CN105974224A - 智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统 - Google Patents

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霍琪
马江涛
缪俊
罗静
张迈
苏煜
李小刚
白桢
刘勇
李小军
马新宇
张那
王伟
冯超宇
刘红苗
张鑫
王二姣
李泽
史旸
权衡
王曙光
任娜娜
李盛华
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Abstract

本发明提供了一种智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统，包括在线监测装置、智能终端和测控装置；所述在线监测装置连接在三相刀闸机构箱加热器电源回路中性点，在线监测装置包括电源模块、微型控制器，及与分别与微型控制器连接的采样模块、通讯模块、开出告警模块、参数设置及告警模块；遇到加热器功能失效、加热回路故障或加热电源异常时，可以将告警信号上传至监控后台提醒运维人员，实现运维人员对加热器的实时监测，无需再对加热器开展日常现场巡检；避免了因凝露造成的各种缺陷隐患，为GIS设备的安全运行提供了可靠保障。

Description

智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统
【技术领域】
本发明属于电工学技术领域，涉及一种智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统。
【背景技术】
近年来，随着超高压、特高压电网的发展，GIS设备以其占地面积小、可靠性强、安全性高、维护工作量小等优点得到了广泛使用，但GIS的全封闭式结构也给运行维护带来了一定困难，其中刀闸机构箱加热器的检查维护即是运维人员经常面临的问题之一。
在现有投产的GIS智能变电站中，GIS刀闸机构箱内均装有不同数量的加热器，以满足机构箱内除潮、除湿要求。只是一旦某些加热器出现故障，环境中的湿气就会从机构箱底部呼吸孔进入箱内形成凝露。GIS机构箱刀闸操作机构上形成的露水会腐蚀机构内的金属部件，影响机构的使用寿命，甚至会因锈蚀而造成机构卡涩，使刀闸不能正常分合；在机构箱端子排上形成的露水会腐蚀端子排上的金属导电部位，腐蚀较重后易导致交直流短路接地，引发重大事故。如2015年5月25日，某智能站运维人员在对其中一条750kV线路进行运行转检修操作时，线路接地刀闸出现误动，经排查为该刀闸机构箱内端子排及回路严重凝露，导致刀闸误动；2015年5月19日，该站后台报文显示750kV I母直流接地，经排查为该75121刀闸机构箱内端子排及回路严重凝露，导致直流负接地。通过详细分析，以上两起异常的根本原因是由于刀闸机构箱加热功能失效未及时发现所引起的。
查阅相关资料可知，由于加热功能失效未及时发现引起的异常和事故屡见不鲜，常见为直流接地、交直流混线、运行中刀闸(地刀)自动分合及刀闸(地刀)拒动等，这些异常无一例外地都会对变电站可靠运行乃至超高压骨干网架的稳定运行造成极大的威胁。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统，可及时发现加热器加热功能失效、加热电源失压及缺相等类型故障，有效解决GIS刀闸机构箱加热功能巡检难度大、巡检耗时长、加热功能失效难以发现等问题。
本发明采用如下的技术方案：
一种智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统，包括在线监测装置、智能终端和测控装置；
所述在线监测装置连接在三相刀闸机构箱加热器电源回路中性点，在线监测装置包括电源模块、微型控制器、及分别与微型控制器连接的采样模块、通讯模块、开出告警模块、参数设置及告警模块；
所述电源模块为各模块提供电力供给；
采样模块用于输入的模拟量进行采集；
通讯模块用于与其他智能设备进行数据交换及修改程序；
参数设置及告警模块用于告警就地显示及定值的设置；
微型控制器用于数据逻辑分析处理；
开出告警模块用于实现告警信号就地显示及远传；
通过参数设置及告警模块对装置进行动作及返回定值进行设定，当采样模块采集的电流值超出定值范围，通过参数设置及告警模块实现就地告警，并从开出告警模块送至智能终端，经由智能终端传至测控装置，最后传至后台。
进一步，所述在线监测装置设置有装置面板，通过装置面板上的告警指示灯来实现就地告警。
进一步，所述通讯模块通过RS485通讯线或以太网与其他智能设备进行数据交换及修改程序。
进一步，所述通讯模块包括但不局限于3G通信单元、4G通信单元、WIFI单元中的任一种或任意组合。
进一步，所述3G通信单元至少为WCDMA模块、CDMA2000模块、TD-SCDMA模块中的任一种或其任意组合。
进一步，所述4G通信单元至少为TD-LTE模块、FDD-LTE模块中的任一种或其任意组合。
本发明的750kV GIS刀闸机构箱加热功能在线监测系统，遇到加热器功能失效、加热回路故障或加热电源异常时，可以将告警信号上传至监控后台提醒运维人员，实现对加热器的实时监测，无需再对加热器开展日常现场巡检，真正意义上实现了加热器免巡检；可及时帮助运维人员发现加热器失效、加热电源失压及缺相等类型故障，有效解决GIS刀闸机构箱加热功能巡检难度大、巡检耗时长、加热功能失效难以发现等问题，不仅大大减轻了运维人员工作量，也避免了因凝露造成的各种缺陷隐患，为GIS设备的安全运行提供了可靠保障。
本发明还具有以下优点：
1.该装置与智能终端配合，通过监测流过装置不平衡电流，实现对电源失压及缺相、加热器回路断线、装置故障、元器件故障等各种故障类型的一体化在线监测，且施工简单，装置数量少，成本较低。
2.采用485通讯网络，施工方便，通讯可靠。
3.该装置不但适用于智能变电站GIS设备，同时也适用于所有常规变电站中的敞开式设备，它的应用可有效地避免加热功能失效后引发的设备事故。
【附图说明】
图1加热器原电路图
图2改造后加热器原电路图
图3装置硬件结构图
图4告警装置工作原理图
【具体实施方式】
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。如图1和图2所示，图1加热器原电路图，图2是改造后加热器原电路图，改造后的加热器电源回路，正常运行时中性点电流为零，当任一加热器、电源、回路或其它任何元器件发生异常或故障时，中性点出现不平衡电流。
本发明结合加热器电源回路现场接线，将原用单相供电改为三相供电，主要是考虑到单相供电时和电流为3倍的负荷电流，三相供电时和电流基本为零，并综合考虑其安全可靠性、可操作性、经济性等因素而设计。
在原有加热回路基础上对加热器电源回路进行优化，在原端子排上使用额外端子不超过3个。实现对电源失压及缺相、加热器回路断线、装置故障、元器件故障等各种故障类型的正确响应，且施工简单，成本较低。
结构改造：采用三相电源供电，分别对应接入A、B、C三相刀闸机构箱加热器电源回路(各机构箱为单相电源)，经负载后相连形成中性点，将中性点电流接入一体化在线监测装置。
如图3所示，该装置由电源模块、采样模块、微型控制器、通讯模块、开出告警模块、参数设置及告警模块，通过硬件组装和软件开发，研制出一体化在线监测装置(在线监测装置设计示意如下图)。其中，电源模块为各模块提供可靠的电力供给，采样模块主要对装置输入的模拟量进行采集；通讯模块主要与其他智能设备进行数据交换或修改程序；参数设置及告警模块主要是告警就地显示及定值的设置；微型控制器进行数据逻辑分析处理。
在线监测装置功能设计，硬件模块选择及组装，软件功能开发。
对装置进行动作及返回定值进行设定，当电流值超出定值范围或一体化在线监测装置自检异常时均发出告警，通过装置面板告警指示灯来实现就地告警，在就地告警的基础上，将告警信号发送至本站设备智能终端，最终将信号上传至后台，实现就地加远传告警方式。
所述通讯模块通过RS485通讯线或以太网与其他智能设备进行数据交换及修改程序。通讯模块包括但不局限于3G通信单元、4G通信单元、WIFI单元中的任一种或任意组合。
3G通信单元至少为WCDMA模块、CDMA2000模块、TD-SCDMA模块中的任一种或其任意组合。4G通信单元至少为TD-LTE模块、FDD-LTE模块中的任一种或其任意组合。
按照图4所示原理，从在线监测装置开出告警模块常开节点引出信号回路至智能终端，经由智能终端传至测控装置，最后远传至后台。最终开发出的一体化在线监测装置就地加后台告警功能，可实现对加热功能的实时监测，大大减少运维人员的巡视工作量，有效提高生产效率。
本发明的750kV GIS刀闸机构箱故障加热器实时报警的在线监测系统，通过对该站的750千伏GIS设备加热器回路接线进行改线，并在智能汇控柜内加装自行研制的一体化在线监测装置，使该装置与智能终端配合，实现加热器运行工况的在线监测与实时告警功能。
当任一加热器损坏、接触不良或功能失效时一体化在线监测装置流过不平衡电流，当电流值大于设计定值时，一体化在线监测装置发出告警，并上传至后台提醒运维人员进行及时处理。
该750kV GIS刀闸机构箱加热功能监测系统安装使用，经3个月的时间试用验证，该监测系统实现了对加热器加热功能失效实时告警，得到了750kV变电站运维人员的一致认可。表1列出了在750kV GIS刀闸机构箱加装一体化在线监测系统后，若机构箱加热功能失效，装置均可发出正确、及时的告警信息。
表1刀闸机构箱加热功能失效后的实际监测情况统计表
1.有效避免了因机构箱加热器故障出现凝露而造成的机构卡涩、直流接地等事故隐患发生，提高了设备及主网供电可靠性，同时也为电力制造业，特别是GIS设备的应用可靠性上提供了新思路。
2.提高了运维工作效率，成功解决了750kV GIS设备刀闸机构箱加热器回路检查工作量大，难度高，耗时长，减轻了劳动强度，大大节省了运维人员的工作量。
经过国网陕西省电力公司检修公司西安运维分部组织进行的试验，对该设备的功能与性能进行了测试，试用结果表明:该装置可准确、及时反应电源失压及缺相、加热器回路断线、装置故障、元器件故障等各种故障类型，实现了加热器运行工况的一体化在线监测，且施工简单，装置数量少，成本较低，使用安全可靠，可以有效的提高工作的整体效率。

Claims (6)

1.一种智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统，其特征在于：包括在线监测装置、智能终端和测控装置；
所述在线监测装置连接在三相刀闸机构箱加热器电源回路中性点，在线监测装置包括电源模块、微型控制器、及分别与微型控制器连接的采样模块、通讯模块、开出告警模块、参数设置及告警模块；
所述电源模块为各模块提供电力供给；
采样模块用于输入的模拟量进行采集；
通讯模块用于与其他智能设备进行数据交换及修改程序；
参数设置及告警模块用于告警就地显示及定值的设置；
微型控制器用于数据逻辑分析处理；
开出告警模块用于实现告警信号就地显示及远传；
通过参数设置及告警模块对装置进行动作及返回定值进行设定，当采样模块采集的电流值超出定值范围，通过参数设置及告警模块实现就地告警，并从开出告警模块送至智能终端，经由智能终端传至测控装置，最后传至后台。
2.如权利要求1所述的智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统，其特征在于：所述在线监测装置设置有装置面板，通过装置面板上的告警指示灯来实现就地告警。
3.如权利要求1所述的智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统，其特征在于：所述通讯模块通过RS485通讯线或以太网与其他智能设备进行数据交换及修改程序。
4.如权利要求1所述的智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统，其特征在于：所述通讯模块包括但不局限于3G通信单元、4G通信单元、WIFI单元中的任一种或任意组合。
5.如权利要求4所述的智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统，其特征在于：所述3G通信单元至少为WCDMA模块、CDMA2000模块、TD-SCDMA模块中的任一种或其任意组合。
6.如权利要求3所述的智能变电站750kV GIS刀闸机构箱加热器在线监测系统，其特征在于：所述4G通信单元至少为TD-LTE模块、FDD-LTE模块中的任一种或其任意组合。
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