CN101762756B - 基于激光泵的电力设备运行状况在线监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于激光泵的电力设备运行状况在线监测系统，包括工控机、两个多路A/D转换器和安装在多个被测设备上的传感器，其特征在于：增设数据处理单元、两个激光泵、两个光电转换模块和3个无源穿芯式电流传感器，其中ABC三相末屏接地线穿过3个电流传感器，安装在多个被测设备上的传感器的输出端接一个多路A/D转换器，3个电流传感器的输出端对应接另一个多路A/D转换器，且两个多路A/D转换器及与其连接的两个光电转换模块均靠近各自连接的传感器或电流传感器安装，两个多路A/D转换器的输出端对应经两个光电转换模块，由光纤接两个激光泵，两个激光泵均经数据处理单元接工控机。本发明抗干扰能力强，避免信号衰减和失真，工作性能优良。

Description

基于激光泵的电力设备运行状况在线监测系统
技术领域
本发明提供一种基于激光泵的电力设备运行状况在线监测系统，属于电力设备监测技术领域。
背景技术
为了保证电力设备的安全运行，需要对电力设备的运行状况进行实时跟踪监测，并对设备进行故障预报和诊断，在线监测系统能够完成电力设备的状态跟踪，是实施状态维修的必由之路。然而，现在大部分的在线监测系统中，采集信号的方式大多是采用电线电缆长距离传输模拟信号，即传感器将测得的电力设备运行信号，经A/D转换和处理后通过电线电缆长距离传输给工控机，这种结构存在以下弊端：
1、由于一般电站或电厂，被测设备(如电流互感器、电压互感器、耦合电容器、变压器套管、铁芯、避雷器等)相距很远，几乎遍布整个电站，所以这种结构中每个被测设备对应的传感器(主要用于采集信号)可以安装在设备旁边，但传感器的输出到数据处理单元的距离是很远的，可能达到五六十米，这样势必造成信号的衰减和失真，同时由于电站内恶劣的电磁环境，更加给模拟信号的传输造成严重干扰，使数据处理单元接收到的数据不准确。
2、系统工作时，为了监测被测设备(容性设备)的介质损耗，即在某时刻，流经容性设备接地线的泄漏电流和母线上电流的相角差，一般取PT的信号代替母线上的信号作为参考；严格上要求采集到的被测设备的信号和参考信号为同一时刻的数据，然后二者才有可比性，才能真正反映出设备的运行情况，但以上结构受数据处理单元中程序的制约，不能同时转换两个端口的模拟数据，故没能使两个信号完全达到真正意义的同步。
3、有些结构考虑将A/D转换部分提前到被测设备附近，也就是传感器输出模拟信号后马上进行A/D转换，然后再将转换后的数字信号通过电线电缆传给数据处理单元；这样的结构中，干扰是非常严重的，A/D转换单元是数据采集和处理的关键环节，太靠近干扰源，势必造成严重的电磁干扰，使采集的数据大大失真。
发明内容
本发明的目的是提供一种能克服上述缺陷、抗干扰能力强、被测信号和参考信号真正的同步、避免信号衰减和失真的基于激光泵的电力设备运行状况在线监测系统。其技术方案为：
包括工控机、两个多路A/D转换器和安装在多个被测设备上的传感器，其特征在于：增设数据处理单元、两个激光泵、两个光电转换模块和3个无源穿芯式电流传感器，其中ABC三相末屏接地线穿过3个电流传感器，安装在多个被测设备上的传感器的输出端接一个多路A/D转换器，3个电流传感器的输出端对应接另一个多路A/D转换器，且两个多路A/D转换器及与其连接的两个光电转换模块均靠近各自连接的传感器或电流传感器安装，两个多路A/D转换器的输出端对应经两个光电转换模块，由光纤接两个激光泵，两个激光泵均经数据处理单元接工控机。
所述的基于激光泵的电力设备运行状况在线监测系统，数据处理单元采用标准的PC104工控板，带有以太网接口，与激光泵之间用以太网连接，工控机经RS485接口接数据处理单元。
所述的基于激光泵的电力设备运行状况在线监测系统，每个光电转换模块均包括充电二极管D、放大器F、电阻R1-3、二极管DT1-2、电容C1-2和运算放大器U，其中充电二极管D的输入端经光纤接激光泵，输出端经放大器F分别接运算放大器U的输入端和二极管DT1-2的一端，二极管DT1-2的一端的另一端分别经电容C1-2接地、并对应接电阻R2-3的一端，电阻R2-3的另一端相接后接运算放大器U的另一输入端，两个光电转换模块中的两个运算放大器U的输出端均对应经A/D转换器2接传感器3、电流传感器，电阻R1与放大器F并接。
其工作原理为：两个多路A/D转换器及与其连接的两个光电转换模块均靠近各自连接的传感器或电流传感器安装，避免受到长距离传输带来的信号衰减和失真，电流传感器为无源穿芯式电流传感器，所以A/D转换不会收到被测设备的恶劣的电磁干扰。多个传感器将测得的被测设备信号及电流传感器将测得的ABC三相末屏接地线信号对应的输出到两个A/D转换器，由两个A/D转换器分别将两路信号转化成数字信号后输出到对应的光电转换模块，激光泵经光纤提供给光电转换和多路A/D转换单元能量的同时，也受控于数据处理单元，输出对该单元的控制信息，数据处理单元采用标准的PC104工控板，带有以太网接口，具有很强的数据处理能力，当需要采集数据时，数据处理单元通过广播形式控制两个激光泵同时发出开始A/D转换的控制命令，这样两个光电转换模块和两个多路A/D转换器同时工作，保证了采集到的被测设备数据和参考信号的数据为同一时刻的数据，同时激光泵具有保存数据的能力，最后数据处理单元收到的数据即为被测设备和参考信号同一时刻的数据，二者才真正达到同步，更具有可比性，提高系统的准确性，工控机主要作为人机接口，装有本系统的专用软件及相关数据库等，可以进行数据浏览、参数设置、采集控制等相关操作，需要进行的命令控制和操作，系统软件将通过RS485或其它现场总线传送给数据处理单元，同样数据处理单元处理后的数据及一些系统相关信息也通过现场总线传送给工控机。
本发明与现有技术相比，具有如下优点：
1、光电转换模块及多路A/D转换器靠近传感器安装，大大减少了传感器输出的模拟信号的传输距离，避免受到长距离传输带来的信号衰减和失真；
2、A/D转换的结果，通过百米光纤传送给数据处理单元，而传感器为无源穿芯式电流传感器，即光电转换及多路A/D转换单元与其它部分是用光隔离的，所以A/D转换不会收到被测设备的恶劣的电磁干扰；
3、被测信号和参考信号真正的同步，二者更加具有可比性；
4、用光来代替电线电缆传输信号和能量，避免远距离传输模拟信号，信号衰减和失真。
附图说明
图1是本发明的工作原理框图；
图2是一路光电转换模块及与多路A/D转换器连接的电路图。
图中：1、工控机  2、多路A/D转换器  3、传感器  4、数据处理单元  5、激光泵  6、光电转换模块  7、电流传感器  8、被测设备  9、末屏接地线
具体实施方式
在图1-2所示的实施例中：数据处理单元4采用标准的PC104工控板，带有以太网接口，工控机1经RS485接口接数据处理单元4，数据处理单元4与激光泵5之间用以太网连接。ABC三相末屏接地线9穿过3个电流传感器7，安装在多个被测设备8上的传感器3的输出端接一个多路A/D转换器2，3个电流传感器7的输出端对应接另一个多路A/D转换器2，且两个多路A/D转换器2及与其连接的两个光电转换模块6均靠近各自连接的传感器3或电流传感器7安装，每个光电转换模块6均包括充电二极管D、放大器F、电阻R1-3、二极管DT1-2、电容C1-2和运算放大器U，其中充电二极管D的输入端经光纤接激光泵5，输出端经放大器F分别接运算放大器U的输入端和二极管DT1-2的一端，二极管DT1-2的一端的另一端分别经电容C1-2接地、并对应接电阻R2-3的一端，电阻R2-3的另一端相接后接运算放大器U的另一输入端，两个光电转换模块6中的两个运算放大器U的输出端均对应经A/D转换器2接传感器3、电流传感器7，电阻R1与放大器F并接。

Claims (2)

1.一种基于激光泵的电力设备运行状况在线监测系统，包括工控机(1)、两个多路A/D转换器(2)和安装在多个被测设备(8)上的传感器(3)，其特征在于：增设数据处理单元(4)、两个激光泵(5)、两个光电转换模块(6)和3个无源穿芯式电流传感器(7)，其中ABC三相末屏接地线(9)穿过3个电流传感器(7)，安装在多个被测设备(8)上的传感器(3)的输出端接一个多路A/D转换器(2)，3个电流传感器(7)的输出端对应接另一个多路A/D转换器(2)，且两个多路A/D转换器(2)及与其连接的两个光电转换模块(6)均靠近各自连接的传感器(3)或电流传感器(7)安装，两个多路A/D转换器(2)的输出端对应经两个光电转换模块(6)，由光纤接两个激光泵(5)，两个激光泵(5)均经数据处理单元(4)接工控机(1)；所述的每个光电转换模块(6)均包括充电二极管D、放大器F、电阻R1-3、二极管DT1-2、电容C1-2和运算放大器U，其中充电二极管D的输入端经光纤接激光泵(5)，输出端经放大器F分别接运算放大器U的输入端和二极管DT1-2的一端，二极管DT1-2的另一端分别经电容C1-2接地、并对应接电阻R2-3的一端，电阻R2-3的另一端相接后接运算放大器U的另一输入端，两个光电转换模块(6)中的两个运算放大器U的输出端均对应经A/D转换器(2)接传感器(3)、电流传感器(7)，电阻R1与放大器F并接。
2.如权利要求1所述的基于激光泵的电力设备运行状况在线监测系统，其特征在于：数据处理单元(4)采用标准的PC104工控板，带有以太网接口，与激光泵(5)之间用以太网连接，工控机(1)经RS485接口接数据处理单元(4)。
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