CN102141586A - 电力设备在线监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力设备在线监测方法和装置，该方法和装置通过全球同步时钟秒脉冲信号作为相位测量的参考信号，通过无线数据传输方式将电压互感器输出的参考电压信号传送到被测设备附近的监测装置中，无需使用电缆传输电压互感器输出的参考电压信号，从而有效减少了因电缆引起的测量误差；大大降低了电力设备在线监测这种带电作业的风险、提高了在线监测的监测效率。

Description

电力设备在线监测方法及装置

技术领域

本发明涉及电力检测技术领域，特别涉及一种电力设备在线监测方法及装置。

背景技术

对电力设备进行在线监测(带电测试)是实现设备预知性维修的前提，是保证电力设备安全运行的关键。

电力系统中的高压电力设备，若按照其绝缘结构来分类，则电容型绝缘结构的设备占了多数。包括电力电容器、电容式高压套管、电容式绝缘电压互感器、电容式绝缘电流互感器、耦合电容器等。对电容型绝缘的设备可通过监测介电特性来发现尚处于早期发展阶段的缺陷，而反映介电特性的参数有介质损耗角tanδ、电容值C和泄漏电流I，因此对于电力设备的在线监测就是需要检测这些介电特性。

现有在线测量装置测量介电特性的方法主要是相位差法，其原理如图1所示，电容电压信号Ux通过电压互感器的输出，再经过分压电阻R1和R2降压后，通过电压信号传输电缆传输到位于被测设备附近的在线测量装置中；被测设备的电容电流信号Ix通过电流互感器的输出后，通过电缆传输到在线测量装置中；电压预处理模块101对输入的电压信号进行低通滤波、放大、整形等处理后得到电压参考信号，并输入测量计算模块103；电流信号预处理模块102对输入的电流信号进行低通滤波、放大、整形等处理后得到电流参考信号，并输入测量计算模块103；测量计算模块103根据得到的电流参考信号和电压参考信号既可测量出电流参考信号和电压参考信号之间的相位差Φ；之后，就可根据介损角计算公式δ＝0.5π-Φ计算出介损角δ。测量计算模块103根据电流参考信号I和电压参考信号U的幅值，既可计算出电容值C，而泄露电流则可以直接通过电流互感器输出的电流测出，即等于电流互感器输出的电流信号的幅值。

虽然现有的相位差法可以实现电力设备的在线监测，但是由于电压互感器距离被测设备可能有几十米甚至几百米，导致传输电压信号的电缆长度过长。而电缆长度过长将大大增加电压信号的误差，从而增加计算出的介损角δ的测量误差，且使用极其不方便；另外，较长的电缆现无疑又增加了造成电压互感器输出短路的风险。

发明内容

本发明实施例提供一种电力设备在线监测方法，能够实现电力设备的远程在线监测，减少电力设备介电特性的测量误差。

本发明实施例提供一种电力设备在线监测装置，能够实现电力设备的远程在线监测，减少电力设备介电特性的测量误差。

为达到上述目的，本发明的技术方案具体是这样实现的：

一种电力设备在线监测方法方法，该方法包括：

根据全球同步时钟秒脉冲信号测量位于被测设备远端的电压互感器输出的电压信号及其与所述秒脉冲信号之间的电压相位差；根据所述秒脉冲信号测量位于被测设备近端的电流互感器输出的电流信号及其与所述秒脉冲信号之间的电流相位差；

通过无线数据传输方式获取所述测量出的电压相位差和电压信号，并根据所述电流信号、电压信号、电压相位差和电流相位差，计算被测设备的介电特性参数。

较佳地，所述全球同步时钟秒脉冲信号包括：

美国GPS全球同步时钟秒脉冲信号、中国北斗全球同步时钟秒脉冲信号、俄罗斯GLONASS全球同步时钟秒脉冲信号，或欧洲伽利略全球同步时钟秒脉冲信号。

较佳地，所述无线数据传输方式包括：WIFI、GPRS或3G。

较佳地，所述根据电流信号、电压信号电压相位差和电流相位差计算被测设备的介电特性参数，包括：

介损角δ＝0.5π-Φ；其中，电流信号与电压信号的相位差Φ＝所述电流相位差Φ_I-所述电压相位差Φ_U；

泄漏电流＝所述电流信号的幅值I；

电容C＝I/2πfU；其中，I为所述电流信号的幅值，U为所述电压信号的幅值。

一种电力设备在线监测装置，该装置包括：

电压测量模块，连接位于被测设备远端的电压互感器的输出，用于通过全球同步时钟信号接收天线获取全球同步时钟秒脉冲信号，作为电压信号相位参考信号，测量所述电压互感器输出的电压信号及其与所述秒脉冲信号之间的电压相位差；并将所述电压相位差和电压信号通过无线数据传输天线，以无线方式发送给数据处理模块；

电流测量模块，连接位于被测设备近端的电流互感器的输出，用于通过全球同步时钟信号接收天线获取全球同步时钟秒脉冲信号，作为电流信号相位参考信号，测量所述电流互感器输出的电流信号及其与全球同步时钟秒脉冲信号之间的电流相位差；并将所述电流相位差和电流信号发送给数据处理模块；

数据处理模块，用于根据通过无线数据传输天线获得的所述电压相位差和电压信号，以及所述电流相位差和电流信号计算出被测设备的介电特性参数。

较佳地，所述电流测量模块包括：

无线数据传输天线，用于通过无线传输方式向所述数据处理模块发送所述电流相位差和电流信号。

较佳地，所述数据处理模块包括：

介损角计算单元，用于根据所述电流相位差和电压相位差计算介损角δ，具体为：

介损角δ＝0.5π-Φ；其中，电流信号与电压信号的相位差Φ＝电流相位差Φ_I-电压相位差Φ_U；

泄漏电流计算单元，用于根据所述电流信号的幅值I得到泄漏电流；

电容计算单元，用于根据所述电流信号和电压信号计算电容C，具体为：

电容C＝I/2πfU；其中，I为所述电流信号的幅值，U为所述电压信号的幅值。

由上述的技术方案可见，本发明的这种电力设备在线监测方法和装置，通过全球同步时钟秒脉冲信号作为电压和电流相位测量的参考信号，可以得到电压信号和电流信号相对于全球同步时钟秒脉冲信号的相位差，进而间接得到电流信号和电压信号之间的相位差，因此无需为了测量相位差而使用电缆传输电压互感器输出的电压信号，而是通过无线数据传输方式将电压互感器输出的电压信号传送到被测设备附近的监测装置中，从而有效减少了因电缆引起的测量误差。另外，不使用电缆传输电压互感器输出的电压信号，大大降低了电力设备在线监测这种带电作业的风险、提高了在线监测的监测效率。

附图说明

图1为现有电力设备在线监测原理示意图；

图2为本发明实施例的电力设备在线监测装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。

本发明主要是通过全球同步时钟秒脉冲信号作为电压和电流相位测量的参考信号，可以得到电压信号和电流信号相对于全球同步时钟秒脉冲信号的相位差，进而间接得到电流信号和电压信号之间的相位差，因此无需为了测量相位差而使用电缆传输电压互感器输出的电压信号，而是通过无线数据传输方式将电压互感器输出的电压信号传送到被测设备附近的监测装置中，从而有效减少了因电缆引起的测量误差。

图2为本发明实施例的电力设备在线监测装置结构示意图，如图2所示，本发明的远程在线监测设备包括：

电压测量模块201，连接位于被测设备远端的电压互感器的输出，用于通过全球同步时钟信号接收天线获取全球同步时钟秒脉冲信号，作为电压信号相位参考信号，测量所述电压互感器输出的电压信号及其与所述秒脉冲信号之间的电压相位差；并将所述电压相位差和电压信号通过无线数据传输天线，以无线传输方式发送给数据处理模块203；

电流测量模块202，连接位于被测设备近端的电流互感器的输出，用于通过全球同步时钟信号接收天线获取全球同步时钟秒脉冲信号，作为电流信号相位参考信号，测量所述电流互感器输出的电流信号及其与全球同步时钟秒脉冲信号之间的电流相位差；并将所述电流相位差和电流信号发送给数据处理模块203；

数据处理模块203，用于根据通过无线数据传输天线获得的所述电压相位差和电压信号，以及所述电流相位差和电流信号计算出被测设备的介电特性参数。

其中，电流测量模块202与数据处理模块203之间可以通过有线方式或无线方式连接。例如电流测量模块202和数据处理模块203之间采用有线方式连接时，上述电流测量模块202和数据处理模块203可以集成于一个物理实体中，而电压测量模块201可以是一个独立的物理实体；测量时，将集成电压测量模块201的部分置于被测设备远端，而将集成有电流测量模块202和数据处理模块203的部分置于被测设备近端，即可即可实现远程的在线监测，如果采用无线方式连接则电流测量模块202种还包括无线数据传输天线，用于通过无线方式向所述数据处理模块203发送所述电流相位差和电流信号，此时，电流测量模块202和数据处理模块203可以分开集成于不同的物理实体，测量时，将集成电压测量模块201的部分置于被测设备远端，将集成有电流测量模块202的部分置于被测设备近端，而将集成有数据处理模块203的部分置于监测中心，这样，即使人员不靠近被监测设备，即可得到监测数据，实现远程的在线监测。

另外，所述数据处理模块203可以包括：

介损角计算单元，用于根据所述电流相位差和电压相位差计算介损角δ，具体为：

介损角δ＝0.5π-Φ；其中，电流信号与电压信号的相位差Φ＝电流相位差Φ_I-电压相位差Φ_U；

泄漏电流计算单元，用于根据所述电流信号的幅值I得到泄漏电流；

电容计算单元，用于根据所述电流信号和电压信号计算电容C，具体为：

电容C＝I/2πfU；其中，I为所述电流信号的幅值，U为所述电压信号的幅值。

具体来说，根据本发明的在线监测装置测量出电流信号、电压信号、电流相位差和电压相位差后，如何计算出所需的具体介电特性参数，计算出什么介电参数，都可以根据具体需要而定，本发明关键之处在于采用了全球同步时钟秒脉冲信号作为电压和电流相位测量的参考信号，从而能够得到准确的电流和电压相位差的数据，且可以进行无线传输，无需通过传统的有线方式测量电流和电压之间的相位差。

本发明实施例的电力设备在线监测方法包括如下步骤：

步骤301，根据全球同步时钟秒脉冲信号测量位于被测设备远端的电压互感器输出的电压信号与全球同步时钟秒脉冲信号之间的电压相位差Φ_U；根据全球同步时钟秒脉冲信号测量位于被测设备近端的电流互感器输出的电流信号与全球同步时钟秒脉冲信号之间的电流相位差Φ_I；测量所述电压互感器输出的电压信号和所述电流互感器输出的电流信号；

步骤302，获取所述电流相位差Φ_I和电流信号；并通过无线方式获取所述电压相位差Φ_U和电压信号；

步骤303，根据所述电流相位差Φ_I、电流信号、电压相位差Φ_U和电压信号计算被测设备的介电特性参数。

其中，所述通过无线方式获取所述电压相位差Φ_U和电压信号时，可以采用任意无线通信协议，例如无线宽带(WIFI)、分组数据服务(GPRS)、第3代移动通信(3G)等均可。另外，获取所述电流相位差Φ_I和电流信号时，除了现有的有线方式外，也可以采用如获取所述电压相位差Φ_U和电压信号时的无线方式。

现有的全球同步时钟信号很多，例如美国GPS全球同步时钟秒脉冲信号、中国北斗全球同步时钟秒脉冲信号、俄罗斯GLONASS全球同步时钟秒脉冲信号，或欧洲伽利略全球同步时钟秒脉冲信号等，本发明中采用现有的任何全球同步时钟信号都是可以的。

另外，所述根据Φ_U、电压信号、Φ_I和电流信号计算被测设备的介电特性参数的具体方法为：

介损角δ＝0.5π-Φ；其中，电流信号与电压信号的相位差Φ＝电流相位差Φ_I-电压相位差Φ_U；

泄漏电流＝所述电流信号的幅值I；

电容C＝I/2πfU；其中，I为所述电流信号的幅值，U为所述电压信号的幅值。

本发明的这种电力设备的远程在线监测方法由于在测量电流信号与电压信号的相位差Φ时，是通过间接测量电压信号与全球同步时钟秒脉冲信号之间的电压相位差Φ_U以及电流信号与全球同步时钟秒脉冲信号之间的电流相位差Φ_I，再通过计算后得到的，不是直接测量电流信号与电压信号的相位差Φ；因此本发明的这种电力设备在线监测方法也可称为间接相位差法。

由上述的实施例可见，本发明的这种电力设备在线监测方法和装置，无需使用电缆传输电压互感器输出的电压信号，而是通过无线数据传输方式将电压互感器输出的电压信号传送到被测设备附近的监测装置中，从而有效减少了因电缆引起的测量误差；不使用电缆传输电压互感器输出的电压信号，大大降低了电力设备在线监测这种带电作业的风险、提高了在线监测的监测效率。

Claims (7)

1.一种电力设备在线监测方法，其特征在于，该方法包括：

根据全球同步时钟秒脉冲信号测量位于被测设备远端的电压互感器输出的电压信号及其与所述秒脉冲信号之间的电压相位差；根据所述秒脉冲信号测量位于被测设备近端的电流互感器输出的电流信号及其与所述秒脉冲信号之间的电流相位差；

通过无线数据传输方式获取所述测量出的电压相位差和电压信号，并根据所述电流信号、电压信号、电压相位差和电流相位差，计算被测设备的介电特性参数。

2.如权利要求1所述的电力设备在线监测方法，其特征在于，所述全球同步时钟秒脉冲信号包括：

美国GPS全球同步时钟秒脉冲信号、中国北斗全球同步时钟秒脉冲信号、俄罗斯GLONASS全球同步时钟秒脉冲信号，或欧洲伽利略全球同步时钟秒脉冲信号。

3.如权利要求1所述的电力设备在线监测方法，其特征在于，所述无线数据传输方式包括：WIFI、GPRS或3G。

4.如权利要求1所述的电力设备远程在线监测方法，其特征在于，所述根据电流信号、电压信号电压相位差和电流相位差计算被测设备的介电特性参数，包括：

介损角δ＝0.5π-Φ；其中，电流信号与电压信号的相位差Φ＝所述电流相位差Φ_I-所述电压相位差Φ_U；

泄漏电流＝所述电流信号的幅值I；

电容C＝I/2πfU；其中，I为所述电流信号的幅值，U为所述电压信号的幅值。

5.一种电力设备在线监测装置，其特征在于，该装置包括：

电压测量模块，连接位于被测设备远端的电压互感器的输出，用于通过全球同步时钟信号接收天线获取全球同步时钟秒脉冲信号，作为电压信号相位参考信号，测量所述电压互感器输出的电压信号及其与所述秒脉冲信号之间的电压相位差；并将所述电压相位差和电压信号通过无线数据传输天线，以无线传输方式发送给数据处理模块；

电流测量模块，连接位于被测设备近端的电流互感器的输出，用于通过全球同步时钟信号接收天线获取全球同步时钟秒脉冲信号，作为电流信号相位参考信号，测量所述电流互感器输出的电流信号及其与全球同步时钟秒脉冲信号之间的电流相位差；并将所述电流相位差和电流信号发送给数据处理模块；

数据处理模块，用于根据通过无线数据传输天线获得的所述电压相位差和电压信号，以及所述电流相位差和电流信号计算出被测设备的介电特性参数。

6.如权利要求4所述的电力设备在线监测装置，其特征在于，所述电流测量模块包括：

无线数据传输天线，用于通过无线传输方式向所述数据处理模块发送所述电流相位差和电流信号。

7.如权利要求5或6所述的电力设备在线监测装置，其特征在于，所述数据处理模块包括：

介损角计算单元，用于根据所述电流相位差和电压相位差计算介损角δ，具体为：

介损角δ＝0.5π-Φ；其中，电流信号与电压信号的相位差Φ＝电流相位差Φ_I-电压相位差Φ_U；

泄漏电流计算单元，用于根据所述电流信号的幅值I得到泄漏电流；

电容计算单元，用于根据所述电流信号和电压信号计算电容C，具体为：

电容C＝I/2πfU；其中，I为所述电流信号的幅值，U为所述电压信号的幅值。

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