CN110208620A - 适用于智能变电站的带负荷测试装置和带负荷测试*** - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于智能变电站的带负荷测试装置包括数据采集单元、控制及运算单元、时钟同步单元和无线数据通讯模块。数据采集单元用于采样获取被测设备的电压和电流；控制及运算单元用于得到被测设备的电压和电流的幅值和相位；时钟同步单元用于实现数据采集单元的同步采样；无线数据通讯模块用于传输被测设备的电压和电流的幅值和相位信息。一种能够适用于智能变电站的带负荷测试***，包括若干台上述适用于智能变电站的带负荷测试装置，其中一台带负荷测试装置设置为主机，其余带负荷测试装置设置为从机。本发明可以满足对智能变电站进行完整带负荷测试的需求，简化带负荷测试工作，确保测试结果准确可靠。

Description

适用于智能变电站的带负荷测试装置和带负荷测试***

技术领域

本发明涉及电力***中智能变电站的带负荷测试领域，具体涉及带负荷测试使用的装置和***。

背景技术

带负荷测试是保障二次设备电压电流相序、极性正确的重要检测手段，是新建和改造后的变电站投运时必须进行的测试工作，是保障电力设备能够安全运行的前提。随着智能变电站投运数量的不断增加，给带负荷测试工作提出了新的要求，同时带来了新的问题和挑战。

如附图1所示，目前智能变电站带负荷测试的工作模式是：去到设备区开关就地以变电站站用交流电压为基准量取电压电流的幅值和相角。这种方式采用站用交流作为基准，而非设备二次电压作基准，存在一定误差。同时，对于大型220kV变电站的三绕组变压器带负荷测试，220KV、110kV、10kV设备位于不同的区且距离很远，带负荷测试时需要取同一个电压（变电站站用交流电压）作为基准，因此通常需要很长的线缆将该电压引到不同电压等级设备区的就地间隔处，再***带负荷测试仪，用钳形电流表钳电流，实现带负荷测试，其带负荷测试要求如下：

1）测试需要四人完成，其中一人负责指挥和监护，其他三人进行测试工作，一人负责操作仪表，一人负责接线，一人负责记录结果；

2）测试中测试人员按顺序分别对220kV、110kV、10kV的电压电流幅值和相位进行测量。

3）测试中的电压基准取自同一电压，通过线缆引到220kV测量点，再分别引到110kV测量点和10kV测量点。

由此可见，目前对智能变电站中设备进行带负荷测试的装置包括用于引导基准电压的线缆以及普通的带负荷测试仪。

上述带负荷测试方式及配套装置虽然能够对智能变电站设备进行电压电流相序和极性的校核，但由于采用的基准电压与实际设备的基准电压在相位上不一致，测试得到的电压电流关系无法完全准确反映被测设备电压与电流的实际关系，无法计算实际负荷功率情况，导致带负荷测试结果不够完整。同时，测试过程中需要用线缆将基准电压引到不同电压等级设备区进行测量，需要较长的线缆甚至需要用多根线缆进行接续，操作工作量比较大而且可靠性较低。此外，根据这种方式的测试过程可知，测试过程中需要一人负责接线并确保接线牢靠，一人负荷操作测试仪，不能像传统变电站那样接线和操作测试仪在同一设备间隔区内，可由一人完成，其操作非常不方便，人力和时间耗费都很大，无法满足“变电运维一体化＂的发展要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够简化智能变电站中带负荷测试，确保测试效果准确完整，且减少所需人力的带负荷测试装置和***。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于智能变电站的带负荷测试装置，用于对智能变电站中的被测设备进行带负荷测试，所述带负荷测试装置包括：

数据采集单元，所述数据采集单元用于同步采样而获取所述被测设备的电压和电流并输出对应数字电压信号和数字电流信号；

控制及运算单元，所述控制及运算单元用于接收和处理所述数字电压信号和所述数字电流信号并分别得到所述被测设备的电压和电流的幅值和相位；

时钟同步单元，所述时钟同步单元用于实现所述数据采集单元的同步采样。

优选的，所述数据采集单元包括用于采样而获取所述被测设备的电压的电压采集通道、用于采样而获得所述被测设备的电流的电流采集通道。

优选的，所述电压采集通道包括检测所述被测设备的电压并输出电压检测信号的电压检测探头、将所述电压检测信号转换至所需电压范围内并输出电压转换信号的电压调理电路、对所述电压转换信号进行A/D转换并输出所述数字电压信号的电压A/D转换电路；所述电压检测探头与所述被测设备相连接，所述电压调理电路与所述电压检测探头相连接，所述电压A/D转换电路与所述电压调理电路相连接；

所述电流采集通道包括检测所述被测设备的电流并输出电流检测信号的电流检测探头、将所述电流检测信号转换至所需电流范围内并输出电流转换信号的电流调理电路、对所述电流转换信号进行A/D转换并输出所述数字电流信号的电流A/D转换电路；所述电流检测探头与所述被测设备相连接，所述电流调理电路与所述电流检测探头相连接，所述电流A/D转换电路与所述电流调理电路相连接。

优选的，所述数据采集单元还包括分别为所述电压检测探头、所述电压调理电路、所述电压A/D转换电路、所述电流检测探头、所述电流调理电路、所述电流A/D转换电路供电的电源模块。

优选的，所述控制及运算单元包括FPGA芯片、在所述PFGA芯片的控制下接收和处理所述数字电压信号和数字电流信号并分别得到所述被测设备的电压和电流的幅值和相位的单片机。

优选的，所述控制及运算单元还包括与所述单片机相连接而用于显示所述被测设备的电压和电流的幅值和相位的显示模块、与所述单片机相连接的用于输入参数的输入模块。

优选的，所述时钟同步单元包括若干个晶振或GPS适配器。

优选的，所述带负荷测试装置还包括与所述控制及运算单元相连接而用于传输所述被测设备的电压和电流的幅值和相位信息的无线数据通讯模块。

优选的，所述通讯模块具有用于连接通讯参数设置装置的串口。

一种能够适用于智能变电站的带负荷测试***，包括若干台上述适用于智能变电站的带负荷测试装置，其中一台所述带负荷测试装置设置为主机，其余所述带负荷测试装置设置为从机，所述从机向所述主机传输所述被测设备的电压和电流的幅值和相位信息。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的装置可以满足对智能变电站进行完整带负荷测试的需求，可以极大地简化带负荷测试工作，通过确保所采集的电压电流均来自被测设备而确保测试结果准确可靠，而本发明的***则进一步可以实现复杂环境下的远程工作，减少人员配置。

附图说明

附图1为传统带负荷测试方案示意图。

附图2为本发明的带负荷测试装置的硬件***原理框图。

附图3为本发明的带负荷测试装置中电流检测原理框图。

附图4为本发明的带负荷测试装置中电压检测原理框图。

具体实施方式

下面结合附图所示的实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：如附图2所示，一种用于对智能变电站中的被测设备进行带负荷测试的带负荷测试装置，包括数据采集单元、控制及运算单元和时钟同步单元。

数据采集单元与被测设备的二次回路相连接，用于同步采样而获取被测设备的电压和电流，并输出对应数字电压信号和数字电流信号。该数据采集单元包括两条采集通道，分别为用于采样而获取被测设备的电压的电压采集通道和用于采样而获得被测设备的电流的电流采集通道。如附图4所示，电压采集通道包括检测被测设备的电压并输出电压检测信号的电压检测探头、将电压检测信号转换至所需电压范围内并输出电压转换信号的电压调理电路、对电压转换信号进行A/D转换并输出数字电压信号的电压A/D转换电路。电压检测探头与被测设备相连接，电压调理电路与电压检测探头相连接，电压A/D转换电路与电压调理电路相连接。如附图3所示，电流采集通道包括检测被测设备的电流并输出电流检测信号的电流检测探头、将电流检测信号转换至所需电流范围内并输出电流转换信号的电流调理电路、对电流转换信号进行A/D转换并输出数字电流信号的电流A/D转换电路。电流检测探头与被测设备相连接，电流调理电路与电流检测探头相连接，电流A/D转换电路与电流调理电路相连接。

数据采集单元中，电压检测探头/电流检测探头是连接被测设备的接口，其将电压/电流信号引入测试装置；电压调理电路/电流调理电路将被测电压/电流信号经过一系列变换，使其达到电压A/D转换电路/电流A/D转换电路的转换范围内，从而电压A/D转换电路/电流A/D转换电路将处理后的电压转换信号/电流转换信号由模拟信号转换为微处理器可识别和处理的数字信号。

此外，数据采集单元还包括分别为电压检测探头、电压调理电路、电压A/D转换电路、电流检测探头、电流调理电路、电流A/D转换电路供电的电源模块。

控制及运算单元用于接收和处理数字电压信号和数字电流信号，并分别得到被测设备的电压和电流的幅值和相位。控制及运算单元主要包括FPGA芯片、在PFGA芯片的控制下接收和处理数字电压信号和数字电流信号，并分别得到被测设备的电压和电流的幅值和相位的单片机（控制CPU）。控制及运算单元还可以包括与单片机相连接而用于显示被测设备的电压和电流的幅值和相位的显示模块（如液晶屏）、与单片机相连接的用于输入参数的输入模块（如扫描键盘），显示模块和输入模块也可以采用兼具二者功能的触摸屏。

单片机内部资源丰富，其自带A/D转换器和液晶驱动SPI接口，从而数据采集单元中的电压A/D转换电路/电流A/D转换电路可以直接采用单片机内部的A/D转换器。单片机内部带有的RAM的大小可以满足采集数据存储要求，定时器中断与读/写中断非常方便数据采集以及与FPGA之间的通信。单片机具有三种工作方式：活动模式、待机模式与关闭模式，使得其功耗极低。

时钟同步单元用于实现数据采集单元的同步采样，其通常包括若干个恒温晶振或GPS适配器，通过单片机连接数据采集单元，从而实现时钟同步功能。

此外，该带负荷测试装置还包括用于传输被测设备的电压和电流的幅值和相位信息的无线数据通讯模块，该无线数据通讯模块与控制及运算单元相连接。通讯模块具有用于连接通讯参数设置装置的串口。

基于该具有无线数据通讯模块的带负荷测试装置，一种能够适用于智能变电站的带负荷测试***，其包括若干台该具有无线数据通讯模块的带负荷测试装置，其中一台带负荷测试装置设置为主机，其余带负荷测试装置设置为从机。从机向主机传输被测设备的电压和电流的幅值和相位信息，从而各从机将对应检测到的被测设备的电压和电流的幅值和相位信息传送至主机，并在主机处显示。

使用上述带负荷测试装置进行带负荷测试的过程为：

（1）根据设备配置通讯参数。在现场，用已经装好串口调试助手的电脑对装置进行数据的写入。给装置进行上电，通过USB转串口线将装置与电脑连接好，打开串口调试助手，按要求进行通讯参数的设置，打开串口，然后将装置设置为带负荷测试模式。

（2）电压电流数据采集与同步。利用电压检测探头/电流检测探头获得所需电压/电流数据，并写入单片机。同时通过无线传输发送同步信号，待时间和通讯地址发送出去后，并确认同步后将电压/电流的相位数据进行写入。完成后，收到相位检测成功的信息，此信息同时在液晶屏上。

（3）确认所检测的电压/电流幅值、相位信息无误后，从机检测的结果通过无线传输后也显示在液晶屏上。

（4）待带负荷测试结束后，根据显示屏上返回的电压/电流相位差信息判断带负荷测试正确。

按照智能变电站新型带负荷测试仪的研究与设计的功能要求进行测试，该***能正确自动地进行带负荷测试工作。在测试过程中装置的可操作性、快捷性均得到了很好的验证，大大提高了带负荷测试作业的工作效率。

按照上述方案制成的适用于智能变电站的无线传输式带负荷测试装置，能够有效地解决智能变电站现场带负荷检测中因测试设备的二次回路上参考电压不易获得导致实际测得的电压电流关系无法完全准确反映被测设备电压与电流的实际关系，基准电压通过长线缆传输导致操作工作量较大且可靠性较低的问题，大大提高智能变电站带负荷测试准确性，缩短带负荷测试时间，提高工作准确性和效率。同时该装置具有结构设计简单合理，使用方便，性能可靠等优点。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于智能变电站的带负荷测试装置，用于对智能变电站中的被测设备进行带负荷测试，其特征在于：所述带负荷测试装置包括：

数据采集单元，所述数据采集单元用于同步采样而获取所述被测设备的电压和电流并输出对应数字电压信号和数字电流信号；

控制及运算单元，所述控制及运算单元用于接收和处理所述数字电压信号和所述数字电流信号并分别得到所述被测设备的电压和电流的幅值和相位；

时钟同步单元，所述时钟同步单元用于实现所述数据采集单元的同步采样。

2.根据权利要求1所述的适用于智能变电站的带负荷测试装置，其特征在于：所述数据采集单元包括用于采样而获取所述被测设备的电压的电压采集通道、用于采样而获得所述被测设备的电流的电流采集通道。

3.根据权利要求2所述的适用于智能变电站的带负荷测试装置，其特征在于：所述电压采集通道包括检测所述被测设备的电压并输出电压检测信号的电压检测探头、将所述电压检测信号转换至所需电压范围内并输出电压转换信号的电压调理电路、对所述电压转换信号进行A/D转换并输出所述数字电压信号的电压A/D转换电路；所述电压检测探头与所述被测设备相连接，所述电压调理电路与所述电压检测探头相连接，所述电压A/D转换电路与所述电压调理电路相连接；

所述电流采集通道包括检测所述被测设备的电流并输出电流检测信号的电流检测探头、将所述电流检测信号转换至所需电流范围内并输出电流转换信号的电流调理电路、对所述电流转换信号进行A/D转换并输出所述数字电流信号的电流A/D转换电路；所述电流检测探头与所述被测设备相连接，所述电流调理电路与所述电流检测探头相连接，所述电流A/D转换电路与所述电流调理电路相连接。

4.根据权利要求3所述的适用于智能变电站的带负荷测试装置，其特征在于：所述数据采集单元还包括分别为所述电压检测探头、所述电压调理电路、所述电压A/D转换电路、所述电流检测探头、所述电流调理电路、所述电流A/D转换电路供电的电源模块。

5.根据权利要求1所述的适用于智能变电站的带负荷测试装置，其特征在于：所述控制及运算单元包括FPGA芯片、在所述PFGA芯片的控制下接收和处理所述数字电压信号和数字电流信号并分别得到所述被测设备的电压和电流的幅值和相位的单片机。

6.根据权利要求5所述的适用于智能变电站的带负荷测试装置，其特征在于：所述控制及运算单元还包括与所述单片机相连接而用于显示所述被测设备的电压和电流的幅值和相位的显示模块、与所述单片机相连接的用于输入参数的输入模块。

7.根据权利要求1所述的适用于智能变电站的带负荷测试装置，其特征在于：所述时钟同步单元包括若干个晶振或GPS适配器。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的适用于智能变电站的带负荷测试装置，其特征在于：所述带负荷测试装置还包括与所述控制及运算单元相连接而用于传输所述被测设备的电压和电流的幅值和相位信息的无线数据通讯模块。

9.根据权利要求8所述的适用于智能变电站的带负荷测试装置，其特征在于：所述通讯模块具有用于连接通讯参数设置装置的串口。

10.一种适用于智能变电站的带负荷测试***，其特征在于：所述带负荷测试***包括若干台如权利要求8所述的适用于智能变电站的带负荷测试装置，其中一台所述带负荷测试装置设置为主机，其余所述带负荷测试装置设置为从机，所述从机向所述主机传输所述被测设备的电压和电流的幅值和相位信息。