電子式互感器狀態採集裝置的製作方法
2023-10-11 02:34:34 1
本發明涉及電子式互感器測量技術領域，尤其是涉及電子式互感器狀態採集裝置。
背景技術：
電子式互感器是數位化變電站的重要組成部分，區別於傳統互感器，其最大特點在於將二次信號進行就地數位化，並通過光纖進行數據傳輸。電子式互感器主要包括一次傳感器、採集裝置、絕緣結構等。其中根據絕緣結構設計的不同，採集裝置可能被置於高壓側或者地電位側。置於高壓側時由於收到能量供應的限制，採集裝置一般實現較為簡單，功耗較低；置於地電位時，採集裝置可以直接採用站內電源作為供電電源，能量供應充足，故在進行採集裝置的設計時，可充分擴展開發，提升採集裝置的功能和性能。
作為數位化變電站的關鍵一次設備，電子式互感器的可靠工作是電力系統穩定運行的保證。電子式互感器的可靠性不僅表現為電流電壓採集的準確性，更表現為絕緣氣體壓力、局放、介質損耗、溫度等狀態的穩定性。因此有必要對各重要狀態進行實時監測，而專門針對電子式互感器在線監測，需要引入獨立的監測裝置，並進行完整的數據建模，且數位化變電站中電子式互感器數量較多，故實現起來非常複雜，且成本較高。
技術實現要素：
基於此，有必要針對傳統電子式互感器的可靠性較低，而獨立監測電子式互感器的裝置實施複雜，成本較高的缺陷，提供一種電子式互感器狀態採集裝置。
一種電子式互感器狀態採集裝置，包括：狀態傳感器和機箱，所述機箱用於安裝於電子式互感器上，所述機箱內設置有狀態採集模塊、模擬信號採集模塊和數位訊號處理通訊模塊，所述狀態傳感器用於與所述電子式互感器連接，所述狀態傳感器與所述狀態採集模塊連接，所述狀態採集模塊及所述模擬信號採集模塊均與所述數位訊號處理通訊模塊連接，所述模擬信號採集模塊用於與所述電子式互感器連接，所述數位訊號處理通訊模塊用於與合併模塊連接。
在一個實施例中，所述狀態傳感器的數量設置為多個，多個所述狀態傳感器均與所述狀態採集模塊連接。
在一個實施例中，多個所述狀態傳感器均勻分布於所述電子式互感器的外表面。
在一個實施例中，所述狀態傳感器包括氣體狀態傳感器。
在一個實施例中，所述狀態傳感器包括溫度傳感器。
在一個實施例中，所述狀態傳感器包括溼度傳感器。
在一個實施例中，還包括電流傳感器，所述電流傳感器與所述模擬信號採集模塊連接，所述電流傳感器用於與所述電子式互感器連接。
在一個實施例中，還包括電壓傳感器，所述電壓傳感器與所述模擬信號採集模塊連接，所述電壓傳感器還用於與所述電子式互感器連接。
在一個實施例中，還包括數據處理模塊，所述數據處理模塊與所述數位訊號處理通訊模塊連接。
在一個實施例中，還包括所述合併模塊數位訊號處理通訊模塊。
上述的電子式互感器狀態採集裝置，在實時採集電流電壓信號的同時，也對電子式互感器的運行狀態進行在線監測，並將電流電壓信號以及運行狀態數據發送至合併模塊，實現了對電子式互感器的運行的全面監測，從而提高電子式互感器運行的可靠性，避免了建設電子式互感器在線監測裝置，本發明的架構更為簡單，實施更為簡單，有效降低成本。
附圖說明
圖1為一實施例的電子式互感器狀態採集裝置的模塊框圖；
圖2為另一實施例的電子式互感器狀態採集裝置的模塊框圖。
具體實施方式
為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以某大型省級電網為實施例，結合附圖對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
例如，一種用於採集電子式互感器狀態採集裝置的狀態的電子式互感器狀態採集裝置，其包括：狀態傳感器和機箱。例如，所述機箱用於安裝於所述電子式互感器上；例如，所述機箱內設置有狀態採集模塊、模擬信號採集模塊、以及數位訊號處理通訊模塊，例如，所述狀態傳感器用於與所述電子式互感器連接，所述狀態傳感器與所述狀態採集模塊連接，所述狀態採集模塊與所述數位訊號處理通訊模塊連接，並且，所述模擬信號採集模塊與所述數位訊號處理通訊模塊連接，例如，所述模擬信號採集模塊用於與所述電子式互感器連接，例如，所述數位訊號處理通訊模塊用於與合併模塊連接。例如，還包括所述合併模塊。
如圖1所示，本發明電子式互感器狀態採集裝置的一個實施例，包括：狀態傳感器110和機箱，所述機箱用於安裝於電子式互感器上，所述機箱內設置有狀態採集模塊130、模擬信號採集模塊150和數位訊號處理通訊模塊170，所述狀態傳感器110用於與所述電子式互感器連接，所述狀態傳感器110與所述狀態採集模塊130連接，所述狀態採集模塊130與所述模擬信號採集模塊150均與所述數位訊號處理通訊模塊170連接，所述模擬信號採集模塊150用於與所述電子式互感器連接，所述數位訊號處理通訊模塊170用於與合併模塊210連接。
狀態傳感器110用於檢測電子式互感器的各種狀態，包括氣壓、溫度、溼度等，例如，該狀態傳感器110用於檢測氣壓數據、溫度數據和溼度數據，例如，電子式互感器還用於檢測電子互感器的局部放電狀態、絕緣狀態和介質損耗狀態；例如，狀態採集模塊130用於採集電子式互感器的各種狀態，狀態採集模塊130用於獲取狀態傳感器110檢測的氣壓數據、溫度數據和溼度數據，並將氣壓數據、溫度數據和溼度數據發送至數位訊號處理通訊模塊170，例如，狀態採集模塊130還用於獲取狀態傳感器110檢測的絕緣狀態信息和介質損耗狀態信息；模擬信號採集模塊150用於檢測電子式互感器的電流數據和電壓數據，並將電流數據和電壓數據發送至數位訊號處理通訊模塊170；數位訊號處理通訊模塊170用於接收狀態採集模塊130和模擬信號採集模塊150的數據，例如，數位訊號處理通訊模塊170用於接收狀態採集模塊130和模擬信號採集模塊150的模擬信號，並將該模擬信號轉換為數位訊號，發送至合併模塊210。
上述電子式互感器狀態採集裝置，在實時採集電流電壓信號的同時，也對電子式互感器的運行狀態進行在線監測，並將電流電壓信號以及運行狀態數據發送至合併模塊210，實現了對電子式互感器的運行的全面監測，從而提高電子式互感器運行的可靠性，避免了建設電子式互感器在線監測裝置，本發明的架構更為簡單，實施更為簡單，有效降低成本。
為了更為精準地獲取電子式互感器的狀態，在一個實施例中，請再次參見圖1，所述狀態傳感器110的數量設置為多個，多個所述狀態傳感器110均與所述狀態採集模塊130連接。例如，多個所述狀態傳感器110均勻分布於所述電子式互感器的外表面。這樣，多個所述傳感器能夠將電子式互感器上不同位置的狀態進行檢測，從而能夠獲取更為精確的狀態數據，例如，多個狀態傳感器110為相同的狀態傳感器110，例如，多個狀態傳感器110為同一類的狀態傳感器110，即多個狀態傳感器110用於檢測同一類型的狀態，例如，多個狀態傳感器110均為溫度傳感器，這樣，獲取電子式互感器表面的多個位置的溫度，能夠使得對電子式互感器的溫度檢測更為精確，避免局部偏差引致的檢測結果的誤差。又如，多個狀態傳感器110為不同的狀態傳感器110，例如，多個狀態傳感器110相異設置，例如，多個狀態傳感器110為不同類的狀態傳感器110，即多個狀態傳感器110分別用於檢測不同類型的狀態，例如，多個狀態傳感器110分別用於檢測溫度、溼度、氣體狀態等，這樣，能夠全面地獲取電子式互感器的狀態，從而有效實現對電子式互感器的監測。
值得一提的是，電子式互感器為高壓電器設備，為了提高安全性，需要在電子式互感器內充入六氟化硫(SF6)氣體，以提高電子式互感器的絕緣性，提高安全性。為了對六氟化硫氣體進行檢測，以實時獲取電子式互感器的狀態，避免由於六氟化硫氣體洩露而引起的電子式互感器的故障，或者短路，在一個實施例中，所述狀態傳感器110包括氣體狀態傳感器110，例如，該氣體狀態傳感器110包括氣壓傳感器，例如，該氣體狀態傳感器110包括溼度傳感器，例如，該氣體狀態傳感器110包括溫度傳感器，具體地，該氣體狀態傳感器110用於檢測六氟化硫氣體的氣壓、微水(體積比率：ppmv(V為下標表示以體積為參數)每一百萬份的氣體單位體積中所含水分所佔體積數)以及溫度等，從而全面的對電子式互感器內的六氟化硫氣體的氣體狀態進行全面的監測，避免由於六氟化硫氣體洩露而引起的電子式互感器的故障或者短路，有效提高電子式互感器的安全性。
為了實現對電子式互感器的全面的監測，在一個實施例中，所述狀態傳感器110包括溫度傳感器。例如，所述狀態傳感器110包括溼度傳感器。這樣，能夠獲取到電子式互感器的溫度、溼度，從而判定電子式互感器是否異常，能夠有效提高電子式互感器的可靠性。例如，所述狀態傳感器110還包括局放傳感器，各實施例中，局放即局部放電，例如，所述狀態傳感器110還包括容性電子式互感器介質損耗傳感器，例如，該局放傳感器用於檢測電子式互感器的局部放電狀態和絕緣狀態，容性電子式互感器介質損耗傳感器用於檢測電子式互感器的介質損耗狀態，例如，該局放傳感器包括局放測試儀，用於檢測被測物的局部放電的電量，常用的局部放電的測量方法包括脈衝電流法和無線電幹擾電壓法。
在一個實施例中，請再次參見圖1，還包括電流傳感器151，所述電流傳感器151與所述模擬信號採集模塊150連接，所述電流傳感器151用於與所述電子式互感器連接。例如，還包括電壓傳感器153，所述電壓傳感器153與所述模擬信號採集模塊150連接，所述電壓傳感器153用於與所述電子式互感器連接。具體地，電流傳感器151和電壓傳感器153分別用於連接至電子式互感器，電流傳感器151和電壓傳感器153分別用於檢測電子式互感器的電流和電壓，從而獲取電子式互感器的電流數據和電壓數據，模擬信號採集模塊150採集電流傳感器151和電壓傳感器153的電流數據和電壓數據，並發送至數位訊號處理通訊模塊170，進而實現檢測電子式互感器的狀態是否異常。在本實施例中，電流傳感器151包括低功耗鐵芯線圈、羅氏線圈、同軸電容分壓環和電容分壓器等，電壓傳感器153包括低功耗鐵芯線圈、羅氏線圈、同軸電容分壓環和電容分壓器等。
在一個實施例中，請再次參見圖1，電子式互感器狀態採集裝置還包括數據處理模塊230，所述數據處理模塊230與所述數位訊號處理通訊模塊170連接。例如，所述數據處理模塊230通過光纖與所述數位訊號處理通訊模塊170連接。例如，該數據處理模塊230用於在從所述數位訊號處理通訊模塊170獲取數位訊號後，對數位訊號進行處理，檢測數位訊號是否存在誤差，當數位訊號存在誤差時，生成修正參數，並將該修正參數發送至所述數位訊號處理通訊模塊170；所述數位訊號處理通訊模塊170還用於接收所述數據處理模塊230發送的修正參數，並根據所述修正參數對數位訊號進行修正，獲取修正後的數位訊號。
例如，該數位訊號攜帶的信息或數據包括：電流數據、電壓數據、氣壓數據、溫度數據和溼度數據，例如，該數據處理模塊230用於在從所述數位訊號處理通訊模塊170獲取電流數據和電壓數據之後，對電流數據和電壓數據進行處理，檢測電流數據和電壓數據是否存在誤差，生成修正參數，並將該修正參數發送至所述數位訊號處理通訊模塊170；所述數位訊號處理通訊模塊170還用於接收所述數據處理模塊230發送的修正參數，並根據所述修正參數對電流數據和電壓數據進行修正，獲取修正後的電流數據和電壓數據，從而使得電流數據和電壓數據更為準確。
在一個實施例中，請再次參見圖1，電子式互感器狀態採集裝置還包括合併模塊210，所述數位訊號處理通訊模塊170與所述合併模塊210連接；例如，合併模塊用於將所述數位訊號處理通訊模塊的數位訊號進行合併處理，例如進行合併編碼輸出。例如，該合併模塊210還用於與監測裝置連接，例如，合併模塊210用於將數位訊號處理通訊模塊170的數位訊號發送至監測裝置，該合併模塊210用於將數位訊號處理通訊模塊170發送的包含電子式互感器各狀態的數位訊號進行合併編碼輸出，並輸出至監測裝置，例如，提取電流數據、電壓數據、氣壓數據、溫度數據和溼度數據的字符串數據，將上述字符串數據依次合併，並編碼輸出，例如，將上述字符串數據依次合併，並進行曼徹斯特編碼輸出。監測裝置對該數位訊號進行處理，解析，以判定電子式互感器狀態是否異常，並以此發出警報。
具體地，合併模塊用於將數位訊號發送至監測模塊。例如，合併模塊支持光B碼同步，同步精度≤1μs，可通過IEC61850和FT3標準協議輸出互感器電流和電壓、溫度、溼度、壓強、應變、振動及互感器各種故障狀態量信息，例如，合併模塊用於向監測裝置輸出電流數據、電壓數據、溫度數據、溼度數據、壓強數據、應變數據、振動信息以及互感器的故障狀態量信息。
監測裝置接收合併模塊發送的電流數據、電壓數據和運行狀態數據後，對電流數據、電壓數據和運行狀態數據校驗的處理和校驗，實現對電子式互感器在線校驗和狀態數據的MMS(Manufacturing Message Specification，製造報文規範)轉換，並將該在線校驗數據和狀態數據通過通信單元發送至數據解析裝置，具體地，數據進行過MMS轉換後，發送至數據解析裝置。
數據解析裝置接收到監測裝置的在線校驗數據和狀態數據後，實時解析該校驗數據和狀態數據，判斷校驗數據和狀態數據的有效性，並根據校驗數據和狀態數據的分級輸出告警信號，進行告警。
具體地，數據解析裝置通過分析電子式互感器的電流數據、電壓數據、溫度數據、溼度數據、壓強數據、應變數據、振動信息等物理量數值是否大於預設閾值，電流和電壓的單點是否跳變，幅值是否大於預設閾值，採樣數據是否異常，同步時鐘是否異常，進而判定電子式互感器是否工作正常，當判定電子式互感器工作正常時，則校驗數據為有效。
所述監測裝置還用於根據IEC61850和FT3標準協議進行數據解析，通過基於數據預處理的加二階漢寧卷積窗的高準確度算法提取基波分量的幅值和相位，並計算比差、角差和複合誤差，根據比差、角差繪製精度曲線，分析電子式互感器的數據精度，對精度突變或精度漂移超標等情況發出告警，並建立在線校驗MMS信息表，例如，所述監測裝置還用於將電子式互感器的電流數據、電壓數據、溫度數據、溼度數據、壓強數據、應變數據、振動信息以及互感器的故障狀態量信息進行MMS轉換，並建立在線監測MMS信息表，發送至數據解析裝置。例如，所述監測裝置還用於將電子式互感器的電流數據、電壓數據、溫度數據、溼度數據、壓強數據、應變數據、振動信息和/或互感器的故障狀態量信息，進行MMS轉換，並建立在線監測MMS信息表，發送至數據解析裝置。
所述數據解析裝置用於根據在線監測MMS信息表和在線校驗MMS信息表對電子式互感器的校驗數據的有效性進行解析判斷，進行告警評估分析和綜合判斷，所述數據解析裝置還用於根據指令設置告警級別和告警方式，按預設的分類信息、告警級別進行告警，並形成可視化結果輸出，輸出故障分析報告和綜合故障統計報告。
下面是一個具體的實施例：
在本實施例中，如圖2所示，電子式互感器狀態採集裝置包括：狀態傳感器、狀態採集模塊、模擬信號採集模塊、數位訊號處理通訊模塊，所述狀態傳感器分布於電子式互感器本體各處，所述狀態採集模塊、模擬信號採集模塊及數位訊號處理通訊模塊集成於同一機箱內，且所述機箱安裝於電子式互感器本體上。
在本實施例中，所述模擬信號採集模塊的模擬信號輸入為電子式互感器的電流傳感單元或電壓傳感單元輸出的模擬信號，所述電流傳感單元或電壓傳感單元包括低功耗鐵芯線圈、羅氏線圈、同軸電容分壓環和電容分壓器等。
在本實施例中，所述的狀態傳感器可傳感電子式互感器運行過程中的狀態，包括SF6氣體狀態、電子式互感器局放狀態和容性電子式互感器介質損耗等，所述SF6氣體狀態包括SF6氣體的壓強、微水和溫度等。
在本實施例中，所述狀態傳感器可為僅針對某種狀態的傳感的獨立的傳感器，或對不同的狀態的不同的獨立傳感器。
在本實施例中，所述狀態採集模塊與多個狀態傳感器連接，同時與多個狀態傳感器進行通訊並獲得狀態傳感器的相應狀態信號。
在本實施例中，上述各模塊的連接為電性連接，例如，包括485接口通訊連接、開關量輸入連接以及傳感器供電電源輸出等。
在本實施例中，所述數位訊號處理通訊模塊接收來自狀態採集模塊及模擬信號採集模塊輸出的數位訊號，並對數位訊號進行處理，生成準確的電流電壓信號及狀態信息。
在本實施例中，所述數位訊號處理通訊模塊包含人機接口，其通過光纖乙太網與上位機進行通訊，通訊內容包括數位訊號的上傳，以及參數的上傳與下發。本實施例中，數據處理模塊為上位機。
在本實施例中，通過電流電壓校驗系統和相應的狀態信號校驗系統，測量出數位訊號處理通訊模塊發送的數位訊號的誤差，根據上位機的計算處理，得到相應的修正參數，經過人機接口進行參數下發至數位訊號處理通訊模塊，所述數位訊號處理與通訊模塊接收來自上位機的修正參數，並根據修正參數對相應數位訊號進行修正處理，最終得到準確的電流電壓信號及各狀態信號。
在本實施例中，所述合併模塊最終輸出基於光纖傳播的串行數位訊號，所述信號遵循IEC61850和FT3標準協議，內容包括電壓電流信號及各狀態信號。所述IEC61850標準協議包括IEC61850-7-2、IEC61850-8-1、IEC61850-9-2和IEC61850-9-2LE。
在本實施例中，所述模擬信號採集模塊的模擬信號輸入來自電流或電壓傳感單元，包括低功耗鐵芯線圈、羅氏線圈、同軸電容分壓環、電容分壓器，其中低功耗鐵芯線圈輸出0.1A電流信號，經過2.5歐姆高精度電阻取樣得到0.25V電壓進行採樣；羅氏線圈輸出0.5V電壓，其相位與原始電流為微分關係，故需在採樣前或採樣後對信號進行積分處理；同軸電容分壓環及電容分壓器輸出約2V電壓信號。模擬信號採集模塊的實際採樣率為4000點/秒。
所述狀態傳感器包括SF6氣體狀態、電子式互感器局放、容性電子式互感器介質損耗等。其中SF6氣體狀態傳感器通過SF6氣室上儀表專用接口與電子式互感器的氣室相連通，採用高分子薄膜電容傳感檢測SF6氣體的微水含量、氣壓、溫度等狀態信息，並轉換成數字量，通過485接口輸出至狀態採集模塊；電子式互感器局放傳感器採用超高頻(UHF，Ultra High Frequency)實現對局放信號的快速檢測、分析和診斷，輸出局放最大值、放電次數、放電類型等信息；容性電子式互感器介質損耗傳感器採用微電流傳感器及電容分壓器分別採集洩漏電流及一次電壓，根據洩漏電流及一次電壓計算得出相位角差和介質損耗因數tanσ，其中，σ為介質損耗角，介質損耗因數tanσ是無量綱的物理量，是有功功率與無功功率的比值，用於監測容性電子式互感器的介質損耗，比值越小，說明容性電子式互感器的能量(有功功率)損失越小，能量都用於交換，性能越好，並通過數字接口將相位角差和介質損耗因數tanσ輸出至狀態採集模塊。
所述的狀態採集模塊與多個狀態傳感器連接，狀態採集模塊中包括通訊部分和電源部分，其中電源部分通過採集裝置的電源插件轉換為多路幅值為24V的隔離電源，為多個狀態傳感器提供供電電源；通訊部分採用基於485的MODBUS協議，多個狀態傳感器可以分別通過獨立485信號線與狀態採集模塊連接，也可以掛在同一組485總線上；狀態採集模塊採用輪詢的方式訪問每個狀態傳感器，每秒發出一次訪問命令，故每個狀態傳感器輸出狀態信息的周期為數秒，取決於掛載狀態傳感器的個數。
所述的數位訊號處理通訊模塊接收來自狀態採集模塊和模擬信號採集模塊的數位訊號，其中狀態採集模塊通過背板的CAN總線與數位訊號處理通訊模塊進行通訊，模擬信號採集模塊由於數據量較大，通過SPI協議傳輸數據。
此外，數位訊號處理通訊模塊包含人機接口部分，可通過光纖乙太網與上位機進行通訊，通訊內容包括數位訊號的上傳，以及修正參數的上傳與下發。由於對模擬信號的採集及狀態數據的採集，不可避免的會存在一定的固定偏差，所以需要模擬信號以及狀態數據進行修正。通過電流電壓校驗系統和相應的狀態信號校驗系統，測量出數位訊號處理通訊模塊發送的數位訊號的誤差，根據上位機的計算，得到相應的修正參數，上位機經過人機接口向數位訊號處理通訊模塊下發修正參數，數位訊號處理與通訊模塊接收來自上位機的修正參數，並根據修正參數對相應數位訊號進行修正處理，最終得到準確的電流電壓信號及各狀態信號。
數位訊號處理與通訊模塊完成對電流電壓信號及各狀態量信號的處理後，將所有信號的數字量同時打包成一個數據包，以串行數據的方式逐位輸出，並對其進行曼徹斯特編碼，串行數據的速率為2.5Mbit/S，以5M/S的速率進行曼徹斯特編碼，最終通過光模塊輸出，經過光纖傳播後發送至合併模塊。
應該說明的是，上述系統實施例中，所包括的各個模塊只是按照功能邏輯進行劃分的，但並不局限於上述的劃分，只要能夠實現相應的功能即可；另外，各功能模塊的具體名稱也只是為了便於相互區分，並不用於限制本發明的保護範圍。
另外，本領域普通技術人員可以理解實現上述各實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬體來完成，相應的程序可以存儲於可讀取存儲介質中。
以上所述實施例的各技術特徵可以進行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實施例中的各個技術特徵所有可能的組合都進行描述，然而，只要這些技術特徵的組合不存在矛盾，都應當認為是本說明書記載的範圍。
以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。