CN108761159B - 基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统，包括互感器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、电磁式电压互感器PT、CVT绝缘参量采集模块、环境参量监测模块、广域同步测量电能表、合并单元、时钟同步系统、电能量采集终端和采集主站，CT、CVT和PT通过广域同步测量电能表与电能量采集终端连接，PT、CVT绝缘参量采集模块和环境参量监测模块与合并单元模拟量对接，EVT和ECT与合并单元数字量对接，合并单元与电能量采集终端连接，时钟同步系统提供同步时钟，电能量采集终端对接收数据进行采样计算，并将计算结果传输至采集主站，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

基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统

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电能表的计量装置检测系统。

背景技术

电能计量装置是用于测量、记录发电量、供电量、厂用电量、线损电量和用户用电量的计量器具，其包含计量用互感器，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电能表的计量装置检测系统，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：

基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统，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绝缘参量采集模块、环境参量监测模块、广域同步测量电能表、合并单元、时钟同步系统、电能量采集终端和采集主站，所述合并单元包括模拟量合并单元和数字量合并单元，所述电能量采集终端内设有CPU处理器、FPGA芯片和时钟单元，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与广域同步测量电能表连接，广域同步测量电能表与CPU处理器通过RS485总线进行连接，电磁式电压互感器PT、CVT绝缘参量采集模块和环境参量监测模块与模拟量合并单元连接，电子式电压互感器EVT和电子式电流互感器ECT与数字量合并单元连接，模拟量合并单元和数字量合并单元的输出端通过交换机与FPGA芯片连接，FPGA芯片和时钟单元均与CPU处理器连接，CPU处理器的输出端与采集主站连接，广域同步测量电能表、时钟单元、模拟量合并单元和数字量合并单元均与时钟同步系统对接，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的二次电流接入广域同步测量电能表进行计量，广域同步测量电能表进行瞬时值同步采集，广域同步测量电能表将瞬时值传输至CPU处理器，同时电磁式电压互感器PT的二次电压还与CVT绝缘参量采集模块的采集CVT电容电流、环境参量监测模块采集的温湿度参数一同接入模拟量合并单元，就地数字化，电子式电压互感器EVT的二次电压、电子式电流互感器ECT的二次电流接入数字量合并单元，模拟量合并单元和数字量合并单元再将信号通过交换机传入FPGA芯片进行处理，CPU处理器利用FPGA芯片和广域同步测量电能表同步传输的数据进行误差、绝缘和环境参数采样计算，并将结果进行存储并传输至采集主站，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，电能量采集终端、广域同步测量电能表、模拟量合并单元和数字量合并单元均由时钟同步系统进行时钟同步，同时其各自设有守时时钟，以在时钟同步系统出现故障时，保证采样同步。

优选地，所述CPU处理器和FPGA芯片均连接有RAM存储单元。

优选地，所述FPGA芯片采用EP4CE10E2217型号芯片，RAM存储单元采用H57V2562，CPU处理器采用带CPU和DSP的BF531型处理器。

优选地，所述CPU处理器的参数采样计算步骤包括：

S41、在规定时间点，通过RS485总线读取广域同步测量电能表中电磁式电压互感器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，同时解析最多60个电容式电压互感器CVT、电磁式电压互感器PT、电子式电压互感器EVT和电子式电流互感器ECT的10个连续周波的瞬时值，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，采集分析时间间隔默认5分钟；

S42、在相同的电压等级中，以其中一路电磁式电压互感器PT和电流互感器CT输出的模拟量作为标准量，剩余电磁式电压互感器PT、电流互感器CT、电容式电压互感器CVT、电子式电压互感器EVT和电子式电流互感器ECT的输出量作为被评估和校准的量，计算比差、角差；

S43、解析CVT电容电流和环境温湿度参数，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；

S44、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、根据CPU处理器提供的检测数据进行异常值处理；

S52、调取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、对角差、比差、介质损耗进行趋势预测；

S54、根据电压、电流值进行电量计算，相应进行线损分析；

S55、进行各互感器的在线误差校准。

优选地，采用时钟同步系统控制同步采样，电能量采集终端守时误差小于4us/10min。

优选地，合并单元与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。

优选地，FPGA芯片将模拟量合并单元和数字量合并单元传入的数据进行排列，并存储在RAM存储单元中，以供调用。

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电能表的计量装置检测系统，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电能表的计量装置检测系统，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电能表的计量装置检测系统，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电能表的计量装置检测系统，基于现有的电量采集终端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，节约了数据传输成本和系统安全性。

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为本发明的系统框图。

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

基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统，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绝缘参量采集模块、环境参量监测模块、广域同步测量电能表、合并单元、时钟同步系统、电能量采集终端和采集主站，所述合并单元包括模拟量合并单元和数字量合并单元，所述电能量采集终端内设有CPU处理器、FPGA芯片和时钟单元，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与广域同步测量电能表连接，广域同步测量电能表与CPU处理器通过RS485总线进行连接，电磁式电压互感器PT、CVT绝缘参量采集模块和环境参量监测模块与模拟量合并单元连接，电子式电压互感器EVT和电子式电流互感器ECT与数字量合并单元连接，模拟量合并单元和数字量合并单元的输出端通过交换机与FPGA芯片连接，FPGA芯片和时钟单元均与CPU处理器连接，CPU处理器的输出端与采集主站连接，广域同步测量电能表、时钟单元、模拟量合并单元和数字量合并单元均与时钟同步系统对接，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的二次电流接入广域同步测量电能表进行计量，广域同步测量电能表进行瞬时值同步采集，广域同步测量电能表将瞬时值传输至CPU处理器，同时电磁式电压互感器PT的二次电压还与CVT绝缘参量采集模块的采集CVT电容电流、环境参量监测模块采集的温湿度参数一同接入模拟量合并单元，就地数字化，电子式电压互感器EVT的二次电压、电子式电流互感器ECT的二次电流接入数字量合并单元，模拟量合并单元和数字量合并单元再将信号通过交换机传入FPGA芯片进行处理，CPU处理器利用FPGA芯片和广域同步测量电能表同步传输的数据进行误差、绝缘和环境参数采样计算，并将结果进行存储并传输至采集主站，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，电能量采集终端、广域同步测量电能表、模拟量合并单元和数字量合并单元均由时钟同步系统进行时钟同步，同时其各自设有守时时钟，以在时钟同步系统出现故障时，保证采样同步。

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CPU处理器的参数采样计算步骤包括：

S41、在规定时间点，通过RS485总线读取广域同步测量电能表中电磁式电压互感器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，同时解析最多60个电容式电压互感器CVT、电磁式电压互感器PT、电子式电压互感器EVT和电子式电流互感器ECT的10个连续周波的瞬时值，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，采集分析时间间隔默认5分钟；

S42、在相同的电压等级中，以其中一路电磁式电压互感器PT和电流互感器CT输出的模拟量作为标准量，剩余电磁式电压互感器PT、电流互感器CT、电容式电压互感器CVT、电子式电压互感器EVT和电子式电流互感器ECT的输出量作为被评估和校准的量，计算比差、角差；

S43、解析CVT电容电流和环境温湿度参数，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；

S44、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。

所述采集主站的评估分析步骤包括：

S51、根据CPU处理器提供的检测数据进行异常值处理；

S52、调取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、对角差、比差、介质损耗进行趋势预测；

S54、根据电压、电流值进行电量计算，相应进行线损分析；

S55、进行各互感器的在线误差校准。

在规定的时间点通过CPU处理器的标准秒脉冲和时钟单元的时钟信号准确产生启动同步瞬时数据采样脉冲到FPGA芯片，同时FPGA芯片根据被测信号频率，自动产生每周波256点的采样频率控制采样。

同步信号使用时钟同步系统，支持2路ST光纤的IRIG-BDC码、PPS(秒脉冲)输入，1路光纤以太网IEC-61588输入，支持ST光纤同步PPS(秒脉冲)、IRIG-BDC码输出，对时输入输出精度0.1us。

通过交换机光口输入最多60路电子式电压互感器EVT和电子式电流互感器ECT的数据，最多输入120路CVT电容电流、PT二次电压、环境温湿度数据。

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。

采集主站将接收的检测数据以5分钟为间隔制成带独立编号的电子表格和数据曲线进行显示和存储，同时采集主站连接自动打印设备，可对电子表格和数据曲线进行打印。

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.基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统，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绝缘参量采集模块、环境参量监测模块、广域同步测量电能表、合并单元、时钟同步系统、电能量采集终端和采集主站，所述合并单元包括模拟量合并单元和数字量合并单元，所述电能量采集终端内设有CPU处理器、FPGA芯片和时钟单元，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与广域同步测量电能表连接，广域同步测量电能表与CPU处理器通过RS485总线进行连接，电磁式电压互感器PT、CVT绝缘参量采集模块和环境参量监测模块与模拟量合并单元连接，电子式电压互感器EVT和电子式电流互感器ECT与数字量合并单元连接，模拟量合并单元和数字量合并单元的输出端通过交换机与FPGA芯片连接，FPGA芯片和时钟单元均与CPU处理器连接，CPU处理器的输出端与采集主站连接，广域同步测量电能表、时钟单元、模拟量合并单元和数字量合并单元均与时钟同步系统对接，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的二次电流接入广域同步测量电能表进行计量，广域同步测量电能表进行瞬时值同步采集，广域同步测量电能表将瞬时值传输至CPU处理器，同时电磁式电压互感器PT的二次电压还与CVT绝缘参量采集模块的采集CVT电容电流、环境参量监测模块采集的温湿度参数一同接入模拟量合并单元，就地数字化，电子式电压互感器EVT的二次电压、电子式电流互感器ECT的二次电流接入数字量合并单元，模拟量合并单元和数字量合并单元再将信号通过交换机传入FPGA芯片进行处理，CPU处理器利用FPGA芯片和广域同步测量电能表同步传输的数据进行误差、绝缘和环境参数采样计算，并将结果进行存储并传输至采集主站，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，电能量采集终端、广域同步测量电能表、模拟量合并单元和数字量合并单元均由时钟同步系统进行时钟同步，同时其各自设有守时时钟，以在时钟同步系统出现故障时，保证采样同步。

2.根据权利要求1所述的基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统，其特征在于，所述CPU处理器和FPGA芯片均连接有RAM存储单元。

3.根据权利要求1或2所述的基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统，其特征在于，所述FPGA芯片采用EP4CE10E2217型号芯片，RAM存储单元采用H57V2562，CPU处理器采用带CPU和DSP的BF531型处理器。

4.根据权利要求1所述的基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统，其特征在于，所述CPU处理器的参数采样计算步骤包括：

S41、在规定时间点，通过RS485总线读取广域同步测量电能表中电磁式电压互感器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，同时解析最多60个电容式电压互感器CVT、电磁式电压互感器PT、电子式电压互感器EVT和电子式电流互感器ECT的10个连续周波的瞬时值，计算任意两个互感器之间的幅值差和相位差、每一路的电流和电压有效值以及电磁式电压互感器PT的二次压降，采集分析时间间隔默认5分钟；

S42、在相同的电压等级中，以其中一路电磁式电压互感器PT和电流互感器CT输出的模拟量作为标准量，剩余电磁式电压互感器PT、电流互感器CT、电容式电压互感器CVT、电子式电压互感器EVT和电子式电流互感器ECT的输出量作为被评估和校准的量，计算比差和角差；

S43、解析CVT电容电流和环境温湿度参数，利用同相的电容式电压互感器CVT和电磁式电压互感器PT瞬时值计算介质损耗和电容量；

S44、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电能表的计量装置检测系统，其特征在于，所述采集主站的评估分析步骤包括：

S51、根据CPU处理器提供的检测数据进行异常值处理；

S52、调取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、对角差、比差和介质损耗进行趋势预测；

S54、根据电压、电流值进行电量计算，相应进行线损分析；

S55、进行各互感器的在线误差校准。

6.根据权利要求1所述的基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统，其特征在于，采用时钟同步系统控制同步采样，电能量采集终端守时误差小于4us/10min。

7.根据权利要求1所述的基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统，其特征在于，合并单元与FPGA芯片之间电气量通信采用IEC 61850-9-1或IEC 61850-9-2协议，环境量通信自定义。

8.根据权利要求1或2所述的基于广域同步测量电能表的计量装置检测系统，其特征在于，FPGA芯片将模拟量合并单元和数字量合并单元传入的数据进行排列，并存储在RAM存储单元中，以便调用。

Images