CN105044524B - 一种适用于智能变电站的避雷器监测方法及*** - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于智能变电站的避雷器监测方法及***，方法包括如下步骤：1)获取避雷器的泄漏电流原始采样值；2)对泄漏电流和SV电压信号进行重采样处理；3)利用傅里叶变换计算出泄漏电流和SV电压信号的重采样值的幅值和相位；4)根据泄漏电流和SV电压信号的重采样值的相位，计算泄漏电流与SV电压信号的夹角，根据基波投影法计算阻性电流；5)将中值滤波处理后的阻性电流与设定阈值比较判断，超出设定阈值，进行就地预警。***包括采集单元和数据处理单元。本发明的方法和***降低了电磁干扰，提高了避雷器故障检测精度。
Description
技术领域
本发明涉及智能变电站领域，具体涉及一种适用于智能变电站的避雷器监测方法及***。
背景技术
氧化锌避雷器是电力***中重要的电气元件，其设备正常运行是其他电力设备能安全可靠运行的重要保障。对氧化锌避雷器实施在线监测和就地化诊断分析，可及时发现避雷器潜在故障，能有效地进行故障的排除，保障避雷器乃至整个电力***的安全稳定运行。
氧化锌避雷器的监测参量主要是泄漏电流、阻性电流、容性电流和雷击次数等，其中阻性电流是反映避雷器设备劣化程度的主要参量。阻性电流是泄露电流的组成部分，需要同时采集避雷器的泄漏电流和母线电压，目前主要采用的方案是：电压采集装置采集PT二次侧电压信号，电压采集装置通过同步脉冲对***中各泄露电流传感器进行采样同步，并将计算出母线电压相量以私有规约方式传送到各泄露电流采集单元。泄露电流采集单元计算出泄露全电流相量，接收经过同步采样和计算好的电压相量，通过分析计算出阻性电流等监测参量。自智能变电站以及新一代智能变电站试点及推广以来，电子式互感器应用越来越普遍，造成现有的避雷器监测***无法与智能变电站接入的问题。同时，避雷器监测通过向量传输无法满足复杂高效的算法应用，且通讯方式一般采用CAN总线、RS485/RS422通信方式等，不但抗干扰性较差，而且需要增加规约转换器进行规约转化使其通讯规约满足智能变电站通讯要求。
所以，急需对目前的避雷器监测方法进行改进，并寻找一种合适的避雷器监测***硬件配套设施及监测方法，以满足智能变电站的建设要求和提高避雷器监测的抗干扰性。
发明内容
本发明提供一种适用于智能变电站的避雷器监测方法及***，以解决目前避雷器监测***及方法不能满足智能变电站的建设问题。
为解决上述技术问题，本发明的适用于智能变电站的避雷器监测方法包括如下步骤：
1)通过电流传感器获取避雷器泄漏电流的原始采样值；
2)对泄漏电流和合并单元发送的SV电压信号进行重采样处理，分别得到泄漏电流和SV电压信号的重采样值；
3)对泄漏电流和SV电压信号的重采样值进行傅里叶变换，得到泄漏电流和SV电压信号的重采样值的幅值和相位；
4)根据泄漏电流和SV电压信号的重采样值的相位，计算泄漏电流与SV电压信号的夹角，根据基波投影法计算阻性电流；
5)将中值滤波后的阻性电流与设定阈值进行比较，若阻性电流超出设定阈值，进行就地预警。
所述步骤2)中采用拉格朗日抛物线插值重采样法进行重采样处理，在重采样时刻trk，泄露电流Irk和电压信号Vrk的计算公式为：
其中，tmk为泄露电流的采样时刻，tnk为电压信号的采样时刻，Ii和Vi分别为泄露电流和电压信号在tmi和tni时刻的采样值，tmi和tni分别为采样时刻tmk和tnk前后采样点的采样时刻，i＝0,1,2。
利用傅里叶变换求取泄漏电流和SV电压信号的重采样值的实部和虚部信息的公式为：
实部信息公式：
虚部计算公式：
其中，U(i)为根据输入通道号、前推周数和采样指针获取指定时间窗的采样值，N为数据长度为，Number为谐波次数，Hc[j]和Hs[j]为全周傅里叶算法的滤波系数。
所述步骤4)中的基波投影法为一种相间补偿基波投影法，具体计算过程为：
对于三相避雷器，分别计算泄漏电流A、B、C三相基波电流幅值IA1,IB1,IC1，SV电压信号的三相基波电压幅值UA1,UB1,UC1，各相的泄漏电流和SV电压信号夹角φA1,φB1,φC1；IA1和IC1之间的夹角φAC1，偏差角φ＝(φAC1-120)/2，则A相基波阻性电流为IRA1＝IA1COS(φA1+φ)，B相基波阻性电流为IRB1＝IB1COS(φB1)，C相基波阻性电流为IRC1＝IC1COS(φC1-φ)。
所述步骤5)中值滤波的过程为：设定一定宽度的滑动窗口，所述滑动窗口沿着时间序列滑动，对滑动窗口内数据按照数值大小进行排序，将位于中间的数据作为输出值，各输出值组成了中值滤波后的数据序列。
本发明的适用于智能变电站的避雷器监测***包括：用于采集避雷器泄漏电流和雷击次数并对采样值组帧和发送的采集单元、用于对泄漏电流和SV电压信号分析处理实现阻性电流就地诊断的数据处理单元及用于发送SV电压信号的合并单元，所述采集单元与数据处理单元通信连接，所述合并单元与数据处理单元通信连接。
所述采集单元包括零磁通传感器、罗氏线圈互感器、程控放大器、A/D器件、雷击次数处理电路和FPGA模块。
所述数据信号处理单元包括重采样模块、阻性电流计算模块及分析诊断模块。
所述数据处理单元包括对外通信模块，通过外通信模块的光纤接口以DL/T 860标准规约与智能变电站一体化监控***进行数据交互。
所述采集单元与数据处理单元之间通过FT3格式进行数据传输。
本发明适用于智能变电站的避雷器监测方法及***根据智能变电站的建设要求采用合并单元的SV信号作为同步电压信号，并且对SV电压信号和测量得到的泄漏电流信号进行重采样处理，实现了电压和电流信号的同步，不但能够很好地解决了避雷器监测在智能变电站中无法有效获取电压信号的难题，并且解决了避雷器监测在智能变电站中电压和电流信号的同步为题，并经过中值滤波后进行就地诊断，能够提出干扰点，进而降低***误判概率。
本发明的方法利用相间补偿基波投影法计算阻性电流计算出阻性电流，提高了阻性电流计算的精确度。
同时***各部分全部采用光纤接口传输并基于标准的通信规约进行，可以有效地减少电磁干扰对***造成的影响，具备极大的现场工程应用价值。
附图说明
图1是避雷器监测方法软件流程图；
图2是避雷器监测***结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。
适用于智能变电站的避雷器监测方法实施例
如图1所示，该方法的实现步骤包括：
1)通过电流传感器获取避雷器的泄漏电流的原始采样值；
2)对泄漏电流和合并单元发送的SV电压信号进行重采样处理，分别得到泄漏电流和SV电压信号的重采样值；
3)对泄漏电流和SV电压信号的重采样值进行傅里叶变换，得到泄漏电流和SV电压信号的重采样值的幅值和相位；
4)根据泄漏电流和SV电压信号的重采样值的相位，计算泄漏电流与SV电压信号的夹角，根据基波投影法计算阻性电流；
5)将中值滤波后的阻性电流与设定阈值进行比较，若阻性电流超出设定阈值，进行就地预警。
下面对上述每个步骤的实现过程进一步详细阐述。
步骤1)中泄露电流采样值数据为每周波80个点的采样值信号，通过FT3格式接收；
步骤2)中***电压信号通过组网方式接收过程层网络上合并单元发送的SV信号，SV信号也是每周波80点；对接收的泄露电流、SV电压信号进行重采样处理，具体实现过程为：
若泄露电流的采样时刻为tmk，电压信号的采样时刻为tnk，重采样时刻为trk。当对某重采样时刻进行拉格朗日抛物线插值计算时,必须分别知道该时刻前后共3个采样点的值,且相邻点的时间应约为一个采样间隔时间。在插值时刻tr1，对于泄露电流和电压信号可通过下式计算出其在tr1时刻的通道电量值：
式中Ii和Vi分别为泄露电流和电压信号在tmi和tni时刻的电量值。
而泄露电流和电压信号均存在固定延时，因此tmi和tni时刻为其接收时刻减去相应的采集通道固定延时得出。
上述重采样处理根据电流和电压信号的额定延时，由插值重采样实现信号的同步。当然作为其他实施方式，还可以采用卷积重采样等重采样方法。
步骤3)中全周傅里叶算法采用80取40点的算法，所述全周傅里叶算法的滤波系数求取如下式：
根据输入通道号、前推周数和采样指针获取指定时间窗的采样值U(i)，数据长度
为N；当前点为U[n-1]依次前推。实部计算公式：虚部计
算公式：Number为谐波次数。
步骤4)中本实施例优选一种相间补偿基波投影法计算阻性电流，该方法具体计算过程为：
对于三相避雷器，分别计算泄漏电流A、B、C三相基波电流幅值IA1,IB1,IC1，SV电压信号的三相基波电压幅值UA1,UB1,UC1，各相的泄漏电流和SV电压信号夹角φA1,φB1,φC1；IA1和IC1之间的夹角φAC1，偏差角φ＝(φAC1-120)/2，则A相基波阻性电流为IRA1＝IA1COS(φA1+φ)，B相基波阻性电流为IRB1＝IB1COS(φB1)，C相基波阻性电流为IRC1＝IC1COS(φC1-φ)。
作为其他实施方式，还可以采样现有技术中的其他基波投影法来计算阻性电流，现有技术中的基波投影法很多，这里不再详细说明。
步骤5)中中值滤波处理是设定一个宽度固定的滑动窗口，该窗口沿着时间序列滑动，同时对窗口内数据排序，并将中位数作为输出值，而由各输出值组成了另一个数据序列即为滤波后的数据序列。
将中值滤波后的数据序列与设定阈值进行比较，超出阈值后，进行就地预警，完成对阻性电流的就地诊断。
适用于智能变电站的避雷器监测***的实施例。
如附图2所示，为一种采用上述检测方法的适用于智能变电站的避雷器监测***，包括采集单元、分析处理单元和和合并单元。采集单元用于避雷器泄露电流、雷击次数的采集，采样值数据的组帧和发送；分析处理单元用于完成避雷器监测的数据重采样、数据分析计算、就地预警和对外交互的功能，合并单元将SV电压信号发送到数据信号处理单元中。
其中，采集单元包括零磁通传感器、罗氏线圈互感器、程控放大电路、雷击次数处理电路、AD器件和FPGA模块。其中泄露电流采用零磁通互感器、跨阻放大器，程控放大，保证对电流信号的高精度测量。雷击次数采集采用自积分罗氏线圈，通过阈值比较实现。采集单元硬件采用FPGA硬件架构，FPGA负责信号的高速采样和初步处理，并把处理后的数据每周波80个点的采样值信号，通过FT3格式发送到分析处理单元。
分析处理单元采用高性能的PowerPC处理器实现。数据处理单元分为软件平台和应用程序设计两部分。数据处理单元通过FT3方式接收采集单元传输的泄漏电流、雷击次数的采样值数据和通过SV方式接受自过程层网络上的合并单元发送的电压信号，重采样模块对电压信号和电流信号进行重采样后，阻性电流计算模块重采样值进行傅里叶算法计算，从而得到电压、电流的幅值、相位和电压电流的夹角，通过相间补偿基波投影法计算阻性电流。分析诊断模块将阻性电流通过滑动窗中值滤波后进行就地诊断，对避雷器的设备状态进行轻量级的评估分析。数据处理单元的对外通信模块将数据处理的结果通过光口以DL/T860标准规约与一体化监控***交互。
以上给出了具体的实施方式，但本发明不局限于所描述的实施方式。本发明的基本思路在于上述基本方案，对本领域普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出各种变形的模型、公式、参数并不需要花费创造性劳动。在不脱离本发明的原理和精神的情况下对实施方式进行的变化、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种适用于智能变电站的避雷器监测方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)通过电流传感器获取避雷器泄漏电流的原始采样值；
2)对泄漏电流和合并单元发送的SV电压信号进行重采样处理，分别得到泄漏电流和SV电压信号的重采样值；
3)对泄漏电流和SV电压信号的重采样值进行傅里叶变换，得到泄漏电流和SV电压信号的重采样值的幅值和相位；
4)根据泄漏电流和SV电压信号的重采样值的相位，计算泄漏电流与SV电压信号的夹角，根据基波投影法计算阻性电流；
5)将中值滤波后的阻性电流与设定阈值进行比较，若阻性电流超出设定阈值，进行就地预警；
所述步骤2)中采用拉格朗日抛物线插值重采样法进行重采样处理，在重采样时刻trk，泄露电流Irk和电压信号Vrk的计算公式为：
其中，tmj为泄露电流的采样时刻，tnj为电压信号的采样时刻，Ii和Vi分别为泄露电流和电压信号在tmi和tni时刻的采样值，tmi和tni分别为采样时刻tmj和tnj前后采样点的采样时刻，i＝0,1,2。
2.根据权利要求1所述一种适用于智能变电站的避雷器监测方法，其特征在于，利用傅里叶变换求取泄漏电流和SV电压信号的重采样值的实部和虚部信息的公式为：
实部信息公式：
虚部计算公式：
其中，U[i] 为根据输入通道号、前推周数和采样指针获取指定时间窗的采样值，N为数据长度为，Number为谐波次数，Hc[j]和Hs[j]为全周傅里叶算法的滤波系数。
3.根据权利要求1所述一种适用于智能变电站的避雷器监测方法，其特征在于，所述步骤4)中的基波投影法为一种相间补偿基波投影法，具体计算过程为：
对于三相避雷器，分别计算泄漏电流A、B、C三相基波电流幅值IA1,IB1,IC1，SV电压信号的三相基波电压幅值UA1,UB1,UC1，各相的泄漏电流和SV电压信号夹角φA1,φB1,φC1；IA1和IC1之间的夹角φAC1，偏差角φ＝(φAC1-120)/2，则A相基波阻性电流为IRA1＝IA1COS(φA1+φ)，B相基波阻性电流为IRB1＝IB1COS(φB1)，C相基波阻性电流为IRC1＝IC1COS(φC1-φ)。
4.根据权利要求1所述一种适用于智能变电站的避雷器监测方法，其特征在于，所述步骤5)中值滤波的过程为：设定一定宽度的滑动窗口，所述滑动窗口沿着时间序列滑动，对滑动窗口内数据按照数值大小进行排序，将位于中间的数据作为输出值，各输出值组成了中值滤波后的数据序列。
5.一种采用权利要求1所述监测方法的适用于智能变电站的避雷器监测***，其特征在于，该***包括用于采集避雷器泄漏电流和雷击次数并对采样值组帧和发送的采集单元、用于对泄漏电流和SV电压信号分析处理实现阻性电流就地诊断的数据处理单元及用于发送SV电压信号的合并单元，所述采集单元与数据处理单元通信连接，所述合并单元与数据处理单元通信连接。
6.根据权利要求5所述一种适用于智能变电站的避雷器监测***，其特征在于，所述采集单元包括零磁通传感器、罗氏线圈互感器、程控放大器、A/D器件、雷击次数处理电路和FPGA模块。
7.根据权利要求5所述一种适用于智能变电站的避雷器监测***，其特征在于，所述数据处理单元包括重采样模块、阻性电流计算模块及分析诊断模块。
8.根据权利要求7所述一种适用于智能变电站的避雷器监测***，其特征在于，所述数据处理单元包括对外通信模块，通过对外通信模块的光纤接口以DL/T 860标准规约与智能变电站一体化监控***进行数据交互。
9.根据权利要求6-8任一所述一种适用于智能变电站的避雷器监测***，其特征在于，所述采集单元与数据处理单元之间通过FT3格式进行数据传输。
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