專利名稱：基于iec61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬電力設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更準(zhǔn)確地說(shuō)本實(shí)用新型涉及智能變電站中基于IEC61850-9-2采樣標(biāo)準(zhǔn)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)裝置。
背景技術(shù)：
2010年以來(lái)，智能變電站的建設(shè)已逐步成為新建變電站的主流，而且將來(lái)將引來(lái)爆發(fā)式的增長(zhǎng)。智能變電站建設(shè)中強(qiáng)調(diào)通過(guò)對(duì)一次設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)，逐步實(shí)現(xiàn)一次設(shè)備的狀態(tài)檢修和故障的及時(shí)預(yù)警，做到少檢修、免維護(hù)，避免由于設(shè)備故障引起的停電事故和人員傷亡。電容型電力設(shè)備在輸變 電系統(tǒng)中占有很大的比例，如變壓器套管、避雷器等，這些電力設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中受到電、熱、惡劣環(huán)境等因素的作用而發(fā)生老化，絕緣性能下降，成為事故隱患。介質(zhì)損耗是反映電容型電力設(shè)備絕緣狀況的重要絕緣指標(biāo)，對(duì)電力設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行具有十分重要的作用。加強(qiáng)容性設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)具有巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。容性設(shè)備介質(zhì)損耗測(cè)量原理如圖I所示。介損測(cè)量采集母線PT的電壓信號(hào)Un經(jīng)電壓互感器變換為低電壓等級(jí)的交流電壓信號(hào)Ul及被測(cè)電容型設(shè)備Cx的末屏電流信號(hào)經(jīng)高精度微電流傳感器(CT)產(chǎn)生的U2信號(hào)。Ul和U2通過(guò)電纜接入介損測(cè)量單元的調(diào)理電路和AD采樣電路，在CPU的控制下，Ul及U2的信號(hào)采集系統(tǒng)同時(shí)啟動(dòng)，對(duì)傳感器輸出的模擬電壓信號(hào)進(jìn)行同步采樣，然后計(jì)算出電容型設(shè)備末屏電流信號(hào)Ix相對(duì)于母線電壓Un的相位差Ph，從而獲得介質(zhì)損耗tan S和電容量Cx等參數(shù)。測(cè)量單元的同步采樣控制技術(shù)、微電流的采樣精度、頻率跟蹤及諧波及干擾信號(hào)的剔除是保證介損測(cè)量精度的關(guān)鍵。文獻(xiàn)一《電容型電力設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)方法及裝置》(中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)?00410026133. 2)披露了一種在線監(jiān)測(cè)電容型電力設(shè)備介質(zhì)損耗的方法和裝置。該方法將變電站母線電壓的電壓互感器信號(hào)及安裝在設(shè)備接地線上的高精度微電流傳感器信號(hào)通過(guò)電纜接入監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)PCI采集卡中進(jìn)行計(jì)算。該方法存在以下問(wèn)題一是沒(méi)有進(jìn)行電網(wǎng)頻率跟蹤，不能保證整周期采樣，存在柵欄效應(yīng)和泄漏效應(yīng)，給計(jì)算的頻譜尤其是給相位帶來(lái)較大的誤差；二是電壓信號(hào)和末屏電流信號(hào)未能進(jìn)行就地化采集，而是通過(guò)電纜拉到監(jiān)控室的計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，由于互感器輸出的是弱信號(hào)，不適于長(zhǎng)距離的傳送，而且容易受外界信號(hào)的干擾；三是AD轉(zhuǎn)換芯片采用8位的分辨率不能滿足泄漏電流的微弱信號(hào)測(cè)量精度要求；四是不符合智能變電站的數(shù)字化采樣的要求，母線電壓的測(cè)量不能滿足通過(guò)合并單元進(jìn)行采樣，不適合智能變電站的設(shè)計(jì)要求。在智能變電站中，對(duì)于電壓和電流信號(hào)的測(cè)量，已廣泛采用合并單元將信號(hào)就地進(jìn)行數(shù)字化，通過(guò)IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)以光纖為通信介質(zhì)將測(cè)量的原始采樣值傳送給測(cè)量、保護(hù)、錄波、動(dòng)態(tài)向量等功能單元。不再采用電纜鋪設(shè)的方式將電壓、電流等模擬信號(hào)接入測(cè)量保護(hù)單元。在智能變電站設(shè)計(jì)中，基于統(tǒng)一考慮將不會(huì)為介損測(cè)量單元單獨(dú)鋪設(shè)電纜采集電壓信號(hào)。而介損測(cè)量單元需要母線PT的電壓信號(hào)，這給傳統(tǒng)的介損在線測(cè)量單元的應(yīng)用帶來(lái)了問(wèn)題。必須研制新一代的基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)裝置。文獻(xiàn)二《基于DSP的容性設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)在線監(jiān)測(cè)方法》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化2004年10月號(hào)第28卷第19期第71頁(yè))披露了一種基于DSP的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)方法。該方法考慮了影響測(cè)量精度的信號(hào)干擾、諧波影響和電網(wǎng)頻率波動(dòng)影響等因素。但其采樣為傳統(tǒng)的模擬量采樣，其介紹的頻率跟蹤算法不適用于基于IEC-61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化采樣要求。文獻(xiàn)三《基于加漢寧窗插值的諧波分析法用于介損角測(cè)量的分析》(電力系統(tǒng)自動(dòng)化2006年I月號(hào)第30卷第2期第81頁(yè))披露了一種加漢寧窗插值的諧波分析法可減輕非同步采樣對(duì)介質(zhì)損耗角測(cè)量的影響。首先該方法同樣是基于模擬量采集不適用于基于數(shù)字化采樣的智能變電站。其次未進(jìn)行頻率跟蹤，其介紹的基于加漢寧窗插值的諧波分析法只是減輕非整周期采樣對(duì)介質(zhì)損耗角測(cè)量 的影響，并未通過(guò)頻率跟蹤實(shí)現(xiàn)整周期采樣。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的實(shí)用新型目的是I、智能變電站中，采集PT電壓通過(guò)合并單元就地采集，不能滿足目前介損測(cè)量單元需要通過(guò)電纜方式接入模擬信號(hào)的要求，本實(shí)用新型需解決智能變電站中基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)采樣的介損測(cè)量裝置；2、采集PT電壓與采集泄漏電流的合并單元不是同一個(gè)合并單元，怎樣保證2路信號(hào)的同步采集是精確測(cè)量介質(zhì)損耗的關(guān)鍵；3、怎樣抑制信號(hào)中的直流漂移以及電網(wǎng)的3次、5次、7次諧波對(duì)介質(zhì)損耗角的測(cè)量精度的影響。4、在電網(wǎng)頻率波動(dòng)的情況下，基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)采樣的介損測(cè)量單元如何實(shí)現(xiàn)頻率跟蹤，防止頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型是采取以下的技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括電壓互感器，電壓互感器一端與母線或線路相連，電壓互感器另一端接入合并單元，合并單元通過(guò)光纖將參考電壓信號(hào)以IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)輸入介質(zhì)損耗測(cè)量單元，時(shí)鐘單元通過(guò)光纖將B碼對(duì)時(shí)信號(hào)接入介質(zhì)損耗測(cè)量單元、介質(zhì)損耗測(cè)量單元與綜合監(jiān)測(cè)單元或站端監(jiān)測(cè)單元相連，容性設(shè)備接地線上套接高精度零磁通泄漏電流互感器，將互感器輸出的電壓信號(hào)接入就地安裝的介質(zhì)損耗測(cè)量裝置。前述的基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述介質(zhì)損耗測(cè)量裝置包括嵌入式處理器PowerPC，嵌入式處理器包括2路串行接口，其中I路為RS 232調(diào)試口，另外一路為用于采用RS485通信的站控層系統(tǒng)通信接口，光纖以太網(wǎng)通信口一用于與變壓器智能組件主智能電子設(shè)備或站控層分析系統(tǒng)進(jìn)行通信，光纖以太網(wǎng)通信口二用于與合并單元的IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)通信，F(xiàn)PGA與嵌入式處理器相連，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)系統(tǒng)和AD信號(hào)的同步采樣，外部FLASH同時(shí)與嵌入式處理器、FPGA相連，用于程序的存儲(chǔ)。本實(shí)用新型所達(dá)到的有效果采用本實(shí)用新型裝置，可以解決目前智能變電站建設(shè)中基于全站數(shù)字化采樣的容性電力設(shè)備介質(zhì)損耗測(cè)量問(wèn)題。本申請(qǐng)中基于光纖B碼對(duì)時(shí)的對(duì)時(shí)誤差小于I y S，頻率的測(cè)量精度達(dá)到0. 003Hz，完全滿足介質(zhì)損耗的測(cè)量要求。通過(guò)對(duì)泄漏電流的就地化采集、高精度互感器和高分辨率AD芯片的使用保證了測(cè)量的精度和穩(wěn)定性。較傳統(tǒng)的測(cè)量方式避免了由于小信號(hào)長(zhǎng)距離傳送帶來(lái)的信號(hào)衰減和易受外部干擾等問(wèn)題。另外，就地的數(shù)字化采集，使用光纖取代電纜，可以節(jié)約變電站建設(shè)的成本，提高信息的共享，符合智能變電站的節(jié)約環(huán)保等理念。

圖I是傳統(tǒng)容性電力設(shè)備介質(zhì)損耗測(cè)量原理圖；圖2是用本實(shí)用新型實(shí)施的基于IEC61850-9-2 標(biāo)準(zhǔn)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗測(cè)量系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)框圖；圖3是說(shuō)明實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的介損測(cè)量裝置的核心板件硬件結(jié)構(gòu)圖；圖4是用程序?qū)崿F(xiàn)本實(shí)用新型的介損測(cè)量方法的算法流程圖。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)裝置，采用POWERPC和FPGA作為嵌入式硬件平臺(tái)，設(shè)計(jì)有2個(gè)以上光纖接口和B碼對(duì)時(shí)接口。介損測(cè)量裝置通過(guò)與合并單元以IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)通信方式采集參考電壓信號(hào)，通過(guò)光纖B碼對(duì)時(shí)實(shí)現(xiàn)參考電壓與泄漏電流的同步采集，通過(guò)高精度零磁通互感器和16位AD實(shí)現(xiàn)對(duì)泄漏電流的采集，通過(guò)重采樣算法和軟件頻率跟蹤算法實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾信號(hào)的剔除以及整周期采樣，實(shí)現(xiàn)容性設(shè)備介質(zhì)損耗的高精度在線監(jiān)測(cè)，具體方法如下(I)在容性設(shè)備接地線上套接高精度零磁通泄漏電流互感器，將互感器輸出的電壓信號(hào)接入就地安裝的介質(zhì)損耗測(cè)量裝置(UI)，用于測(cè)量容性設(shè)備的泄漏電流信號(hào)，Ul具有B碼對(duì)時(shí)接口，利用B碼輸出的分脈沖信號(hào)啟動(dòng)AD采樣；(2)將Ul的交流采樣(SV)接口(光纖口)通過(guò)光纖接入采集參考電壓的合并單元輸出接口或相應(yīng)的交流采樣網(wǎng)絡(luò)(SV網(wǎng))，其采集的采樣值信息帶有時(shí)標(biāo)；(3)在Ul中基于時(shí)標(biāo)信息對(duì)齊泄漏電流信號(hào)和參考電壓信號(hào)，由于目前合并單元采用的是80點(diǎn)/周波的采樣頻率，需要進(jìn)行重采樣，根據(jù)重采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析等信號(hào)處理方法求出角差、泄漏電流、頻率、電容量等參數(shù)，最后根據(jù)計(jì)算出的頻率調(diào)整重采樣間隔，實(shí)現(xiàn)整周期采樣，提高測(cè)量精度和穩(wěn)定性。具體算法如下1、對(duì)合并單元的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行重采樣設(shè)fs為合并單元采樣頻率，Ts為相應(yīng)的采樣周期，fV為介損測(cè)量單元重采樣頻率，Ts'為相應(yīng)的重采樣周期。貝IjTs'=與'Ts
faT(n) = Kn-D+Ts'浮點(diǎn)數(shù)T(n)為當(dāng)前插值點(diǎn)位置，浮點(diǎn)數(shù)T(n-l)為上一點(diǎn)插值點(diǎn)位置，設(shè)m是小于T (n)的最大整數(shù)，并設(shè)浮點(diǎn)數(shù)u = T (n)，則線性插值公式如下Xf (n) = X (m) * (m+l_u) +x (m+1) * (u_m)[0031]其中，X' (n)為重采樣序列中的第n點(diǎn)，x(m)為原采樣序列中的第m點(diǎn)數(shù)值，X(m+1)為原采樣序列中的第m+1點(diǎn)數(shù)值。2、重采樣結(jié)束后進(jìn)行傅立葉變換，計(jì)算出幅值和相角。傅立葉變換結(jié)果可表示為
權(quán)利要求1.一種基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于包括電壓互感器，電壓互感器一端與母線或線路相連，電壓互感器另一端接入合并單元，合并單元通過(guò)光纖將參考電壓信號(hào)以IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)輸入介質(zhì)損耗測(cè)量單元，時(shí)鐘單元通過(guò)光纖將B碼對(duì)時(shí)信號(hào)接入介質(zhì)損耗測(cè)量單元、介質(zhì)損耗測(cè)量單元與綜合監(jiān)測(cè)單元或站端監(jiān)測(cè)單元相連，容性設(shè)備接地線上套接高精度零磁通泄漏電流互感器，將互感器輸出的電壓信號(hào)接入就地安裝的介質(zhì)損耗測(cè)量裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述介質(zhì)損耗測(cè)量裝置包括嵌入式處理器PowerPC，嵌入式處理器包括2路串行接ロ，其中I路為RS232調(diào)試ロ，另外一路為用于采用RS485通信的站控層系統(tǒng)通信接ロ，光纖以太網(wǎng)通信ロー用干與變壓器智能組件主智能電子設(shè)備或站控層分析系統(tǒng)進(jìn)行通信，光纖以太網(wǎng)通信ロニ用于與合并單元的IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)通信，F(xiàn)PGA與嵌入式處理器相連，F(xiàn)PGA實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)系統(tǒng)和AD信號(hào)的同步采樣，外部FLASH同時(shí)與嵌入式處理器、FPGA相連，用于程序的存儲(chǔ)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于IEC61850-9-2采樣標(biāo)準(zhǔn)的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測(cè)裝置，包括電壓互感器，電壓互感器一端與母線或線路相連，電壓互感器另一端接入合并單元，合并單元通過(guò)光纖將參考電壓信號(hào)以IEC61850-9-2標(biāo)準(zhǔn)輸入介質(zhì)損耗測(cè)量單元，時(shí)鐘單元通過(guò)光纖將B碼對(duì)時(shí)信號(hào)接入介質(zhì)損耗測(cè)量單元、介質(zhì)損耗測(cè)量單元與綜合監(jiān)測(cè)單元或站端監(jiān)測(cè)單元相連，容性設(shè)備接地線上套接高精度零磁通泄漏電流互感器，將互感器輸出的電壓信號(hào)接入就地安裝的介質(zhì)損耗測(cè)量裝置。采用本實(shí)用新型的裝置，解決了智能變電站中基于數(shù)字化采樣的介質(zhì)損耗測(cè)量問(wèn)題。
文檔編號(hào)G01R27/26GK202443071SQ20122004497
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者周斌, 張斌, 楊小銘, 沈建 申請(qǐng)人:國(guó)電南瑞科技股份有限公司