CN108535551A - 一种基于无线通讯的介质损耗同步测量方法 - Google Patents

一种基于无线通讯的介质损耗同步测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于无线通讯的介质损耗同步测量方法，包括，向电压测量单元和电流测量单元发送无线同步触发采样信号，开始信号采集；根据电压测量单元采集的母线电压，获取交流电压频率；电压测量单元根据交流电压频率，获取电压参数；电流测量单元根据交流电压频率，获取电流参数；根据电压参数和电流参数计算电压测量单元与电流测量单元的同步采样触发时间误差；根据所述同步采样触发时间误差获得同步的母线电压信号和接地电流信号，以计算介质损耗。本发明技术方案的方法，在使用无线通信准同步的基础上，通过对基频电压、电流参数和高次谐波电压、电流参数计算出同步采样触发的时间误差，实现对母线电压、接地电流信号同步测量。

Description

一种基于无线通讯的介质损耗同步测量方法
技术领域
本发明属于变电站容性设备绝缘状态在线监测领域，具体涉及一种基于无线通讯的介质损耗同步测量方法及系统。
背景技术
变电站是电力系统中变换电压、接受和分配电能、控制电力的流向和调整电压的电力场所，它通过变压器将各级电压的电网联系起来。容性设备是变电站中的重要设备，其安全稳定运行是保障电力系统正常运行的重要因素，因此实现变电站内容性设备绝缘的可靠监测是极其重要的。以往电力系统中采用预防性停电试验来进行高压容性设备的绝缘测试，由于预防性试验是在低电压下展开的，故试验结果不能真实反映电容型设备的绝缘状况。在交流电场作用下，由于介质电导和介质极化效应在其内部引起能量损耗，即介质损耗，简称介损。在无需断电的情况下，通过介质损耗大小即可对高压容性设备绝缘状态进行评估，因此对介质损耗的检测逐渐成为变电站高压容性设备绝缘状态检测的首选方案。介质损耗的大小是衡量变电站高压容性设备绝缘状态好坏的一个重要指标。
测量介质损耗时，需要严格同步获取母线基频电压和流过容性设备的接地基频电流。但现场情况不满足这个条件，这两个参数测试点根本就不在一个地方，最多相距可达几百米。传统办法利用低压电缆将两个微弱信号引到同一地点，再利用一个AD同步采样。这样得到的测试结果受现场电磁环境影响大，几乎无法使用。在以前的就地数字化方案中，即使采取了一些硬同步措施，但由于现场电磁环境复杂，经常导致非同步误触发，给测量结果带来了许多不确定因素，导致测量结果飘忽不定，严重影响后台的状态监测结果，测量结果意义不大。除此之外，使用电缆硬同步的这种做法，实践中也存在铺设上的困难，且容易受到电磁干扰。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于无线通讯的介质损耗同步测量方法及系统。本发明技术方案的方法，针对无法在变电站现场对母线电压和流过容性设备接地电流进行准确检测的情况，通过无线通信信号控制电流测量单元和电压测量采样的基础上，进一步通过对基频电压、电流参数和三次谐波电压、电流参数计算出同步采样的时间误差，从而实现对电压测量单元和电流测量单元的同步测量过程进行修正，获得同步的母线电压和接地电流。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于无线通讯的介质损耗同步测量方法，其特征在于，包括，
S1向电压测量单元和电流测量单元发送无线同步触发采样信号，电压测量单元和电流测量单元接收到触发信号后开始信号采集；
S2根据电压测量单元采集的母线电压，获取交流电压频率，将交流电压频率发送给对应的电流测量单元；
S3电压测量单元根据交流电压频率，获取基频和高次谐波的电压参数；电流测量单元根据交流电压频率，获取基频和高次谐波频的电流参数；
S4根据同相电压测量单元和电流测量单元的电压参数和电流参数计算电压测量单元与电流测量单元的同步采样触发时间误差；
S5根据所述同步采样触发时间误差对基频电压参数和基频电流参数的进行同步校正，获得同步的母线电压信号和接地电流信号，以计算介质损耗。
作为本发明技术方案的一个优选，电压参数包括基频电压幅值、基频电压相位，三次谐波电压幅值和三次谐波电压相位；所述电流参数包括基频电流幅值、基频电流相位，三次谐波电流幅值和三次谐波电流相位。
作为本发明技术方案的一个优选，同步采样触发时间误差的计算公式优选为：
其中，Δt为同步时间误差，f为交流电压频率，φU1为基频电压相位，φU3为三次谐波电压相位，φI1为基频电流相位，φI3为三次谐波电流相位。
作为本发明技术方案的一个优选，电压测量单元、电流测量单元优选采用16位高速AD。
作为本发明技术方案的一个优选，电压测量单元、电流测量单元采样速率优选不低于100kHz，所述电压测量单元和电流测量单元中每个通道的采样速率、采样时间优选相同。
按照本发明的一个方面，提供了一种基于无线通讯的介质损耗同步测量系统，其特征在于，包括，
电压测量单元，用于采集母线电压，计算交流电压频率，将交流电压频率发送给对应的电流测量单元；根据交流电压频率，获取基频和高次谐波的电压参数；
电流测量单元，用于采集容性设备接地电流，根据交流电压频率，获取基频和高次谐波的电流参数；
数据通讯单元，用于向具有无线接收单元的电压测量单元和电流测量单元发送无线同步触发采样信号，并接收电压参数和电流参数；
信号同步单元，用于根据同相电压参数和电流参数计算电压测量单元与电流测量单元的同步采样触发时间误差，利用同步采样触发时间误差对电压参数和电流参数的进行同步校正，获得同步的母线电压信号和接地电流信号，以计算介质损耗。
作为本发明技术方案的一个优选，电压参数包括基频电压幅值、基频电压相位，三次谐波电压幅值和三次谐波电压相位；所述电流参数包括基频电流幅值、基频电流相位，三次谐波电流幅值和三次谐波电流相位。
作为本发明技术方案的一个优选，同步采样触发时间误差的计算公式优选为：
其中，Δt为同步时间误差，f为交流电压频率，φU1为基频电压相位，φU3为三次谐波电压相位，φI1为基频电流相位，φI3为三次谐波电流相位。
作为本发明技术方案的一个优选，电压测量单元、电流测量单元优选采用16位高速AD。
作为本发明技术方案的一个优选，电压测量单元、电流测量单元采样速率优选不低于100kHz，所述电压测量单元和电流测量单元中每个通道的采样速率、采样时间优选相同。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
1)本发明技术方案的方法，采用无线通讯的方法，通过站内无线通讯主机向位于各个测量单元的无线接收器发送数据采集信号，无需在各个测量单元之间另行铺设线缆，节约了成本，扩大了电压测量单元和电流测量单元的适用范围，对于一些特殊环境下母线电压和接地电流的测量具有更好地适应性。
2)本发明技术方案的方法，利用交流电压(也称基频电压或工频电压)与三次谐波之间的关系，根据同相的电压测量单元和电流测量单元测量得到的谐波电压和电流参数，可以准确的计算出电压测量单元和电流测量单元之间的采样触发时间误差。在利用无线通信的基础上，进一步提高了其测量母线电压和接地电流相位测量的准确性。
附图说明
图1是本发明技术方案实施例中介质损耗的测量位置示意图；
图2是本发明技术方案实施例中站内测量主机与各单元组成主从网络结构图；
图3是本发明技术方案实施例中电压测量单元、电流测量单元的结构功能示意图；
图4是本发明技术方案实施例的电压、电流测量单元采集到的电压和电流信号图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。
本发明技术方案的实施例中提供了一种基于无线信号的同步测量介质损耗的方法。其中包括：测量单元、测量系统构成以及所需要的介质损耗算法等。
在变电站现场要准确测量容性设备的介质损耗，必须严格同步测量容性设备两端的基频电压和流过容性设备的基频泄露电流。然而，母线电压只能在母线PT处获取，泄露电流只能在容性设备处获取，如图1所示。因此，介质损耗的工程测量需要两个测量单元，一个用来测量母线电压，一个用来测量设备泄露电流，分别称为电压测量单元、电流测量单元。
本实施例在现有技术的电压测量单元、电流测量单基础上去除了同步电缆，增加了无线通信模块，最大通讯距离可达300m。如图2所示为站内测量主机与各单元组成主从网络结构图。本实施例的电压测量单元、电流测量单元的结构功能如图3所示。如图4所示，一个变电站高压容性设备在线监测系统由多个相对功能独立的监测单元构成。站内无线通讯主机与状态检修数据中心相连接(如本实施例中的省级状态检修数据中心)。优选的，对于多相设备，如ABC三相设备，每一相，一般只有一个电压监测单元，而电流监测单元有多个，同一相的电压监测单元和电流监测单元之间利用无线通讯模块实现互联，实现数字信号的共享。
具体来说，本发实施例中提供介质损耗测量系统的测量过程包括如下步骤：
1)发送采样信号。通过站内无线通讯主机通过通讯模块向位于各个测量单元中的从机发送采样广播信号。
2)进行电压和电流采样。从机接收采样触发信号并执行采样任务，每个从机控制对应的电压或者电流测量单元测量获取电压值或者电流值，然后对采样获得的数据信息进行处理。
3)计算电压和电流参数。对于同一相的电压和电流，在电压测量单元采集该相母线电压后立即开始计算电网频率，该相对应的其他从机采样完成后均处于等待状态。本实施例中，电压测量单元优选计算电网频率f、获取基频电压幅值U1、基频电压相位φU1，三次谐波电压幅值U3、三次谐波电压相位φU3等参数信息。
电压单元频率计算完成后，将该相的频率参数上传给站内测量主机。站内测量主机收到后再发送广播发至该相的各个测量单元。各从机根据收到的交流电压频率，执行自身的参数计算任务。本实施例中，电流测量单元优选计算获取基频电流I1、基频电流相位φI1，三次谐波电流幅值I3、三次谐波电流相位φI3等参数信息。
4)根据电压和电流参数获取同步时间误差。具体来说，由站内测量主机轮询查询各单元数据，并开始计算对应设备的介损参数。本实施例中，优选利用1次谐/3次谐波电压、电流之间的特定关系，精确计算出同步时间误差Δt，计算公式如下：
5)根据同步触发时间误差计算介质损耗角参数大小，进而对介质损耗程度进行判断。本实施例中，介质损耗角参数计算公式优选为：
其中，φI1为三次谐波电流相位，φU1为三次谐波电压相位，f为交流电压频率，Δt为母线电压与流过容性设备的接地电流之间的同步时间误差。
利用这一方法，可以非常巧妙地解决同步采样时差问题。相较于传统的硬同步介质损耗测量方法，该方法实现起来更容易，布线简单，各单元供电方式灵活，测量准确，容易搭建多点介质损耗在线监测系统。
本实施例中，电压测量单元仅负责采集母线电压，电流测量单元仅负责采集容性设备泄露电流。为了提高计算精度，理论上采样频率越高越好，但采样频率过高会导致计算时间过长问题，本实施例中的电压测量单元、电流测量单元优选采用16位高速AD，单通道采样频率优选不低于100kHz。简而言之，测量时，本实施例中利用无线模块实现各个测量单元的同步控制和信息采集，测量波形完成后，根据无线通讯主机信号指令各自完成相应计算，并利用无线通讯实现数据共享。
综上所述，本实施例中，在利用无线通信系统对电压测量单元和电流测量单元进行控制的时候，包括有具有信号收发功能的主机和若干个安装在各个测量单元中的具有信号收发功能的从机，其主要包括以下步骤：
1)通过站内无线通讯主机向位于各个测量单元中的信号接收器(从机)发送采样触发信号；
2)各个测量单元(包括电压测量单元和电流测量单元)在采样信号的触发下进行采样；
3)电压测量单元对于采集到的数据进行分析，获得基频电压频率，并将基频电压频率发送给主机然后再利用无线通信系统发送给各个电流测量单元；
4)根据采集的数据获取基频和三次谐波的电压参数(电流测量单元)和电流参数(电流测量单元)；
5)利用电压参数和电流参数计算出采样同步时间误差，利用同步时间误差对母线电压和接地电流进行校正，计算介质损耗大小。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无线通讯的介质损耗同步测量方法，其特征在于，包括，
S1向电压测量单元和电流测量单元发送无线同步触发采样信号，电压测量单元和电流测量单元接收到触发信号后开始信号采集；
S2根据电压测量单元采集的母线电压，获取交流电压频率，将交流电压频率发送给对应的电流测量单元；
S3电压测量单元根据交流电压频率，获取基频和高次谐波的电压参数；电流测量单元根据交流电压频率，获取基频和高次谐波频的电流参数；
S4根据同相电压测量单元和电流测量单元的电压参数和电流参数计算电压测量单元与电流测量单元的同步采样触发时间误差；
S5根据所述同步采样触发时间误差对基频电压参数和基频电流参数的进行同步校正，获得同步的母线电压信号和接地电流信号，以计算介质损耗。
2.根据权利要求1所述的基于无线通讯的介质损耗同步测量方法，其中，所述电压参数包括基频电压幅值、基频电压相位，三次谐波电压幅值和三次谐波电压相位；所述电流参数包括基频电流幅值、基频电流相位，三次谐波电流幅值和三次谐波电流相位。
3.根据权利要求1或2所述的基于无线通讯的介质损耗同步测量方法，其中，所述同步采样触发时间误差的计算公式优选为：
其中，Δt为同步时间误差，f为交流电压频率，φU1为基频电压相位，φU3为三次谐波电压相位，φI1为基频电流相位，φI3为三次谐波电流相位。
4.根据权利要求1或2所述的基于无线通讯的介质损耗同步测量方法，其中，所述电压测量单元、电流测量单元优选采用16位高速AD。
5.根据权利要求1或2所述的基于无线通讯的介质损耗同步测量方法，其中，所述电压测量单元、电流测量单元采样速率优选不低于100kHz，所述电压测量单元和电流测量单元中每个通道的采样速率、采样时间优选相同。
6.一种基于无线通讯的介质损耗同步测量系统，其特征在于，包括，
电压测量单元，用于采集母线电压，计算交流电压频率，将交流电压频率发送给对应的电流测量单元；根据交流电压频率，获取基频和高次谐波的电压参数；
电流测量单元，用于采集容性设备接地电流，根据交流电压频率，获取基频和高次谐波的电流参数；
数据通讯单元，用于向具有无线接收单元的电压测量单元和电流测量单元发送无线同步触发采样信号，并接收电压参数和电流参数；
信号同步单元，用于根据同相电压参数和电流参数计算电压测量单元与电流测量单元的同步采样触发时间误差，利用同步采样触发时间误差对电压参数和电流参数的进行同步校正，获得同步的母线电压信号和接地电流信号，以计算介质损耗。
7.根据权利要求6所述的基于无线通讯的介质损耗同步测量系统，其中，所述电压参数包括基频电压幅值、基频电压相位，三次谐波电压幅值和三次谐波电压相位；所述电流参数包括基频电流幅值、基频电流相位，三次谐波电流幅值和三次谐波电流相位。
8.根据权利要求6或7所述的基于无线通讯的介质损耗同步测量系统，其中，所述同步采样触发时间误差的计算公式优选为：
其中，Δt为同步时间误差，f为交流电压频率，φU1为基频电压相位，φU3为三次谐波电压相位，φI1为基频电流相位，φI3为三次谐波电流相位。
9.根据权利要求6或7所述的基于无线通讯的介质损耗同步测量系统，其中，所述电压测量单元、电流测量单元优选采用16位高速AD。
10.根据权利要求6或7所述的基于无线通讯的介质损耗同步测量系统，其中，所述电压测量单元、电流测量单元采样速率优选不低于100kHz，所述电压测量单元和电流测量单元中每个通道的采样速率、采样时间优选相同。
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