CN106249074A - 对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，包括内嵌Labview监测软件的计算机、和计算机连接的显示屏以及示波器、电压探头，电压探头的一端连接在智能组件的控制电缆上，另一端接示波器，以观察控制电缆芯皮电位差，并将这种电位差信号传送给示波器；所述示波器一端与电压探头相连接，一端与计算机相连接，将电压探头所测的控制电缆芯皮电位差以波形的形式进行显示；所述计算机通过USB接口与示波器相连接，所述计算机和示波器并连连接有GPS时钟控制器。作为校正计算机和示波器时钟信号的基准，保证数据传输和计算机与示波器通信的同步时钟一致。

Description

对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置

技术领域

本发明涉及变电站技术领域，具体地说涉及一种对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置。

背景技术

智能变电站是智能电网的重要组成部分和关键环节。智能组件作为智能变电站设备层的关键设备，是服务于一次设备的测量、控制、状态监测、计量、保护等各种附属装置的集合，包括各种一次设备控制器及就地布置的测控、状态监测、计量、保护装置等，智能组件促进了一次设备的智能化。在电力系统中，因变电站和换流站汇集了众多一次和二次电力设备，使得变电站和换流站内的电磁环境极为恶劣一些智能组件就在变电站一次设备旁，使得变电站智能组件的电磁兼容问题更为突出。所以对智能组件可能受到的电磁干扰进行监测对保证智能组件的正常工作，提高智能组件的抗干扰能力来说是非常有必要的，现有监测系统大多操作复杂，造价昂贵，且不能实现在线监测，针对这些弊端，本发明建立了一套监测系统能对变电站智能组件的电磁干扰进行实时在线监测，能够自动测量并上传至监测终端，测量人员能够在远离设备的工作区内对数据进行接收和分析。监测数据更加全面而及时，对分析智能组件的电磁干扰有很大的参考价值。

发明内容

本发明的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，可以自动、长时间的对变电站智能组件的电磁干扰信号进行测量并上传至测量终端，而无需繁杂的人工操作。使测量数据更加全面而准确。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，包括内嵌Labview监测软件的计算机、和计算机连接的显示屏以及示波器、电压探头，电压探头的一端连接在智能组件的控制电缆上，另一端接示波器，以观察控制电缆芯皮电位差，并将这种电位差信号传送给示波器；所述示波器一端与电压探头相连接，一端与计算机相连接，将电压探头所测的控制电缆芯皮电位差以波形的形式进行显示；所述计算机通过USB接口与示波器相连接，所述计算机和示波器并连连接有GPS时钟控制器。作为校正计算机和示波器时钟信号的基准，保证数据传输和计算机与示波器通信的同步时钟一致。

示波器作为信号采集和处理的中心元件，通过电压探头与智能组件的控制电缆相连，通过测量控制电缆上的芯皮电位差来显示智能组件受到的电磁干扰情况，示波器将采集到的信号经由信号传输线将数据传送至内嵌Labview监测软件的计算机的控制终端，测量人员就能在计算机上实时的获取示波器的测量结果，并通过监测软件调整示波器的测量参数。内嵌Labview监测软件的计算机有强大的数学处理功能，便于人们对数据进行分析和处理。示波器传输过来的数据可以直接保存到计算机的硬盘上，可以实现长期监测和保存数据，并可随时回看已经保存的数据波形，并对文件进行移动和删除。示波器的接口为USB接口，所以确定示波器和计算机的通信方式为串口通信方式。设置通信端口的参数，包括波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。Labview监测软件，界面友好，操作简单，功能清晰，便于测量人员使用。监测软件对示波器的控制通过VISA库函数和SCPI命令集实现，通过调用标准的SCPI命令，大大提高了编程效率，且SCPI命令兼容多种仪器，方便测试系统的开发和拓展。

串口通信参数设置包括波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。波特率衡量通信速度的参数。数据位衡量通信中实际数据位的参数。停止位表示单个包的最后一位。典型的值为1,1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。奇偶校验位:串口通信中一种的检错方式。有4种检错方式:偶、奇、高和低。这样使得接收设备能够知道某一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

GPS时钟作为计算机和示波器自身时钟的基准，保证二者的时钟同步，使数据和控制信号的发送和接收实现同步。

Labview提供了模拟真实仪器的前面板和强大的数学处理能力，并支持VISA,SCPI和IVI等最新的程控软件标准，为用户设计开发不同的先进测试系统提供了软件支持。本发明中就是应用了VISA节点，方便地设计出了串口通信程序。

SCPI命令可分成以下两组：SCPI通用命令和仪器指定的SCPI命令。应用VISA库函数，将SCPI命令通过USB口发送至仪器，仪器接收SCPI命令后，对其进行解析，产生响应，并将测量数据通过USB口返回至计算机。这就是监测软件对测量仪器进行远程控制的基本原理。通过测量仪器开发商提供的编程手册可以方便的实现对测量仪器各种功能的控制，通过调用SCPI命令，将各个功能封装成子VI，再集成为一个完整的labview程序，就可以实现如对仪器控制，数据的保存和查看，波形分析等功能。编程人员可以方便的选择所需的功能，自由开发测试系统。

作为对上述技术方案的改进，所述智变电站智能组件电磁干扰监测系统还包括电源模块，所述电源模块与示波器相连接，为示波器提供工作电源。

作为对上述技术方案的改进，所述电源模块包括锂电池组和逆变器，所述锂电池组通过逆变器与示波器相连接。电源选用可充电的锂电池组，其直流电输出通过逆变器转换为工频市电，因为除示波器外传输模块和信号传感模块全为无源元件，所以电源只需为示波器供电即可使测量系统正常工作。

作为对上述技术方案的改进，所述示波器为数字存储式示波器，更准确的说是泰克数字存储式示波器，最高采样速率达2GS/s，带宽200MHz；可以准确、清晰的显示波形信号的细节，示波器将电压信号收集、处理后通过传输线与计算机相连。

作为对上述技术方案的改进，所述电压探头为无源电压探头，直接与控制电缆相连的探头采用无源电压探头，带宽为直流到200MHz，上升时间小于2.3ns，能够完全获取干扰中的高频瞬态波形，且无源探头减小了探头本身对测量信号的干扰。电压探头与示波器的连接简单方便，且有物理锁定装置，保证信号良好传输。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，当有干扰发生时，测量控制电缆的芯皮电位差即可监测干扰。无源电压探头能够完全获取干扰中的高频瞬态波形，示波器能精确捕捉到产生干扰的高频瞬态信号，测量人员能远程获取波形数据。通过监测控制电缆上芯皮电位差的变化情况，及时的发现电磁干扰对智能组件的影响，监测系统能及时、准确的测量到电磁干扰发生时控制电缆上的宽频带瞬态信号，且测量人员能在远方获取测量结果，对测量数据进行分析和处理，进而有利于为保障智能组件的正常工作提出合理的保护和改进措施。通过监测软件的作用，使测试系统更加高效、智能，实现了对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测，测试系统能够自动的将测量结果传送至测量终端并保存数据，减小了测量人员的工作量的同时使测量数据更加真实全面。测量人员通过监测软件就能对示波器进行设置和调整，而不必到设备现场操作，使测试过程更安全，将测量数据直接保存计算机的硬盘上从而解除了示波器自身存储空间的限制，监测软件还包含数学处理能力更有利于人们对测量数据进行分析研究。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，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。

如图1所示，本发明的对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，包括内嵌Labview监测软件的计算机、和计算机连接的显示屏以及示波器、电压探头，电压探头的一端连接在智能组件的控制电缆上，另一端接示波器，以观察控制电缆芯皮电位差，并将这种电位差信号传送给示波器；所述示波器一端与电压探头相连接，一端与计算机相连接，将电压探头所测的控制电缆芯皮电位差以波形的形式进行显示；所述计算机通过USB接口与示波器相连接，所述计算机和示波器并连连接有GPS时钟控制器。作为校正计算机和示波器时钟信号的基准，保证数据传输和计算机与示波器通信的同步时钟一致。

示波器作为信号采集和处理的中心元件，通过电压探头与智能组件的控制电缆相连，通过测量控制电缆上的芯皮电位差来显示智能组件受到的电磁干扰情况，示波器将采集到的信号经由信号传输线将数据传送至内嵌Labview监测软件的计算机的控制终端，测量人员就能在计算机上实时的获取示波器的测量结果，并通过监测软件调整示波器的测量参数。内嵌Labview监测软件的计算机有强大的数学处理功能，便于人们对数据进行分析和处理。示波器传输过来的数据可以直接保存到计算机的硬盘上，可以实现长期监测和保存数据，并可随时回看已经保存的数据波形，并对文件进行移动和删除。示波器的接口为USB接口，所以确定示波器和计算机的通信方式为串口通信方式。设置通信端口的参数，包括波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。Labview监测软件，界面友好，操作简单，功能清晰，便于测量人员使用。监测软件对示波器的控制通过VISA库函数和SCPI命令集实现，通过调用标准的SCPI命令，大大提高了编程效率，且SCPI命令兼容多种仪器，方便测试系统的开发和拓展。

串口通信参数设置包括波特率、数据位、停止位和奇偶校验位。波特率衡量通信速度的参数。数据位衡量通信中实际数据位的参数。停止位表示单个包的最后一位。典型的值为1,1.5和2位。由于数据是在传输线上定时的，并且每一个设备有其自己的时钟，很可能在通信中两台设备间出现了小小的不同步。因此停止位不仅仅是表示传输的结束，并且提供计算机校正时钟同步的机会。适用于停止位的位数越多，不同时钟同步的容忍程度越大，但是数据传输率同时也越慢。奇偶校验位:串口通信中一种的检错方式。有4种检错方式:偶、奇、高和低。这样使得接收设备能够知道某一个位的状态，有机会判断是否有噪声干扰了通信或者是否传输和接收数据是否不同步。

GPS时钟作为计算机和示波器自身时钟的基准，保证二者的时钟同步，使数据和控制信号的发送和接收实现同步。

Labview提供了模拟真实仪器的前面板和强大的数学处理能力，并支持VISA,SCPI和IVI等最新的程控软件标准，为用户设计开发不同的先进测试系统提供了软件支持。本发明中就是应用了VISA节点，方便地设计出了串口通信程序。

SCPI命令可分成以下两组：SCPI通用命令和仪器指定的SCPI命令。应用VISA库函数，将SCPI命令通过USB口发送至仪器，仪器接收SCPI命令后，对其进行解析，产生响应，并将测量数据通过USB口返回至计算机。这就是监测软件对测量仪器进行远程控制的基本原理。通过测量仪器开发商提供的编程手册可以方便的实现对测量仪器各种功能的控制，通过调用SCPI命令，将各个功能封装成子VI，再集成为一个完整的labview程序，就可以实现如对仪器控制，数据的保存和查看，波形分析等功能。编程人员可以方便的选择所需的功能，自由开发测试系统。

所述智变电站智能组件电磁干扰监测系统还包括电源模块，所述电源模块与示波器相连接，为示波器提供工作电源。

所述电源模块包括锂电池组和逆变器，所述锂电池组通过逆变器与示波器相连接。电源选用可充电的锂电池组，其直流电输出通过逆变器转换为工频市电，因为除示波器外传输模块和信号传感模块全为无源元件，所以电源只需为示波器供电即可使测量系统正常工作。

所述示波器为数字存储式示波器，更准确的说是泰克数字存储式示波器，最高采样速率达2GS/s，带宽200MHz；可以准确、清晰的显示波形信号的细节，示波器将电压信号收集、处理后通过传输线与计算机相连。

所述电压探头为无源电压探头，直接与控制电缆相连的探头采用无源电压探头，带宽为直流到200MHz，上升时间小于2.3ns，能够完全获取干扰中的高频瞬态波形，且无源探头减小了探头本身对测量信号的干扰。电压探头与示波器的连接简单方便，且有物理锁定装置，保证信号良好传输。

本发明的对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，当有干扰发生时，测量控制电缆的芯皮电位差即可监测干扰。无源电压探头能够完全获取干扰中的高频瞬态波形，示波器能精确捕捉到产生干扰的高频瞬态信号，测量人员能远程获取波形数据。通过监测控制电缆上芯皮电位差的变化情况，及时的发现电磁干扰对智能组件的影响，监测系统能及时、准确的测量到电磁干扰发生时控制电缆上的宽频带瞬态信号，且测量人员能在远方获取测量结果，对测量数据进行分析和处理，进而有利于为保障智能组件的正常工作提出合理的保护和改进措施。通过监测软件的作用，使测试系统更加高效、智能，实现了对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测，测试系统能够自动的将测量结果传送至测量终端并保存数据，减小了测量人员的工作量的同时使测量数据更加真实全面。测量人员通过监测软件就能对示波器进行设置和调整，而不必到设备现场操作，使测试过程更安全，将测量数据直接保存计算机的硬盘上从而解除了示波器自身存储空间的限制，监测软件还包含数学处理能力更有利于人们对测量数据进行分析研究。

Claims (5)

1.一种对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，其特征在于：包括内嵌Labview监测软件的计算机、和计算机连接的显示屏以及示波器、电压探头，电压探头的一端连接在智能组件的控制电缆上，另一端接示波器，以观察控制电缆芯皮电位差，并将这种电位差信号传送给示波器；所述示波器一端与电压探头相连接，一端与计算机相连接，将电压探头所测的控制电缆芯皮电位差以波形的形式进行显示；所述计算机通过USB接口与示波器相连接，所述计算机和示波器并连连接有GPS时钟控制器。

2.根据权利要求1所述的对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，其特征在于：所述智变电站智能组件电磁干扰监测系统还包括电源模块，所述电源模块与示波器相连接。

3.根据权利要求2所述的对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，其特征在于：所述电源模块包括锂电池组和逆变器，所述锂电池组通过逆变器与示波器相连接。

4.根据权利要求2所述的对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，其特征在于：所述示波器为数字存储式示波器。

5.根据权利要求2所述的对变电站智能组件电磁干扰的实时在线监测装置，其特征在于：所述电压探头为无源电压探头。