CN102506985A - 一种高压电抗器在线监测系统及监测方法 - Google Patents

一种高压电抗器在线监测系统及监测方法 Download PDF

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李高峰
高明科
王长安
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Abstract

一种高压电抗器在线监测系统，在电抗器的四壁上安装有四个传感器，四个传感器与信号采集单元相连，信号采集单元与信号调理单元相连，信号调理单元中心服务器相连，主控室机柜内的中心服务器与显示器相连，四个传感器将将振动信号转化为电压信号，送至信号采集单元内，信号采集单元进行信号的调理、采集，得到反映电抗器1振动状态的原始实时数据，然后通过TCP/IP协议将数据传送至中心服务器进一步分析处理存储，并生成各种专业分析图谱，供现场运行人员查看分析振动数据，随时掌握电抗器的振动状态，预防事故发生，本发明利用机械振动原理，对运行高压电抗器在线振动测量，具有运行和维护费低的优点。

Description

一种高压电抗器在线监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及电气设备振动技术领域，特别涉及一种高压电抗器在线监测系统及监测方法。
背景技术
随着我国500kV及以上超高压电网建设速度的加快，对高压并联电抗器的需求也在相应增加。并接于电力系统中的并联电抗器，用于吸收系统中的容性无功功率、限制过电压、抑制同步电机带轻载时可能出现的自励磁现象，起到稳定和保护电力系统的作用，在电力系统中是不可缺少的电气设备。由电抗器的振动超标引起的事故隐患，一直威胁着电网的安全运行，我公司结合多年在超高压电力设备(变压器、电抗器等)状态在线监测领域的经验积累，研究开发500kV及以上电抗器在线振动监测系统，实时监测电抗器运行振动状态，通过分析电抗器振动的特征量(峰峰值、有效值、频率等)的异常，及时发现电抗器内部的电气、机械故障，为电抗器的状态检修工作提供可靠的依据。
在上世纪中叶，以美国为主的西方发达国家，率先在大型汽轮机组在线监测与故障诊断方面展开研究，到目前为止一直在该领域处于领先水平。美国的几家专业公司，如BENTLY、IRD、BEI从事大型水电站机组的运行监控研究，以及对机组可靠性、安全性维修管理技术方面的研究，以有40多年的历史，其中美国的IRD公司研制的IQ2000系统，具有实时监测，状体分析，故障预报与诊断功能。被认为是迄今为止功能最齐全的振动在线监测与诊断系统，此外，瑞士ABB公司、德国西门子公司、日本武田理研等都开发了个自的产品。但由于进口产品售价高，运行和维护费用昂贵，所以国内还未大面积使用。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种高压电抗器在线监测系统及监测方法，利用机械振动原理，对运行高压电抗器在线振动测量，具有运行和维护费低的优点。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种高压电抗器在线监测系统，包括一电抗器1，在电抗器1的四壁上安装有四个传感器2-1、2-2、2-3和2-4，四个传感器的信号输出端与现场机柜内的信号采集单元3相连，信号采集单元3的信号输出端与信号调理单元4的信号输入端相连，信号调理单元4通过光缆与主控室机柜内的中心服务器5相连，主控室机柜内的中心服务器5与显示器6相连。
所述的信号采集单元3包括现场可编程大规模逻辑器件FPGA7，FPGA7的信号输入端连接有四路A/D转换芯片8，FPGA7的信号输出端连接上位机，四路A/D转换芯片8信号接口分别与信号采集单元3的信号输出端相连。
所述的信号采集单元3包括现场可编程大规模逻辑器件FPGA 7，FPGA7的信号输入端连接有四路A/D转换芯片8，FPGA7的信号输出端连接上位机。
一种高压电抗器在线监测方法，包括以下步骤：
步骤一、在电抗器1的四壁上安装有四个传感器2-1、2-2、2-3和2-4，四个传感器将振动信号转化为电压信号，送至信号采集单元3内的各信号采集分站。
步骤二、信号采集分站进行信号的调理、采集，得到反映电抗器1振动状态的原始实时数据，然后通过TCP/IP协议将数据传送至中心服务器进一步分析处理存储，并生成各种专业分析图谱，供现场运行人员查看分析振动数据，随时掌握电抗器的振动状态，预防事故发生。
所述的振动信号是指电抗器在工作时，由于主磁路间隙和材料在麦克斯韦尔力作用下伸缩而引起铁饼的固有振动，采集的振动信号为电抗器的振动幅度和振动频率。
所述的专业分析图谱是指反应电抗器的振动幅度、频率和振动趋势的图谱。
根据《GB50150-2006》之规定：电压等级为500kV的电抗器，在额定工况下测得的箱壳振动振幅双峰值不应大于100μm。
本发明运用机械振动相对成熟技术与高压监测相结合，经过系统改进，对运行高压电抗器在线振动测量，其中包括三个表征参数，即幅值、频率和相位。振动幅值表征振动和摆度大小以及激烈程度，振动量通常可以用位移、速度、加速度三种方式表示。一般在低频振动时用位移表示，高频或冲击振动用加速度表示，中频振动用速度表示。
附图说明
图1为系统结构原理图。
图2为信号采集单元3的结构示意图。
图3波形频谱图。
图4振动趋势图。
图5为系统拓扑图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细叙述。
参照图1，一种高压电抗器在线监测系统，包括一电抗器1，在电抗器1的四壁上安装有四个传感器2-1、2-2、2-3和2-4，四个传感器的信号输出端与现场机柜内的信号采集单元3相连，信号采集单元3的信号输出端与信号调理单元4的信号输入端相连，信号调理单元4通过光缆与主控室机柜内的中心服务器5相连，主控室机柜内的中心服务器5与显示器6相连。
所述的信号采集单元3包括现场可编程大规模逻辑器件FPGA7，FPGA7的信号输入端连接有四路A/D转换芯片8，FPGA7的信号输出端连接上位机，四路A/D转换芯片8信号接口分别与信号采集单元3的信号输出端相连。
一种高压电抗器在线监测方法，包括以下步骤：
步骤一、在电抗器1的四壁上安装有四个传感器2-1、2-2、2-3和2-4，四个传感器将将振动信号转化为电压信号，送至现场机柜内的信号采集分站；
步骤二、信号采集分站进行信号的调理、采集，得到反映电抗器1振动状态的原始实时数据，然后通过TCP/IP协议将数据传送至中心服务器进一步分析处理存储，并生成各种专业分析图谱，供现场运行人员查看分析振动数据，随时掌握电抗器的振动状态，预防事故发生。
信号采集分站是信号采集单元3和信号输出端与信号调理单元4的总称。负责从四个传感器获取信号再对信号进行调理、采集即模数转化。技术指标：±5V电压信号输入；1MPS采样速率；16位采样精度；24路并行采集。
参照图2，硬件结构中数据采集和分析处理基于FPGA7(现场可编程大规模逻辑器件)实现，同时配合海量SDRAM存储器；该平台下最高1Gbit/s的数据处理量，可以在1秒内完成24通道每通道8192点数据的处理。
信号采集单元3数据采样模块由一块FPGA7和四块A/D转换芯片8组成，FPGA7根据上位机发送来的采样指令来控制四块A/D转换芯片8，将传感器发出的加速度信号进行转换，然后通过2次积分最终得到振动信号位移值，
FPGA7选用Xilinx的XCXX，XCXX内部有丰富的Blockram，可以用它来实现RAM用作缓存，存放数据。A/D转换芯片8采用ATMEL公司的ADXX，有6个互相独立的16位采样通道，最高采样频率可达1MHz。为了使信号转换的效率更高，FPGA7采样控制部分和数据传输部分由不同的敏感信号触发。FPGA7在系统复位之后一直属于从属状态，当FPGA7接收到上位机的采集命令后，将标志位置位，采样控制部分检测到标志位的同时启动4块A/D转换芯片8，使每次转换采样4个点的数据，然后将各个A/D转换芯片8转换的数据存储到特定的内部RAM中，6次转换时间就完成了24路信号的转换。
图3显示的图谱为振动通道的波形图和频谱图，上半部分显示的是所选通道时域波形图，显示振动的幅值和波形；下半部分显示的是所选通道的频谱，显示振动的振幅、频率及倍频值。
图4显示的图谱为一台电抗器多个振动通道的特征值在一段时间内的变化趋势，通过趋势图可判断电抗器的振动趋势。
图5为系统拓扑图，是实际使用时的现场组网图，通过后台服务器可对多台电抗器进行振动在线监测。

Claims (6)

1.一种高压电抗器在线监测系统，其特征在于，包括电抗器(1)，在电抗器(1)的四壁上安装有四个传感器(2-1)、(2-2)、(2-3)和(2-4)，四个传感器的信号输出端与现场机柜内的信号采集单元(3)相连，信号采集单元(3)的信号输出端与信号调理单元(4)的信号输入端相连，信号调理单元(4)通过光缆与主控室机柜内的中心服务器(5)相连，主控室机柜内的中心服务器(5)与显示器(6)相连。
2.根据权利要求1所述的一种高压电抗器在线监测系统，其特征在于，所述的信号采集单元(3)包括现场可编程大规模逻辑器件FPGA(7)，FPGA(7)的信号输入端连接有四路A/D转换芯片(8)，FPGA(7)的信号输出端连接上位机，四路A/D转换芯片(8)信号接口分别与信号采集单元(3)的信号输出端相连。
3.根据权利要求1所述的一种高压电抗器在线监测系统，其特征在于，所述的信号采集单元(3)包括现场可编程大规模逻辑器件FPGA(7)，FPGA(7)的信号输入端连接有四路A/D转换芯片(8)，FPGA(7)的信号输出端连接上位机。
4.一种高压电抗器在线监测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在电抗器(1)的四壁上安装有四个传感器(2-1)、(2-2)、(2-3)和(2-4)，四个传感器将将振动信号转化为电压信号，送至信号采集单元(3)内的各信号采集分站；
步骤二、信号采集分站进行信号的调理、采集，得到反映电抗器1振动状态的原始实时数据，然后通过TCP/IP协议将数据传送至中心服务器进一步分析处理存储，并生成各种专业分析图谱，供现场运行人员查看分析振动数据，随时掌握电抗器的振动状态，预防事故发生。
5.根据权利要求4所述的一种高压电抗器在线监测方法，其特征在于，步骤一中所述的振动信号是指电抗器的振动幅度和振动频率。
6.根据权利要求4所述的一种高压电抗器在线监测方法，其特征在于，步骤二中所述的专业分析图谱是指反应电抗器的振动幅度、频率和振动趋势的图谱。
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