CN103033715B - 变电站内区域设备运行状态检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种变电站内区域设备运行状态检测系统，包括依次连接的物理层、链路层和应用层；所述物理层包括两根母线，两根母线之间通过若干条母线回路连接，所述母线回路包括若干个断路互感单元，所述断路互感单元包括串联的断路器和电流互感器，每根母线都通过断路互感单元与出线连接，所述每根出线上都设有电压互感单元；所述电压互感单元包括避雷器、电压互感器和合并单元；每根母线上还设有避雷器和电压互感器。所述若干出线上还设有主变压器。所述若干合并单元与变电站站域的设备状态检测分析装置和电能质量检测分析装置连接。本发明的有益效果：实现从电力系统分析的角度，对电力系统某个局部设备运行状态进行评估和分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力系统，尤其涉及一种变电站内区域设备运行状态检测系统。
背景技术
近几年来，随着电网飞速发展，设备状态检修技术已得到广泛应用，变电站设备各类在线监测装置越来越多，但十多年运行经验表明：变电站设备各类在线监测装置不但费用高，运行维护问题多，且大多寿命较短，一般运行两年就不能稳定运行了，常常在设备在线监测装置的寿命期内不能发现一起被监测设备的缺陷。总之，许多安装在各种设备上的在线监测装置有效性较差，如何改变依赖在被监测设备上安装在线监测装置进行运行中设备状态监测的现状，是广大电力技术人员梦寐以求的愿景。随着智能电网的建设和发展，电力系统通讯和信息系统飞速发展，各种高速A/D变换及数值采集技术更加成熟，为变电站设备的状态监测和诊断直接采用用于电力系统计量和保护的电压、电流互感器成为可能。
目前，现有变电站自动化系统还存在诸多的不足，具体包括：
1）装置功能独立，且部分内容重复，缺乏高级应用。虽然独立的装置实现了智能，但是却没有真正意义上的变电站系统智能，由于功能独立，装置间缺乏整体协调、集成应用和功能优化；高级应用功能，如状态估计、故障分析、决策支持等尚未完全实现。
2）二次接线复杂、CT/VT负载过重由于测量数据和控制机构不能共享，自动化装置之间缺乏通信等原因，变电站内二次接线十分复杂，且系统内使用的通讯规约不统一，不同的厂家使用不同的通讯规约，在系统联调的时候需要进行不同程度的规约转换，加大了调试的复杂性，也增加了运行、维护的难度，给设计、调试和维护带来了一定的困难，降低了系统的可靠性。同时，存在大量硬接线，造成CT/VT负载过重。
3）装置的智能化优势未得到充分利用。由于站内各套独立的自动化装置间缺乏集成应用，使得智能装置的作用并未完全发挥，从而降低了自动化系统的使用效率和投资价值。
4）缺乏统一的信息模型。相互独立的自动化装置间缺乏互操作性，一方面局限了其在站内的应用，另一方面也给集控中心对信息的集成和维护带来困难。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种变电站内区域设备运行状态检测系统，它具有通过对电力系统某一瞬间运行状态的多处同时暂态量的采集，经数值分析处理，与系统各不同工况的建模分析结果对比，实现从系统分析的角度，对系统某个局部设备运行状态进行评估和分析的优点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种变电站内区域设备运行状态检测系统，包括依次连接的物理层、链路层和应用层；
所述物理层包括若干个合并单元，所述每个合并单元与三相出线电压互感器连接或三相出线电流互感器连接；所述物理层用于检测变电站内区域设备运行状态，并将检测的数据传输给链路层；
所述链路层包括变电站故障信息模块、暂态信号数字差分处理模块、谐波信号比较模块、工频信号处理模块、GIS站内局部放电分析模块、断路器操作过程分析模块、变电站雷电侵入波分析模块、变电站谐波分析模块、系统谐波源分析模块、区域谐波损耗分析模块、电能计量模块、测量及继电保护模块和变电站各区域损耗分析模块；所述链路层用于对物理层检测的数据进行分析处理，将分析结果上传给应用层；
所述应用层包括变电站站域设备运行状态分析模块、监测中心、计量中心和调度中心；所述应用层接收来自链路层的数据，根据不同数据信息属性，分别控制监测中心、计量中心和调度中心对对其进行处理和诊断分析。
所述物理层的三相出线电压互感器或三相出线电流互感器将信号传输给合并单元，所述合并单元将信号传输给链路层；
所述链路层从物理层接收的故障信息传输给变电站故障信息模块，所述链路层从物理层接收的暂态信号传输给暂态信号数字差分处理模块，所述链路层从物理层接收的谐波信号传输给谐波信号比较处理模块，所述链路层从物理层接收的工频信号传输给工频信号处理模块；所述暂态信号数字差分处理模块将处理后的数据分别传输给GIS站内局部放电分析模块、断路器操作过程分析模块和变电站雷电侵入波分析模块；
所述谐波信号比较处理模块将数据传输给变电站谐波分析模块，变电站谐波分析模块将数据传输给系统谐波源分析模块，系统谐波源分析模块将监测及分析结果发往区域谐波损耗分析模块和监测中心；
所述工频信号处理模块将数据传输给电能计量模块、测量及继电保护模块和变电站各区域损耗分析模块；所述电能计量模块将数据传输给计量中心，所述测量及继电保护模块将数据传输给调度中心；
所述变电站站域设备运行状态分析模块将接收GIS站内局部放电分析模块、断路器操作过程分析模块、变电站雷电侵入波分析模块、区域谐波损耗分析模块和变电站各区域损耗分析模块的数据，所述变电站站域设备运行状态分析模块还接收GIS气压密度信息、变压器油温度信号、变电站设备管理信息和其他常规监测量；所述变电站站域设备运行状态分析模块将分析结果上传给状态检测中心。
所述变电站故障信息模块负责收集电压互感器或电流互感器等监测单元所采集变电站内设备故障信息；
所述暂态信号数字差分处理模块负责将变电站故障信息模块监测故障信息进行数字差分处理，滤除故障信息中干扰数据，提取真实故障信号；
所述谐波信号比较模块负责通过设定谐波信号阈值，采集并提取谐波信号，将谐波信息传输至变电站谐波分析模块；
所述工频信号处理模块负责采集电力系统中的工频信号，并对信号进行滤波和降噪处理，最终将纯净的工频信号传输至电能计量模块、测量及机电保护模块等；
GIS站内局部放电分析模块负责对前置局部放电监测装置监测信息进行放大、滤波、降噪、提取出真实局部放电信号，并通过局部放电分析模块中的专家诊断系统，对局部放电信号进行分类和模式识别，通过与缺陷库中不同缺陷类型进行对比，给出所监测局部放电信号的特征信息，进而指导现场局部放电检测，维护被监测设备；
断路器操作过程分析模块负责记录和分析断路器分闸和合闸过程中的操动机构信息，包括断路器拒分、拒合、误分、储能电机损坏、断路器直流电阻等，掌握断路器运行状态，并将信息传输至调度运行部门；
变电站雷电侵入波分析模块负责对侵入变电站内的雷电波信息进行分析，包括雷电流大小，波头时间，波尾时间以及确定是直击雷还是感应雷，为采恰当的雷电防护提供指导；
变电站谐波分析模块负责通过小波变换、神经网络算法，对系统谐波进行分析和处理，将处理结果传输至系统谐波源分析模块；
系统谐波源分析模块负责通过傅里叶变换，对谐波信号进行分析，分离出谐波信号中的奇次谐波和偶次谐波，将谐波源分析结果发往监测中心；
电能计量模块负责对传输的电能进行计量；
测量及继电保护模块负责测量从被保护对象输入的有关物理量，与已给定的整定值进行比较，对电力系统故障和不正常运行进行监控，切除故障，保护电力设备；
变电站各区域损耗分析模块负责监测并统计分析变电站内不同电压等级设备的电能损耗；
区域谐波损耗分析模块负责监测并统计变电站内不同电压等级设备区域的谐波，通过区域谐波损耗分析模块内嵌入的神经网络、小波变换和傅里叶变换等数学分析方法，对系统谐波进行分析，分离出基波和高次谐波，并对不同高次谐波损耗进行统计和分析。
变电站站域设备运行状态分析模块负责接收变电站内各种监测装置和被监测设备的状态信息，通过状态监测和运行分析处理单元，对各类信息进行统计分析，将分析结果上传给状态检测中心；
所述物理层包括两根母线，两根母线之间通过若干条母线回路连接，所述母线回路包括若干个断路互感单元，所述断路互感单元包括串联的断路器和电流互感器，每根母线都通过断路互感单元与出线连接，所述每根出线上都设有电压互感单元；所述电压互感单元包括避雷器、电压互感器和合并单元；每根母线上还设有避雷器和电压互感器。所述若干出线上还设有主变压器。所述若干合并单元与变电站站域的设备状态检测分析装置和电能质量检测分析装置连接。
所述电压互感器采用中国专利申请号为201010259969.2，专利名称为：多频段测量的数字式线性交流电压互感器及其测量方法里面提到的电压互感器，所述电压互感器包括与高压导线连接的线性分压器，所述线性分压器输出端与高速数据采集模块输入端连接，高速数据采集模块将采集的模拟信号转化为高频信号和工频信号后输出；高速数据采集模块的输出端与光电隔离传输模块的输入端连接，光电隔离传输模块输出端分别与工频输出接口和信号分频模块输入端连接，信号分频模块输出端分别与谐波输出接口和高频输出接口的输入端连接。
所述电流互感器采用中国专利申请号为：201010259967.3，专利名称为：多频段测量数字式线性交流电流互感器及其测量方法里面提到的电流互感器，所述电流互感器包括数字式线性交流电流传感器，该数字式线性交流电流传感器输出端与高压侧高速数据采集模块输入端连接，高压侧高速数据采集模块输出端与高速光纤绝缘传输模块输入端连接，高速光纤绝缘传输模块输出端分别与工频输出接口和信号分频模块输入端连接，信号分频模块输出端分别与谐波输出接口和高频输出接口的输入端连接，分别输出测量值。
所述合并单元通过模数转换器通过模数转换模块分别与电压互感器或电流互感器连接，所述合并单元上还设有二进制开关输入模块、电源供应电路和维修请求电路，所述合并单元通过以太网连接线路保护模块、暂态量模块、谐波量模块和间隔层控制器；所述合并单元通过第一同步信号与其他合并单元同步，所述合并单元通过第二同步信号控制不同类型的电压互感器或电流互感器同步采集。
所述合并单元内部包括若干光电转换模块，所述每个光电转换模块接收数据输入并将接收到的数据传输给FPGA上相应的解码校验模块，所述解码校验模块将数据传输给FPGA上的FIFO数据排序模块，FPGA上的同步功能模块将数据传输给光电转换模块，光电转换模块将输出同步脉冲序列。
所述变电站站域设备运行状态分析模块为至少包括变电站雷电侵入波监测模块、断路器操作过程监测模块、局部放电监测模块、变电站内区域设备分析诊断模块、区域谐波损耗监测模块和变电站各区域损耗监测模块，上述各种变电站内区域分析模块负责通过采用不同数学分析方法，将所监测信息进行统计分析，并将处理结果以太网或光线传输至变电站站域设备运行状态分析模块。所述变电站站域设备运行状态分析模块，通过接收上述各种模块传输的数据信息，并对其进行融合处理，根据设备缺陷和异常时发出的各种电气信号特征，通过不同站域分析模块的信息收集功能,对同一时刻电力系统运行信息进行采集、处理，得出该电压互感器（或电流互感器）所涉及范围内的设备运行健康状态，将分析结果上传给监测中心。
所述变电站雷电侵入波监测模块负责对侵入变电站内的雷电波信息进行分析，包括雷电流大小，波头时间，波尾时间以及确定是直击雷还是感应雷，为采恰当的雷电防护提供指导；
所述断路器操作过程监测模块负责记录和分析断路器分闸和合闸过程中的操动机构信息，包括断路器拒分、拒合、误分、储能电机损坏、断路器直流电阻等，掌握断路器运行状态，并将信息传输至调度运行部门；
所述局部放电监测模块负责将所检测的变电设备局部放电信号进行预处理，包括信号放大、滤波、降噪，最终提取出被检测设备内部真实局部放电信号，然后通过局部放电分析模块中的专家诊断系统，对局部放电信号进行分类和模式识别，通过与缺陷库中不同缺陷类型进行对比，给出所监测局部放电信号的特征信息，进而指导现场局部放电检测，维护被监测设备；
所述变电站内区域设备分析诊断模块负责监测并统计分析变电站内不同电压等级设备的电能损耗；
所述区域谐波损耗监测模块负责监测并统计变电站内不同电压等级设备区域的谐波，通过区域谐波损耗分析模块内嵌入的神经网络、小波变换和傅里叶变换等数学分析方法，对系统谐波进行分析，分离出基波和高次谐波，并对不同高次谐波损耗进行统计和分析。
所述变电站各区域损耗监测模块负责监测并统计分析变电站内不同电压等级设备的电能损耗；
所述监测中心负责实时监测变电站站域设备运行状态分析模块所传输的变电站雷电侵入波监测模块、断路器操作过程监测模块、局部放电监测模块等监测信息，根据设备状态风险等级，判断站域设备健康状态，对健康状态较差设备及时给出预警信息。
所述计量中心负责对电能计量模块所监测不同站域设备电能进行分析，统计变电站内不同线路所交换的电能数量；
所述调度中心负责根据测量及继电保护模块所监测信息以及系统当前运行状况，对电力系统不同线路进行综合调度的控制、决策和指挥中心。
本发明专利的有益效果是：通过构建站域设备运行状态分析诊断系统，对电力系统变电站内区域设备运行中健康状态进行分析诊断和电能质量监测，为电网设备管理提供基础数据支撑，利用运行状态分析诊断系统的智能诊断功能，实现站域设备健康状态分析。此外，该系统的构建突破了目前输变电设备运行中状态检测靠在设备自身上加装各种在线监测装置来实现的现状，解决了长期以来困扰人们的在线监测装置在电力系统恶劣运行环境下不能稳定运行和其寿命远低于被监测的主设备等问题。
该系统主要包括安装在变电站母线和出线上，具备电能质量测量和暂态信号测量功能的数字式线性电压互感器和数字线性电流互感器，通过对电力系统某一瞬间运行状态的多处同时暂态量的采集，经智能变电站的各区域的合并单元发送至变电站层，经数值分析处理，与系统各不同工况的建模分析结果对比，从系统分析的角度，实现对系统某个局部设备运行状态进行评估和分析。由于信号直接来至系统回路本身，其分析诊断的有效性将提高，从根本上大大改变了设备监测的基础，为全面大面积的设备监测评估提供了可能性，对电网经济安全运行有着重大的意义。
附图说明
图1为本发明的电气连接示意图；
图2为本发明的物理层实际安装示意图；
图3为本发明的合并单元连接示意图；
图4为本发明的合并单元内部连接框图；
图5为本发明的单相设备状态检测分析装置示意图；
图6为本发明的三相设备状态检测分析装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种变电站内区域设备运行状态检测系统，包括依次连接的物理层、链路层和应用层；
所述物理层包括若干个合并单元，所述每个合并单元与三相出线电压互感器连接或三相出线电流互感器连接；
所述链路层包括变电站故障信息模块、暂态信号数字差分处理模块、谐波信号比较模块、工频信号处理模块、GIS站内局部放电分析模块、断路器操作过程分析模块、变电站雷电侵入波分析模块、变电站谐波分析模块、系统谐波源分析模块、区域谐波损耗分析模块、电能计量模块、测量及继电保护模块和变电站各区域损耗分析模块；
所述应用层包括变电站站域设备运行状态分析模块、监测中心、计量中心和调度中心；
所述物理层的三相出线电压互感器或三相出线电流互感器将信号传输给合并单元，所述合并单元将信号传输给链路层；
所述链路层从物理层接收的故障信息传输给变电站故障信息模块，所述链路层从物理层接收的暂态信号传输给暂态信号数字差分处理模块，所述链路层从物理层接收的谐波信号传输给谐波信号比较处理模块，所述链路层从物理层接收的工频信号传输给工频信号处理模块；所述暂态信号数字差分处理模块将处理后的数据分别传输给GIS站内局部放电分析模块、断路器操作过程分析模块和变电站雷电侵入波分析模块；
所述谐波信号比较处理模块将数据传输给变电站谐波分析模块，变电站谐波分析模块将数据传输给系统谐波源分析模块，系统谐波源分析模块将监测及分析结果发往区域谐波损耗分析模块和监测中心；
所述工频信号处理模块将数据传输给电能计量模块、测量及继电保护模块和变电站各区域损耗分析模块；所述电能计量模块将数据传输给计量中心，所述测量及继电保护模块将数据传输给调度中心；
所述变电站站域设备运行状态分析模块将接收GIS站内局部放电分析模块、断路器操作过程分析模块、变电站雷电侵入波分析模块、区域谐波损耗分析模块和变电站各区域损耗分析模块的数据，所述变电站站域设备运行状态分析模块还接收GIS气压密度信息、变压器油温度信号、变电站设备管理信息和其他常规监测量；所述变电站站域设备运行状态分析模块将分析结果上传给状态检测中心。
所述变电站故障信息模块的功能是：负责收集电压互感器或电流互感器等监测单元所采集变电站内设备故障信息；
所述暂态信号数字差分处理模块的功能是：负责将变电站故障信息模块监测故障信息进行数字差分处理，滤除故障信息中干扰数据，提取真实故障信号；
所述谐波信号比较模块的功能是：负责通过设定谐波信号阈值，采集并提取谐波信号，将谐波信息传输至变电站谐波分析模块；
所述工频信号处理模块的功能是：负责采集电力系统中的工频信号，并对信号进行滤波和降噪处理，最终将纯净的工频信号传输至电能计量模块、测量及机电保护模块等；
GIS站内局部放电分析模块的功能是：负责对前置局部放电监测装置监测信息进行放大、滤波、降噪、提取出真实局部放电信号，并通过局部放电分析模块中的专家诊断系统，对局部放电信号进行分类和模式识别，通过与缺陷库中不同缺陷类型进行对比，给出所监测局部放电信号的特征信息，进而指导现场局部放电检测，维护被监测设备；
断路器操作过程分析模块的功能是：负责记录和分析断路器分闸和合闸过程中的操动机构信息，包括断路器拒分、拒合、误分、储能电机损坏、断路器直流电阻等，掌握断路器运行状态，并将信息传输至调度运行部门；
变电站雷电侵入波分析模块的功能是：负责对侵入变电站内的雷电波信息进行分析，包括雷电流大小，波头时间，波尾时间以及确定是直击雷还是感应雷，为采恰当的雷电防护提供指导；
变电站谐波分析模块的功能是：负责通过小波变换、神经网络算法，对系统谐波进行分析和处理，将处理结果传输至系统谐波源分析模块；
系统谐波源分析模块的功能是：负责通过傅里叶变换，对谐波信号进行分析，分离出谐波信号中的奇次谐波和偶次谐波，将谐波源分析结果发往监测中心；
电能计量模块的功能是：负责对传输的电能进行计量；
测量及继电保护模块的功能是：负责测量从被保护对象输入的有关物理量，与已给定的整定值进行比较，对电力系统故障和不正常运行进行监控，切除故障，保护电力设备；
变电站各区域损耗分析模块的功能是：负责监测并统计分析变电站内不同电压等级设备的电能损耗；
区域谐波损耗分析模块的功能是：负责监测并统计变电站内不同电压等级设备区域的谐波，通过区域谐波损耗分析模块内嵌入的神经网络、小波变换和傅里叶变换等数学分析方法，对系统谐波进行分析，分离出基波和高次谐波，并对不同高次谐波损耗进行统计和分析。
变电站站域设备运行状态分析模块的功能是：负责接收变电站内各种监测装置和被监测设备的状态信息，通过状态监测和运行分析处理单元，对各类信息进行统计分析，将分析结果上传给状态检测中心；
如图2所示，所述物理层包括两根母线，两根母线之间通过若干条母线回路连接，所述母线回路包括若干个断路互感单元，所述断路互感单元包括串联的断路器和电流互感器，每根母线都通过断路互感单元与出线连接，所述每根出线上都设有电压互感单元；所述电压互感单元包括避雷器、电压互感器和合并单元；每根母线上还设有避雷器和电压互感器。所述若干出线上还设有主变压器。所述若干合并单元与变电站站域的设备状态检测分析装置和电能质量检测分析装置连接。
所述电压互感器采用中国专利申请号为201010259969.2，专利名称为：多频段测量的数字式线性交流电压互感器及其测量方法里面提到的电压互感器，所述电压互感器包括与高压导线连接的线性分压器，所述线性分压器输出端与高速数据采集模块输入端连接，高速数据采集模块将采集的模拟信号转化为高频信号和工频信号后输出；高速数据采集模块的输出端与光电隔离传输模块的输入端连接，光电隔离传输模块输出端分别与工频输出接口和信号分频模块输入端连接，信号分频模块输出端分别与谐波输出接口和高频输出接口的输入端连接。
所述电流互感器采用中国专利申请号为：201010259967.3，专利名称为：多频段测量数字式线性交流电流互感器及其测量方法里面提到的电流互感器，所述电流互感器包括数字式线性交流电流传感器，该数字式线性交流电流传感器输出端与高压侧高速数据采集模块输入端连接，高压侧高速数据采集模块输出端与高速光纤绝缘传输模块输入端连接，高速光纤绝缘传输模块输出端分别与工频输出接口和信号分频模块输入端连接，信号分频模块输出端分别与谐波输出接口和高频输出接口的输入端连接，分别输出测量值。
如图3所示，所述合并单元通过模数转换器通过模数转换模块分别与电压互感器或电流互感器连接，所述合并单元上还设有二进制开关输入模块、电源供应电路和维修请求电路，所述合并单元通过以太网连接线路保护模块、暂态量模块、谐波量模块和间隔层控制器；所述合并单元通过第一同步信号与其他合并单元同步，所述合并单元通过第二同步信号控制不同类型的电压互感器或电流互感器同步采集。
如图4所示，所述合并单元内部包括若干光电转换模块，所述每个光电转换模块接收数据输入并将接收到的数据传输给FPGA上相应的解码校验模块，所述解码校验模块将数据传输给FPGA上的FIFO数据排序模块，FPGA上的同步功能模块将数据传输给光电转换模块，光电转换模块将输出同步脉冲序列。
如图5所示，所述母线PT合并单元，主变PT合并单元，出线2CT合并单元，出线1CT合并单元等，负责汇集三相相应合并单元信息，并将该信息传输至链路层中的变电站故障信息模块、暂态信号数字差分模块、谐波信号比较模块等，作为变电站站域设备运行状态分析系统中的信号采集单元。
如图6所示，所述母线PT，主变PT，出线2CT，出线1CT等作为传感器单元，负责采集变电站内被监测设备状态信息，并按A、B、C三相分别传输至母线PT，主变PT，出线2CT，出线1CT等相应合并单元进行汇总。
实施例1：
对由GIS组合电器（或H-GIS）构成的变电站，可通过安装在GIS变电站各路出线，具备暂态信号测量功能的数字式线性电压互感器，同时采集一组电压暂态信号，经光纤传输到位于智能变电站的测量控制中心的“变电站内区域设备运行中健康状态分析诊断系统”，系统完成对各路信号的数值滤波、数值差分等数学处理分析，得出该组电压互感器所涉及的一定范围内设备的局部放电水平和变化情况，综合得出GIS组合电器该区域内设备运行健康状态。
实施例2：
对变电站（包括敞开式变电站、GIS或H-GIS构成的变电站）断路器，可通过安装在断路器旁边的，具备暂态信号测量功能的数字式线性电流互感器，采集三相电流断弧的暂态信号，经光纤传输到位于智能变电站的测量控制中心的“变电站内区域设备运行中健康状态分析诊断系统”，该系统完成对三相电流断弧的暂态信号的数学处理分析和诊断，得出断路器是否存在触头烧损或机构异常变化等情况，综合得出断路器运行健康状态。
实施例3：
对架空线进线或出线的户外式敞开式变电站，可通过站内线路末端安装的，具备暂态信号测量功能的数字式线性电压互感器，采集三相线路电压暂态信号，实时掌握运行线路电压水平，并将该信息经光纤传输到位于智能变电站的测量控制中心的“变电站内区域设备运行中健康状态分析诊断系统”，数字式线性电压互感器和数字式线性电流互感器的高速采集功能，通过“变电站内区域设备运行中健康状态分析诊断系统”，该系统完成对线路三相电压互感器暂态信号的数学处理分析和诊断，可实时掌握线路无功和有功电压，控制投切无功补偿装置数量。
实施例4：
数字式线性电压互感器和数字式线性电流互感器的高速采集功能，通过“变电站内区域设备运行中健康状态分析诊断系统”，可实现对变电站或系统各种操作过程或雷电侵入过程的记录，为设备的运行寿命分析提供数据。
该系统对变电站设备和局部系统的分析诊断应用，还将可以不断拓展。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (1)
1.一种变电站内区域设备运行状态检测系统，包括依次连接的物理层、链路层和应用层；
所述物理层用于检测变电站内区域设备运行状态，并将检测的数据传输给链路层；
所述链路层用于对物理层检测的数据进行分析处理，将分析结果上传给应用层；
所述应用层接收来自链路层的数据，根据不同数据信息属性，分别控制监测中心、计量中心和调度中心对其进行处理和诊断分析；
其特征是，
所述物理层包括若干个合并单元，每个所述合并单元与三相出线电压互感器连接或三相出线电流互感器连接；
所述链路层包括变电站故障信息模块、暂态信号数字差分处理模块、谐波信号比较处理模块、工频信号处理模块、GIS站内局部放电分析模块、断路器操作过程分析模块、变电站雷电侵入波分析模块、变电站谐波分析模块、系统谐波源分析模块、区域谐波损耗分析模块、电能计量模块、测量及继电保护模块和变电站各区域损耗分析模块；
所述应用层包括变电站站域设备运行状态分析模块、监测中心、计量中心和调度中心；
所述物理层的三相出线电压互感器或三相出线电流互感器将信号传输给合并单元，所述合并单元将信号传输给链路层；
所述链路层从物理层接收的故障信息传输给变电站故障信息模块，所述链路层从物理层接收的暂态信号传输给暂态信号数字差分处理模块，所述链路层从物理层接收的谐波信号传输给谐波信号比较处理模块，所述链路层从物理层接收的工频信号传输给工频信号处理模块；所述暂态信号数字差分处理模块将处理后的数据分别传输给GIS站内局部放电分析模块、断路器操作过程分析模块和变电站雷电侵入波分析模块；
所述谐波信号比较处理模块将数据传输给变电站谐波分析模块，变电站谐波分析模块将数据传输给系统谐波源分析模块，系统谐波源分析模块将监测及分析结果发往区域谐波损耗分析模块和监测中心；所述工频信号处理模块将数据传输给电能计量模块、测量及继电保护模块和变电站各区域损耗分析模块；所述电能计量模块将数据传输给计量中心，所述测量及继电保护模块将数据传输给调度中心；
所述变电站站域设备运行状态分析模块将接收GIS站内局部放电分析模块、断路器操作过程分析模块、变电站雷电侵入波分析模块、区域谐波损耗分析模块和变电站各区域损耗分析模块的数据，所述变电站站域设备运行状态分析模块还接收GIS气压密度信息、变压器油温度信号、变电站设备管理信息和其他常规监测量；所述变电站站域设备运行状态分析模块将分析结果上传给监测中心；所述变电站故障信息模块负责收集电压互感器或电流互感器监测单元所采集变电站内设备故障信息；
所述暂态信号数字差分处理模块负责将变电站故障信息模块监测故障信息进行数字差分处理，滤除故障信息中干扰数据，提取真实故障信号；
所述谐波信号比较处理模块负责通过设定谐波信号阈值，采集并提取谐波信号，将谐波信息传输至变电站谐波分析模块；
所述工频信号处理模块负责采集电力系统中的工频信号，并对信号进行滤波和降噪处理，最终将纯净的工频信号传输至电能计量模块、测量及继电保护模块；
GIS站内局部放电分析模块负责对前置局部放电监测装置监测信息进行放大、滤波、降噪、提取出真实局部放电信号，并通过GIS站内局部放电分析模块中的专家诊断系统，对局部放电信号进行分类和模式识别，通过与缺陷库中不同缺陷类型进行对比，给出所监测局部放电信号的特征信息，进而指导现场局部放电检测，维护被监测设备；
断路器操作过程分析模块负责记录和分析断路器分闸和合闸过程中的操动机构信息，包括断路器拒分、拒合、误分、储能电机损坏、断路器直流电阻，掌握断路器运行状态，并将信息传输至调度中心；变电站雷电侵入波分析模块负责对侵入变电站内的雷电波信息进行分析，包括雷电流大小，波头时间，波尾时间以及确定是直击雷还是感应雷，为采恰当的雷电防护提供指导；
变电站谐波分析模块负责通过小波变换、神经网络算法，对系统谐波进行分析和处理，将处理结果传输至系统谐波源分析模块；
系统谐波源分析模块负责通过傅里叶变换，对谐波信号进行分析，分离出谐波信号中的奇次谐波和偶次谐波，将谐波源分析结果发往监测中心；
电能计量模块的功能是：负责对传输的电能进行计量；
测量及继电保护模块负责测量从被保护对象输入的有关物理量，与已给定的整定值进行比较，对电力系统故障和不正常运行进行监控，切除故障，保护电力设备；
变电站各区域损耗分析模块负责监测并统计分析变电站内不同电压等级设备的电能损耗；
区域谐波损耗分析模块负责监测并统计变电站内不同电压等级设备区域的谐波，通过区域谐波损耗分析模块内嵌入的神经网络、小波变换和傅里叶变换算法，对系统谐波进行分析，分离出基波和高次谐波，并对不同高次谐波损耗进行统计和分析；变电站站域设备运行状态分析模块负责接收变电站内各种监测装置和被监测设备的状态信息，通过状态监测和运行分析处理单元，对各类信息进行统计分析，将分析结果上传给监测中心；所述物理层包括两根母线，两根母线之间通过若干条母线回路连接，所述母线回路包括若干个断路互感单元，所述断路互感单元包括串联的断路器和电流互感器，每根母线都通过断路互感单元与出线连接，每根所述出线上都设有电压互感单元；所述电压互感单元包括避雷器、电压互感器和合并单元；每根母线上还设有避雷器和电压互感器；若干所述出线上还设有主变压器；若干所述合并单元与变电站站域的设备状态检测分析装置和电能质量检测分析装置连接；所述合并单元通过模数转换模块分别与电压互感器或电流互感器连接，所述合并单元上还设有二进制开关输入模块、电源供应电路和维修请求电路，所述合并单元通过以太网连接线路保护模块、暂态量模块、谐波量模块和间隔层控制器；所述合并单元通过第一同步信号与其他合并单元同步，所述合并单元通过第二同步信号控制不同类型的电压互感器或电流互感器同步采集；所述合并单元内部包括若干光电转换模块，每个所述光电转换模块接收数据输入并将接收到的数据传输给FPGA上相应的解码校验模块，所述解码校验模块将数据传输给FPGA上的FIFO数据排序模块，FPGA上的同步功能模块将数据传输给光电转换模块，光电转换模块将输出同步脉冲序列。
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