CN113514692A - 一种变电站二次回路节点电压监视装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的是一种变电站二次回路节点电压监视装置，其结构包括智慧端子，二次回路节点电压采集装置；其中，二次回路节点电压采集装置包括电压监测主机，N个电压测量模块，每个电压测量模块的一端与对应智慧端子连接，每个电压测量模块的另一端与电压监测主机连接；所述智慧端子包括上层端子、下层端子、分压电阻，分压电阻的上端与上层端子连接，分压电阻的下端与下层端子连接；本发明对二次回路中重要节点直流电压能够进行实时监测，判断二次回路运行状态，发现缺陷并整改闭环，为二次回路数字化提供了技术保障。
Description
技术领域
本发明提出的是一种变电站二次回路节点电压监视装置，属于电力***继电保护技术领域。
背景技术
随着电网技术不断发展，传统变电站二次回路检修问题日益突出，完全满足不了变电站精益运检及数字化发展需求；现阶段传统交流变电站二次***保护回路、操作回路、信号回路等均采用直流电压供电，而对于二次回路中重要节点直流电压监测只能通过装置辅助监视回路反映，并不能直观反映节点电压状态；现场由于二次回路故障，未及时发现并处理，导致保护、开关不正确动作、事故范围扩大情况屡见不鲜。
测量回路、继电保护回路、开关控制及信号回路、操作电源回路、断路器和隔离开关的电气闭锁回路等全部低压回路统称二次回路；继电保护二次回路接线复杂，环节多，涉及面广，综合各种因素，二次回路中存在的缺陷隐蔽性强，有些隐患只有在遇到设备故障或大的***故障冲击时才被发现，危害极大，往往影响继电保护装置的正确动作，造成设备损坏或电网瓦解等重大事故。
由于当前二次回路无在线式状态监测，采用方式是重要回路定期巡视、保护装置辅助回路状态监视；存在问题是工作效率低、维护成本高、缺陷发现不及时等问题。
针对二次回路中存在的缺陷隐蔽性强问题，有必要对二次回路重要节点实施电压监测，通过电压实时分析二次回路运行状态，及时发现缺陷对缺陷进行检修，为电力安全生产提供必要保障。
现有技术中变电站二次回路端子常采用的是UK系列单排直通端子，常规电压采集需要并接电缆接线，无法将采集的电压进行分压转换，进而无法控制采集的电压级别，安全性能低。
发明内容
本发明提出一种变电站二次回路节点电压监视装置，其目的旨在解决现有技术中二次回路端子无法进行分压转换、对变电站二次回路节点电压无法进行监测的问题。
本发明的技术解决方案：一种变电站二次回路节点电压监视装置，其结构包括智慧端子，二次回路节点电压采集装置；其中，二次回路节点电压采集装置包括电压监测主机，N个电压测量模块，每个电压测量模块的一端与对应智慧端子连接，每个电压测量模块的另一端与电压监测主机连接；所述智慧端子包括上层端子、下层端子、分压电阻，分压电阻的上端与上层端子连接，分压电阻的下端与下层端子连接。
本发明的有益效果：
1）本发明对二次回路中重要节点直流电压能够进行实时监测，判断二次回路运行状态，发现缺陷并整改闭环，为二次回路数字化提供了技术保障；
2）本发明能够在满足电气接线规程要求情况下对二次回路重要节点电压实施监测，通过电压值展示分析二次回路各位置运行状态，使得检修人员清楚掌握二次回路各节点状态，通过状态分析二次回路可能存在的缺陷，及时检修缺陷；
3）本发明能够迅速告警故障地点，辅助判断故障原因，助力检修精益化，事故处理效率化，从“源头”保障二次设备本质安全，为构建二次***防雷体系提供技术支撑。
附图说明
附图1 为智慧端子的结构示意图。
附图2为二次回路节点电压采集装置的设计原理图。
附图3 为智慧端子与二次回路节点电压采集装置的连接示意图。
附图4 人机对话模块示意图。
附图5为电压监测主机进行处理采集电压、分析数据、故障告警的流程示意图。
附图6是电压采集回路的具体工作流程示意图。
附图中1是第一端子，2是第二端子，3是第三端子，4是第四端子，5是端子空腔，6是第一电压采集线，7是第二电压采集线，R1是第一电阻，R2是第二电阻，K1是第一继电器，K2是第二继电器，R3是第三电阻，C1是电容。
具体实施方式
一种变电站二次回路节点电压监视装置，其结构包括智慧端子，二次回路节点电压采集装置；其中，二次回路节点电压采集装置包括电压监测主机，N个电压测量模块，每个电压测量模块的一端与对应智慧端子连接，每个电压测量模块的另一端与电压监测主机连接；所述智慧端子包括上层端子、下层端子、分压电阻，分压电阻的上端与上层端子连接，分压电阻的下端与下层端子连接。
所述智慧端子还包括端子空腔5，上层端子和下层端子分布在端子空腔5周围，分压电阻位于端子空腔5内。
如附图1所示，所述分压电阻包括第一电阻R1和第二电阻R2，第一电阻R1和第二电阻R2位于端子空腔5内，上层端子包括第一端子1、第二端子2，第一端子1与第二端子2作为主回路，第一端子1与第二端子2之间形成直通，下层端子包括第三端子3、第四端子4，第一电阻R1的上端与第一端子1、第二端子2连接，第一电阻R1的下端与第二端子2的上端和第三端子3连接，第二端子2的下端与第四端子4连接；通过分压电阻与上层端子和下层端子的连接形成了分压电阻回路；通过智慧端子中的分压电阻回路，能够将采集电压控制在毫伏级别。
所述智慧端子上层保持第一端子1与第二端子2之间的端子直通功能，端子空腔5内置第一电阻R1和第二电阻R2；第一电阻R1优选为10MΩ电阻，第二电阻R2优选为10kΩ电阻，所述第一端子1、第二端子2、第三端子3、第四端子4优选为同样尺寸的端子；使用时，第一端子1和第二端子2作为主回路，第三端子3接采样线，第四端子4接地，实现端子正常接线采集对应节点对地电压的功能；现有技术中变电站二次回路端子常采用的是UK系列单排直通端子，常规电压采集需要并接电缆接线，违背变电站二次回路端子接线设计规范，采用本发明的智慧端子代替UK系列端子，端子尺寸一致，安装方便，且分压电阻回路内置式，不违背端子并线的要求，同时采集的转换电压为毫伏级别，对现有回路不会产生影响，安全可靠。
所述智慧端子的壳体材料优选为阻燃材料，上层端子位于智慧端子的壳体上部，下层端子位于智慧端子的壳体下部两侧，智慧端子的壳体中间部分形成端子空腔5；智慧端子整体为阻燃双层接线端子。
本发明对二次回路中重要节点直流电压能够进行实时监测，判断二次回路运行状态，发现缺陷并整改闭环，为二次回路数字化提供了技术保障。
本发明主要通过设计一种智慧端子进行直流电压采集，该智慧端子为阻燃双层接线端子，额定电压500V，额定电流32A，能够提供正常二次回路接线，尺寸大小与现有变电站接线端子一致，同时，该端子为双层设计，智慧端子内部设计有分压电阻回路，满足直流电压采集需求，所述该智慧端子能够满足二次回路正常接线与直流电压采集功能，现场接线简单，无需改动原有二次回路设计原理；由于所述智慧端子存在分压电阻回路，能够将采集电压控制在毫伏级别。
本发明通过设计二次回路节点电压采集装置实现变电站重要节点直流电压监测与告警功能，该二次回路节点电压采集装置包含与智慧端子相连的二次回路节点电压采集装置和电压监测主机与变电站后台监控***通讯的通信回路。
如附图2所示，所述N个电压测量模块之间相互并联，N个电压测量模块分别与电压监测主机连接，N≥1，优选N=16；每个电压测量模块包含M个电压采集回路，M≥1，优选M=8；N个电压测量模块与电压监测主机之间优选采用RS485接口进行通信连接，实现电压测量模块采集电压传输到电压监测主机的功能；电压监测主机进行处理采集电压、分析数据、故障告警，可通过其它RS485接口与变电站后台监控***通信，也可通过开关量信号把告警信息传输到变电站后台监控***。
所述电压监测主机进行处理采集电压、分析数据、故障告警的过程具体包括：设备设置告警电压阈值V阈值，设备启动运行后，采集输入端电压V，完成AD运算后，利用所采集的电压V与V阈值比较；若结果为大于或者等于，说明电压正常，继续下一次电压采集运算；若果为小于，说明回路接点电压异常，发出告警信息，继续下一次电压采集运算。
如附图3所示，所述每个电压测量模块中的每个电压采集回路均包括第一继电器K1、第二继电器K2、第三电阻R3、电容C1、隔离放大电路，智慧端子的第三端子3与隔离放大电路之间通过第一电压采集线6连接、第一电压采集线6上串接有第一继电器K1、第三电阻R3，智慧端子的第四端子4与隔离放大电路之间通过第二电压采集线7连接，第二电压采集线7上串接有第二继电器K2，第一电压采集线6和第二电压采集线7之间接有电容C1，智慧端子的第四端子4接地，第三电阻R3与电容C1构成低通滤波电路；工作时，每个电压测量模块从对应智慧端子的第三端子3、第四端子4引出相应的电压采集线，电压测量模块内部设计第一继电器K1和第二继电器K2控制采样信号接入，只有闭合第一继电器K1和第二继电器K2后才能形成对地回路、采集端子对地电压；回路同时设计第三电阻R3与电容C1构成RC低通滤波电路，能有效去除线路干扰；信号通过RC低通滤波电路处理后进行隔离放大，再进行信号采样运算，计算电压；电压监测主机通过轮询方式控制各通道电压采集回路通断，避免由于采样回路存在导致直流***绝缘下降。
所述电压采集回路的具体工作流程包括：
1）端子接入电压在智慧端子内部完成电阻分压处理，分压后的微弱电压信号接入电压测量模块；
2）微弱电压信号进入电压采集模块后，先通过第三电阻R3与电容C1构成的RC低通滤波电路进行滤波处理；再经过光耦回路，实现隔离放大处理；
3）再经过运算放大芯片，实现电压再次放大，将目标信号放大到2V左右的电压值；
4）再经过另外一个RC低通滤波器进行采样前的滤波处理；最后进入AD转换芯片，完成AD采样运算。
本发明中一个电压测量模块可以设计8路电压输入，满足一个保护装置二次回路重要节点电压监视数量需求；如图4所示，电压监测主机对每个电压测量模块启用的电压通道数量可设置，可选择对每个电压通道进行启用或关闭，每个电压通道对应电压测量模块中的一个电压采集回路；单个电压通道定制可设置上限与下限电压值，采集电压与设置阈值对比分析，超阈值告警，实现二次回路实时监测与智能分析缺陷功能。
本发明中的智慧端子代替传统的接线端子，能够在不违背规程要求的情况下实现目标节点电压测量，方便实现二次回路目标节点电压采集、显示功能，并能够对各节点电压告警阈值进行设置，方便实现了实时监测并智能判断缺陷的功能；通过在变电站部署变电站二次回路节点电压监视装置，方便了节点电压状态可视化显示、在线监测、智能诊断回路故障，能够为传统变电站的日常运维、异常处理、事故分析和检修工况等提供多维度的可视化信息支撑、决策及安全操作依据。
Claims (10)
1.一种变电站二次回路节点电压监视装置，其特征是包括智慧端子，二次回路节点电压采集装置；其中，二次回路节点电压采集装置包括电压监测主机，N个电压测量模块，每个电压测量模块的一端与对应智慧端子连接，每个电压测量模块的另一端与电压监测主机连接；所述智慧端子包括上层端子、下层端子、分压电阻，分压电阻的上端与上层端子连接，分压电阻的下端与下层端子连接。
2.根据权利要求1所述的一种变电站二次回路节点电压监视装置，其特征是所述智慧端子还包括端子空腔（5），上层端子和下层端子分布在端子空腔（5）周围，分压电阻位于端子空腔（5）内。
3.根据权利要求2所述的一种变电站二次回路节点电压监视装置，其特征是所述分压电阻包括第一电阻（R1）和第二电阻（R2），第一电阻（R1）和第二电阻（R2）位于端子空腔（5）内，上层端子包括第一端子（1）、第二端子（2），第一端子（1）与第二端子（2）作为主回路，第一端子（1）与第二端子（2）之间形成直通，下层端子包括第三端子（3）、第四端子（4），第一电阻（R1）的上端与第一端子（1）、第二端子（2）连接，第一电阻（R1）的下端与第二端子（2）的上端和第三端子（3）连接，第二端子（2）的下端与第四端子（4）连接；通过分压电阻与上层端子和下层端子的连接形成了分压电阻回路。
4.根据权利要求3所述的一种变电站二次回路节点电压监视装置，其特征是所述第一电阻（R1）为10MΩ电阻，第二电阻（R2）为10kΩ电阻，所述第一端子（1）、第二端子（2）、第三端子（3）、第四端子（4）为同样尺寸的端子。
5.根据权利要求1所述的一种变电站二次回路节点电压监视装置，其特征是所述智慧端子的壳体材料为阻燃材料，上层端子位于智慧端子的壳体上部，下层端子位于智慧端子的壳体下部两侧，智慧端子的壳体中间部分形成端子空腔（5）。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种变电站二次回路节点电压监视装置，其特征是所述N个电压测量模块之间相互并联，N个电压测量模块分别与电压监测主机连接，N≥1；每个电压测量模块包含M个电压采集回路，M≥1；电压监测主机进行处理采集电压、分析数据、故障告警。
7.根据权利要求1-5中任一项所述的一种变电站二次回路节点电压监视装置，其特征是所述电压监测主机进行处理采集电压、分析数据、故障告警的过程具体包括：设备设置告警电压阈值V阈值，设备启动运行后，采集输入端电压V，完成AD运算后，利用所采集的电压V与V阈值比较；若结果为大于或者等于，说明电压正常，继续下一次电压采集运算；若果为小于，说明回路接点电压异常，发出告警信息，继续下一次电压采集运算。
8.根据权利要求6所述的一种变电站二次回路节点电压监视装置，其特征是所述每个电压测量模块中的每个电压采集回路均包括第一继电器（K1）、第二继电器（K2）、第三电阻（R3）、电容（C1）、隔离放大电路，智慧端子的第三端子（3）与隔离放大电路之间通过第一电压采集线（6）连接、第一电压采集线（6）上串接有第一继电器（K1）、第三电阻（R3），智慧端子的第四端子（4）与隔离放大电路之间通过第二电压采集线（7）连接，第二电压采集线（7）上串接有第二继电器（K2），第一电压采集线（6）和第二电压采集线（7）之间接有电容（C1），智慧端子的第四端子（4）接地，第三电阻（R3）与电容（C1）构成低通滤波电路。
9.根据权利要求6所述的一种变电站二次回路节点电压监视装置，其特征是所述电压采集回路的具体工作流程包括：
1）端子接入电压在智慧端子内部完成电阻分压处理，分压后的微弱电压信号接入电压测量模块；
2）微弱电压信号进入电压采集模块后，先通过第三电阻（R3）与电容（C1）构成的RC低通滤波电路进行滤波处理；再经过光耦回路，实现隔离放大处理；
3）再经过运算放大芯片，实现电压再次放大，将目标信号放大到2V左右的电压值；
4）再经过另外一个RC低通滤波器进行采样前的滤波处理；最后进入AD转换芯片，完成AD采样运算。
10.根据权利要求6所述的一种变电站二次回路节点电压监视装置，其特征是所述N个电压测量模块为16个电压测量模块；所述M个电压采集回路为8个电压采集回路。
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