CN103076560A - 电气试验设备非接触式测量组合装置及其应用 - Google Patents

Abstract

一种电气试验设备非接触式测量组合装置及其应用，用于电力设备信号的数字化采集并无线传输给电气试验设备，包括1个控制主机和多个检测终端；它们通过射频模块远程通信组成星型网络，从而形成一点对多点的组合测量装置；测量组合装置的一端通过检测终端与电力设备连接，另一端通过控制主机与电气试验设备连接；将检测终端的模块与电力设备连接，从而对电力设备进行相应的电气试验测量。该装置基于非接触式传感技术和射频技术，采用非接触式传感器技术替代传统测量方式，通过联网技术，实现数字化采集和传输，将测量、采集等工序有效分开，避免工作人员在风险区域进行工作，提高工作效率、降低作业风险。

Description

电气试验设备非接触式测量组合装置及其应用

技术领域

 本发明涉及电力系统中电力设备的检修、试验，尤其涉及高压设备的电气试验，特别涉及用电气试验设备对电力设备进行非接触式测量的组合装置及其应用。

背景技术

电力设备在运行中需要进行大量的电气试验，电气试验是输变电设备技术监督工作的重要组成部分，为准确掌握输变电设备的运行状态，根据相关规程需要对设备进行状态检测工作，例行试验、交接试验或故障诊断中均涉及大量的电气试验工作，电气试验已经成为电力系统工作的重要组成部分。

目前，电气试验中广泛采用的是接触式测量，或对于单一设备的非接触式测量。对于需要采集二次端子信号的试验项目，大多采用接触式测量，作业风险较大且对设备有一定的损耗，对于加压与操作一体的试验设备，作业人员安全风险较大，普遍的电气试验都需要大量接线，容易错接。电力试验中由于误拆、误接二次线和与加压设备安全距离不足造成事故的情况时有发生。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于针对现有技术的不足之处而提出一种安全可靠、测量效率高的电气试验设备非接触式测量组合装置及其应用。 

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是：设计一种电气试验设备非接触式测量组合装置，用于电力设备信号的数字化采集并无线传输给电气试验设备，尤其是：

所述非接触式测量组合装置包括1个控制主机和多个检测终端；

      所述1个控制主机和多个检测终端通过射频模块远程通信组成星型网络，从而形成一点对多点的组合测量装置；每个检测终端包括继电器开关状态检测模块、1mA电流检测模块、常规电流检测模块和常规电压检测模块；所述控制主机包括数据处理模块和数据直接传输通道； 

      所述非接触式测量组合装置的一端通过所述检测终端与电力设备连接，另一端通过所述控制主机与电气试验设备连接；将所述检测终端的模块与电力设备连接，从而对电力设备进行相应的电气试验测量；所述控制主机采用两种方式将信息传输给电气试验设备，分别是直接提供控制输出信号给电气试验设备，以模拟电力设备的输出信号，或者直接将检测到的电力设备的数字信号输出给电气试验设备。

所述控制主机还包括开关状态模拟输出接口、电子触点输出接口和采集数据输出接口，从而与电气试验设备进行数据交互传输，实现电气试验设备数据远程采集。

所述继电器开关状态检测模块、1mA电流检测模块、常规电流检测模块和常规电压检测模块，通过所述检测终端组合在一起，并通过无线网络与所述控制主机进行数据交换，从而实现电气试验设备对电力设备的非接触远程测量。

本发明还提出一种电气试验设备非接触式测量组合装置在SF₆密度继电器检验试验中的应用，包括如下步骤：

 A、将所述电气试验设备非接触式测量组合装置的控制主机的工作模式设置为SF6密度继电器校验模式；

B、将所述电气试验设备非接触式测量组合装置的检测终端的钳形1mA电流检测传感器，夹住SF₆密度继电器对应的开关回路，实时检测每个继电器回路的通断情况；将所述控制主机的控制输出口连接到SF₆密度继电器的输入端口；

C、所述检测终端等待所述控制主机的同步命令，实时高速将SF₆密度继电器开关状态传输给所述控制主机；

D、所述控制主机将SF₆密度继电器开关状态模拟输出给SF₆密度校验仪;

E、SF₆密度校验仪分别计算SF₆密度继电器开关开启和闭合的时间，获得SF₆密度继电器的报警压力值和闭锁压力值。

具体而言，该试验是在接线端子箱中找到与SF₆密度继电器对应的开关回路，通过非接触式测量获得SF₆密度继电器的开关状态，并实时传输到与SF₆密度校验仪连接的控制主机，从而获得测试设备的SF6密度继电器的报警压力值和闭锁压力值。

本发明又提出一种电气试验设备非接触式测量组合装置在开关同期试验中的应用，包括如下步骤：

A、将所述电气试验设备非接触式测量组合装置的控制主机的工作模式设置为开关检测模式；

B、将所述检测终端的开关状态检测模块接入断路器的三相的各个接口，实时检测每个开关的通断情况；并将所述控制主机连接到开关检测仪的端口检测口；

C、所述检测终端等待所述控制主机的同步命令，实时高速将开关状态传输给所述控制主机；

D、所述控制主机将开关状态模拟输出给开关检测仪；

E、开关检测仪计算开关开启和闭合的时间，获得开关速度和同期时间差。

该试验中，通过所述检测终端将测量开关信号逐点延伸，而开关测试仪与所述控制主机相连接即可获得每个开关的实时状态信息，信号信息同步，数传误差满足测试要求。

本发明再提出一种电气试验设备非接触式测量组合装置在介损自激法试验中的应用，包括如下步骤：

A、将所述电气试验设备非接触式测量组合装置的控制主机的控制主机的工作模式调整为介损测试模式；

B、将所述检测终端的电流模块和电压模块分别接入变压器的高压侧以及低压侧接线端；并将所述控制主机连接到介损检测仪的数据端口；

C、低压测提供变压器自激所需激励源，测量高低压侧的电流电压；

D、将步骤C测量的数值通过无线网络传输给所述控制主机，并通过其数字接口提供给介损检测仪；

E、介损检测仪根据电流电压数值进行计算，获得电容值和介损系数。

该试验中，根据介损自激法，采用所述非接触式测量组合装置的检测模块的常规电流检测模块和常规电压检测模块，替代介损检测仪的电流电压检测单元，在激励电源的作用下实现检测，并检测信号的延伸，将检测数据通过所述控制主机传输给介损检测仪，再计算介损系数和电容值。

本发明基于非接触式传感技术和射频技术，装置采用非接触式传感器技术替代传统测量方式，通过联网技术，实现数字化采集和传输，其应用将当前大量低压电气试验包含在内，装置将测量、采集等工序有效分开，避免工作人员在风险区域进行工作，提高工作效率、降低作业风险。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)采用非接触式测量方式，不破坏和变动被测试设备的物理性能和空间结构，有效延长被测试设备的使用寿命；

(2)通过无线数字化传输，避免数据在传统方式传输过程中的衰减，提高试验数据的精确度；

(3)降低试验接线复杂度，提高工作效率；

(4)有效降低试验作业人员与带电设备的近距离接触频率，降低作业风险。

附图说明

图1是本发明电气试验设备非接触式测量组合装置的工作原理示意框图；

图2是所述测量组合装置应用在3个试验中的控制流程图；

图3是检测终端的原理框图；

图4是控制主机的原理框图；

图5是控制主机软件的流程图；

图6是监测终端软件的流程图；

图7是控制主机和监测终端双方的通信协议；

图8是电流检测电路；

图9是模拟输出触点电路；

图10是开关检测电路；

图11是模拟输出开关接口电路； 

图12是SF₆ 密度继电器试验示意图；

图13是开关同期试验模块检测试验示意图；

图14是介损自激法试验组合模块检测试验示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的内容进一步详述。

如图1所示，一种电气试验设备非接触式测量组合装置，用于电力设备信号的数字化采集并无线传输给电气试验设备，所述非接触式测量组合装置包括1个接收控制模块，也就是1个控制主机和多个检测终端；所述1个控制主机和多个检测终端通过射频模块远程通信组成星型网络，从而形成一点对多点的组合测量装置；每个检测终端包括继电器开关状态检测模块、1mA电流检测模块、常规电流检测模块和常规电压检测模块；所述控制主机包括数据处理模块和数据直接传输通道； 

      所述非接触式测量组合装置的一端通过所述检测终端与高压设备连接，另一端通过所述控制主机与试验设备连接；将所述检测终端的模块与电力设备连接，从而对电力设备进行相应的电气试验测量；所述控制主机采用两种方式将信息传输给电气试验设备，分别是直接提供控制输出信号给电气试验设备，以模拟电力设备的输出信号，或者直接将检测到的电力设备的数字信号输出给电气试验设备。

所述控制主机还包括开关状态模拟输出接口、电子触点输出接口和采集数据输出接口，从而与电气试验设备进行数据交互传输，实现电气试验设备数据远程采集。

所述继电器开关状态检测模块、1mA电流检测模块、常规电流检测模块和常规电压检测模块，通过所述检测终端组合在一起，并通过无线网络与所述控制主机进行数据交换，从而实现试验设备对高压设备的非接触远程测量。

所述测量组合装置是一点对多点的星型网络，是联系高压设备和试验设备的纽带，通过无线网络免去了较多设备连线问题，延伸了试验空间。组合装置包括检测终端和控制主机，检测终端连接高压设备，通过各个检测模块对高压设备针对性的信号检测，通过无线将结果传输给接收控制模块，也就是控制主机；接收控制模块“连接”试验设备，接收控制模块采用两种方式将信息提供给试验设备，分别是直接提供控制输出以模拟高压设备输出或者直接将高压设备的检测数字信号提供给试验设备，达到高压试验改造、提高效率的目的。

如图2所示，首先在控制主机上选择工作模式，将工作模式状态命令通过无线传输给检测终端。下面分别叙述3中工作模式的具体工作流程。

1 SF6密度继电器校验模式；

1-1，根据现有的密度继电器校验试验方案，将1mA电流检测钳形传感器夹住密度继电器对应的开关回路，实时检测每个继电器回路的通断情况；控制主机的控制输出口连接到密度继电器的输入端口；

1-2，终端等待控制模块的同步命令，实时高速将开关状态传输给控制主机；

1-3，接收控制模块根据传输的开关状态模拟输出给默读校验仪

1-4，默读校验仪分别计算开关开启和闭合的时间，获得密度继电器的报警压力值和闭锁压力值。

 2 开关检测模式

2-1，根据现有的开关测试试验方案和开关自身特点，将检测终端开关状态检测模块接入断路器的三相的各个接口，实时检测每个开关的通断情况；并将控制主机连接到开关检测仪的端口检测口；

2-2，终端等待控制模块的同步命令，实时高速将开关状态传输给控制主机；

2-3，控制主机将开关状态模拟输出给开关检测仪；

2-4，开关检测仪计算开关开启和闭合的时间，获得开关速度和同期时间差。

3 介损测试模式；

3-1，根据现有的介损自激法试验方案，将检测终端电流模块和电压模块分别接入变压器的高压侧以及低压侧接线端；并将控制主机连接到介损检测仪的数据端口；

3-2，低压测提供变压器自激所需激励源，测量高低压侧的电流电压；

3-3，将测量的数值通过无线传输给控制主机，通过数字接口提供给介损检测仪器；

3-4，介损检测仪器根据电流电压数值进行计算，获得电容值和介损系数。

如图3所示，测量组合装置单个终端包括以下几个输入模块：1mA电流检测模块实现开关状态的检测，另一个是继电器开关状态的检测模块，分别可以实现各种继电器在线与离线开关状态的检测，同时还包括常规电流、电压检测模块，每个模块采用射频技术，具有远程通信功能，实现了开关状态以及其他状态信息的远程传输。

如图4所示，控制主机使用射频模块与检测终端组成星型网络，软件上采用主从式多机通信。另外，控制主机还包括开关状态输出接口，电子触点输出，和采集数据接口，与电气试验设备进行数据交互，实现电气试验设备数据远程采集，从而在不影响试验结果的前提下的完成电气试验改造。

如图5所示，控制主机程序开始后对系统进行初始化，然后屏幕显示“高压试验测量平台”，接着开始不断扫描四个按键，联机键，模式1，模式2和返回键。若检测到联机键按下，则接收端，也就是控制主机发送握手信号AA,55给检测终端，然后判断是否收到应答信号BB,以此来判断双方通信是否已建立，若建立，屏幕会自动显示“通信成功，请选择模式”；若检测到模式 1键按下，则接收端发送模式1选择信号10,01给终端，并开始接收终端发送过来的开关状态数据；若检测到模式2键按下，则接收端发送模式2选择信号EE,FF给终端，同时开始接收终端发送过来的数据；若检测到返回键按下，则接收端向终端发送返回命令CC,DD，同时自己返回到初始化状态。然后重复上述过程。

如图6和图7所示，检测终端程序开始后先进行测量传感器偏置测量，然后先后判断是否收到握手信号，模式选择信号和返回命令。若收到握手信号，则相应的发送应答信号BB；若收到模式1选择信号，则关闭AD并开始不断读取相应端口状态，以此来判断开关的状态，然后将其处理后发送给接收端；若收到模式2选择信号，则开启AD，不断对传感器输出进行采样，将采样结果经过一定处理后，发送给接收端；若收到返回命令，则系统回到初始化状态，停止发送数据，清标志位，并重新测量偏置。然后重复上述过程。

如图8所示，本电路由精密仪用放大器AD620和精密有效值直流转换器AD637构成。AD620的增益可方便调节，易于控制，它是用来对采集的信号进行放大，信号经AD620放大后，送入有效值直流转换器AD637中，AD637精度高，稳定性好，使输出的信号相比于输入信号更加平稳，最后将其输出信号进行滤波后送入单片机的AD采样端口。

如图9所示，本电路是用来模拟远程终端开关状态，若终端检测开关闭合，则通过无线通信模块将开关状态发到接收端中，对应端口输出为高电平，使三极管导通，继电器闭合，同样地，若终端检测开关断开，则对应接收方的端口输出为低电平，三级关不能导通，继电器断开。这样就很方便的模拟了远程开关状态。

如图10所示，本电路是终端用来检测模拟开关的状态，当开关闭合时，O1, O2，O3, O4，O5，O6为高电平，此时三级管导通，单片机检测端口状态为高电平，从而判断开关状态为闭合；反之当开关断开时，O1, O2，O3, O4，O5，O6为低电平，三极管断开，单片机检测端口状态为低电平，因此判断开关状态为断开，然后经过一定处理后将所有开关状态通过无线模块发送到接收方。

如图11所示，本电路是接收方用于模拟终端开关的电路。当接收方接收到终端相应开关状态为闭合时，单片机经过处理，将相应的端口置为高电平，三极管导通；反之当接收方收到终端相应开关状态为断开时，将相应端口置为低电平，三极管截止；从而实现了模拟远程开关状态的目的。

 

地磁影响的处理

由于传感器受地磁影响很大，为消除地磁影响，本试验平台采取了可进行多次测量偏置的方法来解决地磁干扰问题，首先将传感器放置为一个方向不动，终端会自动先测出偏置，当改变传感器的方向时，可通过接收方按返回键，使其重新测偏置。

高压试验实施方法

根据高压试验经验，采用测量组合装置，将各个检测终端和数据接收结点，进行有目的的组合，实现对试验中各个开关量的实时检测和控制。

目前在高压试验中，采用该装置可以实现4个试验。首先开发非接触式无线传输试验装置，并进行测量精度，准确度，抗干扰能力，无线传输等可靠性测试，测试成功后，进行SF₆密度继电器、介质损耗自激法、开关同期，开关速度测量等试验的开发，真正将试验装置应用到高压试验中，提高工作效率。组合式试验装置，可以根据高压试验的需要，将模块化的试验终端和设备进行组合，实现各种试验需要。其中开关速度和开关同期试验组合装置实现形式一致，以下仅介绍开关同期试验。

1）SF₆密度检验试验

密度继电器是保证SF₆电气设备安全运行的重要部件，其性能的好坏直接影响电气设备的安全运行。因此，需要定期检查其可靠性和准确性，在实际试验中，拆接线的工作量大，且受运行环境影响，常常无法测得准确数据。采用本试验平台将按照下面的方式进行试验，提高了工作效率，非接触式测量也减少了拆接线的数量，减少了由于拆装二次线造成的安全隐患。

接触式测量过程中必须使密度继电器脱离变电所220V直流电源，工作过程繁琐，且受作业条件影响较大，非接触测量将利用站用220V直流电源直接对报警、闭锁信号进行非接触的信号采集，避免拆卸开关报警、闭锁二次线。

试验示意图如图12所示，测控终端通过霍尔元件直接从220V直流信号线路上测量开关通断的微弱电流，获得开关状态信息，并将该信息传输给信号接收端，信号接收端将该开关信息通过虚拟触点的方式传输给密度继电器检验仪，密度继电器检验仪根据该状态进行实际的密度继电器试验。试验测试完毕后，可以将信息反馈给测控终端，由终端提供输出触点实现控制。

2）开关同期试验

开关同期试验属于开关特性试验，是开关交接、故障查找、例行试验中等均需进行的一种基本试验。开关三相同期性是有关系统稳定运行的一个重要检测指标。采用组合试验平台的现场测试示意图如图13所示。传统试验方式是将开关同期试验仪直接接入线路中通过常规电路进行采集三相电流或电压信息，得到开关状态并显示记录，这样将带来大量的拆接线工作量，试验系接触式测量。

采用组合式测控终端和信号接收端，可以实现开关同期试验的非接触测量。通过霍尔元件及电磁感应原理的传感器检测线路开关状态，得到每个开关合闸和分闸的时间差，经过无线模块传输给信号接收端，然后进行声光报警与显示。同期行试验测量时间差在几mS到100mS左右，本试验平台数据传输和检测时间均在100uS之内，完全满足试验要求。通过对测控端及接收端两个开关测试仪的数据对比，研究将得到试验数据的准确程度。

现场应用过程中，测控终端的开关同期测试仪将不再接于被试设备，取而代之的是由测控终端提供低压电源，并通过霍尔元件取得电流信号，继而发送至接收端处的开关同期测试仪，试验过程将大大降低接线的难度和复杂程度，极大提高劳动生产率。开关速度试验方案类似。

3）介损自激法试验

自激法测量电容式电压互感器介损是目前广泛采用的试验手段，传统方法是将介损检测仪直接接入试验设备。本项目在开发研制的电气试验组合平台基础上，开发自激法模块，在介损自激法测量模块中植入电压和电流互感器和激励源，通过无线模块与介损测试仪实现信息物联。试验中，介损测试仪控制自激法模块的电压，自激法模块测得的电流信号通过试验平台将数据传至介损测试仪，进而获得试验数据，其实现方式如图14所示。

由于介质损耗测试是一个灵敏度很高的项目，因此测试数据也极易受到外界电场的干扰。采用测量模块使用电池供电，避开了主要干扰源工频50Hz干扰，这样采样信号为两个不同频率信号（测试电流和干扰电流）的叠加，通过模拟滤波器和数字滤波器对信号滤波，进一步将少工频干扰信号，以达到抗干扰的目的。信号传输采用无线数传技术，完全切断了干扰源传播途径。

Claims (8)

1.一种电气试验设备非接触式测量组合装置，用于电力设备信号的数字化采集并无线传输给电气试验设备，其特征在于：

所述非接触式测量组合装置包括1个控制主机和多个检测终端；

       所述1个控制主机和多个检测终端通过射频模块远程通信组成星型网络，从而形成一点对多点的组合测量装置；每个检测终端包括继电器开关状态检测模块、1mA电流检测模块、常规电流检测模块和常规电压检测模块；所述控制主机包括数据处理模块和数据直接传输通道； 

      所述非接触式测量组合装置的一端通过所述检测终端与电力设备连接，另一端通过所述控制主机与电气试验设备连接；将所述检测终端的模块与电力设备连接，从而对电力设备进行相应的电气试验测量；所述控制主机采用两种方式将信息传输给电气试验设备，分别是直接提供控制输出信号给电气试验设备，以模拟电力设备的输出信号，或者直接将检测到的电力设备的数字信号输出给电气试验设备；

所述控制主机还包括开关状态模拟输出接口、电子触点输出接口和采集数据输出接口，从而与电气试验设备进行数据交互传输，实现电气试验设备数据远程采集。

2. 根据权利要求1所述的电气试验设备非接触式测量组合装置，其特征在于：

所述继电器开关状态检测模块、1mA电流检测模块、常规电流检测模块和常规电压检测模块，通过所述检测终端组合在一起，并通过无线网络与所述控制主机进行数据交换，从而实现电气试验设备对电力设备的非接触远程测量。

3. 一种权利要求1所述电气试验设备非接触式测量组合装置在SF₆密度继电器检验试验中的应用，包括如下步骤：

A、将所述电气试验设备非接触式测量组合装置的控制主机的工作模式设置为SF6密度继电器校验模式；

B、将所述电气试验设备非接触式测量组合装置的检测终端的钳形1mA电流检测传感器，夹住SF₆密度继电器对应的开关回路，实时检测每个继电器回路的通断情况；将所述控制主机的控制输出口连接到SF₆密度继电器的输入端口；

C、所述检测终端等待所述控制主机的同步命令，实时高速将SF₆密度继电器开关状态传输给所述控制主机；

D、所述控制主机将SF₆密度继电器开关状态模拟输出给SF₆密度校验仪;

E、SF₆密度校验仪分别计算SF₆密度继电器开关开启和闭合的时间，获得SF₆密度继电器的报警压力值和闭锁压力值。

4.根据权利要求3所述的电气试验设备非接触式测量组合装置在SF₆密度继电器检验试验中的应用，其特征在于：

该试验，是在接线端子箱中找到与SF₆密度继电器对应的开关回路，通过非接触式测量获得SF₆密度继电器的开关状态，并实时传输到与SF₆密度校验仪连接的控制主机，从而获得测试设备的SF6密度继电器的报警压力值和闭锁压力值。

5.一种权利要求1所述电气试验设备非接触式测量组合装置在开关同期试验中的应用，包括如下步骤：

A、将所述电气试验设备非接触式测量组合装置的控制主机的工作模式设置为开关检测模式；

B、将所述检测终端的开关状态检测模块接入断路器的三相的各个接口，实时检测每个开关的通断情况；并将所述控制主机连接到开关检测仪的端口检测口；

C、所述检测终端等待所述控制主机的同步命令，实时高速将开关状态传输给所述控制主机；

D、所述控制主机将开关状态模拟输出给开关检测仪；

E、开关检测仪计算开关开启和闭合的时间，获得开关速度和同期时间差。

6.根据权利要求5所述的电气试验设备非接触式测量组合装置在开关同期试验中的应用，其特征在于：

该试验中，通过所述检测终端将测量开关信号逐点延伸，而开关测试仪与所述控制主机相连接即可获得每个开关的实时状态信息，信号信息同步，数传误差满足测试要求。

7.一种权利要求1所述电气试验设备非接触式测量组合装置在介损自激法试验中的应用，包括如下步骤：

A、将所述电气试验设备非接触式测量组合装置的控制主机的控制主机的工作模式调整为介损测试模式；

B、将所述检测终端的电流模块和电压模块分别接入变压器的高压侧以及低压侧接线端；并将所述控制主机连接到介损检测仪的数据端口；

C、低压测提供变压器自激所需激励源，测量高低压侧的电流电压；

D、将步骤C测量的数值通过无线网络传输给所述控制主机，并通过其数字接口提供给介损检测仪；

E、介损检测仪根据电流电压数值进行计算，获得电容值和介损系数。

8.根据权利要求7所述的电气试验设备非接触式测量组合装置在介损自激法试验中的应用，其特征在于：

该试验中，根据介损自激法，采用所述非接触式测量组合装置的检测模块的常规电流检测模块和常规电压检测模块，替代介损检测仪的电流电压检测单元，在激励电源的作用下实现检测，并检测信号的延伸，将检测数据通过所述控制主机传输给介损检测仪，再计算介损系数和电容值。

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