CN103105521A - Vfto远程测量系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种VFTO远程测量系统及方法，其中，该系统包括：内置探头传感器，用于检测GIS/HGIS中导电杆上的特快速暂态过电压；采集卡，用于采集并记录内置探头传感器检测到的电压数据；控制器，用于控制采集卡对内置探头传感器检测到的电压数据进行记录；传输设备，用于将采集卡记录的电压数据上载至网络以实现远程测量；蓄电池，用于为VFTO远程测量系统的内部电路提供电能。通过运用本发明，解决了特高压变电站通常设置在远离市中心的郊区，如需进行测量，则需要大量的人力物力到特高压变电站进行电压数据的提取，过程较复杂的问题，使操作人员无需到特高压变电站现场获取电压数据，节省了人力物力，提高了操作的便捷性。

Description

VFTO远程测量系统及方法

技术领域

本发明涉及电气控制及电气测量领域，更具体地，涉及一种特快速瞬态过电压（Very FastTransient Overvohage，简称为VFTO）远程测量系统及方法。

背景技术

实际运行经验表明，气体绝缘开关设备（Gas Insulated Switchgear，简称为GIS）/复合式气体绝缘开关（Hybrid Gas Insulated Switchgear，简称为HGIS）设备中的隔离开关、接地开关和断路器操作时，会产生幅值较高、陡度很大、频率很高的VFTO。特高压工程中普遍采用GIS/HGIS，VFTO的存在对电气设备的安全操作和运行产生了严重的威胁。因此，准确测量VFTO尤其重要。

现有用于VFTO的测量系统由于考虑到外部复杂的电磁环境，需要把测量设备放入到屏蔽箱之中，同时使用蓄电池对测量系统供电。现场测量存在两方面问题，一方面是特高压变电站通常远离城市中心，在变电站内进行测量需要大量的人力物力；另一方面，现有VFTO的测量都是采用实时测量，即使在不需要测量的时也保持测量，浪费电能和系统的资源。

发明内容

本发明旨在提供一种VFTO远程测量系统及方法，以至少解决相关技术中，特高压变电站通常设置在远离市中心的郊区，如需进行测量，则需要大量的人力物力到特高压变电站进行电压数据的提取，过程较为复杂的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种VFTO远程测量系统，包括：内置探头传感器，用于检测GIS/HGIS中导电杆上的特快速暂态过电压；采集卡，用于采集并记录所述内置探头传感器检测到的电压数据；控制器，用于控制所述采集卡对所述内置探头传感器检测到的电压数据进行记录；传输设备，用于将所述采集卡记录的电压数据上载至网络以实现远程测量；蓄电池，用于为所述VFTO远程测量系统的内部电路提供电能。

优选地，所述传输设备包括：电光转换器，用于将所述电压数据由电信号转换为光信号；第一光纤，与所述电光转换器连接，用于传输光信号。

优选地，所述传输设备还包括：光电转换器，用于将所述第一光纤传输的光信号转换为电信号，并将所述电信号上载至网络。

优选地，所述系统还包括：固态硬盘，与所述控制器连接，用于存储所述采集卡记录的电压数据；所述控制器，还用于根据所述操作人员的控制信号调取所述固态硬盘存储的所述电压数据。

优选地，所述系统还包括：第二光纤，与光纤电源控制器连接，用于传输所述操作人员发送的触发信号，其中，所述触发信号用于指示所述VFTO远程测量系统的内部电路是否需要供电；光纤电源控制器，与所述蓄电池和所述控制器连接，用于根据所述触发信号控制所述蓄电池为所述VFTO远程测量系统的内部电路进行供电或停止供电。

优选地，所述光纤电源控制器包括以下之一：绝缘栅双极型晶体管（Insulated Gate BipolarTransistor，简称为IGBT），金属-氧化层-半导体-场效应晶体管（Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，简称为MOSFET，或MOS管）。

优选地，所述控制器通过传输控制协议（Transfer Control Protocol，简称为TCP）/网络协议（Internet Protocol，简称为IP）方式控制所述采集卡。

根据本发明的一个方面，提供了一种VFTO远程测量方法，包括：检测GIS/HGIS中导电杆上的特快速暂态过电压；记录检测到的电压数据，并将所述电压数据上载至网络以实现远程测量。

优选地，将所述电压数据上载至网络以实现远程测量包括：将检测到的所述电压数据由电信号转换为光信号；通过光纤传输所述光信号至变电站侧；所述变电站侧将所述光信号转换为电信号上载至网络。

优选地，将所述电压数据上载至网络以实现远程测量之后，还包括：接收触发信号，其中，所述触发信号用于指示所述VFTO远程测量系统的内部电路是否需要供电；根据所述触发信号确定所述蓄电池为所述VFTO远程测量系统的内部电路进行供电或停止供电。

优选地，记录检测到的电压数据之后，还包括：通过固态硬盘存储所述电压数据；根据操作人员发送的控制信号调取所述固态硬盘存储的所述电压数据。

本发明采用的系统可以将采集卡采集到的电压数据通过传输设备上载至网络，操作人员可通过网络获取需要的电压数数据。通过运用本发明，解决了相关技术中，特高压变电站通常设置在远离市中心的郊区，如需进行测量，则需要大量的人力物力到特高压变电站进行电压数据的提取，过程较为复杂的问题，进而操作人员无需到特高压变电站现场获取电压数据，节省了人力物力，提高了操作的便捷性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了本发明实施例的VFTO远程测量系统的结构示意图一；

图2示出了本发明实施例的VFTO远程测量系统传输设备的结构示意图；

图3示出了本发明实施例的VFTO远程测量系统的结构示意图二；

图4示出了本发明实施例的VFTO远程测量系统的结构示意图三；

图5示出了本发明实施例的VFTO远程测量方法的流程图；

图6示出了本发明优选实施例的VFTO远程测量的测量端结构示意图；

图7示出了本发明优选实施例的光纤电源控制器内部结构及连接示意图。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。

基于相关技术中，特高压变电站通常设置在远离市中心的郊区，如需进行测量，则需要大量的人力物力到特高压变电站进行电压数据的提取，过程较为复杂的问题，本发明实施例提供了一种VFTO远程测量系统，该系统的结构示意如图1所示，包括：

内置探头传感器10，用于检测GIS/HGIS中导电杆上的特快速暂态过电压；

采集卡20，用于采集并记录内置探头传感器检测到的电压数据；

控制器30，用于控制采集卡对内置探头传感器检测到的电压数据进行记录；

传输设备40，用于将采集卡记录的电压数据上载至网络以实现远程测量；

蓄电池50，用于为VFTO远程测量系统的内部电路提供电能。

本发明实施例采用的系统可以将采集卡采集到的电压数据通过传输设备上载至网络，操作人员可通过网络获取需要的电压数数据。通过运用本实施例，解决了相关技术中，特高压变电站通常设置在远离市中心的郊区，如需进行测量，则需要大量的人力物力到特高压变电站进行电压数据的提取，过程较为复杂的问题，进而操作人员无需到特高压变电站现场获取电压数据，节省了人力物力，提高了操作的便捷性。

在上述实施例中，图1只是一种优选的连接方式，本领域技术人员还可以根据需要设置其他的连接方法。上述实施例的控制器30可以通过TCP/IP方式控制采集卡20。通过使用远程系统可以从中心城市实现对特高压变电站隔离开关操作所产生过电压的长期监测，节约人力物力成本。

在上述实施例中，传输设备40还可以包括光电转换器401和第一光纤402，其结构示意如图2所示，其中，电光转换器401，用于将电压数据由电信号转换为光信号；第一光纤402，与电光转换器401连接，用于传输光信号。通过将传输设备40设置为可以进行光传输，可以解决现有测量技术中测量系统易受复杂电磁环境影响的问题。上述实体均设置在系统的测量侧，在系统的变电站侧所述传输设备还包括：光电转换器，用于将第一光纤传输的光信号转换为电信号，并将所述电信号上载至网络。该装置可以与电光转换器401耦合，但未示出在图2中。

由于VFTO测量采样频率高，传输数据量较大，因此传统硬盘不适合进行此类信号的可靠存储。基于上述问题，本系统的结构示意还可以如图3所示，还可以包括：固态硬盘60，与控制器30连接，用于存储采集卡记录的电压数据；控制器30，还用于根据操作人员的控制信号调取固态硬盘60存储的电压数据。通过运用本系统的固态硬盘，可以可靠的存储采集到的电压数据，提高系统存储的可靠性。

现有VFTO的测量都是采用实时测量，即使在不需要测量的时也保持测量，浪费电能和系统的资源。因此，上述系统还可以如图4所示，包括：第二光纤70，与光纤电源控制器80连接，用于传输操作人员发送的触发信号，其中，触发信号用于指示VFTO远程测量系统的内部电路是否需要供电；光纤电源控制器80，与蓄电池50和控制器30连接，用于根据触发信号控制蓄电池为VFTO远程测量系统的内部电路进行供电或停止供电。其中，光纤电源控制器可以是电力电子开关，例如，IGBT或者MOSFET，当然，还可以是具有相似功能的其它电力电子开关。通过运用本实施例，可以在不需要的时候可以切断电源，关闭测量系统，节省电能，防止为更换电源而频繁的进入现场。

本发明实施例还提供了一种VFTO远程测量方法，该方法的流程可以如图5所示，包括步骤S502至步骤S504。

步骤S502，检测GIS/HGIS中导电杆上的特快速暂态过电压；

步骤S504，记录检测到的电压数据，并将电压数据上载至网络以实现远程测量。

通过运用上述方法，可以解决相关技术中操作人员需要到特高压变电站当地采集电压数据的问题，简化了采集过程，同时节省了人力物力。

实施过程中，将电压数据上载至网络以实现远程测量可以是将检测到的电压数据由电信号转换为光信号；通过光纤传输光信号至变电站侧；所述变电站侧将所述光信号转换为电信号上载至网络。

在实现过程中，为了在不需要测量电压的时候不测量数据，本实施例通过光纤电源控制器来控制蓄电池，该光纤电源控制器接收触发信号，其中，触发信号用于指示VFTO远程测量系统的内部电路是否需要供电；根据触发信号确定蓄电池为VFTO远程测量系统的内部电路进行供电或停止供电。例如，如果触发信号指示的是暂时不需要测量电压值，则光纤电源控制器来控制蓄电池停止对内部电路进行供电。

在记录检测到的电压数据之后，还可以通过固态硬盘存储电压数据；根据操作人员发送的控制信号调取固态硬盘存储的电压数据。通过固态硬盘存储数据，可以提高存储的可靠性。

优选实施例

本优选实施例提供了一种基于光纤电源控制器和虚拟仪器的VFTO远程测量系统，能够解决现有测量技术中，特高压变电站通常设置在远离市中心的郊区，如需进行测量，则需要大量的人力物力到特高压变电站进行电压数据的提取，过程较为复杂的问题；进一步的，测量系统易受复杂电磁环境影响、测量成本高、操作不方便等问题。通过运用本优选实施例，可以提高测量的自动化程度，可实现远程异地VFTO测量。

在本优选实施例中，提供了一种VFTO远程测量系统，包括：内置探头传感器、固态硬盘、控制器（可以是主板的形式，本实施例中为主板）、采集卡、蓄电池、光纤电源控制器、电光转换器、光纤、光电转换设备、计算机。

其中，内置探头传感器、主板、固态硬盘、采集卡、蓄电池、光纤电源控制器、电光转换器位于测量端，即测点附近；光电转换设备位于测量端的屏蔽箱中；计算机位于远离变电站的中心城市。测量端与保护小室内设备间利用光纤通信，远程计算机与保护小室内设备通过互联网通信。

主板控制采集卡记录内置探头传感器输出的模拟信号，固态硬盘用于存储测量结果，蓄电池为测量端设备供电，光纤电源控制器用于从远程控制蓄电池的供电。电光转换器用于将测量端的电信号转换为光信号。保护小室内的光电转换设备将光纤传来的光信号转换为电信号，并通过网线将信号发送到互联网中。计算机从互联网中获取测量结果。

使用计算机中利用LabVIEW编制控制子VI，通过TCP/IP方式控制测量端的采集卡工作，控制主板将存储与固态硬盘中的结果发送到计算机中。

光纤电源控制器的核心是电力电子开关技术，将IGBT或MOSFET等类三极管的集电极和发射极串入蓄电池输出中，将基极与主板相连。在测量开始前，远程的计算机发送协议指定的电源启动信号给光纤电源控制器，光纤电源控制器接收光信号并利用驱动回路向IGBT门级加正向导通电压，使IGBT导通，使得蓄电池给测量端设备供电。在测量结束时，远程的计算机发送协议指定的电源关闭信号，光纤电源控制器停止向门级加正向导通电压，使IGBT关闭，使得蓄电池供电终止。其中，光纤电源控制器本身安装有一枚高能电池，用于给接收光信号的光电转换元件和驱动IGBT的驱动回路供电。

下面将参考附图进行说明。

图6示出了根据本发明一个实施例的VFTO远程测量的测量端结构图，包括内置探头传感器110、固态硬盘120、主板130、采集卡140、蓄电池150、光纤电源控制器160、电光转换器170、1号光纤180，2号光纤190。主板130是测量端系统的核心，用于控制采集卡140、固体硬盘120和电光转换器170。采集卡用于将内置探头传感器测量结果转换为数字信号，VFTO测量采样率高，数据传输量大，传统硬盘不适合进行此类信号的可靠存储，在本系统中使用固态硬盘120进行数据存储工作。电光转换器170用于将电信号转换成光信号通过一号光纤180实现主板130与位于变电站中系统之见的通讯。蓄电池150为测量系统提供电能，光纤电源控制器160用于控制电源回路的通断，降低蓄电池150功耗，降低更换电池所需的时间，并降低靠近高压设备所存在的触电风险。二号光纤190用于控制光纤电源控制器160。

图7示出了根据本发明一个实施例的光纤电源控制器内部结构及连接，在光纤电源控制器160中利用光电转换模块将光信号转化为电信号，然后利用三极管组成门级驱动电路，三极管起反相器作用，当光信号截止时，三极管导通，IGBT关断；当光信号为正时，三极管关断，IGBT导通。210和220为电连接口，分别与测量系统和蓄电池的正极相连接。通过光信号控制蓄电池150的供电。

本实施例基于电光转换和IGBT技术，设计了用于远程控制的测量系统，通过电光转换设备进行电信号和光信号间的相互转换，使用光纤进行光的传输，使用计算机远程控制示波器和电源控制器。这种远程测量系统不需要现场人工去操作，降低了测量成本，同时由于光传播不受电磁环境的影响，提高了系统可靠性，可实现远程异地控制测量VFTO。

从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：

通过运用本发明实施例，解决了相关技术中，特高压变电站通常设置在远离市中心的郊区，如需进行测量，则需要大量的人力物力到特高压变电站进行电压数据的提取，过程较为复杂的问题，进而操作人员无需到特高压变电站现场获取电压数据，节省了人力物力，提高了操作的便捷性。

显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种特快速瞬态过电压VFTO远程测量系统，其特征在于，包括：

内置探头传感器，用于检测气体绝缘开关设备GIS/复合式气体绝缘开关HGIS中导电杆上的特快速暂态过电压；

采集卡，用于采集并记录所述内置探头传感器检测到的电压数据；

控制器，用于控制所述采集卡对所述内置探头传感器检测到的电压数据进行记录；

传输设备，用于将所述采集卡记录的电压数据上载至网络以实现远程测量；

蓄电池，用于为所述VFTO远程测量系统的内部电路提供电能。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传输设备包括：

电光转换器，用于将所述电压数据由电信号转换为光信号；

第一光纤，与所述电光转换器连接，用于传输光信号。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述传输设备还包括：

光电转换器，用于将所述第一光纤传输的光信号转换为电信号，并将所述电信号上载至网络。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，还包括：

固态硬盘，与所述控制器连接，用于存储所述采集卡记录的电压数据；

所述控制器，还用于根据所述操作人员的控制信号调取所述固态硬盘存储的所述电压数据。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，还包括：

第二光纤，与光纤电源控制器连接，用于传输所述操作人员发送的触发信号，其中，所述触发信号用于指示所述VFTO远程测量系统的内部电路是否需要供电；

所述光纤电源控制器，与所述蓄电池和所述控制器连接，用于根据所述触发信号控制所述蓄电池为所述VFTO远程测量系统的内部电路进行供电或停止供电。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述光纤电源控制器包括以下之一：

绝缘栅双极型晶体管IGBT，金属-氧化层-半导体-场效应晶体管MOSFET。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，其特征在于，所述控制器通过TCP/IP方式控制所述采集卡。

8.一种特快速瞬态过电压VFTO远程测量方法，其特征在于，包括：

检测气体绝缘开关设备GIS/复合式气体绝缘开关HGIS中导电杆上的特快速暂态过电压；

记录检测到的电压数据，并将所述电压数据上载至网络以实现远程测量。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述电压数据上载至网络以实现远程测量包括：

将检测到的所述电压数据由电信号转换为光信号；

通过光纤传输所述光信号至变电站侧；

所述变电站侧将所述光信号转换为电信号上载至网络。

10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，将所述电压数据上载至网络以实现远程测量之后，还包括：

接收触发信号，其中，所述触发信号用于指示所述VFTO远程测量系统的内部电路是否需要供电；

根据所述触发信号确定所述蓄电池为所述VFTO远程测量系统的内部电路进行供电或停止供电。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，记录检测到的电压数据之后，还包括：

通过固态硬盘存储所述电压数据；

根据操作人员发送的控制信号调取所述固态硬盘存储的所述电压数据。

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