CN102680775A - 一种引入非常规pt监测避雷器阻性电流的监测装置及监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引入非常规PT监测避雷器阻性电流的方法和监测装置，监测装置接入合并单元MU的SV采样报文，对SV采样报文解码，检测母线电压过零点时刻，依赖外部同步时钟，精确计算通道延时，准确还原母线电压正弦波形。监测装置实时采集安装在避雷器本体接地线上的泄漏电流传感器信息，结合母线电压过零点时刻，将避雷器泄漏电流分解为阻性电流和容性电流。根据阻性电流变化率以及阻性电流值在避雷器泄漏电流中的比值诊断避雷器本体运行状态。本发明有效解决智能变电站或数字化变电站里，母线电压为数字信号时，一些在线监测装置无法引入母线电压信号计算避雷器阻性电流的问题，能早发现避雷器早期老化、绝缘隐患等缺陷，市场应用前景广阔。

Description

一种引入非常规PT监测避雷器阻性电流的监测装置及监测方法

技术领域

本发明属于电力系统状态监测领域，具体涉及一种采用非常规PT进行避雷器状态监测的方法。

背景技术

我国电网在“十二五”期间继续保持快速发展，新建、扩建、改造变电站数以千计，这为智能电网的研究、建设和发展提供了广阔的舞台。智能变电站及智能高压设备技术就是在这样的背景下提出来的。

氧化锌避雷器（MOA）具有通流容量大、残压低、反应速度快、寿命长等优点，能有效保护电力设备，广泛应用于电力系统的过电压保护。由于MOA有良好的非线性电阻特性，所以氧化锌避雷器内部是没有间隙的。正是由于没有间隙，在正常运行中阀片长期承受电力系统运行电压的作用，以及内部受潮或过热等因素的影响，因而会造成阀片非线性电阻特性的劣化。这种劣化的主要表现是正常电压下的阻性电流的增加，阻性电流的加大造成发热量的增加，避雷器内部温度的上升，温度的上升又加速阀片的老化，形成恶性循坏，最后导致MOA由于过热而损坏，严重时可能引起避雷器的爆炸，引起大面积停电事故。

当避雷器运行电压升高时容性电流和电压等比例升高，阻性电流增大速度很大。因此对避雷器阻性电流的在线监测可准确反映避雷器运行状态。

在常规变电站，避雷器监测装置采用母线电压抽取装置从PT上引入母线电压，进行避雷器阻性电流监测。但对于智能变电站，母线电压来自电子式（光电式）PT，而非常规PT，母线电压抽取装置已不再适用，同时传统接入母线电压模拟量信号的避雷器监测装置也不满足数字化接口需求，具体有以下几点：

1）不具备光纤接口，无法采集数字信号的采样数据值SV采样报文；

2）受到SV采样点数的限制，数字化SV报文还原为模拟信号有一定难度；

3）SV报文与避雷器泄漏电流信号不同步；

基于以上几点不足，影响避雷器状态监测技术的发展。

因此，需要寻求一种方法来解决此问题。本发明提出的引入非常规PT监测避雷器阻性电流的方法，弥补了上述几点不足。这是在传统避雷器在线监测基础上对智能变电站避雷器状态监测所做的新的尝试。

发明内容

对于采用电子式或光电式PT的智能变电站或数字化变电站，为了解决无法通过母线电压抽取装置引入母线电压问题，解决传统避雷器监测装置无法接入SV信号问题，本发明提出了一种引入非常规PT监测避雷器阻性电流的方法以及基于非常规PT的避雷器阻性电流监测装置。

本发明具体采用以下技术方案：

一种引入非常规PT监测避雷器阻性电流的监测装置，所述监测装置包括信息管理组件、SV组件、直流监测组件、开入组件、开出组件、指示灯组件；各组件之间通过装置内部CAN网、高速串口、对时总线连接；其特征在于：

信息管理组件具备以太网口，与在线监测后台连接，完成其它组件的信息管理功能，具备IEC61850通信功能；

SV组件与合并单元相连，通过对SV接收报文解码，实现对母线电压的检测；

直流监测组件与避雷器监测器连接，完成避雷器泄漏电流的采集，并将采集数据通过装置内CAN网传输给SV组件，由SV组件进行阻性电流的计算，根据阻性电流变化率、变化阀值进行综合分析，然后形成避雷器运行诊断报告；

所述开入组件与监测装置外远方复归开入、装置检修开入信号连接，通过监测装置内CAN网将复归开入、装置检修开入信号传送到SV组件；

所述开出组件接收来自SV组件的驱动报文，开出组件通过告警节点信号的方式反映监测装置告警、避雷器本体告警状态；

所述指示灯组件接收信息管理组件的CAN网指示灯报文，根据报文内容刷新指示灯的状态，如果SV通信异常，点亮指示灯；

SV组件与直流监测组件通过背板对时总线进行时间同步。

本发明还公开了一种基于上述监测装置的引入非常规PT监测避雷器阻性电流监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）监测装置上电后，实时监视SV通信状态，如果SV通信异常，会形成报警报告，并点亮指示灯；

（2）实时采集合并单元MU的SV采样报文，对SV采样报文解码，计算母线电压参数，检测母线电压过零点时刻，依赖外部同步时钟，精确计算通道延时，准确还原母线电压正弦波形；

（3）通过安装在避雷器本体接地线上的泄漏电流传感器，实时采集避雷器的泄漏电流值，根据步骤（2）获得的母线电压正弦波形中过零点时刻，将避雷器泄漏电流分解为阻性电流和容性电流，，根据阻性电流变化率以及阻性电流值在避雷器泄漏电流中的比值诊断避雷器本体运行状态，对避雷器诊断报告进行存储，通过信息管理组件进行信息远传；

（4）装置上电后，对硬件进行实时自检，自检异常后自动报警。

本发明具有以下技术效果：解决了智能变电站或数字化变电站里，母线电压为数字信号时，一些在线监测装置无法引入母线电压信号计算避雷器阻性电流的问题。此外，所述监测装置对外采用IEC61850通信协议，也解决了传统在线监测装置通信协议不统一的问题，便于集成到智能变电站高级应用的一体化信息平台。

根据阻性电流变化率可实时反映避雷器本体运行状态，及早发现避雷器早期老化、绝缘隐患等缺陷，为运行检修人员提供可靠的设备绝缘信息和科学的检修依据，从而达到减少生产事故发生，延长检修周期，减少停电检修次数和检修时间，提高设备利用率和整体经济效能的目的。有一定的发展潜力，市场应用前景广阔。

附图说明

图1是本发明避雷器阻性电流监测方法原理框图；

图2是本发明避雷器阻性电流监测装置的结构图；

图3-1是本申请引入非常规PT监测避雷器阻性电流的方法流程图；

图3-2是SV检测方法流程图；

图3-3是时间同步处理方法流程图；

图3-4是泄漏电流检测方法流程图；

图4是避雷器等效电路及电压电流矢量图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。

如图1所示为引入非常规PT监测避雷器阻性电流的总体结构图，系统要求全站统一对时，保证合并单元MU与避雷器监测装置时间同步。通过对SV报文解码，搜索指定的母线电压采集通道，对母线电压通道进行傅氏滤波处理，计算电压有效值、谐波、系统频率等参数，根据系统同步时钟，计算母线电压过零点时刻。通过对电流传感器对避雷器泄漏电流数据进行实时采集，根据母线电压相位，计算避雷器阻性电流。根据阻性电流的变化率，结合电压参数，进行综合分析，从而诊断避雷器运行状态。下面分别就各部分内容的实现加以说明：

如图2所示为监测装置结构示意图，所述监测装置包括信息管理组件、SV组件、直流监测组件、开入组件、开出组件、指示灯组件；各组件之间通过装置内部CAN网、高速串口、对时总线连接。各组件具体介绍如下:

（一）信息管理组件

信息管理组件具备监测装置内数据管理和IEC61850通讯的功能。数据管理模块又分为以下几个功能模块：通信管理模块、配置管理模块、报告管理模块、历史数据记录模块、时钟管理模块。通信管理模块完成功能组件、PC配置工具送到信息管理组件的各种报文的解析，并将信息管理组件的数据信息按内部规约进行打包发送到相应的目的地址。配置管理模块完成装置所有配置信息的接收、解析、存储、校验、上送等功能。报告管理模块将功能组件件组件上送的各类型报告信息按固定格式存储为报告文件。PC配置工具报告文件时，报告管理模块按类型对报告文件进行检索，将文件索引或指定的文件数据上送。历史数据记录模块将指定的监测数据按一定的时间间隔进行存储。时钟接收装置外部时钟源发送的对时信号，同步装置的系统时钟，再通过装置内部的对时总线，同步各功能组件的时间。

监测装置的IEC 61850建模原则完全遵循《基于DLT860标准的变电设备在线监测装置应用规范》。通过自动建模工具导出标准模型文件。支持的服务包括关联服务、数据读写服务、报告服务、控制服务、取代服务、定值服务、日志服务、文件服务等。各功能监测装置使用专用的逻辑节点构建通信数据架构。

监测装置对外采用IEC 61850通信。监测装置的站控层网络通信遵循IEC61850通信协议。具备两个独立的以太网口。

（二）SV组件

监测装置的SV组件通过光纤以太网与母线间隔合并单元的以太网口连接，完成母线电压数字信号采集。SV组件是监测装置内主CPU，通过以太网进行SV数据采集，通过监测装置内CAN网接收来自直流监测组件的避雷器泄漏电流数据，通过对SV数据及泄漏电流数据计算，完成避雷器运行状况的分析诊断功能。

如图3-1所示为引入非常规PT监测避雷器阻性电流的监测方法流程图。本发明的监测方法包括以下步骤：

（1）监测装置上电后，实时监视SV通信状态，装置开辟SV单独采样缓冲区，如果在指定时间间隔内检测到采样缓冲区数据无效，则认为SV通信中断，由SV组件形成SV通信中断报文，通过CAN网将告警报文传送至信息管理组件，同时闭锁SV参数计算逻辑，SV组件形成点亮告警灯报文，通过CAN网传送至指示灯组件，由指示灯组件点亮SV通信中断告警灯。相反，在SV通信中断状态下，如果检测到SV采样缓冲区有效数据更新，则认为SV通信恢复，由SV组件形成SV通信恢复报文，通过CAN网将恢复报文传送至信息管理组件，同时开放SV参数计算逻辑，由SV组件形成熄灭告警灯报文，通过CAN网传送至指示灯组件，由指示灯组件熄灭SV通信中断告警灯。

（2）实时采集合并单元MU的SV采样报文，对SV采样报文解码，如图3-2所示为SV检测方法流程图，SV组件收到合法以太网包后，从报文中取出报文类型，如果识别为SV报文类型，则认为以太网应用报文合法，进行SV报文解码逻辑。首先提取以太网MAC地址、SVID信息，与本地配置数据库进行匹配，匹配成功后，解析应用数据包，如果本帧报文时间同步位有效，且告警位无效，则进行采样值数据处理，将各通道数据信息、品质位存储在本地数据库。为保证母线电压过零点计算的实时性，需要在以太网接收中断中判断相邻两个采样值的数据，如果发生过零点跳变，则根据线性比例与采样间隔，算出过零点时刻。通过对SV接收报文解码，实现对母线电压的检测。根据SV组件内SV订阅信息的配置，可对SV报文进行解码，并计算出有效值、谐波、系统频率等参数信息。检测母线电压过零点时刻，依赖外部同步时钟，精确计算通道延时，准确还原母线电压正弦波形。如图3-3所示为时间同步处理方法流程图，进入定时器中断后，将时间信息写入本地时钟芯片，同时将微秒计数器清零。考虑到电流数据采集与SV报文的同步性要求较高，需要将数据同步及通道延时在以太网中断中处理。根据SV报文中的采样计数器及本地微秒计数器，可计算本帧报文与合并单元MU采样报文的以太网传输延时，再结合MU的采样延时，即可精确计算母线电压过零点与实际母线电压采样的偏差。根据此时间偏差，将电流采样值数据前推，可获得与母线电压过零点同时刻的泄漏电流数值，从而获得阻性电流的相位。

（3）如果检测到避雷器阻性电流数据有效，则进行避雷器运行状态诊断逻辑，根据监测装置内存储的定值数据，对避雷器阻性电流变化率及阻性电流值在避雷器泄漏电流中的比值进行判断，形成避雷器运行诊断报告，对诊断报告进行存储，并通过CAN网传送给信息管理组件，由信息管理组件完成报告远传，同时根据分析结果对监测装置指示灯状态进行刷新。

（4）装置上电后，对硬件进行实时自检，包括程序存储区是否异常、数据存储区是否异常，软件是否会正常进行定时器中断、以太网接收中断，装置内CAN网通信是否正常，缓冲区是否溢出等，如果检测到上述任一项内容不符合要求，则立即形成告警报文，通过指示灯反映装置运行、告警状态指示。

（三）直流监测组件

直流监测组件采用通信电缆与安装在避雷器底座上的泄漏电流传感器连接。完成避雷器泄漏电流数据采集。根据直流监测组件内存储的通道换算系数，计算出避雷器泄漏电流工程值数据。

如图3-4所示为泄漏电流检测方法流程图，对采样到的电流数据进行预处理，将采样数据去掉零漂，再乘以刻度系数，与本地配置库中的工程系数做转换，存入本地数据库，同时对实时数据进行打包，通过监测装置内CAN将避雷器泄漏电流实时数据传给SV组件，供SV组件将全电流分解为阻性电流用。

（四）开入组件

开入组件与监测装置外远方复归开入、装置检修开入等信号连接。完成开入信号变化较慢的信号接入，通过监测装置内CAN网传送到SV组件，方便监测装置的远程维护。

（五）开出组件

开出组件主要是接收来自SV组件的驱动报文，包括装置硬件自检异常告警避雷器本体预警和告警内容，通过告警节点信号的方式反映装置告警、避雷器本体告警状态，以驱动户外柜的指示灯牌或告警铃音，提醒运行人员注意。

（六）指示灯组件

指示灯组件主要是接收来自监测装置信息管理组件的CAN网指示灯报文。根据报文内容刷新SV通信异常指示灯的状态，如果SV通信异常点亮指示灯，SV通信恢复后自动熄灭指示灯。完成装置就地告警指示功能。实时反映监测装置运行、告警状态，提醒运行人员注意。

如图4所示为阻性电流提取方法。氧化锌避雷器的泄漏电流可以被分为两部分：容性部分和阻性部分，一般认为阻性电流仅占总泄漏电10%~20%。如下图3为MOA的等效电路，由非线性电阻R和电容C并联组成。其中Ix为MOA的总泄漏电流，Ir为阻性电流，Ic为容性电流。由图3可知，MOA的阻性电流与电压同相位，而容性电流超前电压90°，其电压和电流的矢量图如图3所示。

在持续运行电压下，正常MOA的内部持续电流中以基波为主，包含容性成分Ic和阻性成分Ir，Ic主要为基波成分，Ir则除含有基波成分外，还含有丰富的谐波成分，这是由MOA的非线性特性造成的。阻性电流、容性电流和全电流的关系如图1所示。图1中曲线①为容性电流基波，曲线②为阻性电流基波，曲线③为全电流基波，由于曲线①②之间在相位上相差90°，因此全电流曲线③在相位上比容性电流①滞后δ角。在正常状态下，MOA阻性电流Ir远小于容性电流Ic，因此全电流主要表现为Ic（如图3所示）。根据Ic和Ir在相位上的特点，在Ir的峰值点处Ic正好过零点，因此全电流中该点的值即为阻性电流的峰值。由于Ir和该项电压同相位，因此只要引入该项PT电压信号即可确定Ir的峰值点，从而实现精确测量Ir分量，根据上述方法计算的母线电压相位进一步计算出避雷器阻性电流。

以上详细描述了本发明在引入非常规PT监测避雷器阻性电流过程中的具体实施方式。而本发明的范围不应局限于这些描述。任何在本发明原理范围内的修改、改进都属于本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种引入非常规PT监测避雷器阻性电流的监测装置，所述监测装置包括信息管理组件、SV组件、直流监测组件、开入组件、开出组件、指示灯组件；各组件之间通过装置内部CAN网、高速串口、对时总线连接；其特征在于：

信息管理组件具备以太网口，与在线监测后台连接，完成其它组件的信息管理功能，具备IEC61850通信功能；

SV组件与合并单元相连，通过对SV采样报文解码，实现对母线电压的检测；

直流监测组件与避雷器泄漏电流传感器器连接，完成避雷器泄漏电流的采集，并将采集数据通过装置内CAN网传输给SV组件，由SV组件根据监测装置内存储的定值数据，对避雷器阻性电流变化率及阻性电流值在避雷器泄漏电流中的比值进行判断，形成避雷器运行诊断报告；

所述开入组件与监测装置外远方复归开入、装置检修开入信号连接，通过监测装置内CAN网将复归开入、装置检修开入信号传送到SV组件；

所述开出组件接收来自SV组件的驱动报文，开出组件通过告警节点信号的方式反映监测装置告警、避雷器本体告警状态；

所述指示灯组件接收信息管理组件的CAN网指示灯报文，根据报文内容刷新指示灯的状态，如果SV通信异常，点亮指示灯；

SV组件与直流监测组件通过背板对时总线进行时间同步。

2.根据权利要求1所述的引入非常规PT监测避雷器阻性电流的监测装置，其特征在于：

所述SV组件在监测装置上电后，不断进行硬件实时自检，如果有硬件异常，SV组件形成相应的驱动报文下发至开出组件。

3.一种基于权利要求1或2所述的监测装置的引入非常规PT监测避雷器阻性电流监测方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

（1）监测装置上电后，实时监视SV通信状态，如果SV通信异常，会形成报警报告，并点亮指示灯；

（2）实时采集合并单元MU的SV采样报文，对SV采样报文解码，计算母线电压参数，检测母线电压过零点时刻，依赖外部同步时钟，精确计算通道延时，准确还原母线电压正弦波形；

（3）通过安装在避雷器本体接地线上的泄漏电流传感器，实时采集避雷器的泄漏电流值，根据步骤（2）获得的母线电压正弦波形中过零点时刻，将避雷器泄漏电流分解为阻性电流和容性电流，根据阻性电流变化率以及阻性电流值在避雷器泄漏电流中的比值诊断避雷器本体运行状态，对避雷器诊断报告进行存储，通过信息管理组件将诊断报告远传；

（4）监测装置上电后，对硬件进行实时自检，自检异常后自动报警。

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