送手机短信。

其中的步骤3报警，具体按照以下步骤实施：在专家软件数据报表界面中将检测到故障的数据以红色方式突出显示。

其中的步骤3报警，具体按照以下步骤实施：使用报警灯，当接收到故障消息时报警灯亮并发声。

本发明的有益效果是，对各种类型容性设备进行在线监测的基础上，通过上位机专家软件对现场在线监测终端所采集数据进行准确分析与处理，将反映设备状态的各个参数以图表、数据、曲线形式直观显示在专家软件画面上，并在检测到设备故障时及时向值班人员以三种方式发出报警，提高了在线监测的实时性、准确性、稳定性和可靠性以及时效性。

附图说明

图1为本发明方法中监测终端数据采集框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明电容性设备绝缘状态实时在线监测方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：由于反映电容型设备绝缘性能的一个主要参数是介质损耗因数，而本方法中使用相对比较法对介质损耗因数进行计算，该计算需要将若干个电容性设备的二次末屏电流进行采样，然后通过上位机将采集数据进行计算分析。

数据采集框图如图1，为了保证***设计的稳定、安全，该方法的硬件实现包含自检电路对整体硬件状态进行检测，而检测信号是由工频信号发生模块产生的50Hz的正弦信号，在检测结束并确认硬件正常工作后，信号选择模块将检测电路关闭，选择二次末屏泄漏电流采集通路，泄漏电流采集模块将采集数据送往程控放大器进行适当的放大，目的是为了保证A/D转换模块的安全，在GPS同步触发秒脉冲的激励下，所有采集终端同时对信号进行A/D转换，转换后的数字信号被送往核心处理芯片FPGA内部的高速RAM中，由NIOSII微处理器将该方法实现中的设备编号、设备类型、采样间隔、采样时间、现场温湿度、电网频率、采样放大倍数、以及存储在高速RAM中的经数字化处理后的二次末屏泄漏电流数据信息进行打包，然后通过GPRS无线模块上传至上位机。

步骤2：上位机专家首先对接收到的由采集终端设备发送的数据包按照设计协议进行解析，解析参数包括设备编号、设备类型、采样间隔、采样时间、现场温度、现场湿度、电网频率、采样放大倍数以及泄漏电流数据。电网频率前的各项参数主要用做采集终端标识、设置以及环境监测，而从电网频率开始往后的各项参数经过以下运算步骤得到反映设备主要性能的几个重要参数，包括泄漏电流、等值电容，相对介损。

运算步骤：

步骤a：根据公式(1)计算采集数据的电压峰峰值。

$U_{\mathrm{real}}=\frac{U_{\mathrm{peak}+}-U_{\mathrm{peak}-}}{2^{16}\×K_{\mathrm{mag}}}\×10\left(V\right)---\left(1\right)$

其中U_peak+，U_peak-为经快速FFT后的采样数据的正负峰值，K_mag为信号放大倍数。

步骤b：根据(2)计算泄漏电流的大小。

$I=\frac{U_{\mathrm{real}}\×100}{\sqrt{2}}\left(\mathrm{mA}\right)---\left(2\right)$

其中U_real为公式(1)计算出来的电压峰峰值。

步骤c：按照公式(3)，结合泄漏电流、电网频率计算等值电容。

$C=\frac{I}{2\mathrm{\πf}\×U}\×{10}^6\left(\mathrm{pF}\right)---\left(3\right)$

其中U为母线电压，f为泄漏电流的频率。

步骤d：按照公式(4)用相对比较法得出相对介损。

其中T_S为计数器的计数周期，T为电网电压的周期，n为计算脉冲数。

通过以上操作，各项参数都已经成为可以实际反映现场设备的各个参数，且相应的显示在以Visual C++为开发工具，以SQL Server 2000为数据存取介质的上位机专家软件界面中。

步骤3：为保证及时反映现场检测到的故障，设计了三种报警实现方式，分别为手机短信报警，专家软件主界面报警，以及现场报警灯。

当监测到的相对介损的值大于总阈值0.5时，手机短信的报警方式为通过手机短信Modem向值班人员发送手机短信；专家软件报警方式是在专家软件数据报表界面中将该组检测到故障的数据以红色方式突出显示(正常显示颜色为黑色)；现场报警灯方式为使用报警灯，当接收到该故障消息时报警灯亮，此外该报警灯具有警报发声功能。

因为***支持实时采集，所以维护人员可以在任何时间(现场在线监测终端所采集间隔五分钟之前)在上位机专家软件中进行采集操作对设备进行实时采集，了解设备的实时绝缘状态，增加了设备在线监测的可靠性。

将本发明在变电站安装运行，经运行结果表明：本发明能够很好的反映所监测电容型设备的绝缘状态，并在被监测设备发生故障时能够以三种方式向值班人员发出报警，此外，该发明能够对该电容型设备的一些主要参数(如泄漏电流、等值电容、电网频率)进行辅助计算分析，使得该绝缘状态的在线监测方法更具意义。

如表1所示，该运行数据为2011年5月2日0点到2011年5月2日13点的数据，从该数据可以看出，该相对介损基本稳定在0.03％左右，泄漏电流稳定在15mA左右，等值电容稳定在430pF左右，***频率稳定在50Hz左右，与理想电网频率相差微小，将这些数据和巡检所测数据相比差别小，在可接受范围之内，说明该发明对绝缘状态在线监测的有效性。

表1在线监测数据

Claims (4)

1.一种电容性设备绝缘状态实时在线监测方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：数据采集，具体按照以下步骤实施：自检电路对整体硬件状态进行检测，检测信号是由工频信号发生模块产生的50Hz的正弦信号，在检测结束并确认硬件正常工作后，信号选择模块将检测电路关闭，选择二次末屏泄漏电流采集通路，二次末屏泄漏电流采集通路将采集数据送往程控放大器进行放大，在GPS同步触发秒脉冲的激励下，采集终端同时对信号进行A/D转换，转换后的数字信号被送往核心处理芯片FPGA内部的高速RAM中，由NIOSⅡ微处理器将设备编号、设备类型、采样间隔、采样时间、现场温湿度、电网频率、采样放大倍数、以及存储在高速RAM中的经数字化处理后的二次末屏泄漏电流数据信息进行打包，然后通过GPRS无线模块上传至上位机；

步骤2：数据解析，具体按照以下步骤实施：

步骤a：根据下式计算采集数据的电压峰峰值：

$U_{\mathrm{real}}=\frac{U_{\mathrm{peak}+}-U_{\mathrm{peak}-}}{2^{16}\×K_{\mathrm{mag}}}\×10,$

其中U_peak+，U_peak-为经快速FFT后的采样数据的正负峰值，K_mag为信号放大倍数；

步骤b：根据下式计算泄漏电流的大小：

$I=\frac{U_{\mathrm{real}}\×100}{\sqrt{2}},$

其中U_real为电压峰峰值；

步骤c：按照下式，结合泄漏电流、电网频率计算等值电容：

$C=\frac{I}{2\mathrm{\πf}\×U}\×{10}^6,$

其中U为母线电压，f为泄漏电流的频率；

步骤d：按照下式用相对比较法得出相对介损：

其中T_S为计数器的计数周期，T为电网电压的周期，n为计算脉冲数；

步骤3：报警。

2.根据权利要求1所述的电容性设备绝缘状态实时在线监测方法，其特征在于，所述的步骤3报警，具体按照以下步骤实施：当监测到的相对介损的值大于总阈值0.5时，通过手机短信Modem向值班人员发送手机短信。

3.根据权利要求1所述的电容性设备绝缘状态实时在线监测方法，其特征在于，所述的步骤3报警，具体按照以下步骤实施：在专家软件数据报表界面中将检测到故障的数据以红色方式突出显示。

4.根据权利要求1所述的电容性设备绝缘状态实时在线监测方法，其特征在于，所述的步骤3报警，具体按照以下步骤实施：使用报警灯，当接收到故障消息时报警灯亮并发声。

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