CN105278592A - 一种智能变电站状态网络化监控系统 - Google Patents
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Abstract
一种智能变电站状态网络化监控系统，该系统采集断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态的状态显示信号、高压带电指示信号、环境温湿度信号、高压带电体的温度信号、变压器的振动信号、变电站的局部放电信号、电力综合参数信号，通过网络信号采集器将信号采集处理后，发送给DSP控制器，经DSP控制器将各种信号经CAN从站通过CAN总线与CAN主站通讯；CAN主站与远程管理中心通讯；采用所述的信号采集装置及网络信号采集器，信号处理及传输准确可靠，便于远程进行故障分析，利于实现变电站管理的智能化、网络化。
Description
技术领域
本发明涉及变电站状态网络化监控系统。
背景技术
变电站包括变压器、高压开关柜、低压电器设备及其相互的连接和辅助设备，将变压器、高压开关、低压电器设备及其相互的连接和辅助设备紧凑组合，按主接线和元器件不同，以一定方式集中布置在一个或几个密闭的箱壳内。
随着自动化技术的发展，远程实时监控变电站的工作环境参数(温度、湿度参数、局放参数等)及变压器的工作参数(油浸式变压器的油温参数、压力参数、振动参数、等)，对改善箱式变电站的环境，排除变压器的故障大有好处。
变电站内空调和通风系统的正常工作运行是整个变电所内、所有设备是否能够正常运行的基础，变电所空调出现异常故障、将会导致站内环境温度的迅速升高，从而导致保护柜等设备的误动作发生、以及导致光缆通信设备死机等安全隐患；通风风机假如出现异常故障，若在第一时间无法发现，将会造成主变压器的温度急剧升高的现象发生，从而影响主变压器出现异常及使用寿命，由此，变电所空调和通风系统在保障变电所安全运行方面发挥着不可替代的重要作用。
现有的变电站环境参数和设备参数数据采集监控系统有很多，但是其技术的局限性在于：综合数据不全面、采样不准确、数据产生不及时等缺点。
因此，需要产生一种可远程监控变电站环境参数和设备参数、并且数据传输准确可靠，便于实现远程监控、实现变电站智能化、网络化的数据采集监控系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种智能变电站状态网络化监控系统，可采集变电站环境参数和设备参数，并且采集的数据准确、可靠。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种智能变电站状态网络化监控系统，其特征在于，该系统采集断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态的状态显示信号、高压带电指示信号、环境温湿度信号、高压带电体的温度信号、变压器的振动信号、变电站的局部放电信号、电力综合参数信号，通过网络信号采集器将信号采集处理后，发送给DSP控制器，经DSP控制器将各种信号经CAN从站通过CAN总线与CAN主站通讯；CAN主站与远程管理中心通讯；
所述变电站包括钢结构的密封箱体、位于箱体内的高压带电设备、变压器；通过非接触式无线测温传感器采集高压带电设备的温度数据，高压带电设备的温度数据采集模块位于高压侧，高压带电设备的温度数据接收端和远程发射模块位于低压侧；局放传感器安装于变电站的三相电缆接地线处，用来采集变电站内局放脉冲次数和脉冲幅值信号；温湿度传感器位于位于密封箱体内壁上；振动传感器通过磁铁吸附固定在变压器油箱顶部，每相绕组的中间位置正上方；在变电站内设有调节温湿度的风机和空调，当环境温湿度超出正常范围时，通过控制风机或空调运转来自动调节环境温度和湿度。
所述的网络信号采集器包括信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，嵌入式微电脑设有现场总线接口与工控机通信，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑。
所述信号接入单元由UIN1、UIN2、UIN3三个单8通道数字控制模拟电子开关组成，接入的信号经选通后由A1、A2、A3三个输出端分别输出；
所述信号变换单元是由电阻、阻抗变换器和电子开关组成，由B1、B2、B3三个输出端分别输出，单元内设有锁存器SC，BX为锁存器SC的选通信号，电子开关S1～S7的状态由锁存器SC输出端D0、D1、D2的状态确定；
所述隔离放大模块由电容隔离组件、放大器、电阻网络组成，其中电容隔离组件由电子开关Kc11、Kc12、Kc21、Kc22、电容C6、C7组成，电子开关Kc11、Kc12、Kc21、Kc22以固定的高速频率在输入和输出之间切换，实现传感器电路与放大电路的隔离；
嵌入式微电脑包括A/D转换器、基准电压源、DSP控制器、温度补偿传感器、网络接口和存储器，基准电压源与A/D转换器连接，A/D转换器通过数据总线DB1和地址总线AB1与DSP控制器连接；DSP控制器一端通过数据总线DB2和地址总线AB2与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB3和地址总线AB3与存储器连接；温度补偿传感器与DSP控制器连接，用于测量热电偶冷端环境温度和冷端自动补偿或测其他处温度；A/D转换器接收放大器的输出信号Vout。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)该系统采集断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态的状态显示信号、高压带电指示信号、环境温湿度信号、高压带电体的温度信号、变压器的振动信号、变电站的局部放电信号、电力综合参数信号(三相电压、三相电流、功率因数、有功功率、无功功率)，通过网络信号采集器将信号采集处理后，发送给DSP控制器，经DSP控制器将各种信号经CAN从站通过CAN总线与CAN主站通讯；CAN主站与远程管理中心通讯；利于实现变电站管理的智能化、网络化。
2)采用所述的网络信号采集器，信号处理及传输准确可靠，便于远程进行故障分析。
附图说明
图1是本发明的控制结构原理图。
图2是网络信号采集器的结构框图。
图3是信号接入单元原理图。
图4是信号变换单元原理图。
图5是隔离放大单元原理图。
图6是嵌入式微电脑结构图。
图7是变电站内开关柜控制示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。
见图1，一种智能变电站状态网络化监控系统，该系统采集断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态的状态显示信号、高压带电指示信号、环境温湿度信号、高压带电体的温度信号、变压器的振动信号、变电站的局部放电信号、电力综合参数信号，通过网络信号采集器将信号采集处理后，发送给DSP控制器，经DSP控制器将各种信号经CAN从站通过CAN总线与CAN主站通讯；CAN主站与远程管理中心通讯；
所述变电站包括钢结构的密封箱体、位于箱体内的高压带电设备、变压器；通过非接触式无线测温传感器采集高压带电设备的温度数据，高压带电设备的温度数据采集模块位于高压侧，高压带电设备的温度数据接收端和远程发射模块位于低压侧；局放传感器安装于变电站的三相电缆接地线处，用来采集变电站内局放脉冲次数和脉冲幅值信号；温湿度传感器位于位于密封箱体内壁上；振动传感器通过磁铁吸附固定在变压器油箱顶部，每相绕组的中间位置正上方；在变电站内设有调节温湿度的风机和空调，当环境温湿度超出正常范围时，通过控制风机或空调运转来自动调节环境温度和湿度。
见图2，所述的数据采集处理模块包括信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，嵌入式微电脑设有现场总线接口与工控机通信，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑。
见图3，信号接入单元由UIN1、UIN2、UIN3(如CD4051或CC4051)三个单8通道数字控制模拟电子开关组成，接入的信号经选通后由A1、A2、A3三个输出端分别输出，IN11、IN21和IN31为第1路信号输入端，同理，IN18、IN28和IN38为第8路信号输入端。QH为信号接入单元选通信号，低电平为选通状态，D2、D1和D0为输入端选控信号，输入信号为分时按顺序接入。其选通与控制信来自数据采集处理模块的嵌入式微电脑，其信号选通接入后都由A1、A2、和A3输出给信号变換单元。
见图4，信号变换单元是由电阻R1～R11、阻抗变换器GS1～GS6和电子开关S1～S7组成，由B1、B2、B3三个输出端分别输出，单元内设有锁存器SC，BX为锁存器SC的选通信号，电子开关S1～S7的状态由锁存器SC输出端D0、D1、D2的状态确定；
信号变換单元将来自信号接入单元的各种信号转換(万能调理)成标准电压信号。信号变換单元接收信号接入单元输出端A1、A2、和A3端信号，通过信号变換单元的调理转換成规定的输出端B1、B2和B3的输出信号。Vout是外加基准电压，D2、D1及D0是来自数据采集处理模块的嵌入式微电脑的选控信号，以控制输入信号的转换。
在嵌入式微电脑的控制下，可将mV、mA、热电阻、热电耦等信号直接变换规定的标准信号，实施时该标准信号可为5V；
见图5，隔离放大模块由电容隔离组件U1、放大器U2、电阻网络U3组成，其中电容隔离组件U1由电子开关Kc11、Kc12、Kc21、Kc22、电容C6、C7组成，电子开关Kc11、Kc12、Kc21、Kc22以固定的高速频率在输入和输出之间切换，实现传感器电路与放大电路的隔离；GL为电容开关式隔离选通信号，低电平为选通，D0为电容开关控制信号、放大选控信号均来自嵌入式微电脑；这种电容开关式隔离，具有高可靠隔离特性，可编程放大器，线性好，依据信号自动选定量程，尤其能保证微弱数据信号放大不失真。
D0低电平时，KC11～KC22都合在左边，即电容C1和C2存入信号，D0高电平时，信号传给运算放大器U2；U2和U3构成可编程放大器，即在来自嵌入式微电脑的放大选控信号下，调节数字电位器SD1、SD2和SD3的阻值，实现放大倍数的变化，即改变信号的量程，进而提高信号变换的精度；隔离放大单元实现了将调理单元与放大电路的可靠隔离，以控制增益放大电路与前端干扰，同时根据信的大小，自动选定其放大电路的增益，即选择量程，称之为可编程增益。
见图6，嵌入式微电脑包括A/D转换器U4、基准电压源、DSP控制器U5(如TMS320C54X)、温度补偿传感器DS18B20、网络接口U6和存储器U7，基准电压源与A/D转换器连接，A/D转换器通过数据总线DB1和地址总线AB1与DSP控制器连接；DSP控制器一端通过数据总线DB2和地址总线AB2与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB3和地址总线AB3与存储器连接；温度补偿传感器DS18B20与DSP控制器连接，用于测量热电偶冷端环境温度和冷端自动补偿或测其他处温度；A/D转换器接收放大器的输出信号Vout。为了消除环境温度对热电耦测量精度产生的影响，DSP控制器U5连接一个DS18B20一线总线式数字温度传感器；网络接口U6可采用Profibus-DP和Modbus现场总线，实现与工控机的通信；USB接口可用于程序的更新。
实施例中，A/D转换器采用±18位高分辩率A/D转换器，如美信公司产品MAX132MRC芯片，串行、低功耗，温度范围－55℃～+125℃；DSP控制器是数据采集处理的核心部件，采用德卅仪器(TI)的TMS320C2407，16位DSP；存储器为只读存储器；网络接口专用于Profibus-DP和Modbus现场总线；基准电压源为A/D转换器提供基准电压，一般采用5V或2.5V的高准确，且稳定的直流电源；USB接口为转存设置或输岀必要的信息。
见图7，变电站高压开关柜的控制示意图，包括主控板、断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态显示电路、高压带电指示电路、温湿度控制电路、语音防误电路、LED显示电路、通信接口；
断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态显示电路的输入信号取自开关柜中一次元件的辅助触点，经电磁隔离直接驱动十字型/V字型数码管显示电路指示开关的分/合状态；
高压带电指示电路的输入信号取自与母线相连的高压带电传感器，经光电隔离、调理运算后输出高压带电闭锁信号(常开型无源接点)，并以高亮LED显示指示出高压带电、闭锁/解除状态；
温湿度控制电路配用湿度传感器和温度传感器，温湿度信号经主控板调理放大与逻辑比较后输出加热器控制信号(常开型无源接点)，启动/停止空调工作，以预设控制范围调节开关柜环境温湿度；
高压开关柜同时具有加热回路故障检测功能，在加热器启动状态下，若加热回路因断线或接触不良出现回路阻值变大而引起电流变小时，将输出断线告警信号(常开型无源接点)，可用以驱动各种声光报警装置。
Claims (3)
1.一种智能变电站状态网络化监控系统，其特征在于，该系统采集断路器储能状态/接地开关分合状态及小车位置状态的状态显示信号、高压带电指示信号、环境温湿度信号、高压带电体的温度信号、变压器的振动信号、变电站的局部放电信号、电力综合参数信号，通过网络信号采集器将信号采集处理后，发送给DSP控制器，经DSP控制器将各种信号经CAN从站通过CAN总线与CAN主站通讯；CAN主站与远程管理中心通讯；
所述变电站包括钢结构的密封箱体、位于箱体内的高压带电设备、变压器；通过非接触式无线测温传感器采集高压带电设备的温度数据，高压带电设备的温度数据采集模块位于高压侧，高压带电设备的温度数据接收端和远程发射模块位于低压侧；局放传感器安装于变电站的三相电缆接地线处，用来采集变电站内局放脉冲次数和脉冲幅值信号；温湿度传感器位于位于密封箱体内壁上；振动传感器通过磁铁吸附固定在变压器油箱顶部，每相绕组的中间位置正上方；在变电站内设有调节温湿度的风机和空调，当环境温湿度超出正常范围时，通过控制风机或空调运转来自动调节环境温度和湿度。
2.根据权利要求1所述的一种智能变电站状态网络化监控系统，其特征在于，所述的网络信号采集器包括信号接入单元、信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑，信号接入单元依次与信号变换单元、隔离放大单元和嵌入式微电脑顺序相连，嵌入式微电脑设有现场总线接口与工控机通信，信号接入单元、信号变换单元和隔离放大单元的选通信号均来自嵌入式微电脑。
3.根据权利要求2所述的一种智能变电站状态网络化监控系统，其特征在于，所述信号接入单元由UIN1、UIN2、UIN3三个单8通道数字控制模拟电子开关组成，接入的信号经选通后由A1、A2、A3三个输出端分别输出；
所述信号变换单元是由电阻、阻抗变换器和电子开关组成，由B1、B2、B3三个输出端分别输出，单元内设有锁存器SC，BX为锁存器SC的选通信号，电子开关S1～S7的状态由锁存器SC输出端D0、D1、D2的状态确定；
所述隔离放大模块由电容隔离组件、放大器、电阻网络组成，其中电容隔离组件由电子开关Kc11、Kc12、Kc21、Kc22、电容C6、C7组成，电子开关Kc11、Kc12、Kc21、Kc22以固定的高速频率在输入和输出之间切换，实现传感器电路与放大电路的隔离；
嵌入式微电脑包括A/D转换器、基准电压源、DSP控制器、温度补偿传感器、网络接口和存储器，基准电压源与A/D转换器连接，A/D转换器通过数据总线DB1和地址总线AB1与DSP控制器连接；DSP控制器一端通过数据总线DB2和地址总线AB2与带现场总线功能的网络接口连接，一端通过数据总线DB3和地址总线AB3与存储器连接；温度补偿传感器与DSP控制器连接，用于测量热电偶冷端环境温度和冷端自动补偿或测其他处温度；A/D转换器接收放大器的输出信号Vout。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Liu Fengzhen Inventor after: Zhang Huilin Inventor after: He Xuan Inventor after: Tian Ye Inventor after: Sun Jing Inventor after: Li Shuangli Inventor after: Ge Weichun Inventor after: Zhao Tianwang Inventor after: Cong Peixian Inventor after: Ma Conggan Inventor after: Zhang Zhibo Inventor after: Wang Chunwei Inventor after: Wu Di Inventor after: Zhang Haitao Inventor before: Liu Jianguo Inventor before: Liu Fengzhen Inventor before: Tian Ye Inventor before: Liu Guoli Inventor before: Liu Zehao Inventor before: Zhang Haitao Inventor before: Li Shiguo Inventor before: Yang Hongwei Inventor before: Wang Lili |
|
| CB03 | Change of inventor or designer information | ||
| TA01 | Transfer of patent application right |
Effective date of registration: 20170427 Address after: 122000 Chaoyang City Chaoyang District, Twin Towers, Liaoning, No. three, No. 13 Applicant after: Chaoyang Power Supply Company, State Grid Liaoning Electric Power Co., Ltd. Applicant after: State Grid Corporation of China Applicant after: State Grid Beijing Electric Power Company Address before: 122099 Chaoyang City Chaoyang District, Twin Towers, Liaoning, No. three, No. 13 Applicant before: Chaoyang Power Supply Company, State Grid Liaoning Electric Power Co., Ltd. Applicant before: State Grid Corporation of China |
|
| TA01 | Transfer of patent application right | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160127 |