CN109164331A - 一种电网设备状态参量在线监测控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网设备状态参量在线监测控制装置，包括在线检测装置和光电控制开关，所述在线检测装置的输入端和电源的输出端电性连接，电源的输入端和光电控制开关的输出端电性连接，此装置中设计的电网设备状态参量远端控制装置适应电网发展的潮流，主要解决运行中电网设备在线监测系统的远端控制、数据无线传输中的抗干扰等应用技术问题，填补了电网设备在线监测远端控制方式的空白，通过远端控制装置的应用，不断积累相关的运行、监测、诊断参数，推广应用适应金昌公司变电设备专业巡检的方法，科学的指导变电设备状态检修工作，达到了降低运维成本和保证电网设备安全运行的目的。

Description

一种电网设备状态参量在线监测控制装置

技术领域

本发明涉及电网设备状态参量在线监测控制装置技术领域，具体为一种电网设备状态参量在线监测控制装置。

背景技术

目前，中国是世界上第二大的电力生产国和消费国，有着全球最庞大的电网系统和最高电压等级的输变电系统，我国将持续加快智能电网建设步伐，以特高压电网为主干，超高压电网为网络，提高电网大范围优化配置资源能力，实现电力远距离、大规模输送，满足经济快速发展对电力的需求。智能电网的提出，将带动电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度等多个环节的大力发展。因此电网设备担负着重大的责任，但电网设备在如此高标准的要求下，现有的设备状态监测技术已经出现了种种问题，为了减少投资，在高压电网中可安装有许多用电池供电就地显示的在线测量仪器，这些监测设备可采用电池供电、就地显示被测参数值。这类在线监测设备有着安装简捷无需布线，使用方便、成本低廉(约为现行的在线监测设备投资的五分之一)、运行巡视、检修试验人员可很方便、直观的了解设备的运行情况等优点。但由于这类大都采用电池供电使用周期短，本文针对这个问题，研究了电网设备状态参量在线监测装置远端控制技术在电网设备中的应用，这种技术在较大的电磁场下，抗干扰能力强，工作安全可靠，需要测量时，打开仪表电源，测量完成后，及时关闭电源。在保证运行巡视、检修试验人员与带电体安全距离前提下，抗干扰能力强、性能稳定、安全可靠的远端控制这类就地显示监测设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电网设备状态参量在线监测控制装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电网设备状态参量在线监测控制装置，包括在线检测装置和光电控制开关，所述在线检测装置的输入端和电源的输出端电性连接，电源的输入端和光电控制开关的输出端电性连接，所述光电控制开关的输入端和通讯单元的输出端之间通过WIFI进行连接，所述通讯单元的输入端和在线监测装置的输出端之间保持电性连接，通讯单元的输出端和就地显示端的输入端之间保持电性连接，所述就地显示端的输入端和数据处理和传输装置的输出端之间保持电性连接；

所述光电控制开关包括光发射电路和光接收电路，所述光发射电路由集成电路N1与相关元件组成，所述集成电路N1取NE55，N的8脚接电池E1的正极，N1的1脚接电池E1的负极，电阻器R1的一端接电池正极，另一端接N1的7脚，电阻器R2的一端接N1的7脚，另一端同时接N1的2和6脚，电容器C1的一端同时接N1的2和6脚，另一端接电池E1的负极，电C2的一端接N1的5脚，另一端接电池E1的负极，手动按纽开关K的一端接电池的正极，另一端接N1的4脚，电阻器R3的一端接N1的4脚，另一端接电池E1极；

所述光接收电路有继电器J1控制的开关，由集成电路N2、N3、N4、N5和相关元件组成，光接收电路中的开关作为高压电网中测量仪表的电源开关，与测量仪表安装在一起，电池E2的正极接P1点，其负极接P2点，光敏二极管D2的正接P1点，其负极接P3点，电阻器i端接P3和P2点，电容器C3的两端接P3和P4点，电阻器R6的两端接P4和P2点，二极管D3的正极接P4点，其负极接P2，极管D4的正极接P2点，其负极接P4点，集成电路N2取F3240，N2的7脚接N2的4脚接P2点，N2的3脚通过电阻器R7接P4点，N2的2脚通过电阻器，点，N2的6脚接P5点，N2的2脚通过电阻器R9接P5点，二极管D5的正极接N2的，2脚，其负极接P5点，电容器C4的两端接P5和P6点，电阻器R10的两端接P6，点，二极管D6的正极接P2点，其负极接P6点，集成电路N3取F311，N3的8脚接P1点，N3的1和4脚接P2点，N3的3脚接P6点，电阻器R11的一端接P1点，接N3的2脚，二极管D7的正极接N3的2脚，其负极接P2点，N3的7脚接阻器R12的一端接P1点，另一端接N3的7脚，集成电路N4取NE555，N4的P7点，N4的4和8脚接P1点，N4的1脚接P2点，N4的5脚通过电容器C5接P2点。

优选的，所述数据处理和传输装置的输入端和测试单元的输出端之间保持电性连接，所述测试单元的输入端和在线监测装置的输出端之间保持电性连接。

优选的，所述继电器J1的开关，控制测量仪表的电源，N2和相关元件组成放大电路，N3和相关元件组成电压比较器电路，N4和相关元件组成单稳态电路，N5组成除2电路。

优选的，所述D1是市售的红色激光笔，其负极接电池E1的负极，其正极通过电阻器R4接N1的3脚，选取适当的R1、R2和C1的值，使N1的3脚输出脉冲频率为3-5KHz。

优选的，所述电阻器R13的一端接P1点，另一端同时接N4的6和7脚，电容器C6的一端同N4的6和7脚，另一端接P2点，N4的3脚接N5的3脚，集成电路N5取N5的14脚接P1点，N5的4、6和7脚接P2点，N5的5脚与其2脚相接，N5的接P8点。

优选的，所述电阻器R14和电容器C7并联，一端接P8点，另一端接三极管V1的基ⅥI的发射极接P2点，电阻器R15，一端接P2点，另一端接三极管V1的基极，继电∏的一端接PI点，另一端接三极管VI的集电极，二极管D8的正极接三极管V1的电极，其负极接P点。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明结构设置合理，功能性强，具有以下优点：

1.此装置中采用光电控制的原理设计出长距离遥控式光电开关，具有抵抗强电场、磁场等干扰能力，在不改变原电网设备接线方式及运行状态的情况下，通过远端控制开启、关闭在线监测装置和无线传输装置进行设备监测，就地显示设备状态参量测试结果，将远端控制装置与在线监测装置和无线传输装置进行了匹配优化，进行了现场安装调试，在线监测数据与停电检修实验数据比对分析结果正确；

2.此装置中设计的电网设备状态参量远端控制装置适应电网发展的潮流，主要解决运行中电网设备在线监测系统的远端控制、数据无线传输中的抗干扰等应用技术问题，填补了电网设备在线监测远端控制方式的空白，通过远端控制装置的应用，不断积累相关的运行、监测、诊断参数，推广应用适应金昌公司变电设备专业巡检的方法，科学的指导变电设备状态检修工作，达到了降低运维成本和保证电网设备安全运行的目的；

3.该装置作为当今在线监测技术中一种新的监测手段，解决了现有同类监测设备的不足，结合现有相关领域最新技术，将该项目技术应用到其他监测设备上，如电容型电流互感器、高压电容器等设备，使其发挥更大作用。

附图说明

图1为本发明在线监测远端控制装置工作流程图；

图2为本发明光控电路中光电开关发射部分结构示意图；

图3为本发明光控电路中光电开关接收及控制部分结构示意图；

图4为本发明光控电路在电力设备高压侧信号取样及监测的结构框架图；

图5为本发明套管末屏地线信号采样原理图；

图6为本发明带光电控制开关的主变套管主绝缘漏电流监测装置系统原理图；

图7为本发明系统结构图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1至图7，本发明提供一种技术方案：一种电网设备状态参量在线监测控制装置，包括在线检测装置和光电控制开关，在线检测装置的输入端和电源的输出端电性连接，电源的输入端和光电控制开关的输出端电性连接，光电控制开关的输入端和通讯单元的输出端之间通过WIFI进行连接，通讯单元的输入端和在线监测装置的输出端之间保持电性连接，通讯单元的输出端和就地显示端的输入端之间保持电性连接，就地显示端的输入端和数据处理和传输装置的输出端之间保持电性连接；

光电控制开关包括光发射电路和光接收电路，光发射电路由集成电路N1与相关元件组成，集成电路N1取NE55，N的8脚接电池E1的正极，N1的1脚接电池E1的负极，电阻器R1的一端接电池正极，另一端接N1的7脚，电阻器R2的一端接N1的7脚，另一端同时接N1的2和6脚，电容器C1的一端同时接N1的2和6脚，另一端接电池E1的负极，电C2的一端接N1的5脚，另一端接电池E1的负极，手动按纽开关K的一端接电池的正极，另一端接N1的4脚，电阻器R3的一端接N1的4脚，另一端接电池E1极；

光接收电路有继电器J1控制的开关，由集成电路N2、N3、N4、N5和相关元件组成，光接收电路中的开关作为高压电网中测量仪表的电源开关，与测量仪表安装在一起，电池E2的正极接P1点，其负极接P2点，光敏二极管D2的正接P1点，其负极接P3点，电阻器i端接P3和P2点，电容器C3的两端接P3和P4点，电阻器R6的两端接P4和P2点，二极管D3的正极接P4点，其负极接P2，极管D4的正极接P2点，其负极接P4点，集成电路N2取F3240，N2的7脚接N2的4脚接P2点，N2的3脚通过电阻器R7接P4点，N2的2脚通过电阻器，点，N2的6脚接P5点，N2的2脚通过电阻器R9接P5点，二极管D5的正极接N2的，2脚，其负极接P5点，电容器C4的两端接P5和P6点，电阻器R10的两端接P6，点，二极管D6的正极接P2点，其负极接P6点，集成电路N3取F311，N3的8脚接P1点，N3的1和4脚接P2点，N3的3脚接P6点，电阻器R11的一端接P1点，接N3的2脚，二极管D7的正极接N3的2脚，其负极接P2点，N3的7脚接阻器R12的一端接P1点，另一端接N3的7脚，集成电路N4取NE555，N4的P7点，N4的4和8脚接P1点，N4的1脚接P2点，N4的5脚通过电容器C5接P2点。

数据处理和传输装置的输入端和测试单元的输出端之间保持电性连接，测试单元的输入端和在线监测装置的输出端之间保持电性连接。

继电器J1的开关，控制测量仪表的电源，N2和相关元件组成放大电路，N3和相关元件组成电压比较器电路，N4和相关元件组成单稳态电路，N5组成除2电路。

D1是市售的红色激光笔，其负极接电池E1的负极，其正极通过电阻器R4接N1的3脚，选取适当的R1、R2和C1的值，使N1的3脚输出脉冲频率为3-5KHz。

电阻器R13的一端接P1点，另一端同时接N4的6和7脚，电容器C6的一端同N4的6和7脚，另一端接P2点，N4的3脚接N5的3脚，集成电路N5取N5的14脚接P1点，N5的4、6和7脚接P2点，N5的5脚与其2脚相接，N5的接P8点。

电阻器R14和电容器C7并联，一端接P8点，另一端接三极管V1的基ⅥI的发射极接P2点，电阻器R15，一端接P2点，另一端接三极管V1的基极，继电∏的一端接PI点，另一端接三极管VI的集电极，二极管D8的正极接三极管V1的电极，其负极接P点。

图1中，在线监测装置通过光电控制开关来控制装置电源，以实现远端开启、关闭在线监测装置，装置启动后正常后，相继启动无线传输通讯单元和测试单元，测试单元测试完毕后，将数据进行整理、处理，通过无线传输通讯单元传送至就地显示端，检修试验人员通过查看显示终端对测试结构进行记录，测试完毕后，通过光电控制开关断开在线监测装置电源。

光电控制电路图包括：图2和图3，图2为光电开关发射部分结构示意图，图3为光电开关接收及控制部分结构示意图，操作图2中电路的操作按钮，向图3的光控电路接收装置发出开启、关闭不同频率的激光光束指令，图3中光控电路接收后，对被控设备进行远端控制；

该光电控制回路由两部分组成，其一为手动的光发射电路，由集成电路N1与相关元件组成，另一部分为光接收电路，此电路中有继电器J1控制的开关，由集成电路N2、N3、N4、N5和相关元件组成，光接收电路中的开关作为高压电网中测量仪表的电源开关，与测量仪表安装在一起；

光发射电路的组成是：集成电路N1取NE55，N的8脚接电池E1的正极，N1的1脚接电池E1的负极，电阻器R1的一端接电池正极，另一端接N1的7脚，电阻器R2的一端接N1的7脚，另一端同时接N1的2和6脚，电容器C1的一端同时接N1的2和6脚，另一端接电池E1的负极，电C2的一端接N1的5脚，另一端接电池E1的负极，手动按纽开关K的一端接电池的正极，另一端接N1的4脚，电阻器R3的一端接N1的4脚，另一端接电池E1极，D1是市售的红色激光笔，其负极接电池E1的负极，其正极通过电阻器R4接N1的3脚，选取适当的R1、R2和C1的值，使N1的3脚输出脉冲频率为3-5KHz；

光接收电路的组成是，电池E2的正极接P1点，其负极接P2点，光敏二极管D2的正接P1点，其负极接P3点，电阻器i端接P3和P2点，电容器C3的两端接P3和P4点，电阻器R6的两端接P4和P2点，二极管D3的正极接P4点，其负极接P2，极管D4的正极接P2点，其负极接P4点，集成电路N2取F3240，N2的7脚接N2的4脚接P2点，N2的3脚通过电阻器R7接P4点，N2的2脚通过电阻器，点，N2的6脚接P5点，N2的2脚通过电阻器R9接P5点，二极管D5的正极接N2的，2脚，其负极接P5点，电容器C4的两端接P5和P6点，电阻器R10的两端接P6，点，二极管D6的正极接P2点，其负极接P6点，集成电路N3取F311，N3的8脚接P1点，N3的1和4脚接P2点，N3的3脚接P6点，电阻器R11的一端接P1点，接N3的2脚，二极管D7的正极接N3的2脚，其负极接P2点，N3的7脚接阻器R12的一端接P1点，另一端接N3的7脚，集成电路N4取NE555，N4的P7点，N4的4和8脚接P1点，N4的1脚接P2点，N4的5脚通过电容器C5接P2点，电阻器R13的一端接P1点，另一端同时接N4的6和7脚，电容器C6的一端同N4的6和7脚，另一端接P2点，N4的3脚接N5的3脚，集成电路N5取N5的14脚接P1点，N5的4、6和7脚接P2点，N5的5脚与其2脚相接，N5的接P8点，电阻器R14和电容器C7并联，一端接P8点，另一端接三极管V1的基ⅥI的发射极接P2点，电阻器R15，一端接P2点，另一端接三极管V1的基极，继电∏的一端接PI点，另一端接三极管VI的集电极，二极管D8的正极接三极管V1的电极，其负极接P点；

通过继电器J1的开关，控制测量仪表的电源，N2和相关元件组成放大电路，N3和相关元件组成电压比较器电路，N4和相关元件组成单稳态电路，N5组成除2电路；

在安装时，光敏二极管D2应避开阳光的照射，又能接收到激光笔DⅠ发出的信号，采用上述方案，可以方便、安全可靠的根据需要开启或者关闭安装在高压电网中测量仪表的电源。

图4中，电网设备状态参量在线监测远端控制装置通过信号获取端和测量单元监测套管末屏地线漏电流，测量单元信号，通过模数转化单元、无线通讯单元，将所采集的电流信号通过无线通讯方式，实时的发送给监测系统就地显示端，实时显示检测值，从而实现对套管主绝缘漏电流的监测，在线监测系统信号采集端和通信单元传输系统采用太阳能电池和后备蓄电池供电，对电源的控制采用光电远端控制，从而实现操作人员在安全距离以外对其进行开启。

光电开关采用3W激光器，发射和接收采用300Hz激光光束，可在70米对其进行开启，不受白昼的影响，激光发射器和接受部件光信号频率的选择，满足变电站现场的抗干扰功能，满足不同的动作功能，从而提供抗干扰能力，使得方便、安全、可靠的根据需要开启或者关闭安装在高压电网中测量仪的电源。

通过光控电路可以控制设备在高压侧提取信号以及进行监测，光控电路在电力设备高压侧信号取样及监测的结构框架图，如图4所示。

图5中，在高压套管末屏接地线上获取电流信号，高压套管A相、B相、C相三路电流信号接入采集器，采集器通过2.4G无线网络与智能集中器数据通讯，采集器电源采用太阳能电池和蓄电池供电，带有光电开关接收端，手持式光电开关，控制采集器的开启和关闭。

远端控制装置与高压套管的在线监测装置匹配连接后，根据采集端所需要的功率设计需要的光电开关容量，采集端主要采集套管的相对电容量和绝缘电阻值，从而达到在线监测套管的绝缘水平和运行工况。

其中，Ix为被测电流，Ux为被测设备对地的运行电压，电流取样方式：在末屏地线端子与接地螺栓之间，末屏接地线已引出，可在接地线上直接检测。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种电网设备状态参量在线监测控制装置，包括在线检测装置和光电控制开关，其特征在于：所述在线检测装置的输入端和电源的输出端电性连接，电源的输入端和光电控制开关的输出端电性连接，所述光电控制开关的输入端和通讯单元的输出端之间通过WIFI进行连接，所述通讯单元的输入端和在线监测装置的输出端之间保持电性连接，通讯单元的输出端和就地显示端的输入端之间保持电性连接，所述就地显示端的输入端和数据处理和传输装置的输出端之间保持电性连接；

所述光电控制开关包括光发射电路和光接收电路，所述光发射电路由集成电路N1与相关元件组成，所述集成电路N1取NE55，N的8脚接电池E1的正极，N1的1脚接电池E1的负极，电阻器R1的一端接电池正极，另一端接N1的7脚，电阻器R2的一端接N1的7脚，另一端同时接N1的2和6脚，电容器C1的一端同时接N1的2和6脚，另一端接电池E1的负极，电C2的一端接N1的5脚，另一端接电池E1的负极，手动按纽开关K的一端接电池的正极，另一端接N1的4脚，电阻器R3的一端接N1的4脚，另一端接电池E1极；

所述光接收电路有继电器J1控制的开关，由集成电路N2、N3、N4、N5和相关元件组成，光接收电路中的开关作为高压电网中测量仪表的电源开关，与测量仪表安装在一起，电池E2的正极接P1点，其负极接P2点，光敏二极管D2的正接P1点，其负极接P3点，电阻器i端接P3和P2点，电容器C3的两端接P3和P4点，电阻器R6的两端接P4和P2点，二极管D3的正极接P4点，其负极接P2，极管D4的正极接P2点，其负极接P4点，集成电路N2取F3240，N2的7脚接N2的4脚接P2点，N2的3脚通过电阻器R7接P4点，N2的2脚通过电阻器，点，N2的6脚接P5点，N2的2脚通过电阻器R9接P5点，二极管D5的正极接N2的，2脚，其负极接P5点，电容器C4的两端接P5和P6点，电阻器R10的两端接P6，点，二极管D6的正极接P2点，其负极接P6点，集成电路N3取F311，N3的8脚接P1点，N3的1和4脚接P2点，N3的3脚接P6点，电阻器R11的一端接P1点，接N3的2脚，二极管D7的正极接N3的2脚，其负极接P2点，N3的7脚接阻器R12的一端接P1点，另一端接N3的7脚，集成电路N4取NE555，N4的P7点，N4的4和8脚接P1点，N4的1脚接P2点，N4的5脚通过电容器C5接P2点。

2.根据权利要求1所述的一种电网设备状态参量在线监测控制装置，其特征在于：所述数据处理和传输装置的输入端和测试单元的输出端之间保持电性连接，所述测试单元的输入端和在线监测装置的输出端之间保持电性连接。

3.根据权利要求1所述的一种电网设备状态参量在线监测控制装置，其特征在于：所述继电器J1的开关，控制测量仪表的电源，N2和相关元件组成放大电路，N3和相关元件组成电压比较器电路，N4和相关元件组成单稳态电路，N5组成除2电路。

4.根据权利要求1所述的一种电网设备状态参量在线监测控制装置，其特征在于：所述D1是市售的红色激光笔，其负极接电池E1的负极，其正极通过电阻器R4接N1的3脚，选取适当的R1、R2和C1的值，使N1的3脚输出脉冲频率为3-5KHz。

5.根据权利要求1所述的一种电网设备状态参量在线监测控制装置，其特征在于：所述电阻器R13的一端接P1点，另一端同时接N4的6和7脚，电容器C6的一端同N4的6和7脚，另一端接P2点，N4的3脚接N5的3脚，集成电路N5取N5的14脚接P1点，N5的4、6和7脚接P2点，N5的5脚与其2脚相接，N5的接P8点。

6.根据权利要求1所述的一种电网设备状态参量在线监测控制装置，其特征在于：所述电阻器R14和电容器C7并联，一端接P8点，另一端接三极管V1的基ⅥI的发射极接P2点，电阻器R15，一端接P2点，另一端接三极管V1的基极，继电∏的一端接PI点，另一端接三极管VI的集电极，二极管D8的正极接三极管V1的电极，其负极接P点。