CN107884737B - 无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验系统及方法。所述校验系统包含电压取样装置、校验装置、信号协调器、电流取样传感器及两信号协从机；所述校验方法是：先通电压取样装置与校验装置无线同步采样获取电压信号与电流信号相位差ξ；同时校准装置利用取样电流信号经调理后输入锁相环，触发DA输出基准信号；将相位差ξ修正到DA输出信号的初始相位中，可以得到与参考电压信号同频同相位的基准电压信号；接着DA根据人机交互装置设置的电流幅值及相角，调整基准电压信号，再通过功放输出基准电流信号；最后将基准电流信号注入在线监测装置传感器，验证该在线监测装置是否合格。本发明具有信号同步精度高、误差小及检验方便等优点。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备在线监测领域，特别涉及一种无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验系统及方法。
背景技术
在电网中运行的高压电气设备，当其内部存在因制造不良、老化及外力破坏等因素造成的绝缘缺陷时，就会造成设备故障或绝缘事故，严重影响到电网的正常运行。为防止此类重大安全事故的发生，目前采用的传统做法是在设备投运后，定期停电进行预防性试验和检修，以便及时检测出设备内部的绝缘缺陷。但停电预防性试验的试验条件与运行状态相差较大，介损试验通常是在10kV电压下试验，不能正确诊断出高压设备在运行情况下的绝缘状况，更难以发现在两次预防性试验间隔之间发展的缺陷，这将直接影响到预防性试验的试验效果。随着国民经济的发展，全社会对电力供应的可靠性和减少停电时间的要求越来越高；电力系统规模的逐渐发展壮大，传统的定期停电预防性试验由于存在费时、费力及试验效果不理想等诸多弊端而越来越不能满足电网安全、可靠和高效运行的要求，因此对电气设备运行自动监控及绝缘状况在线或带电监测，实现状态检修已经成为未来高压设备试验的必然发展方向。
现阶段国内高压绝缘带电试验工作主要集中在氧化锌避雷器、电容型设备、GIS局部放电等几个方面。越来越多的在线及带电检测装置已经投入运行，其工作状态正常与否直接关系到对电网系统安全的评估，所以对这类在线或带电监测装置的检测检验工作已经迫在眉睫。
现有的有线方式取PT电压基准的存在以下问题：当PT电压装置距离校准点容性设备较远时，需要拉很长的信号线，信号会畸变和衰减；在不同校准点挪动校准装置时，需要人工收信号线，放信号线，浪费人力和时间，校准效率低。采用无线PT电压传输，可以省去放线收线的麻烦，节省人力，时间，校准方便，效率高。
再者现有无线高精度同步多为GPS加射频数传，GPS现场要放置天线，需要一定时间定位成功后才能进行同步，否则误差很大。
本发明采用同步加数传一体的射频模块，省掉GPS，开机即用，同步精度可达150ns,节约成本，方便使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验系统及方法，具有信号同步精度高、误差小及检验方便等优点。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验系统，包括：
电压取样装置1，与现场容性设备11对应的PT电压取样端子连接，用于采集现场容性设备对应的PT电压信号参数；
校验装置2，与电压取样装置1无线连接，通过无线同步方式分别获取现场容性设备对应的PT电压信号参数和现场容性设备对应的电流信号参数及相位信息；
第一电流取样传感器3，与校验装置2的传感器输入端子连接；
第二电流取样传感器4，与待检测的在线监测装置12的传感器输入端子连接；
信号协调器5，与所述校验装置2连接，用于向第一信号协从机6及第二信号协从机7同步发送采集信号命令；
第一信号协从机6，与所述电压取样装置1连接，接收所述信号协调器5发送的脉冲信号来控制所述电压取样装置1启动电压信号采集；
第二信号协从机7，与所述校验装置2连接，接收所述信号协调器5发送的脉冲信号来控制所述校验装置2启动电流信号采集；
第一电流输出线9，两端分别与校验装置的测试电流输出端子连接，用于输出基准电流信号；
第二电流输出线10，为现场容性设备的末屏接地线；
第一电流输出线9穿设在所述第二电流取样传感器4内；
第二电流输出线10同时穿设在第一电流取样传感器3与第二电流取样传感器4内；
人机交互装置8，与校验装置2的RS-485端口连接，用于显示输入到校验装置中相应的电压、电流信号参数以及控制校验装置输出相应的工频电流、电压及相位。
在本发明一实施例中，所述电压取样装置1包括电压取样模块、无线同步及数传模块。
在本发明一实施例中，所述校验装置2包含壳体2-1，所述壳体2-1的正面设置有传感器输入端子2-2、协调器接入端子2-3、第二从机接入端子2-4、测试电流输出端子2-5及电源开关2-6，所述壳体2-1的背面设置有RS-485端口、协调器信号输出端口、协从机信号输出端口、USB接口、天线接口、风扇、AC220V电源插座以及接地端子，所述壳体2-1的内部设置有无线同步及数传模块、控制模块、锁相环模块及功放模块。
在本发明一实施例中，所述第一电流取样传感器3为高精度抗干扰钳形传感器。
基于上述所述系统的无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验方法，包括以下步骤：
步骤一：选择需要被校验的现场容性设备在线监测装置，读取该现场容性设备在线监测装置当前所显示的电流信号的参数作为初始值；
步骤二：通过信号协调器发送同步采集命令到两个信号协从机，同时控制与第一信号协从机连接的电压取样装置和与第二信号协从机连接的校验装置启动执行相应的电压信号采集命令和电流信号采集命令，其中，第一信号协从机通过电压取样装置获取现场容性设备对应的PT电压信号，并作为参考电压信号输入到校验装置中，第二信号协从机通过第一电流取样传感器获取现场容性设备对应的接地电流信号，并作为参考电流信号输入到校验装置中；
步骤三：将步骤二中第一信号协从机通过电压取样装置采集到的参考电压信号的数据无线发送到信号协调器，然后由信号协调器传输到校验装置中，同时与步骤二中第二信号协从机采集到的参考电流信号进行对比，获取参考电压信号与参考电流信号的相位差ξ；
步骤四：将步骤二中获取的参考电流信号经调理后输入到校验装置中的锁相环模块中，经倍频锁相后，触发数模转换器输出与参考电流信号同频的基准电流信号，然后将步骤三中获取的相位差ξ修正到数模转换器输出的基准电流信号的初始相位中，得到与步骤二中获取的参考电压信号同频同相位的基准电流信号；通过功放模块将步骤四中所获取的与参考电压信号同频同相位的基准电流信号放大后输出至第一电流输出线中；
步骤五：将步骤五中的基准电流信号的参数与步骤一中在现场容性设备在线监测装置上读取的初始电流信号的参数进行对比，得出增量电流的理论计算值；
步骤六：将步骤四中输出的标准电流信号经第一电流输出线注入到第二电流取样传感器中，然后在被校验的现场容性设备在线监测装置读取出增量电流的测量值；
步骤七：将步骤六的测量值与步骤五的理论值进行比较，计算误差，验证出该容性设备在线监测装置的测量是否准确。
在本发明一实施例中，所述步骤一中的所述电流信号的参数包含全电流、阻性电流、容性电流、相角差、介损及电容量。
相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
1)采用无线同步及数传模块获取校准点泄漏电流与PT参考电压相位，同步精度高达150ns，距离高达500米，开机即用，效率高；
2)直接采用校准点泄漏电流信号输入锁相环，提取频率信息，可以省去在校准点获取PT电压信号基准的过程，节省人力，时间，校准方便。
附图说明
本发明图1为基于无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验系统的电路原理框图。
图2为基于无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验系统的一种实施例的现场接线图。
图中：1、电压取样装置；2、校验装置；2-1、壳体；2-2、传感器输入端子；2-3、协调器接入端子；2-4、第二从机接入端子；2-5、测试电流输出端子；2-6、电源开关；3、第一电流取样传感器；4、第二电流取样传感器；5、信号协调器；6、第一信号协从机；7、第二信号协从机；8、人机交互装置；9、第一电流输出线；10、第二电流输出线；11、容性设备；12、在线监测装置；13、RS-485总线；14、电压取样线。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。
如图1和图2所示，基于无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验系统，包括：
电压取样装置1，与现场容性设备11对应的PT电压取样端子连接，用于采集现场容性设备对应的PT电压信号参数；
校验装置2，与电压取样装置1无线连接，通过无线同步方式分别获取现场容性设备对应的PT电压信号参数和现场容性设备对应的电流信号参数及相位信息；
第一电流取样传感器3，与校验装置2的传感器输入端子连接；
第二电流取样传感器4，与待检测的在线监测装置12的传感器输入端子连接；
信号协调器5，与校验装置2连接，用于向第一信号协从机6及第二信号协从机7同步发送采集信号命令；
第一信号协从机6，与电压取样装置1连接，接收信号协调器5发送的脉冲信号来控制电压取样装置1启动电压信号采集；
第二信号协从机7，与校验装置2连接，接收信号协调器5发送的脉冲信号来控制校验装置2启动电流信号采集。
第一电流输出线9，两端分别与校验装置的测试电流输出端子连接，用于输出基准电流信号；
第二电流输出线10，为现场容性设备的末屏接地线；
第一电流输出线9穿设在所述第二电流取样传感器4内；
第二电流输出线10均同时穿设在第一电流取样传感器3与第二电流取样传感器4内。
人机交互装置8，与校验装置2的RS-485端口连接，用于显示输入到校验装置中相应的电压、电流信号参数以及控制校验装置输出相应的工频电流、电压及相位；
在本实施例中，电压取样装置1包含电压取样模块、无线同步及数传模块，用于以无线同步及传输的方式，将采集到的现场容性设备对应的PT电压信号传输到校验装置2中。
校验装置2包含壳体2-1，其中，在壳体2-1的正面设置有传感器输入端子2-2、协调器接入端子2-3、第二从机接入端子2-4、测试电流输出端子2-5及电源开关2-6；
壳体的背面(图中未显示)设置有RS-485端口、协调器信号输出端口、协从机信号输出端口、USB接口、天线接口、风扇、AC220V电源插座以及接地端子；壳体内部(图中未显示)设置有无线同步及数传模块、控制模块、锁相环模块及功放模块。
在本实施例中，传感器输入端子2-2与第一电流取样传感器3连接；RS-485端口与人机交互机通过RS-485总线13连接；AC220V电源插座与外接电源连接，用于给校验装置2供电；USB接口用于与外接直流充电宝连接；接地端子用于与大地连接；电源开关用于控制校验装置的开机与关机。
第一电流取样传感器3为高精度抗干扰钳形传感器。
本发明提供的基于无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验系统的校验方法，包含以下步骤：
步骤一：选择需要被校验的现场容性设备在线监测装置，读取该现场容性设备在线监测装置当前所显示的电流信号的参数作为初始值；
步骤二：通过信号协调器发送同步采集命令到两个信号协从机，同时控制与第一信号协从机连接的电压取样装置和与第二信号协从机连接的校验装置启动执行相应的电压信号采集命令和电流信号采集命令，其中，第一信号协从机通过电压取样装置获取现场容性设备对应的PT电压信号，并作为参考电压信号输入到校验装置中，第二信号协从机通过第一电流取样传感器获取现场容性设备对应的接地电流信号，并作为参考电流信号输入到校验装置中；
步骤三：将步骤二中第一信号协从机通过电压取样装置采集到的参考电压信号的数据无线发送到信号协调器，然后由信号协调器传输到校验装置中，同时与步骤二中第二信号协从机采集到的参考电流信号进行对比，获取参考电压信号与参考电流信号的相位差ξ；
步骤四：将步骤二中获取的参考电流信号经调理后输入到校验装置中的锁相环模块中，经倍频锁相后，触发数模转换器输出与参考电流信号同频的基准电流信号，然后将步骤三中获取的相位差ξ修正到数模转换器输出的基准电流信号的初始相位中，得到与步骤二中获取的参考电压信号同频同相位的基准电流信号；通过功放模块将步骤四中所获取的与参考电压信号同频同相位的基准电流信号放大后输出至第一电流输出线中；
步骤五：将步骤五中的基准电流信号的参数与步骤一中在现场容性设备在线监测装置上读取的初始电流信号的参数进行对比，得出增量电流的理论计算值；
步骤六：将步骤四中输出的标准电流信号经第一电流输出线注入到第二电流取样传感器中，然后在被校验的现场容性设备在线监测装置读取出增量电流的测量值；
步骤七：将步骤六的测量值与步骤五的理论值进行比较，计算误差，验证出该容性设备在线监测装置的测量是否准确。
步骤一中的所述电流信号的参数包含全电流、相角差、介损及电容量。
最后说明，以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (6)
1.一种无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验系统，其特征在于：包括：
电压取样装置（1），与现场容性设备（11）对应的PT电压取样端子连接，用于采集现场容性设备对应的PT电压信号参数；
校验装置（2），与电压取样装置（1）无线连接，通过无线同步方式分别获取现场容性设备对应的PT电压信号参数和现场容性设备对应的电流信号参数及相位信息；
第一电流取样传感器（3），与校验装置（2）的传感器输入端子连接；
第二电流取样传感器（4），与待检测的在线监测装置（12）的传感器输入端子连接；
信号协调器（5），与所述校验装置（2）连接，用于向第一信号协从机（6）及第二信号协从机（7）同步发送采集信号命令；
第一信号协从机（6），与所述电压取样装置（1）连接，接收所述信号协调器（5）发送的脉冲信号来控制所述电压取样装置（1）启动电压信号采集；
第二信号协从机（7），与所述校验装置（2）连接，接收所述信号协调器（5）发送的脉冲信号来控制所述校验装置（2）启动电流信号采集；
第一电流输出线（9），两端分别与校验装置的测试电流输出端子连接，用于输出基准电流信号；
第二电流输出线（10），为现场容性设备的末屏接地线；
第一电流输出线（9）穿设在所述第二电流取样传感器（4）内；
第二电流输出线（10）同时穿设在第一电流取样传感器（3）与第二电流取样传感器（4）内；
人机交互装置（8），与校验装置（2）的RS-485端口连接，用于显示输入到校验装置中相应的电压、电流信号参数以及控制校验装置输出相应的工频电流、电压及相位。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述电压取样装置（1）包括电压取样模块、无线同步及数传模块。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述校验装置（2）包含壳体（2-1），所述壳体（2-1）的正面设置有传感器输入端子（2-2）、协调器接入端子（2-3）、第二从机接入端子（2-4）、测试电流输出端子（2-5）及电源开关（2-6），所述壳体（2-1）的背面设置有RS-485端口、协调器信号输出端口、协从机信号输出端口、USB接口、天线接口、风扇、AC220V电源插座以及接地端子，所述壳体（2-1）的内部设置有无线同步及数传模块、控制模块、锁相环模块及功放模块。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述第一电流取样传感器（3）为高精度抗干扰钳形传感器。
5.基于权利要求1-4任一所述系统的无线高精度同步的现场容性设备在线监测校验方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：选择需要被校验的现场容性设备在线监测装置，读取该现场容性设备在线监测装置当前所显示的电流信号的参数作为初始值；
步骤二：通过信号协调器发送同步采集命令到两个信号协从机，同时控制与第一信号协从机连接的电压取样装置和与第二信号协从机连接的校验装置启动执行相应的电压信号采集命令和电流信号采集命令，其中，第一信号协从机通过电压取样装置获取现场容性设备对应的PT电压信号，并作为参考电压信号输入到校验装置中，第二信号协从机通过第一电流取样传感器获取现场容性设备对应的接地电流信号，并作为参考电流信号输入到校验装置中；
步骤三：将步骤二中第一信号协从机通过电压取样装置采集到的参考电压信号的数据无线发送到信号协调器，然后由信号协调器传输到校验装置中，同时与步骤二中第二信号协从机采集到的参考电流信号进行对比，获取参考电压信号与参考电流信号的相位差ξ；
步骤四：将步骤二中获取的参考电流信号经调理后输入到校验装置中的锁相环模块中，经倍频锁相后，触发数模转换器输出与参考电流信号同频的基准电流信号，然后将步骤三中获取的相位差ξ修正到数模转换器输出的基准电流信号的初始相位中，得到与步骤二中获取的参考电压信号同频同相位的基准电流信号；通过功放模块将步骤四中所获取的与参考电压信号同频同相位的基准电流信号放大后输出至第一电流输出线中；
步骤五：将步骤五中的基准电流信号的参数与步骤一中在现场容性设备在线监测装置上读取的初始电流信号的参数进行对比，得出增量电流的理论计算值；
步骤六：将步骤四中输出的标准电流信号经第一电流输出线注入到第二电流取样传感器中，然后在被校验的现场容性设备在线监测装置读取出增量电流的测量值；
步骤七：将步骤六的测量值与步骤五的理论值进行比较，计算误差，验证出该容性设备在线监测装置的测量是否准确。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述步骤一中的所述电流信号的参数包含全电流、阻性电流、容性电流、相角差、介损及电容量。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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