CN104459435A - 一种用于变电站的接线验证方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于变电站的接线验证方法及装置，方法步骤包括：分别采集参考电压采样信号以及被验证二次设备的电压采样信号、电流采样信号并获取三路采样信号间的两路相角差；判断参考电压采样信号的幅值和电压采样信号的幅值的比例等于变电站变比、电流采样信号的幅值等于预设的期望值、两路相角差分别等于预设的期望值三个条件同时成立，则判定被验证二次设备的接线正确；否则判定被验证二次设备的接线错误；装置包括传感器单元、放大单元、同步生成电路、A/D转换模块和控制单元。本发明能够实现变电站二次设备接线正确性的问题自动判定及记录、减少检修（预试）的持续时间，接线验证速度快、耗时少、判断正确性高。
Description
技术领域
本发明涉及变电站的检修(预试)二次设备时使用的配套设备，具体涉及一种用于变电站的接线验证方法及装置。
背景技术
在现有的技术中，对变电站的检修(预试)二次设备一般均要求先解除接线，然后再对二次设备的精度、动作时间、动作幅值等进行检测。然而在恢复接线的过程中经常由于接线的错误造成检修(预试)工作的延期，为解决这个问题通常都是将计划工作时间增加以预留出处理接线错误的时间，经人工验证、记录，并作出接线正确的结论后，方可恢复送电。但对于大型变电站而言，由于大型变电站接线复杂，为验证接线的正确问题耗时太大，甚至可贯穿全部检修(预试)计划时间的1/3，因此此种方法不适合应用于大型变电站尤其是枢纽站的工作。综上所述，目前常用的验证接线的正确方法，耗时太大，甚至可贯串全部计划时间的1/3，而且由于人工操作，不能保证记录、测试接线、判断、综合的绝对正确性。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述缺陷，提供一种能够实现变电站二次设备接线正确性的问题自动判定及记录、减少检修（预试）的持续时间，接线验证速度快、耗时少、判断正确性高的用于变电站的接线验证方法及装置。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种用于变电站的接线验证方法，步骤包括：
1）获取被验证二次设备对应母线的参考电压采样信号，获取被验证二次设备的电压采样信号和电流采样信号；
2）将获取得到采样信号分别依次进行放大；
3）将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别进行A/D转换，将A/D转换后得到的采样信号分别进行快速傅里叶变换计算获取对应的幅值；
4）将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别放大至饱和状态生成三路同步脉冲信号，获取所述三路同步脉冲信号中的两路相角差；
5）判断被验证二次设备的参考电压采样信号的幅值和电压采样信号的幅值的比例等于大型变电站原边和次边之间的变比、电流采样信号的幅值等于预设的期望值、两路相角差分别等于预设的期望值三个条件同时成立，则判定被验证二次设备的接线正确；否则如果所述三个条件中任意一个条件不成立，则判定被验证二次设备的接线错误。
优选地，所述步骤3）的详细步骤包括：基于指定的时序将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别进行A/D转换，且针对参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号中的任意一个，每通过A/D转换得到一周波的采样信号，则将采样信号使用快速傅里叶变换函数计算出该采样周期内各次谐波的幅值，且将基波幅值作为采样信号对应的幅值输出。
优选地，所述步骤4）的详细步骤包括：将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别放大至饱和状态生成三路同步脉冲信号，分别对所述三路同步脉冲信号进行逻辑计数，根据参考电压采样信号、电压采样信号对应的逻辑计数差值得到参考电压采样信号、电压采样信号对应两路同步脉冲信号之间的第一时间差，根据参考电压采样信号、电流采样信号对应的逻辑计数差值得到参考电压采样信号、电流采样信号对应两路同步脉冲信号之间的第二时间差，将第一时间差、第二时间差分别乘以预设的系数得到所述三路同步脉冲信号中的两路相角差。
本发明还提供一种用于变电站的接线验证装置，包括传感器单元、放大单元、同步生成电路、A/D转换模块和控制单元，所述传感器单元包括参考电压互感器、电流互感器和电压互感器，所述参考电压互感器采集被验证二次设备对应的母线电压相位，所述电流互感器采集被验证二次设备的电流，所述电压互感器采集被验证二次设备的电压，所述放大单元包括参考电压采样放大器、电流采样放大器和电压采样放大器，所述同步生成电路包括第一放大器、第二放大器和第三放大器，所述参考电压互感器的输出端通过参考电压采样放大器放大后分别输出给第一放大器和A/D转换模块，所述电流互感器的输出端通过电流采样放大器放大后分别输出给第二放大器和A/D转换模块，所述电压互感器的输出端通过电压采样放大器放大后分别输出给第三放大器和A/D转换模块，所述第一放大器、第二放大器和第三放大器的输出端分别与控制单元相连，所述控制单元与A/D转换模块相连。
优选地，所述控制单元包括复杂可编程逻辑器件、微处理器、存储器接口模块和键盘模块，所述第一放大器、第二放大器和第三放大器的输出端分别与复杂可编程逻辑器件相连，所述复杂可编程逻辑器件分别与A/D转换模块、微处理器、键盘模块相连，所述微处理器与存储器接口模块相连。
优选地，所述存储器接口模块为USB接口模块。
优选地，所述控制单元还包括显示器，所述显示器与复杂可编程逻辑器件相连。
本发明用于变电站的接线验证方法具有下述技术效果：本发明在测试过程中不需要针对二次设备进行解除接线，能够实现二次设备的带负荷测试，通过分别采集被验证二次设备对应母线的参考电压以及被验证二次设备的电压和电流，基于参考电压以及被验证二次设备的电压和电流，计算被验证二次设备的电流幅值、电压幅值以及相角差，基于电流幅值、电压幅值以及相角差和期望值比较即可判定被验证二次设备接线是否正确，不需要检测被验证二次设备的精度、动作时间、动作幅值等信息，即可快捷方便地检测被验证二次设备接线是否正确，验证快捷实时，可大大缩短变电站二次接线的验证时间，可以直接生成校验报告，省去了人工记录、评判等人工易出错的环节，减少了时间，提高了接线效率，尤其适用于接线复杂的大型变电站的二次设备接线验证，能够保证记录、测试接线、判断、综合的绝对正确性。
本发明用于变电站的接线验证装置具有下述技术效果：本发明用于变电站的接线验证装置为本发明用于变电站的接线验证方法对应的装置，因此也具有本发明用于变电站的接线验证方法相同的技术效果，故在此不再赘述。
附图说明
图1为本发明实施例的基本方法流程示意图。
图2为本发明实施例的框架结构示意图。
图3为本发明实施例中A/D转换模块的接口电路示意图。
图4为本发明实施例中复杂可编程逻辑器件的接口电路示意图。
图5为本发明实施例中微处理器的接口电路示意图。
图例说明：1、传感器单元；11、参考电压互感器；12、电流互感器；13、电压互感器；2、放大单元；21、参考电压采样放大器；22、电流采样放大器；23、电压采样放大器；3、同步生成电路；31、第一放大器；32、第二放大器；33、第三放大器；4、A/D转换模块；5、控制单元；51、复杂可编程逻辑器件；52、微处理器；53、存储器接口模块；54、键盘模块；55、显示器。
具体实施方式
如图1所示，本实施例用于变电站的接线验证方法的步骤包括：
1）获取被验证二次设备对应母线的参考电压采样信号，获取被验证二次设备的电压采样信号和电流采样信号；
2）将获取得到采样信号分别依次进行放大；
3）将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别进行A/D转换，将A/D转换后得到的采样信号分别进行快速傅里叶变换计算获取对应的幅值；
4）将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别放大至饱和状态生成三路同步脉冲信号，获取三路同步脉冲信号中的两路相角差；
5）判断被验证二次设备的参考电压采样信号的幅值和电压采样信号的幅值的比例等于大型变电站原边和次边之间的变比、电流采样信号的幅值等于预设的期望值、两路相角差分别等于预设的期望值三个条件同时成立，则判定被验证二次设备的接线正确；否则如果三个条件中任意一个条件不成立，则判定被验证二次设备的接线错误。
本实施例中，步骤3）的详细步骤包括：基于指定的时序将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别进行A/D转换，且针对参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号中的任意一个，每通过A/D转换得到一周波的采样信号，则将采样信号使用快速傅里叶变换函数计算出该采样周期内各次谐波的幅值，且将基波幅值作为采样信号对应的幅值输出。
本实施例中，步骤4）的详细步骤包括：将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别放大至饱和状态生成三路同步脉冲信号，分别对三路同步脉冲信号进行逻辑计数，根据参考电压采样信号、电压采样信号对应的逻辑计数差值得到参考电压采样信号、电压采样信号对应两路同步脉冲信号之间的第一时间差，根据参考电压采样信号、电流采样信号对应的逻辑计数差值得到参考电压采样信号、电流采样信号对应两路同步脉冲信号之间的第二时间差，将第一时间差、第二时间差分别乘以预设的系数得到三路同步脉冲信号中的两路相角差。
如图2所示，本实施例用于变电站的接线验证装置包括传感器单元1、放大单元2、同步生成电路3、A/D转换模块4和控制单元5，传感器单元1包括参考电压互感器11、电流互感器12和电压互感器13，参考电压互感器11采集被验证二次设备对应的母线电压相位，电流互感器12采集被验证二次设备的电流，电压互感器13采集被验证二次设备的电压，放大单元2包括参考电压采样放大器21、电流采样放大器22和电压采样放大器23，同步生成电路3包括第一放大器31、第二放大器32和第三放大器33，参考电压互感器11的输出端通过参考电压采样放大器21放大后分别输出给第一放大器31和A/D转换模块4，电流互感器12的输出端通过电流采样放大器22放大后分别输出给第二放大器32和A/D转换模块4，电压互感器13的输出端通过电压采样放大器23放大后分别输出给第三放大器33和A/D转换模块4，第一放大器31、第二放大器32和第三放大器33的输出端分别与控制单元5相连，控制单元5与A/D转换模块4相连。由于一般的二次设备均集中在母线上下，因此本实施例对二次设备接线的检测以母线电压为基准电压（TV二次信号），母线电压相位为基准相位（TV二次信号），通过电流互感器12和电压互感器13将被验证二次设备的电压和电流信息放大后通过A/D转换模块4进行数字化后经过控制单元5，然后通过被测点的电流（电压）幅值、相位等参数直接推导出该点二次接线的正确性；同理，考虑参考点转移情况，可以推算出所有接线的正确性。
本实施例中，参考电压互感器11、电流互感器12、电压互感器13、第一放大器31、第二放大器32和第三放大器33均选用高精度运放器INA826，且均以高精度运放器INA826的7脚作为输出引脚输出信号，第一放大器31、第二放大器32和第三放大器33工作于开环状态用于同步检测。参考电压互感器11、电流互感器12、电压互感器13均采用差分信号输出的方式，分别将输出信号输出至参考电压采样放大器21、电流采样放大器22和电压采样放大器23的差分输入端（1、4脚）。
本实施例中，A/D转换模块4选用的AD7607芯片是16bit的A/D变换芯片，因此该系统的精度在其它的配合下具有0.1级的测试精度。如图3所示，AD7607芯片的49脚Port_V0作为参考电压的输入引脚，连接参考电压采样放大器21的输出端；A/D转换模块4的51脚Port_V1作为电压输入引脚，连接电流采样放大器22的输出端；A/D转换模块4的57脚Port_A1作为电压输入引脚，连接电压采样放大器23的输出端。AD7607芯片的16～33号引脚共输出16位数字信号给控制单元5；AD7607芯片的9、10、12、13、14、15则用于作为AD转换的控制引脚与控制单元5相连。
本实施例中，控制单元5包括复杂可编程逻辑器件（CPLD）51、微处理器52、存储器接口模块53和键盘模块54，第一放大器31、第二放大器32和第三放大器33的输出端分别与复杂可编程逻辑器件51相连，复杂可编程逻辑器件51分别与A/D转换模块4、微处理器52、键盘模块54相连，微处理器52与存储器接口模块53相连。本实施例中，存储器接口模块53为USB接口模块。本实施例用于变电站的接线验证装置可大大缩短变电站二次接线的验证时间，且该系统支持USB连接，可以直接生成校验报告，省去了人工记录、评判等人工易出错的环节，减少了时间，提高了接线效率。需要说明的是，存储器接口模块53还可以根据需要采用其他类型的存储器接口，例如各类存储卡的读卡器模块等。
如图4所示，复杂可编程逻辑器件51采用型号为EPM240T100C5N的DSP芯片实现，EPM240T100C5N芯片兼PLL功能，EPM240T100C5N芯片的2～21引脚作为数据输入端与A/D转换模块4的数据采样输出端16～33号引脚相连； EPM240T100C5N芯片的1以及84～100引脚则作为通讯数据端口与微处理器52相连；EPM240T100C5N芯片的56、57、58、61、64、66、67、68分别连接键盘模块54，EPM240T100C5N芯片的29、30、33引脚与A/D转换模块4相连以向A/D转换模块4提供采样所需的时序信号。。本实施例通过EPM240T100C5N芯片负责逻辑的变换，复杂可编程逻辑器件51的作用之一是计算该三路同步的时间差以用于计算出这三路之间的相对相位差。此外，复杂可编程逻辑器件51还具有另外2个作用：按照A/D转换模块4的时序产生A/D变换的控制信号并将数据取出；将各种数据汇集到一个针对微处理器52的接口上，以便于CPU的数据处理，该数据包括：3路A/D变换数据、2路相位差、键盘数据、显示数据等。
如图5所示，微处理器52采用dsPIC的PIC33EP256MU806芯片，PIC33EP256MU806芯片除具有DSP功能外，还具有USB功能（36/37引脚为USB接口引脚），PIC33EP256MU806芯片的16～30引脚以及46引脚作为通讯数据端口与复杂可编程逻辑器件51相连。微处理器52将调用复杂可编程逻辑器件51组织好的数据进行计算输出，并通过存储器接口模块53进行与计算机的通讯，需要说明的是，微处理器52在关键部分还是参与复杂可编程逻辑器件51工作的，如键盘模块54压下后产生中断以使微处理器52尽快处理输入事件，A/D转换模块4在每次同步过后的第一次变换也同样触发微处理器52的中断，以便微处理器52能调用一个交流电周期的连续数据。
本实施例中，控制单元5还包括显示器55，显示器55与复杂可编程逻辑器件51相连；显示器55具体选用TOPWAY的液晶显示模块。
本实施例用于变电站的接线验证装置的工作步骤如下：
1）参考电压互感器11采集被验证二次设备对应母线的参考电压得到参考电压采样信号，电流互感器12采集被验证二次设备的电流得到电流采样信号，电压互感器13采集被验证二次设备的电压得到电压采样信号，从而引入参考相及被测量的二次侧信息。三路信息经过幅度调整后，分别用差分的方式输入参考电压采样放大器21、电流采样放大器22和电压采样放大器23的差分输入端（1、4脚）。
2）参考电压采样放大器21、电流采样放大器22和电压采样放大器23分别将采集得到的参考电压、电压、电流进行放大。
3）参考电压采样放大器21、电流采样放大器22和电压采样放大器23的输出一方面分别连接到A/D转换模块4的49、51、57管脚用于AD采样。
A/D转换模块4工作于实时采样变换状态，其可以同时对8路数据进行同时采样，因此本例只使用其中的三路输入进行分别采样变换，这三路为参考电压互感器11输出的参考电压V0、电压互感器13输出的被测电压V1、电流互感器12输出的被测电流A1，三路采样的各时序由复杂可编程逻辑器件51内部的PPL生成（打点电路由同步电路倍频64得到），A/D转换模块4将放大后的参考电压、电压、电流进行A/D转换得到16bit宽的数字信号，且A/D转换模块4将A/D转换后得到的16bit宽的采样数据通过复杂可编程逻辑器件51输出给微处理器52；对于A/D转换模块4而言，连续的AD采样经过复杂可编程逻辑器件51内部的数字PLL进行时序控制，根据A/D变换图中的同步生成电路，在接收到一个周波的采样之后，将其输出给微处理器52；在得到一周波的采样数据之后，微处理器52应用microchip的DSP库FFT函数即可直接计算出该采样段内的各次谐波的幅值情况，其中的基波幅值就是被验证二次设备的电流幅值和电压幅值并输出给微处理器52。
4）参考电压采样放大器21、电流采样放大器22和电压采样放大器23的输出另一方面分别连接到第一放大器31、第二放大器32和第三放大器33的4管脚对幅值信息采用高倍数的放大，使之工作于饱和状态以分离出三路输入的同步信息，从而通过第一放大器31、第二放大器32和第三放大器33将放大后的参考电压、电压、电流分别进行放大至饱和状态生成三路同步脉冲信号，复杂可编程逻辑器件51根据三路同步脉冲信号的相位信息获取被验证二次设备的两路相角差并输出给微处理器52。
5）综合分析被验证二次设备的电流采样信号的幅值、参考电压采样信号的幅值和电压采样信号的幅值、两路相角差的值，可判断接线的正确性。例如（针对参考电压互感器11输出的参考电压V0、电压互感器13输出的被测电压V1的测试）：在相位差方面，理论上“星”“角”接线有30度的相位差，而同侧电源各相间为120度的相差；在幅值方面，大型变电站原边和次边之间的变比与本实施例测试的参考电压采样信号的幅值和电压采样信号的幅值的比例应该相等；由于在现场接线过程中（即基准侧与验证侧）接线方式是已知的，因此电流采样信号的幅值、两路相角差的期望值均为已知，因此微处理器52判断被验证二次设备的参考电压采样信号的幅值和电压采样信号的幅值的比例等于大型变电站原边和次边之间的变比、电流采样信号的幅值等于预设的期望值、两路相角差分别等于预设的期望值三个条件同时成立，则判定被验证二次设备的接线正确；否则如果三个条件中任意一个条件不成立，则判定被验证二次设备的接线错误。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种用于变电站的接线验证方法，其特征在于步骤包括：
1）获取被验证二次设备对应母线的参考电压采样信号，获取被验证二次设备的电压采样信号和电流采样信号；
2）将获取得到采样信号分别依次进行放大；
3）将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别进行A/D转换，将A/D转换后得到的采样信号分别进行快速傅里叶变换计算获取对应的幅值；
4）将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别放大至饱和状态生成三路同步脉冲信号，获取所述三路同步脉冲信号中的两路相角差；
5）判断被验证二次设备的参考电压采样信号的幅值和电压采样信号的幅值的比例等于大型变电站原边和次边之间的变比、电流采样信号的幅值等于预设的期望值、两路相角差分别等于预设的期望值三个条件同时成立，则判定被验证二次设备的接线正确；否则如果所述三个条件中任意一个条件不成立，则判定被验证二次设备的接线错误。
2.根据权利要求1所述的用于变电站的接线验证方法，其特征在于，所述步骤3）的详细步骤包括：基于指定的时序将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别进行A/D转换，且针对参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号中的任意一个，每通过A/D转换得到一周波的采样信号，则将采样信号使用快速傅里叶变换函数计算出该采样周期内各次谐波的幅值，且将基波幅值作为采样信号对应的幅值输出。
3.根据权利要求2所述的用于变电站的接线验证方法，其特征在于，所述步骤4）的详细步骤包括：将放大后的参考电压采样信号、电压采样信号、电流采样信号分别放大至饱和状态生成三路同步脉冲信号，分别对所述三路同步脉冲信号进行逻辑计数，根据参考电压采样信号、电压采样信号对应的逻辑计数差值得到参考电压采样信号、电压采样信号对应两路同步脉冲信号之间的第一时间差，根据参考电压采样信号、电流采样信号对应的逻辑计数差值得到参考电压采样信号、电流采样信号对应两路同步脉冲信号之间的第二时间差，将第一时间差、第二时间差分别乘以预设的系数得到所述三路同步脉冲信号中的两路相角差。
4.一种用于变电站的接线验证装置，其特征在于：包括传感器单元（1）、放大单元（2）、同步生成电路（3）、A/D转换模块（4）和控制单元（5），所述传感器单元（1）包括参考电压互感器（11）、电流互感器（12）和电压互感器（13），所述参考电压互感器（11）采集被验证二次设备对应的母线电压相位，所述电流互感器（12）采集被验证二次设备的电流，所述电压互感器（13）采集被验证二次设备的电压，所述放大单元（2）包括参考电压采样放大器（21）、电流采样放大器（22）和电压采样放大器（23），所述同步生成电路（3）包括第一放大器（31）、第二放大器（32）和第三放大器（33），所述参考电压互感器（11）的输出端通过参考电压采样放大器（21）放大后分别输出给第一放大器（31）和A/D转换模块（4），所述电流互感器（12）的输出端通过电流采样放大器（22）放大后分别输出给第二放大器（32）和A/D转换模块（4），所述电压互感器（13）的输出端通过电压采样放大器（23）放大后分别输出给第三放大器（33）和A/D转换模块（4），所述第一放大器（31）、第二放大器（32）和第三放大器（33）的输出端分别与控制单元（5）相连，所述控制单元（5）与A/D转换模块（4）相连。
5.根据权利要求4所述的用于变电站的接线验证装置，其特征在于：所述控制单元（5）包括复杂可编程逻辑器件（51）、微处理器（52）、存储器接口模块（53）和键盘模块（54），所述第一放大器（31）、第二放大器（32）和第三放大器（33）的输出端分别与复杂可编程逻辑器件（51）相连，所述复杂可编程逻辑器件（51）分别与A/D转换模块（4）、微处理器（52）、键盘模块（54）相连，所述微处理器（52）与存储器接口模块（53）相连。
6.根据权利要求5所述的用于变电站的接线验证装置，其特征在于：所述存储器接口模块（53）为USB接口模块。
7.根据权利要求6所述的用于变电站的接线验证装置，其特征在于：所述控制单元（5）还包括显示器（55），所述显示器（55）与复杂可编程逻辑器件（51）相连。
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