CN107947967B - 一种即插即用的高压设备在线状态检测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电力系统变电站自动化技术领域，具体涉及一种即插即用的高压设备在线状态检测系统。本发明通过设置采集装置存储传感器的自描述信息，可以将各种不同接口和不同数据类型的传感器的输出信号进行处理，组成统一数据结构的报文并上传到监测装置，监测装置接收并存储传感器自描述信息，根据传感器自描述信息使得传感器、采集装置和监测装置相互匹配，实现传感器的即插即用。

Description

一种即插即用的高压设备在线状态检测系统
技术领域
本发明涉及电力系统变电站自动化技术领域，具体涉及一种即插即用的高压设备在线状态检测系统。
背景技术
电力变压器是电力系统中最重要的电气设备之一。对变压器的运行状态进行实时在线监测能够及时地对变压器故障进行预警，从而避免造成重大事故，同时也能为变压器故障后检修提供主要的参考信息，节省检修成本，对整个电力工业而言具有重大的意义。
智能高压设备及在线监测系统相关规范性文件相继出台，系统中I1接口、I2接口都已规范化，但传感层I0接口仍然采用RS 485等总线接入，接口种类繁多，再由在线监测IED映射到DL/T 860实现信息共享，无法满足通信标准开放的需要。从运维来看，该实施方案不但增加了建设初期进行规约转换的工作量，而且造成现场信息传递环节多，后期检修运行维护繁琐。因此变电站在线监测工程应用中传感器规约私有、可靠性差和维护困难等问题一直未得到根本性的解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种即插即用的高压设备在线状态检测系统，用以解决现有的高压设备在线状态检测系统配置工作量大、效率低、易出错以及不易扩展的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括一种即插即用的高压设备在线状态检测系统，包括监测装置和采集装置，所述采集装置包括FPGA信号处理器和用于存储传感器自描述信息的电子数据表格，所述FPGA信号处理器连接所述电子数据表格；所述FPGA信号处理器设置有与所述监测装置进行通讯的通讯接口；所述通讯接口用于向所述监测装置发送传感器的自描述信息；所述FPGA信号处理器连接用于连接数字传感器的接口转换模块；所述FPGA信号处理器通过AD转换模块依次连接放大滤波模块、I/V变换模块和用于连接模拟传感器的隔离模块；
所述FPGA信号处理器用于执行指令以实现如下方法：
所述FPGA信号处理器获取传感器的自描述信息并存储在所述电子数据表格中，通过所述通讯接口向所述监测装置发送所述传感器的自描述信息。
进一步的，所述FPGA信号处理器还连接用于输入开关量的光隔模块。
进一步的，所述FPGA信号处理器还连接自检电路。
进一步的，所述自检电路包括AD自检、电源自检和精度自检。
进一步的，所述FPGA信号处理器还连接有电子数据表格调试模块。
本发明的有益效果是：通过设置模拟传感器输入路径和数字传感器输入路径，采集装置存储传感器的自描述信息，可以将各种不同接口和不同数据类型的传感器的输出信号进行处理，组成统一数据结构的报文并上传到监测装置，监测装置接收并存储传感器自描述信息，根据传感器自描述信息使得传感器、采集装置和监测装置相互匹配，实现传感器的即插即用，提升了系统的扩展性，也解决了配置工作量大、效率低、易出错的问题。
同时可以通过电子数据表格调试工具对传感器的信号进行标定和校准，自检电路可以对采集装置的工作状态进行监测，如果有异常则可以上送告警信息，实现自诊断功能。
附图说明
图1是本发明的系统结构图；
图2是本发明系统中采集装置的配置界面图；
图3是本发明系统中采集装置硬件结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
本发明提供了一种即插即用的高压设备在线状态检测系统，通过采集装置存储传感器的自描述信息，可以将各种不同接口和不同数据类型的传感器的输出信号进行处理，组成统一数据结构的报文并上传到监测装置，监测装置接收并存储传感器自描述信息，根据传感器自描述信息使得传感器、采集装置和监测装置相互匹配，实现传感器的即插即用。下面给出一个具体的实施例。
目前，高压设备在线监测传感器网络广泛采用点对点方式，如UART/RS232/RS422/RS485等点对点协议进行传输。因此本发明采用基于光纤传输的点对点通讯协议对上述规约进行简化。传感器参数的自动配置由监测装置内部的NCAP模块实现，具备设备寻址、设备发现以及设备控制功能。
图1是本发明的系统结构图，包括一体化监控系统，以及通过MMS和一体化监控系统连接的监测装置IED，监测装置IED包括NCAP模块，所述监测装置IED通过FT3方式和m个TEDS采集装置通讯，每个TEDS采集装置可以连接n个传感器；TEDS采集装置与IED之间实现了接口的统一，数据结构的统一，满足即插即用的要求。
NCAP模块对新入网的传感器节点进行识别，此识别过程包括：主机发送发现命令，发现网络中是否有新入网的从节点；主机通过发送查找命令，找到该从节点并分配有效的通信地址；主机获取该节点的设备类型信息，并将从节点信息写入在线从机列表。
主机通过高速查询方式找到网络中需要信息交互的从节点，主机通过从节点数据处理的优先级依次与各个从节点进行通信，实现监测装置IED与传感器节点间的通信。
主机周期性的检测各个在线从节点，若该节点多次不回复主机的查询信息，主机即可判断出该节点离线，实现监测装置IED对离线传感器节点的识别。
即插即用传感器根据监测装置IED的相关要求并结合高压设备在线监测的应用环境进行设计。为保证信息安全，TEDS采集装置仅支持离线通过工具读取，不支持监测装置IED端通过通讯接口进行修改。TEDS采集装置的配置界面如图2所示，可通过此工具对模拟回路进行定标的校准，并通过工具进行TEDS采集装置表单的管理、修改、配置和读取。
在需要更换具体的单个传感器时，如A厂家的传感器需更换成B厂家的，其参数设置和描述需重新进行配置，不需要进行模拟量的注册。
TEDS采集装置是实现不同类型的传感器能够即插即用的必要条件，采用EEPROM/FLASH实现,可修改监测装置IED和传感器特性相关的参数。监测装置IED的NCAP模块根据读出的监测装置IED中的TEDS数据，就会知道监测装置IED包含多少传感器通道和传感器的数据格式，此外还可得知正在测量什么物理量，并如何利用校正引擎对包含干扰信号的传感器测量数据进行校正。
实现传感器模块与监测装置IED在接口上的标准化，从而在更高层次上实现了传感设计模式中监测装置IED通信模块的通用性和可重用性。在电子数据表格TEDS中为各类传感器配置了相应的自描述信息。表1给出了总体电子数据表单TEDS，表2给出了通道电子数据表单TEDS，表3给出了数据校正电子数据表单TEDS，通过监测装置IED的询问命令实现读取与发送至监测装置。
总体TEDS为每个TEDS采集装置必备，且只能有1个，包含这个TEDS采集装置的总体信息，如TEDS数据结构和通道数等。
表1总体电子数据表单TEDS
字段 描述 数据类型 长度(Byte) 备注
1 总TEDS数据长度 10 Length
2 采集装置唯一ID UUID
3 通道个数 1
4 通道种类 1
5 总体TEDS校验和 2 CRC16
通道TEDS(Channel TEDS)：每个采集装置必备，每个传感器通道均包含1个对应通道的具体信息，如上限、下限，物理单位、不确定度、数据模型、标定模型以及触发参数等。
表2通道电子数据表单TEDS
字段 描述 数据类型 长度(Byte) 备注
1 通道TEDS数据长度 1 Length
2 传感器标识
2 通道类型关键字
3 物理单位
4 量程上限
5 量程下限 1
6 最小分辨率 1
7 通道TEDS校验和 2 CRC16
数据校正TEDS(Calibration TEDS)：每个变送器通道可以设置一个校正TEDS，在传感器数据和校正软件之间起连接作用，包含最新的标定数据、标定间隔以及支持多段标定模型所需的全部参数。
表3数据校正电子数据表单TEDS
字段 描述 数据类型 长度(Byte) 备注
1 通道校正TEDS数据长度 1 Length
2 最后校正时间
3 多项式阶数
4 多项式系数
5 分段阶数 1
6 分段系数 1
7 通道校正TEDS校验和 2 CRC16
采集装置硬件原理如图3所示，包括FPGA信号处理模块，所述FPGA信号处理模块连接用于连接数字传感器的接口转换模块；所述FPGA信号处理器通过AD转换模块依次连接放大滤波模块、I/V变换模块和用于连接模拟传感器的隔离模块；所述FPGA信号处理器还连接用于输入开关量的光隔模块、TEDS表格和自检电路；自检电路包括AD自检、电源自检和精度自检；FPGA信号处理模块还连接有TEDS调试工具以及通过FT3实现与监测装置的通讯。
FPGA信号处理器获取传感器的自描述信息并存储在所述电子数据表格中，通过所述通讯接口向所述监测装置发送所述传感器的自描述信息，监测装置接收并存储传感器自描述信息，根据传感器自描述信息使得传感器、采集装置和监测装置相互匹配，实现传感器的即插即用。
采集装置支持多路模拟传感器和多路数字传感器以及多路开关量输入。采集装置的模拟回路能够实现不同模拟通道之间以及一次和二次之间的电气隔离，满足高压条件下复杂电磁环境的应用要求。TEDS表单通过大容量FLASH存储芯片实现，通过FPGA信号处理模块对表单数据进行管理。
FPGA数字信号处理模块负责对级联的传感器信息进行信号处理，包括对信号进行预处理、线性化，或对温度、静压力等参数进行自动补偿等。我们可以通过TEDS调试工具对传感器的模拟信号进行标定和校准。TEDS采集装置的自检模块可以对采集装置的工作状态进行监测，如果有异常则可以上送告警信息，实现自诊断功能。FPGA将数据打包，并在数据链路层按照FT3格式上送给监测装置IED。
以上给出了本发明涉及的具体实施方式，通过采集装置存储传感器的自描述信息，可以将各种不同接口和不同数据类型的传感器的输出信号进行处理，组成统一数据结构的报文并上传到监测装置，监测装置接收并存储传感器自描述信息，根据传感器自描述信息使得传感器、采集装置和监测装置相互匹配，实现传感器的即插即用。
但本发明不局限于所描述的实施方式，例如对通讯方式的改变，或者对电路结构的等效改变，这样形成的技术方案是对上述实施例进行微调形成的，这种技术方案仍落入本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种即插即用的高压设备在线状态检测系统，其特征在于：包括监测装置和采集装置，所述采集装置包括FPGA信号处理器和用于存储传感器自描述信息的电子数据表格，所述FPGA信号处理器连接所述电子数据表格；所述FPGA信号处理器设置有与所述监测装置进行通讯的通讯接口；所述通讯接口用于向所述监测装置发送传感器的自描述信息；所述FPGA信号处理器连接用于连接数字传感器的接口转换模块；所述FPGA信号处理器通过AD转换模块依次连接放大滤波模块、I/V变换模块和用于连接模拟传感器的隔离模块；
所述FPGA信号处理器用于执行指令以实现如下方法：
所述FPGA信号处理器获取传感器的自描述信息并存储在所述电子数据表格中，通过所述通讯接口向所述监测装置发送所述传感器的自描述信息，所述监测装置用于接收并存储传感器自描述信息，根据传感器自描述信息使得传感器、采集装置和监测装置相互匹配，实现传感器的即插即用；
所述电子数据表格包括总体电子数据表单、通道电子数据表单和数据校正电子数据表单；总体电子数据表单包含采集装置的总体信息，总体信息包括总TEDS数据长度、采集装置唯一ID、通道个数、通道种类及总体TEDS校验和；通道电子数据表单包括每个传感器通道的通道TEDS数据长度、传感器标识、通道类型关键字、物理单位、量程上限、量程下限、最小分辨率和通道TEDS校验和；数据校正电子数据表单在传感器数据和校正软件之间起连接作用，包含最新的标定数据、标定间隔以及支持多段标定模型所需的全部参数；
所述FPGA信号处理器还连接有电子数据表格调试模块，电子数据表格调试模块用于实现传感器的模拟信号的标定和校准。
2.根据权利要求1所述一种即插即用的高压设备在线状态检测系统，其特征在于：所述FPGA信号处理器还连接用于输入开关量的光隔模块。
3.根据权利要求1或2所述一种即插即用的高压设备在线状态检测系统，其特征在于：所述FPGA信号处理器还连接自检电路。
4.根据权利要求3所述一种即插即用的高压设备在线状态检测系统，其特征在于：所述自检电路包括AD自检、电源自检和精度自检。
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