CN205229325U - 一种变电站电容型设备运行状态的测量*** - Google Patents

Abstract

本实用新型属于电力设备状态检测与故障诊断研究、应用领域，具体涉及一种变电站电容型设备运行状态的测量***，包括手持测量钳表和测量***主机，所述手持测量钳表设置的第一载波频率自适应无线通信天线与所述测量***主机设置的第二载波频率自适应无线通信天线通过无线通信连接，本实用新型结构简单、移动便捷、测量准确，摆脱了传统测量***需拆线布线测量的束缚，丰富了检测手段，提升了检测效能，促进了电容值测量技术的跨越式发展，并同时将已对准的高精度原子钟作为时标，进而可实现为测试电压与钳表测量电流的无线缆化同步。

Description

一种变电站电容型设备运行状态的测量***

技术领域

本实用新型属于电力设备状态检测与故障诊断研究、应用领域，具体涉及一种变电站电容型设备运行状态的测量***。

背景技术

电容型设备是采用电容屏绝缘结构的设备，主要包括电流互感器(CT)、套管、耦合电容器、电容式电压互感器(CVT)等，其在变电站内的规模通常可达到全站变电一次设备总数的一半。电容型设备的绝缘故障不仅影响整座变电站的安全运行；甚至可能导致发生不可估量的电网安全事故事件，进而影响供电可靠性及电网主设备的安全稳定运行。目前，测量、判断运行中电容型设备状态的主要手段仍然是以预防性试验为主，在结合无功补偿电容、滤波电容运行技术规范的基础上定期测量电容型设备的无功补偿电容值。此类测量对保障电网安全、健康、经济运行起到重要的作用。然而，种类庞杂、数量繁多的无功补偿电容也导致其测量任务艰巨，故亟待提高无功补偿电容测量的技术水平、工作效率。近年来，虽已在提高测量仪器的自动化水平方面提出了大量方法，却未能足够关注测试过程中拖拽电缆所徒增的负担和滋生的隐患。所推陈出新的仪器依然需要通过电缆连接主机，并经电流测量钳进行测量。现场测试时，电流钳操作人员、主控测试人往复呼唱，过程繁琐；而当电流钳操作人员携带电缆穿梭十余层的直流站滤波电容阵列上时，极易因拉线失稳导致测试电缆磨损、电流钳坠落，甚至人员跌落等隐患。鉴于此，现场作业班组对操作轻便测试仪器的渴求，更胜于功能繁多但使用复杂的智能仪器。电力生产中的钳形电流互感器是实现无线测试无功补偿电容器电容量的基本装备，其原理如图1所示，电容器C1、C2并联，单独测量其电容值时,一般是将它们之间的连接线拆除,再以电容表进行测量。而实现不拆线的测量则可以先将整套电容器组加载至一定频率的电压相量U，再以钳形电流互感器测量流过电容器组中某电容器Cx的电流相量I。此时，流过电容器电流与两端电压的关系是：I＝2πfC_xU，进而由此求解被测电容器的电容值：

$C_x=\frac{I}{2\mathrm{\π}fU},$

可见，测量电容量可进一步转化为对电压相量和分支电流相量的测量，并可实现不拆线测量电容器的电容量，前提是准确地测量出施加的电压相量及流过被测电容器的分支电流相量。当然，电容器并非纯电容，在其介损较大时套用上述公式计算会导致测量误差。实际上，在已有测量仪器的运算软件设计过程中，均会针对介损值的影响而建立电容器的阻容模型；并运用信号处理方法求解电容值。但是，实现无线缆化测量无功补偿电容的前提在于确保实时同步无线缆化的电压相量和电流相量,并以此测算电压相量和电流向量的相位差。然而,一方面,电容值测量电压信号相位和电流信号相位的精度要求高达10^-8秒。另一方面,一般的无线通信技术或GPS授时的同步精度仅能达到10^-7秒，显然无法满足无线缆化同步的精度要求。原子钟的原子频率能够以原子能级跃迁吸收或发射的电磁波的频率作基准频率而精密计时，芯片级原子钟同步技术的时间精度可达10^-11秒,适用于解决无线缆化测量的同步难题。具体应用时，***可首先对主机和测量钳表的原子钟进行对准同步，之后主机、测量钳表分别将已对准的高精度原子钟作为时标，进而实现主机测试电压与钳表测量电流的无线缆化同步。***开机或复位的时候主机和测量钳表的原子钟通过激光同步电路对准时标。

鉴于上述问题已影响到电容型设备电容测量技术的科学进步，阻碍了电容型设备状态检测的效率提升，故有必要研制一种基于原子钟同步技术的变电站内电容型设备运行状态的测量***。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是针对现有技术存在的不足，提供一种可在变电站内可实现不拆线、无缆测量电容型设备运行状态的电容型设备运行状态的测量***，并灵活适用于电网企业中电容式电压互感器等设备的检测要求，为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种变电站电容型设备运行状态的测量***，其特征在于：包括手持测量钳表和测量***主机，所述手持测量钳表与所述测量***主机通过无线通信连接，所述手持测量钳表包括钳形电流传感器、第一信号同步电路、DSP中央处理单元、第一载波频率自适应无线通信天线和第一触摸屏，所述DSP中央处理单元通过信号线分别连接钳形电流传感器、信号同步电路和第一触摸屏；所述信号同步电路通过信号线连接控制第一载波频率自适应无线通信天线，所述测量***主机包括第二载波频率自适应无线通信天线、第二信号同步电路、主板、变频恒压输出器、第二触摸屏和被测电容阵列，所述主板通过信号线分别与第二信号同步电路、变频恒压输出器和第二触摸屏，所述第二信号同步电路通过信号线连接控制第二载波频率自适应无线通信天线,所述变频恒压输出器通过信号线将被测电容阵列的电压信号回传至主板，所述第一载波频率自适应无线通信天线与第二载波频率自适应无线通信天线进行无线通信连接。

优选地，所述第一信号同步电路包括第一原子钟和第一激光同步器，所述第一原子钟和第一激光同步器分别与DSP中央处理单元进行通信连接，所述第二信号同步电路包括第二原子钟和第二激光同步器，所述第二原子钟和第二激光同步器分别与主板进行通信连接。

优选地，第一原子钟和第二原子钟采用SA45s原子钟芯片，所述第一激光同步器和第二激光同步器采用AD500或SPLPL90芯片。

优选地，DSP中央处理单元采用DSP-TMS320VC5510处理器芯片，且时钟频率为200MHz。

优选地，所述第一载波频率自适应无线通信天线和第二载波频率自适应无线通信天线采用BTS系列的收发信机。

综上所述，本实用新型由于采用了上述方案，本实用新型具有以下优点：

第一，本实用新型结构简单、移动便捷、测量准确，摆脱了传统测量***需拆线布线测量的束缚，丰富了检测手段，提升了检测效能。

第二，本实用新型基于原子同步原理的无缆化无功补偿电容测量技术，彻底扭转了变电站电容型设备的电容值测量任务重、效率低及不安全等被动局面，促进了电容值测量技术的跨越式发展。

第三，本实用新型实现了在将整套电容器组加载至一定频率的电压相量(U)、以钳形电流互感器测量其中某电容器的电流相量(I)后测量及求解其电容值，进而打破了传统测量方法需要停电拆线的技术瓶颈。

第四，本实用新型运用了原子钟同步原理测量电容器电容值，并对测量信号做数字滤波处理后抑制了工频及噪声对测量的影响，进而满足了试验人员对无线精准测量的迫切需求。

第五，本实用新型采用了原子钟中原子能级跃迁吸收或发射的电磁波频率作基准频率而能精密计时的技术，一举攻克了传统测量中无线通信技术(或GPS授时)的同步精度仅达10^-7秒的应用难题，提升其精度至满足电容值测量电压信号相位和电流信号相位所要求的10^-11秒。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实例或现有技术中的技术方案，下面将对实施实例或现有技术描述中所需要的附图做简单地介绍，显然，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型一种直流融冰装置的工作原理结构图。

图2是本实用新型一种适用于直流融冰装置的整流可调输出电路的连接原理图。

1-手持测量钳表，2-测量***主机，101-钳形电流传感器，102-第一信号同步电路，103-DSP中央处理单元，104-第一载波频率自适应无线通信天线，105-第一触摸屏，201-第二载波频率自适应无线通信天线，202-第一信号同步电路，203-主板，204-变频恒压输出器，205-第二触摸屏，206-被测电容阵列。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，一种变电站电容型设备运行状态的测量***，其特征在于：包括手持测量钳表1和测量***主机2，所述手持测量钳表1与所述测量***主机2通过无线通信连接，所述手持测量钳表1包括钳形电流传感器101、第一信号同步电路102、DSP中央处理单元103、第一载波频率自适应无线通信天线104和第一触摸屏105，所述DSP中央处理单元103通过信号线分别连接钳形电流传感器101、信号同步电路102和第一触摸屏105；所述信号同步电路102通过信号线连接控制第一载波频率自适应无线通信天线104，所述测量***主机2包括第二载波频率自适应无线通信天线201、第二信号同步电路202、主板203、变频恒压输出器204、第二触摸屏205和被测电容阵列206，所述主板203通过信号线分别与第二信号同步电路202、变频恒压输出器204和第二触摸屏205，所述第二信号同步电路202通过信号线连接控制第二载波频率自适应无线通信天线201,所述变频恒压输出器204通过信号线将被测电容阵列206的电压信号回传至主板203，所述第一载波频率自适应无线通信天线104与第二载波频率自适应无线通信天线201进行无线通信连接。在本实用新型中，所述DSP中央处理单元103采用DSP-TMS320VC5510处理器芯片，且时钟频率为200MHz。所述第一载波频率自适应无线通信天线104和第二载波频率自适应无线通信天线201采用BTS系列的收发信机，BTS系列收发信机内含收发信机无线接口(TRI接口)、收发信机组(TG)和天线，TRI接口和收发信机组(TG)可在DCS1800频段上相互连接。

作为本实用新型的最佳实施例，所述第一信号同步电路102包括第一原子钟和第一激光同步器，所述第一原子钟和第一激光同步器分别与DSP中央处理单元103进行通信连接，所述第二信号同步电路202包括第二原子钟和第二激光同步器，所述第二原子钟和第二激光同步器分别与主板203进行通信连接。所述第一原子钟和第二原子钟采用SA45s原子钟芯片，所述第一激光同步器和第二激光同步器采用AD500或SPLPL90芯片。

在本实用新型中，所述钳形电流传感器101还可以采集外部的被测电容阵列206内部的某只电容器C_X的电流相量I的分支电流相量,并将其通过信号线传输至DSP中央处理单元103。所述DSP中央处理单元103处理采集和同步的电流相量、电压相量并通过信号线向钳形电流传感器101、第一信号同步电路102(第一原子钟和第一激光同步器)、第一触摸屏105等元件发布通信、测量和显示等控制指令；所述第二信号同步电路102(第一原子钟和第一激光同步器)采用SA45S原子钟芯片和AD500或SPLPL90激光同步器器件，并通过信号线连接控制第一载波频率自适应无线通信天线104，然后与测量***主机2的对应的第二信号同步电路202(第二原子钟和第二激光同步器)、第二载波频率自适应无线通信天线201实现测试电压相量和电流相量的无线缆化同步和双向灵活通信；第一触摸屏105通过信号线接收DSP中央处理单元103发送的测量结果和控制指令，并显示测量结果。

作为本实用新型的最佳实施例，所述主板203采用基于时钟频率为200MHz的DSP-TMS320VC5510芯片，并通过信号线控制第二信号同步电路202(第二原子钟和第二激光同步器)、变频恒压输出器204、第二触摸屏205等其它元件实现测量***主机2的高速同步控制和高级信号处理算法处理；第二信号同步电路202(第二原子钟和第二激光同步器)通过芯片级原子钟及信号线直接向主板203提供高速精准时标，实现每次在开机复位的时候***自动对时；第二信号同步电路202(第二原子钟和第二激光同步器)采用SA45S原子钟芯片和AD500或SPLPL90激光同步器器件；第二信号同步电路202(第二原子钟和第二激光同步器)通过信号线连接、控制第二载波频率自适应无线通信天线201与手持测量钳表1的第一信号同步电路202(第一原子钟和第二激光同步器)、第一载波频率自适应无线通信天线104实现测试电压相量和电流相量的无线缆化同步和双向灵活通信；变频恒压输出器204在采集不同的电容值电压时通过自动变频输出测试电压以满足测量不同电容对象时所需的电压变化，进而适应扰动的动态特性，避免50Hz工频干扰及谐波的影响，然后通过信号线将电压信号回传至主板203；第二触摸屏205通过信号线接收主板203发送的测量结果和下发控制指令，并显示测量结果。

综上所述，本实用新型所采用的原子钟及激光同步电路102、原子钟及激光同步电路202中原子钟时间精度高达10^-11秒，故测量***主机2和手持测量钳表1可以保持高精准的时标，从而精确的测得电压相量和电流相量，保证简单、可靠的测量电容型设备的运行状态。

结合图1，以下对本实用新型的工作原理作进一步阐述：

(1)在某变电站实际部署、应用一种变电站电容型设备运行状态的测量***。

(2)***在开机或复位的时候，手持测量钳表1和测量***主机2的第二原子钟和第二激光同步器进行对准同步，并同时将已对准的高精度原子钟作为时标，进而可实现为测试电压与钳表测量电流的无线缆化同步。

(3)在约定的手持测量钳表1的无线控制下，测量***主机2输出24V的交流稳恒电压至并联的被测电容器阵列206的两端，并以同步源为时标参考采集保存加试电压相量。

(4)手持测量钳表1的钳形电流传感器101测量外部的被测电容阵列206的分支电流，并同样以其同步源为时标参考采集分支电流相量，再将支电流相量通过第一无载波频率自适应无线通信天线104反馈至测试变频恒压输出器204。

(5)测量***主机2的变频恒压输出器204提取同步的加试电压相量、分支电流相量以提供给主板203计算电容量；此时，流过电容器电流与两端电压的关系是I＝2πfC_xU,进而由此求解被测电容器的电容值：

$C_x=\frac{I}{2\mathrm{\π}fU};$

所求解的电容量显示在其第二触摸屏205。此外，手持测量钳表1的第一触摸屏105亦同步显示测量结果。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本使用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种变电站电容型设备运行状态的测量***，其特征在于：包括手持测量钳表(1)和测量***主机(2)，所述手持测量钳表(1)与所述测量***主机(2)通过无线通信连接，所述手持测量钳表(1)包括钳形电流传感器(101)、第一信号同步电路(102)、DSP中央处理单元(103)、第一载波频率自适应无线通信天线(104)和第一触摸屏(105)，所述DSP中央处理单元(103)通过信号线分别连接钳形电流传感器(101)、信号同步电路(102)和第一触摸屏(105)；所述信号同步电路(102)通过信号线连接控制第一载波频率自适应无线通信天线(104)，所述测量***主机(2)包括第二载波频率自适应无线通信天线(201)、第二信号同步电路(202)、主板(203)、变频恒压输出器(204)、第二触摸屏(205)和被测电容阵列(206)，所述主板(203)通过信号线分别与第二信号同步电路(202)、变频恒压输出器(204)和第二触摸屏(205)，所述第二信号同步电路(202)通过信号线连接控制第二载波频率自适应无线通信天线(201),所述变频恒压输出器(204)通过信号线将被测电容阵列(206)的电压信号回传至主板(203)，所述第一载波频率自适应无线通信天线(104)与第二载波频率自适应无线通信天线(201)进行无线通信连接。

2.根据权利要求1所述的一种变电站电容型设备运行状态的测量***，其特征在于：所述第一信号同步电路(102)包括第一原子钟和第一激光同步器，所述第一原子钟和第一激光同步器分别与DSP中央处理单元(103)进行通信连接，所述第二信号同步电路(202)包括第二原子钟和第二激光同步器，所述第二原子钟和第二激光同步器分别与主板(203)进行通信连接。

3.根据权利要求2所述的一种变电站电容型设备运行状态的测量***，其特征在于：第一原子钟和第二原子钟采用SA45s原子钟芯片，所述第一激光同步器和第二激光同步器采用AD500或SPLPL90芯片。

4.根据权利要求1或2所述的一种变电站电容型设备运行状态的测量***，其特征在于：DSP中央处理单元(103)采用DSP-TMS320VC5510处理器芯片，且时钟频率为200MHz。

5.根据权利要求1所述的一种变电站电容型设备运行状态的测量***，其特征在于：所述第一载波频率自适应无线通信天线(104)和第二载波频率自适应无线通信天线(201)采用BTS系列的收发信机。