CN108732527A - 基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，包括若干CT互感器、CVT互感器、EVT互感器、ECT互感器、PT互感器以及CVT参量采集模块、环境参量监测模块、合并单元、时钟同步模块、在线监测装置、电能量采集终端和采集主站，电流互感器CT、电容式电压互感器CVT和电磁式电压互感器PT与在线监测装置进行模拟量单独对接，电子式电压互感器EVT、电子式电流互感器ECT、CVT参量采集模块和环境参量监测模块与合并单元连接，合并单元与在线监测装置进行数字量单独对接，时钟同步模块分别与合并单元和在线监测装置对接，在线监测装置的输出端通过电能量采集终端与采集主站连接。其应用时，可以同步对多个互感器进行绝缘性能、误差特性和环境参数的监测。
Description
技术领域
本发明涉及电力设备监测技术领域，具体涉及基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统。
背景技术
在目前的电力系统中，电容式电压互感器CVT、电子式电压互感器EVT、电子式电流互感器ECT和电磁式电压互感器PT的应用十分广泛，其计量的准确性、稳定性及运行的可靠性将会直接影响电能计量的公平性和电网运行的安全性。电容式电压互感器CVT、电子式电压互感器EVT、电子式电流互感器ECT和电磁式电压互感器PT由于其自身结构特点，其运行性能和可靠性易受到多方面的影响，因此研制互感器主要性能指标在线监测装置与评估系统，对保证电力系统的安全运行及电能计量的准确可靠具有重要意义。目前采用数据采集装置+数据处理装置+服务器及数据采集卡+工控机组成的单一互感器性能在线监测系统在进行多互感器同步监测时存在系统复杂、采集量单一、采集量小、成本高、可靠性低的问题，同时数据传输采用网络专用通道，需要安全评估才能实施。
发明内容
本发明针对现有技术存在的不足，提供基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，其应用时，可以同时对多个互感器进行绝缘性能、误差特性和环境参数的监测，其采集量大，可靠性高，并且可以对各互感器的运行性能进行整体评估。
本发明通过以下技术方案实现：
基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，包括若干电流互感器CT、电容式电压互感器CVT、电子式电压互感器EVT、电子式电流互感器ECT和电磁式电压互感器PT，还包括CVT参量采集模块、环境参量监测模块、合并单元、时钟同步模块、在线监测装置、电能量采集终端和采集主站，所述在线监测装置包括CPU处理器、第一FPGA芯片、第二FPGA芯片、时钟单元和A/D转换单元，第一FPGA芯片、第二FPGA芯片和时钟单元均与CPU处理器连接，A/D转换单元与第一FPGA芯片连接，所述电流互感器CT、电容式电压互感器CVT和电磁式电压互感器PT与在线监测装置内的A/D转换单元连接，电子式电压互感器EVT、电子式电流互感器ECT、CVT参量采集模块和环境参量监测模块与合并单元连接，合并单元连接有交换机，交换机输出端与在线监测装置内的第二FPGA芯片连接，所述时钟同步模块分别与合并单元和在线监测装置内的时钟单元对接，CPU处理器的输出端与采集主站连接，其中：电磁式电压互感器PT的二次电压、电容式电压互感器CVT的二次电压和电流互感器CT的二次电流经A/D转换单元转换为数字量后输入第一FPGA芯片进行处理，电子式电压互感器EVT的二次电压、电子式电流互感器ECT的二次电流、CVT参量采集模块的CVT容性电流和环境参量监测模块的温湿度参数通过合并单元和交换机输入第二FPGA芯片进行处理，在线监测装置的CPU处理器通过第一FPGA芯片和第二FPGA芯片同步对各互感器进行误差、绝缘和环境参数采样计算，并通过RS485接口与电能量采集终端连接，电能量采集终端再通过光纤将数据传输至采集主站，采集主站根据接收数据对各互感器的运行性能进行评估分析，在线监测装置与合并单元由时钟同步模块进行时钟同步。
优选地，所述CPU处理器、第一FPGA芯片和第二FPGA芯片均连接有RAM，且第一FPGA芯片和第二FPGA芯片相互连接，任一FPGA芯片均可调用其他RAM存储的数据进行相关参数计算。
优选地，所述A/D转换单元采用8通道24位的ADS1278，第一FPGA芯片和第二FPGA芯片采用EP4CE10E2217，RAM采用H57V2562，CPU处理器采用AM3359。
优选地，所述CPU处理器的参数采样计算步骤包括：
S41、同步采集最多60台电容式电压互感器CVT、电磁式电压互感器PT和电流互感器CT的10个连续周波的瞬时值，采集频率256点/周波以上，计算任意两个互感器之间的幅值差和相位差、每一路的电流/电压有效值以及电磁式电压互感器PT的二次压降，其中模拟电量测量准确度0.05％，分辨率0.01％，采集分析时间间隔5分钟；
S42、解析CVT容性电流和环境温湿度参数本地数字化后通过合并单元上传的数据，利用同相的电容式电压互感器CVT、电磁式电压互感器PT瞬时值计算介质损耗、电容量；
S43、配置任意两个相同电压等级的电磁式电压互感器PT之间的幅值差、相位差和介质损耗计算通道，所有采集数据带时间标记进行存储。
优选地，所述采集主站的评估分析步骤包括：
S51、设定各测量参数、相同测量参数的差值的报警阈值，超过报警阈值则发出报警信息；
S52、分析任意时间段的数据分析角差、比差、介质损耗与温湿度的三维关系；
S53、计算角差、比差、介质损耗的长期稳定误差；
S54、分析相同型号互感器的性能变化规律，找出固有缺陷。
优选地，CPU处理器可通过光纤直接与采集主站进行数据连接，还可通过RS485接口连接电能量采集终端，并通过电能量采集终端与采集主站建立数据连接
优选地，采用时钟同步模块控制同步采样，在线监测装置守时误差小于4us/10min。
优选地，合并单元与第二FPGA芯片之间电气量通信采用IEC 61850-9-1、IEC61850-9-2协议，环境量通信自定义。
本发明具有如下的优点和有益效果：
1、本发明基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，可以同时对多个互感器进行绝缘性能、误差特性和环境参数的监测，节约了监测数据采集成本，提高了可靠性。
2、本发明基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，可以对各互感器的运行性能进行整体评估。
3、本发明基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，可以监测电磁式电压互感器PT的二次压降。
4、本发明基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，基于现有的电量采集系统的数据通道和扩展协议实现监测数据传输，不需要信息系统安全测评，同时节约了数据传输成本，保证了系统信息安全。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的系统结构图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，包括若干电流互感器CT、电容式电压互感器CVT、电子式电压互感器EVT、电子式电流互感器ECT和电磁式电压互感器PT，还包括CVT参量采集模块、环境参量监测模块、合并单元、时钟同步模块、在线监测装置、电能量采集终端和采集主站，所述在线监测装置包括CPU处理器、第一FPGA芯片、第二FPGA芯片、时钟单元和A/D转换单元，第一FPGA芯片、第二FPGA芯片和时钟单元均与CPU处理器连接，A/D转换单元与第一FPGA芯片连接，所述电流互感器CT、电容式电压互感器CVT和电磁式电压互感器PT与在线监测装置内的A/D转换单元连接，电子式电压互感器EVT、电子式电流互感器ECT、CVT参量采集模块和环境参量监测模块与合并单元连接，合并单元连接有交换机，交换机输出端与在线监测装置内的第二FPGA芯片连接，所述时钟同步模块分别与合并单元和在线监测装置内的时钟单元对接，CPU处理器的输出端与采集主站连接，其中：电磁式电压互感器PT的二次电压、电容式电压互感器CVT的二次电压和电流互感器CT的二次电流经A/D转换单元转换为数字量后输入第一FPGA芯片进行处理，电子式电压互感器EVT的二次电压、电子式电流互感器ECT的二次电流、CVT参量采集模块的CVT容性电流和环境参量监测模块的温湿度参数通过合并单元和交换机输入第二FPGA芯片进行处理，在线监测装置的CPU处理器通过第一FPGA芯片和第二FPGA芯片同步对各互感器进行误差、绝缘和环境参数采样计算，并通过RS485接口与电能量采集终端连接，电能量采集终端再通过光纤将数据传输至采集主站，采集主站根据接收数据对各互感器的运行性能进行评估分析，在线监测装置与合并单元由时钟同步模块进行时钟同步。
所述CPU处理器的参数采样计算步骤包括：
S41、同步采集最多60台电容式电压互感器CVT、电磁式电压互感器PT和电流互感器CT的10个连续周波的瞬时值，采集频率256点/周波以上，计算任意两个互感器之间的幅值差和相位差、每一路的电流/电压有效值以及电磁式电压互感器PT的二次压降，其中模拟电量测量准确度0.05％，分辨率0.01％，采集分析时间间隔5分钟；
S42、解析CVT容性电流和环境温湿度参数本地数字化后通过合并单元上传的数据，利用同相的电容式电压互感器CVT、电磁式电压互感器PT瞬时值计算介质损耗、电容量；
S43、配置任意两个相同电压等级的电磁式电压互感器PT之间的幅值差、相位差和介质损耗计算通道，所有采集数据带时间标记进行存储。
在线监测装置为满足现场应用实践需要，采用多路采集板级联，每一个采集板可同步采集多路模拟信号，将采集瞬时值数字滤波后存储在RAM中，任意一个采集板的FPGA芯片通过RS485接口调用其他RAM中瞬时值的数据计算相关参数，最多可实现5个采集板级联，CPU处理器、第一FPGA芯片和第二FPGA芯片均连接有RAM，以便进行数据存储调用，A/D转换单元采用8通道24位的ADS1278，第一FPGA芯片和第二FPGA芯片采用EP4CE10E2217，RAM采用H57V2562，CPU处理器采用AM3359。
在线监测装置数据存储格式依据“DLT-64多功能电能表通信协议”的扩展协议定义，通过电量采集终端采集监测数据，采集主站按照“Q/GDW 376.1-2009《主站与采集终端通信协议》”定义扩展协议采集电量采集终端的监测数据。
所述采集主站的评估分析步骤包括：
S51、设定各测量参数、相同测量参数的差值的报警阈值，超过报警阈值则发出报警信息；
S52、分析任意时间段的数据分析角差、比差、介质损耗与温湿度的三维关系；
S53、计算角差、比差、介质损耗的长期稳定误差；
S54、分析相同型号互感器的性能变化规律，找出固有缺陷。
在对电压互感器进行在线带电校准时，其主要原理是利用已有可信度高的电压互感器作为标准对其他同级电压互感器进行校准，进行在线误差校准时，溯源标准器主要来自：经过离线校准的母线电磁式电压互感器PT，经过离线校准的主变电容式电压互感器CVT，所有电压互感器形成群落，相互之间作为标准，进行群体校准。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，包括若干电流互感器CT、电容式电压互感器CVT、电子式电压互感器EVT、电子式电流互感器ECT和电磁式电压互感器PT，其特征在于，还包括CVT参量采集模块、环境参量监测模块、合并单元、时钟同步模块、在线监测装置、电能量采集终端和采集主站，所述在线监测装置包括CPU处理器、第一FPGA芯片、第二FPGA芯片、时钟单元和A/D转换单元，第一FPGA芯片、第二FPGA芯片和时钟单元均与CPU处理器连接，A/D转换单元与第一FPGA芯片连接，所述电流互感器CT、电容式电压互感器CVT和电磁式电压互感器PT与在线监测装置内的A/D转换单元连接，电子式电压互感器EVT、电子式电流互感器ECT、CVT参量采集模块和环境参量监测模块与合并单元连接，合并单元连接有交换机，交换机输出端与在线监测装置内的第二FPGA芯片连接，所述时钟同步模块分别与合并单元和在线监测装置内的时钟单元对接，CPU处理器的输出端与采集主站连接，其中：电磁式电压互感器PT的二次电压、电容式电压互感器CVT的二次电压和电流互感器CT的二次电流经A/D转换单元转换为数字量后输入第一FPGA芯片进行处理，电子式电压互感器EVT的二次电压、电子式电流互感器ECT的二次电流、CVT参量采集模块的CVT容性电流和环境参量监测模块的温湿度参数通过合并单元和交换机输入第二FPGA芯片进行处理，在线监测装置的CPU处理器通过第一FPGA芯片和第二FPGA芯片同步对各互感器进行误差、绝缘和环境参数采样计算，并通过RS485接口与电能量采集终端连接，电能量采集终端再通过光纤将数据传输至采集主站，采集主站根据接收数据对各互感器的运行性能进行评估分析，在线监测装置与合并单元由时钟同步模块进行时钟同步。
2.根据权利要求1所述的基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，其特征在于，所述CPU处理器、第一FPGA芯片和第二FPGA芯片均连接有RAM，且第一FPGA芯片和第二FPGA芯片相互连接，任一FPGA芯片均可调用其他RAM存储的数据进行相关参数计算。
3.根据权利要求1或2所述的基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，其特征在于，所述A/D转换单元采用8通道24位的ADS1278，第一FPGA芯片和第二FPGA芯片采用EP4CE10E2217，RAM采用H57V2562，CPU处理器采用AM3359。
4.根据权利要求1所述的基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，其特征在于，所述CPU处理器的参数采样计算步骤包括：
S41、同步采集最多60台电容式电压互感器CVT、电磁式电压互感器PT和电流互感器CT的10个连续周波的瞬时值，采集频率256点/周波以上，计算任意两个互感器之间的幅值差和相位差、每一路的电流/电压有效值以及电磁式电压互感器PT的二次压降，其中模拟电量测量准确度0.05％，分辨率0.01％，采集分析时间间隔5分钟；
S42、解析CVT容性电流和环境温湿度参数本地数字化后通过合并单元上传的数据，利用同相的电容式电压互感器CVT、电磁式电压互感器PT瞬时值计算介质损耗、电容量；
S43、配置任意两个相同电压等级的电磁式电压互感器PT之间的幅值差、相位差和介质损耗计算通道，所有采集数据带时间标记进行存储。
5.根据权利要求1所述的基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，其特征在于，所述采集主站的评估分析步骤包括：
S51、设定各测量参数、相同测量参数的差值的报警阈值，超过报警阈值则发出报警信息；
S52、分析任意时间段的数据分析角差、比差、介质损耗与温湿度的三维关系；
S53、计算角差、比差、介质损耗的长期稳定误差；
S54、分析相同型号互感器的性能变化规律，找出固有缺陷。
6.根据权利要求1所述的基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，其特征在于，CPU处理器可通过光纤直接与采集主站进行数据连接，还可通过RS485接口连接电能量采集终端，并通过电能量采集终端与采集主站建立数据连接。
7.根据权利要求1所述的基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，其特征在于，采用时钟同步模块控制同步采样，在线监测装置守时误差小于4us/10min。
8.根据权利要求1所述的基于广域同步测量的互感器性能在线监测系统，其特征在于，合并单元与第二FPGA芯片之间电气量通信采用IEC 61850-9-1、IEC 61850-9-2协议，环境量通信自定义。
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