CN103234576A - 一种用于智能变电站中电力设备的状态监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，包括若干电力设备、与所述的各电力设备一一对应连接的若干监测子系统、交换机、通过该交换机连接各监测子系统的上位机以及连接该上位机的专家系统。各监测子系统分别采集各自对应的电力设备的参量数据，并通过交换机将各参量数据传递给所述上位机。上位机接收各电力设备的参量数据，进行初步处理，并将处理后的参量数据发给专家系统。专家系统对接收的各参量数据进行分析处理，评估出各电力设备的状态，并将结果发给上位机。本发明的状态监测系统，能够实现被监测电力设备的多参量综合监测，实现电力设备状态监测信息的集成和交互。

Description

一种用于智能变电站中电力设备的状态监测系统

技术领域

本发明涉及一种用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，属电力设备在线监测技术领域。

背景技术

目前的数字化变电站解决了电压电流的数字化，实现了测量、控制、保护和通讯等综合自动化；对单一设备也开展了设备信息采集、设备状态与设备寿命评估工作。随着电力设备智能化升级以及智能变电站的建设，对电力设备状态信息的融合提出了更高的要求。站在电网的角度，智能变电站所需收集和处理的信息包括运行数据、故障数据、设备状态监视数据等，智能电网和智能变电站诸多高级应用也是围绕这几类数据开展的，比如：从关注设备的可靠性转变为关注电网的可靠性；从电网的大视角实现全寿命周期管理；与调度系统互动，发送设备故障模式与几率的预报信息以及允许输送容量动态信息，使设备状态对调度系统是可观测的。在这种背景下，需要进一步研究智能电力设备状态监测信息的集成和融合方式以及状态监测信息的互动技术，为电力设备运行数据和状态信息的综合展示和协同分析提供基础技术保障。

基于IEC61850的继电保护、测控、故障录波、故障选线与电能质量等IED（智能电子设备）的建模方法一直是国内外的热点研究问题，但是IEC61850中对电力设备状态数据的建模和电力设备状态数据的接入考虑较少，基于IEC61850的状态监测IED研发尚处于起步，也少见基于IEC61850的状态监测信息集成与交互方法的深入研究。目前对状态监测系统的研究多是对单一设备开展的设备信息采集、设备状态与设备寿命评估工作，无法实现多个电力设备的多参量综合监测，而且状态监测系统的可靠性和可维修性较差。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有技术的不足而提供一种用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，能够实现多个电力设备的多参量综合监测，实现电力设备状态监测信息的集成和交互，而且使状态监测系统具有更好的可靠性和可维修性。

实现上述目的的技术方案是：

一种用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，包括若干电力设备、与所述的各电力设备一一对应连接的若干监测子系统、交换机、通过该交换机连接各监测子系统的上位机以及连接该上位机的专家系统，其中：

所述的各监测子系统均包括主IED和连接该主IED的若干子IED，每个子IED，采集一项参量数据并传给所述主IED，每个子IED均包括传感器、信号预处理电路、单片机、电源模块和存储器，所述传感器、信号预处理电路、单片机和存储器依次连接，所述电源模块分别连接所述信号预处理电路和单片机，所述单片机连接所述主IED，主IED连接所述交换机；

所述的各监测子系统分别采集各自对应的电力设备的参量数据，并通过所述交换机将各参量数据传递给所述上位机；

所述上位机接收各电力设备的参量数据，进行初步处理，并将处理后的参量数据发给所述专家系统；

所述专家系统对接收的各参量数据进行分析处理，评估出各电力设备的状态，并将结果发给所述上位机。

上述的电网故障智能识别及治理系统，其中，所述各电力设备包括变压器、GIS/断路器、避雷器和容性设备，所述的各监测子系统包括变压器监测子系统、GIS/断路器监测子系统、避雷器监测子系统以及容性设备监测子系统，其中：

变压器监测子系统，连接变压器，其各子IED包括完成油中溶解气体含量监测功能的子IED、完成油中微水含量监测功能的子IED、完成局部放电监测功能的子IED、完成绕组温度监测功能的子IED、完成有载分接开关状态监测功能的子IED、完成变压器套管监测功能的子IED、完成铁芯接地电流监测功能的子IED和完成变压器振动监测功能的子IED；

GIS/断路器监测子系统，连接GIS/断路器，其各子IED包括完成局部放电监测功能的子IED、完成SF6气体状态监测功能的子IED、完成断路器操作机构状态监测功能的子IED和完成触点温度监测功能的子IED；

避雷器监测子系统，连接避雷器，其各子IED包括完成阻性电流监测功能的子IED和完成全电流监测功能的子IED；

容性设备监测子系统，连接容性设备，其各子IED包括完成等值电容量监测功能的子IED、完成介质损耗监测功能的子IED和完成末屏电流监测功能的子IED。

上述的电网故障智能识别及治理系统，其中，所述的电力设备还包括电缆，所述的监测子系统还包括电缆监测子系统，其中：

电缆监测子系统，连接电缆，其各子IED包括完成局部放电监测功能的子IED、完成局部温度监测功能的子IED和完成阻性电流监测功能的子IED。

本发明的有益效果是：本发明能够实现多个电力设备的多参量综合监测，实现电力设备状态监测信息的集成和交互。同时，本发明的状态监测子系统采用若干独立子IED的集合，可以避免一个子IED的故障影响所有状态监测子系统功能的实现，从而有效提升状态监测系统的可靠性，便于用户根据工程需要从不同IED供应商择优选择合适的集成方案，具有更好的可维修性。

附图说明

图1是本发明的用于智能变电站中电力设备的状态监测系统的结构框图；

图2是本发明的状态监测系统中监测子系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的状态监测系统的结构框图；

图4是本发明实施例中提供的变压器监测子系统的结构框图；

图5是本发明实施例中提供的GIS/断路器监测子系统的结构框图；

图6是本发明实施例中提供的避雷器监测子系统的结构框图；

图7是本发明实施例中提供的容性设备监测子系统的结构框图；

图8是本发明另一实施例提供的状态监测系统的结构框图；

图9是本发明另一实施例中提供的电缆监测子系统的结构框图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

请参阅图1，本发明的用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，包括若干电力设备1、与所述的各电力设备一一对应连接的若干监测子系统2、交换机3、通过该交换机连接各监测子系统的上位机4以及连接该上位机的专家系统5，其中：

所述的各监测子系统2分别采集各自对应的电力设备1的参量数据，并通过所述交换机3将各参量数据传递给所述上位机4；

所述上位机4接收各电力设备的参量数据，进行初步处理，并将处理后的参量数据发给所述专家系统5；

所述专家系统5对接收的各参量数据进行分析处理，评估出各电力设备的状态，并将结果发给所述上位机4。

再请参阅图2，本发明中，各监测子系统2均包括主IED21和连接该主IED的若干子IED22，其中：

每个子IED22，采集一项参量数据并传给所述主IED21，每个子IED均包括传感器221、信号预处理电路222、单片机223、电源模块224和存储器225，所述传感器221、信号预处理电路222、单片机223和存储器225依次连接，所述电源模块224分别连接所述信号预处理电路222和单片机223，所述单片机223连接所述主IED21，主IED21连接所述交换机3；

所述传感器221连接电力设备1，采集该电力设备1的各项参数，输出表示各项参数的各模拟信号滤波；

所述信号预处理电路222接收各模拟信号滤波，并将接收的各模拟信号滤波转化为各数字信号，将各数字信号传递给所述单片机223；

所述单片机223连接所述主IED21，对接收的各数字信号进行筛选，将筛选后的各数字信号传给所述主IED21和存储器225；

所述存储器225将接收的各数字信号进行存储；

所述主IED21连接所述交换机3，并通过所述交换机3将各参量数据传递给所述上位机4。

再请参阅图3，本发明提供的实施例，一种用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，其所监测的电力设备包括变压器101、GIS/断路器102、避雷器103和容性设备104，与所述的各电力设备一一对应连接的监测子系统包括变压器监测子系统201、GIS/断路器监测子系统202、避雷器监测子系统203以及容性设备监测子系统204，其中：

各监测子系统分别采集各自对应的电力设备的参量数据，并通过交换机3将各参量数据传递给上位机4；

上位机4接收各电力设备的参量数据，进行初步处理，并将处理后的参量数据发给专家系统5；

专家系统5对接收的各参量数据进行分析处理，评估出各电力设备的状态，并将结果发给上位机4。

再请参阅图4，本发明提供的实施例中，变压器监测子系统201连接变压器101，包括主IED2011和与其相连的若干完成不同监测功能的子IED，其各子IED包括：

油中溶解气体含量监测子IED2012，监测油中气体的含量的变化，可以有效地反映变压器的运行状况、运行寿命和绝缘老化情况；

油中微水含量监测子IED2013，监测油中微水含量的变化，可以有效的反映绝缘油本身的老化、设备绝缘老化及金属部件的腐蚀情况；

局部放电监测子IED2014，监测局部放电信号的变化，能够反映变压器绝缘性能的劣化程度；

绕组温度监测子IED2015，监测绕组温度，能够及时有效地反映变压器运行状况，保护变压器安全可靠运行，并能有效延长变压器的使用寿命，直接测量绕组热点温度一般使用光纤测温的方法；

有载分接开关状态监测子IED2016，主要对有载调压分接开关的电机的驱动电流、扭矩及磨损情况进行监测，以便较早发现故障、排除故障，避免重大事故的发生；

变压器套管监测子IED2017，主要是测量套管的介质损耗、电容量、末屏电流，变压器套管是将变压器内部高、低压引线引至油箱外部与电网连接的重要部件，其绝缘状态决定了变压器运行水平，通过对变压器套管的监测可以掌握变压器的运行水平；

铁芯接地电流监测子IED2018，监测铁芯接地电流能及时反映铁芯多点接地等故障，避免故障后长时运行对电网安全运行造成的危害；

变压器振动监测子IED2019，在线监测电力变压器的振动异常，可实现变压器缺陷的检测和定位，在短路状况下变压器器身振动主要是由绕组振动引起的，可以利用发生短路事故时的变压器器身振动信号，来监测绕组是否发生了变形或松动。

再请参阅图5，本发明提供的实施例中，GIS/断路器监测子系统202连接GIS/断路器102，包括主IED2021和与其相连的若干完成不同监测功能的子IED，各子IED包括局部放电监测子IED2022、SF6气体状态监测子IED2023、断路器操作机构状态监测子IED2024和触点温度监测子IED2025，其中：

局部放电监测子IED2022监测局部放电信号的变化，局部放电是导致GIS设备绝缘劣化的主要原因之一，同时也是描述GIS绝缘老化的重要特征，通过对局放信号的监测和分析，就能判断GIS内部是否存在某种绝缘隐患；

SF6气体状态监测子IED2023，主要监测气体微水含量、温度、密度、压力等，可以评估SF6气室的密封状态和SF6气体绝缘受潮风险；

断路器操作机构状态监测子IED2024，主要监测断路器分合闸电流波形、行程曲线和振动声学指纹等，能够反映断路器操动机构的工作状态。

再请参阅图6，本发明提供的实施例中，避雷器监测子系统203连接避雷器103，包括主IED2031和与其相连的若干完成不同监测功能的子IED，各子IED包括阻性电流监测子IED2032和全电流监测子IED2033。

金属氧化锌避雷器（MOA）以其优良性能广泛应用于GIS设备。当MOA出现阀片老化、内部进水受潮、内部绝缘部件受损、表面严重污秽等状况时，其绝缘特性遭到破坏，表现为阻性泄露电流增加，总泄漏电流、损耗也随之增加，最终引起热击穿甚至爆炸事故的发生，严重影响电网的安全运行。为保证MOA的安全可靠运行，应采取有效方法对MOA的运行状况进行检测与分析，及时发现和消除隐患，防止事故发生。本实施例提供的避雷器监测子系统203主要测量MOA的阻性电流和全电流，通过监测量的横向和纵向比较可掌握MOA的绝缘状态及其变化趋势。

再请参阅图7，本发明提供的实施例中，容性设备监测子系统204连接容性设备104，包括主IED2041和与其相连的若干完成不同监测功能的子IED，各子IED包括等值电容量监测子IED2042、介质损耗监测子IED2043和末屏电流监测子IED2044。

高压容性设备包括套管、耦合电容器、互感器等，在长期运行中因污秽、化学腐蚀、电闪、发热、机械力等因素变化的影响，绝缘性能逐渐下降，并可能导致严重缺陷，如未及时发现并采取措施，潜在缺陷逐渐发展，并可能引发绝缘击穿，造成设备损坏，造成大面积停电，带来巨大损失，本实施例提供的容性设备监测子系统204主要测量容性设备的等值电容量、介质损耗和末屏电流等，结合环境温湿度可以评估容性设备的绝缘状态及其变化趋势。

进一步的，再请参阅图8，该用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，其所监测的电力设备还包括电缆105，所述监测子系统还包括电缆监测子系统205。

再请参阅图9，本发明提供的另一实施例中，电缆监测子系统205连接电缆105，包括主IED2051和与其相连的若干完成不同监测功能的子IED，各子IED包括局部放电监测子IED2052和温度监测子IED2053。

电力电缆在电力系统中应用广泛，实现电缆的安全、可靠和经济运行对保证电力系统的安全性和经济性具有十分重要的意义。在电缆运行过程中，电缆线路发生电气故障前都会引起电缆或附件局部温度的上升，从而导致绝缘进一步破坏直至击穿。本实施例提供的电缆监测子系统205主要测量电缆的温度和局部放电信号等，基于分布式光纤温度传感技术实现电缆沿线表皮温度监测，通过分析电缆温度场与动态载流量能及早发现电缆运行存在的安全隐患，起到防患于未然的作用。

综上所述，本发明的用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，能够实现多个电力设备的多参量综合监测，实现电力设备状态监测信息的集成和交互，同时，本发明的状态监测子系统采用若干独立子IED的集合，可以避免一个子IED的故障影响所有状态监测子系统功能的实现，从而有效提升状态监测系统的可靠性，便于用户根据工程需要从不同IED供应商择优选择合适的集成方案，具有更好的可维修性。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (3)

1.一种用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，其特征在于，包括若干电力设备、与所述的各电力设备一一对应连接的若干监测子系统、交换机、通过该交换机连接各监测子系统的上位机以及连接该上位机的专家系统，其中：

所述的各监测子系统均包括主IED和连接该主IED的若干子IED；每个子IED采集一项参量数据并传给所述主IED；每个子IED均包括传感器、信号预处理电路、单片机、电源模块和存储器，所述传感器、信号预处理电路、单片机和存储器依次连接，所述电源模块分别连接所述信号预处理电路和单片机，所述单片机连接所述主IED，主IED连接所述交换机；

所述的各监测子系统分别采集各自对应的电力设备的参量数据，并通过所述交换机将各参量数据传递给所述上位机；

所述上位机接收各电力设备的参量数据，进行初步处理，并将处理后的参量数据发给所述专家系统；

所述专家系统对接收的各参量数据进行分析处理，评估出各电力设备的状态，并将结果发给所述上位机。

2.根据权利要求1所述的用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，其特征在于，所述各电力设备包括变压器、GIS/断路器、避雷器和容性设备，所述的各监测子系统包括变压器监测子系统、GIS/断路器监测子系统、避雷器监测子系统以及容性设备监测子系统，其中：

变压器监测子系统，连接变压器，其各子IED包括完成油中溶解气体含量监测功能的子IED、完成油中微水含量监测功能的子IED、完成局部放电监测功能的子IED、完成绕组温度监测功能的子IED、完成有载分接开关状态监测功能的子IED、完成变压器套管监测功能的子IED、完成铁芯接地电流监测功能的子IED和完成变压器振动监测功能的子IED；

GIS/断路器监测子系统，连接GIS/断路器，其各子IED包括完成局部放电监测功能的子IED、完成SF6气体状态监测功能的子IED、完成断路器操作机构状态监测功能的子IED和完成触点温度监测功能的子IED；

避雷器监测子系统，连接避雷器，其各子IED包括完成阻性电流监测功能的子IED和完成全电流监测功能的子IED；

容性设备监测子系统，连接容性设备，其各子IED包括完成等值电容量监测功能的子IED、完成介质损耗监测功能的子IED和完成末屏电流监测功能的子IED。

3.根据权利要求2所述的用于智能变电站中电力设备的状态监测系统，其特征在于，所述的电力设备还包括电缆，所述的监测子系统还包括电缆监测子系统，其中：

电缆监测子系统，连接电缆，其各子IED包括完成局部放电监测功能的子IED、完成局部温度监测功能的子IED和完成阻性电流监测功能的子IED。

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