用於通過在線測量電路參數來監測電力設施狀態的系統和方法
2023-11-02 01:19:52
用於通過在線測量電路參數來監測電力設施狀態的系統和方法
【專利摘要】本發明涉及一種用於通過在線測量處於工作中的電力設施的線路參數來監測所述電力設施的系統和方法，並且根據本發明的所述用於監測所述電力設施的系統根據外部輸入來設定測量時間並選擇將要進行測量的設施；接收從所述將要進行測量的設施測量到的電流和電壓數據；提取在所述測量時間同時測量到的電流和電壓數據，所述測量時間是通過參照標記在所輸入的所述電流和電壓數據上的時間信息來設定的；從所述電流和電壓數據去除零相序分量；輸出關於所述將要進行測量的設施的所述線路參數，所述線路參數是通過使用所述零相序分量已從其中去除的所述電流和電壓數據來選擇的；依據所輸出的所述線路參數的大小或增加/減少速率是否超出預定標準值來確定所述設施的包括故障和各種連接狀態的電學狀態，以便輸出狀態通知消息或跳閘信號，從而監測/控制所述將要進行測量的設施的狀態。
【專利說明】用於通過在線測量電路參數來監測電力設施狀態的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用於通過在線測量電路參數來監測電力設施狀態的系統和方法，所述系統和方法可通過在線測量並監測電力設施的線路參數(電阻R、電感L、電容C和漏電導g)來正確地診斷並監測工作電力設施的狀態。
【背景技術】
[0002]電力設施狀態的變化被表達為線路參數(電阻R、電感L、電容C和漏電導g)的變化。然而，由於至今為止還不存在用於測量工作電力設施的線路參數的方法，所以通過將多個傳感器附接到電力設施並感測溫度、壓力和振動的變化、局部放電現象等(這些現象是從所述設施的線路參數的變化中所產生的二次物理現象)來評估並使用電力設施的狀態。
[0003]在使用傳感器的方法的情況下，可能存在一個區域，在所述區域中因為所安裝的傳感器的位置、數量和分布而測量不到異常狀態。例如，當通過溫度來感測異常狀態時，由於溫度不是從設施的所有部件測量，而是僅在溫度傳感器所安裝的部分處檢測過熱或溫度變化，所以存在感測不到異常狀態的區域。
[0004]另外，由於直到由電力設施本身的變化所產生的二次物理現象出現存在一個時間延遲，所以對設施異常狀態的監測存在一定程度的限制，並且具體地說，在跨越廣闊區域安裝的傳輸線路的情況下，安裝有多個傳感器，由於在維護上存在許多困難，因此這是不切實際的。
[0005]此外，至今為止，不存在以下技術:所述技術用於在線監測斷路器、開關或將電力設施本身的各種連接部件連接到各種設施的類似裝置的連接、接觸部件的不良狀態、舊設施中的電線斷開或類似情況，並且在線測量並監測漏電導和電容的變化，所述漏電導和電容的變化顯示所述設施的絕緣狀態。然而，這些現象可由本發明在任何時間進行測量。
【發明內容】
[0006][技術問題]
[0007]因此，鑑於上述問題已做出本發明，並且本發明的一個目的是提供一種用於通過在線測量電路參數來監測電力設施狀態的系統和方法，所述系統和方法可在操作所述電力設施的同時測量線路參數(電阻R、電感L、電容C和漏電導g)(所述線路參數是其自身的、存在於所述電力設施中的獨特物理量)，並且基於測量到的值來監測所述電力設施的狀態(連接狀態和絕緣狀態)。
[0008][技術解決方案]
[0009]為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供一種用於使用線路參數來監測電力設施狀態的系統，所述系統包括:測量裝置，其包括用於同時採樣並通過將電流和電壓同步到時間同步信號來將通過電流互感器(CT)和電壓互感器(PT)測量到的所述電力設施的電流和電壓轉換成數位訊號的模擬/數字(Α/D)轉換器、用於為所述Α/D轉換器提供所述時間同步信號的全球定位系統(GPS)模塊以及用於通過乙太網傳輸從所述Α/D轉換器輸出的電流和電壓信號的通信模塊；電力設施狀態監測裝置，其包括用於輸入通過所述通信模塊所傳輸的測量數據的輸入單元、用於使用通過所述輸入單元輸入的測量數據來計算受監測目標電力設施的線路參數的運算單元、用於根據特定通信規範來傳輸計算出的線路參數的通信單元以及用於通過控制上述每個構成組件的操作、根據計算出的線路參數的量值或增加速率或減少速率是否超出預定參考值來確定異常狀態的存在並且輸出警報、狀態報警消息或跳閘信號來監測並控制所述電力設施的監測和控制單元；以及人機接口(HMI)，其用於使用從所述電力設施狀態監測裝置所提供的線路參數來評估所述電力設施的狀態。
[0010]根據本發明的另一個方面，提供一種用於通過測量線路參數來監測電力設施狀態的方法，所述方法包括以下步驟:根據外部輸入來設定測量時間並選擇測量目標設施；輸入在所選擇的測量目標設施處測量到的電流和電壓數據；參照標記在所述輸入電流和電壓數據上的時間信息來提取對應於所述設定的測量時間的電流和電壓數據；從提取到的電流和電壓數據去除零相序分量；使用所述零相序分量已從其中去除的電流和電壓數據來計算所選擇的測量目標設施的線路參數；以及根據計算出的線路參數的絕對值的增加速率或減少速率或量值是否超出預定參考值來確定所述電力設施的異常的存在，並輸出警報、狀態報警消息或跳閘信號。
[0011][有益效果]
[0012]因此，由於電力設施中的異常狀態的出現表現為電路參數(R、L、C或g)的變化(所述電路參數的變化是一次物理現象)，所以本發明可通過測量並監測所述參數來正確地監測所述電力設施的狀態。
[0013]本發明可通過以下方式來診斷電力設施的狀態並掌握所述電力設施的異常:同時測量電力設施兩端處的輸入和輸出電壓和電流，通過用於智能電網的通信裝置或類似裝置來接收所述輸入和輸出數據，計算所述電力設施的電學線路參數，並且不間斷地監測所述線路參數。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為示出與本發明有關的用於監測電力設施狀態的系統的配置的視圖。
[0015]圖2為示出圖1的測量裝置的框圖。
[0016]圖3為示出圖1的電力設施狀態監測裝置的框圖。
[0017]圖4為示出根據本發明的一個實施方案的電力設施狀態監測裝置的計算線路參數的方法的流程圖。
[0018]圖5為示出與本發明有關的電力設施的輸入端和輸出端(三相)的視圖。
[0019]圖6為示出與本發明有關的短距離設施的等效電路(單相)的視圖。
[0020]圖7為示出與本發明有關的中距離設施的等效電路(單相)的視圖。
[0021]圖8為示出與本發明有關的四端網絡的視圖。
[0022]圖9為示出與本發明有關的長距離設施的等效電路的視圖。
[0023]圖10為示出與本發明有關的長距離設施(線路)的pi型等效電路的視圖。
【具體實施方式】[0024]以下將參照附圖詳細描述根據本發明的一種用於通過在線測量線路參數(電路參數)來監測電力設施的狀態的系統。
[0025]圖1為示出與本發明有關的用於監測電力設施狀態的系統的配置的視圖。
[0026]所述用於監測電力設施狀態的系統包括:測量裝置10，其用於同時測量傳輸線路的受監測區域兩端處的三相電流和電壓；電力設施狀態監測裝置20，其用於使用通過所述測量裝置10測量到的測量數據來計算線路參數；以及人機接口(HMI) 30，其用於從所述電力設施狀態監測裝置20接收線路參數，將所述線路參數存儲在資料庫中，並且基於接收到的線路參數，通過根據時間和根據季節監測狀態來確定並監測所述電力設施的狀態。
[0027]這些裝置使用製造來滿足上述單元安裝並應用於的數位化變電站的信息通信(IT)規範的通信程序。變電站的信息通信網絡配置有:過程總線，所述過程總線是測量裝置10與電力設施狀態監測裝置20之間的通信介質；以及站級總線，所述站級總線是電力設施狀態監測裝置20與HMI30之間的通信介質。
[0028]測量裝置10通過乙太網將從安裝在多個點中的電流互感器(CT) I和電壓互感器(PT) 2輸入的測量數據傳輸到電力設施狀態監測裝置20。電流互感器I和電壓互感器2安裝在將要進行監測的電力設施的兩端處，並且測量流過所述電力設施的電流和電壓。另外，配置有斷路器、隔離開關等的氣體絕緣開關裝置(GIS)3存在於將要進行監測的電力設施的兩端處。
[0029]電力設施狀態監測裝置20從測量裝置10接收三相電壓和電流作為採樣值信號，使用所述三相電壓和電流當中具有相同測量時間的數據通過四端線路參數計算來計算每個設施的線路參數，並且將所述線路參數存儲在存儲器中。另外，電力設施狀態監測裝置20將存儲在存儲器中的線路參數作為採樣值信號通過變電站的通信協議傳輸到HMI30。
[0030]電力設施狀態監測裝置20通過以下方式來監測並控制電力設施:基於計算出的線路參數的增加速率和減小速率是否超出預定參考值來確定異常，並且輸出警報、狀態通知消息或跳閘信號。電力設施狀態監測裝置20將電力設施的狀態信息傳輸到HMI30。電力設施的狀態信息包括斷路器的斷開/閉合狀態。
[0031]圖2為示出圖1的測量裝置10的框圖。
[0032]參照圖2，測量裝置10包括模擬/數字(Α/D)轉換單元11、通信模塊12和全球定位系統(GPS)接收模塊13。
[0033]Α/D轉換單元11通過將測量數據同步到時間同步信號來將從測量電力設施電流的電流互感器I和測量電力設施電壓的電壓互感器2輸出的測量數據(電流值和電壓值)轉換成數字數據。
[0034]通信模塊12通過乙太網將從Α/D轉換單元11輸出的數字數據作為採樣值傳輸到電力設施狀態監測裝置20。
[0035]GPS接收模塊13通過天線(ANT)從衛星接收國際標準時間信息，並且將所述時間信息以標籤的形式傳輸到Α/D轉換單元11。Α/D轉換單元11使用從GPS接收模塊13所接收的時間信息作為時間同步信號，並且當測量數據被轉換成數字數據時，將所述時間信息作為標籤插入到所轉換的數字數據中。
[0036]圖3為示出圖1的電力設施狀態監測裝置的框圖。
[0037]電力設施狀態監測裝置20包括輸入單元21、顯示單元22、操縱單元23、運算單元24、電力供應單元25、輸出單元26、通信單元27、存儲單元28以及監測和控制單元29。
[0038]輸入單元21執行接收從測量裝置10輸出的數據的功能，並且可配置有光耦合器和光100B-FX S (通過LAN的電流和電壓數據輸入)。輸入電力設施的輸入端和輸出端的三相電流和電壓值以及斷路器的斷開/閉合狀態。
[0039]顯示單元22顯示與電力設施狀態監測裝置20的操作有關的各種信息(集信息、菜單等)，並且顯示電力設施的受監測區域的線路參數。顯示單元22可使用液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)等來實施或實施為觸控螢幕。當顯示單元22實施為觸控螢幕時,顯示單元22可執行輸入裝置以及顯示裝置的功能。
[0040]操縱單元23配置有用於選擇菜單和設定數據的按鍵。
[0041]運算單元24從測量裝置10接收具有相同時間信息的三相電壓和電流值，並且通過線路參數計算過程來計算監測目標設施的線路參數。線路參數包括作為串聯阻抗的電阻R和電感L，以及作為並聯導納的電容C和漏電導g。
[0042]運算單元24可按數位訊號處理器的形式實施。例如，所述運算單元可按TMS320F28335的形式實施。
[0043]電力供應單元25按SMPS的形式實施來用於將電力供應到配置電力設施狀態監測裝置20的每個構成組件。例如，電力供應單元25接收DC125V(其為變電站的控制電力)作為輸入，將DC125V轉換成DC24V (其為內部輸入電力)，並且供應所轉換的電力作為內部電力。
[0044]輸出單元26配置為內部繼電器，並且輸出警報、消息和跳閘信號。
[0045]通信單元27是ARM系列的基於Linux的MCU，其實施如IEC61850和IEC61970的通信協議，接收包括根據所實施的通信協議來附加的時間標籤的採樣值，並且輸出由運算單元24計算出的線路參數。
[0046]存儲單元28存儲監測和控制單元29、運算單元24和通信單元27的數據值，並且共享內部通信。
[0047]監測和控制單元29監測並控制上述構成組件的操作。
[0048]圖4為示出根據本發明的一個實施方案的電力設施狀態監測裝置的計算線路參數的方法的流程圖。
[0049]參照圖4，監測和控制單元29根據用戶在操縱單元上的操縱來設定三相電壓和電流值的測量時間(秒、分和小時)，並且選擇線路參數測量目標設施(S11)。此處，測量目標設施包括短距離設施、中距離設施和長距離設施。
[0050]接著，監測和控制單元29通過與測量裝置10的通信來接收多個點的兩端(輸入端和輸出端)的三相電流和電壓值，並且將所述三相電流和電壓值輸入到運算單元24中(S12)。此時，監測和控制單元29確認測量數據的時間標籤，並且存取對應於所設定的時間標籤的測量數據。
[0051]運算單元24在監測和控制單元的控制下將零相序分量從測量數據中去除(S13)。此處，運算單元24從測量數據計算零相序分量的電流和電壓，並且去除從測量數據計算出的零相序分量的電流和電壓。
[0052]當測量目標設施為短距離設施時，運算單元24使用測量數據來計算線路參數當中的電阻和電感(串聯阻抗)(S14)。[0053]另一方面，當測量目標設施為中距離設施時，運算單元24計算四端參數(S15)並通過計算出的四端參數來計算中距離設施的線路參數，所述線路參數包括電阻R、電感L、電容C和漏電導g(S16)。
[0054]另一方面，當測量目標設施為長距離設施時，運算單元24將所述設施轉換成pi型等效電路並計算四端參數(S17和S18)。然後，運算單元24計算衰減常數和相位常數，並且計算長距離設施的線路參數(S19和S20)。
[0055]監測和控制單元29確認計算出的線路參數值是否超出由用戶所設定的範圍(S21)。
[0056]如果計算出的線路參數值超出由用戶所設定的範圍，那麼監測和控制單元29輸出警報和狀態報警消息，並且通過輸出跳閘信號來控制斷路器的操作(S22)。
[0057]在下文中將詳細描述計算線路參數的方法。
[0058]首先，如圖5所示，測量裝置10在同一時間測量電力設施的輸入端和輸出端處每個相的電壓和電流值。電力設施狀態監測裝置20的運算單元24在監測和控制單元29的控制下從由測量裝置10測量到的電壓和電流值計算每個相的複數或另一類型的相量值。
[0059]在每個相處測量到的輸入端和輸出端電壓表達為如數學表達式I所示。
[0060]【數學表達式I】
【權利要求】
1.一種用於使用線路參數來監測電力設施狀態的系統，所述系統包括: 測量裝置，所述測量裝置包括用於通過將電流和電壓同步到時間同步信號來將通過電流互感器(CT)和電壓互感器(PT)測量到的所述電力設施的電流和電壓轉換成數位訊號的模擬/數字(Α/D)轉換器、用於為所述Α/D轉換器提供所述時間同步信號的全球定位系統(GPS)模塊以及用於通過乙太網傳輸從所述Α/D轉換器輸出的所述信號的通信模塊； 電力設施狀態監測裝置，所述電力設施狀態監測裝置包括用於輸入通過所述通信模塊所傳輸的測量數據的輸入單元、用於使用通過所述輸入單元所輸入的所述測量數據來計算測量目標設施的線路參數的運算單元、用於根據特定通信規範來傳輸所述計算出的線路參數的通信單元以及用於通過控制所述輸入單元、所述運算單元和所述通信單元的操作、根據所述計算出的線路參數的量值或增加速率或減少速率是否超出預定參考值來確定所述電力設施是否異常並且輸出警報、狀態報警消息或跳閘信號來監測並控制所述電力設施的監測和控制單元；以及 人機接口(HMI)，所述人機接口用於使用從所述電力設施狀態監測裝置所提供的所述線路參數來評估所述電力設施的狀態。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述通信規範是數字變電站處所使用的如IEC61850和IEC61970的通信協議。
3.根據權利要求1所述的系統，其中所述線路參數包括電阻、電感、電容和漏電導。
4.根據權利要求1所述的系統，其中所述運算單元計算所述測量數據的零相序分量，並且通過從所述測量數據減去所述計算出的零相序分量來去除所述零相序分量。
5.一種通過測量線路參數來在線監測電力設施狀態的方法，所述方法包括以下步驟: 根據外部輸入設定測量時間並選擇測量目標設施； 輸入在所述所選擇的測量目標設施處測量到的電流和電壓數據； 參照標記在所述所輸入的電流和電壓數據上的時間信息來提取對應於所述設定的測量時間的電流和電壓數據； 從所述提取到的電流和電壓數據去除零相序分量； 使用所述零相序分量已從其中去除的所述電流和電壓數據來計算所述所選擇的測量目標設施的所述線路參數；以及 根據所述計算出的線路參數的量值或增加速率或減少速率是否超出預定參考值來確定故障或異常的存在，並且輸出警報、狀態報警消息或跳閘信號。
6.根據權利要求5所述的方法，其中所述測量目標設施包括短距離設施、中距離設施和長距離設施。
7.根據權利要求5所述的方法,其中當測量所述電流和電壓數據時,通過GPS接收來接收所述時間信息。
8.根據權利要求5所述的方法，其中當所述測量目標設施為短距離傳輸線路或小容量和中等容量電力設施時，所述線路參數計算步驟計算所述線路參數當中的電阻和電感。
9.根據權利要求6所述的方法，其中當所述測量目標設施為中距離傳輸線路或高容量電力設施時，所述線路參數計算步驟通過四端線路參數計算來計算作為所述線路參數的電阻、電感、電容和漏電導 。
10.根據權利要求6所述的方法，其中當所述測量目標設施為長距離傳輸線路或高於百萬KVA級別的超高容量電力設施時，所述線路參數計算步驟通過將所述測量目標設施轉換成Pi型等效電路來計算四端參數、衰減常數和相位常數，並且使用所述計算出的四端參數、衰減常數和相位常 數來計算所述長距離傳輸線路的線路參數。
【文檔編號】G01R31/08GK103814300SQ201280045336
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年9月19日 優先權日:2011年9月20日
【發明者】金一東, 李鎮洛 申請人:（株）有成計電, 金一東