CN109709382A - 一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置，包括本地采集端，本地采集端通过无线方式与云端服务器连接，本地采集端包括信号采集前端和数据处理后端，信号采集前端和数据处理后端通过保偏光纤连接，且所述数据处理后端设置于一个固定式机柜内。信号采集前端包括绝缘支撑杆和探头，探头包括上壳体、下壳体、集成光学传感器、安装卡槽和光纤耦合器。数据处理后端包括光信号处理模块、电信号采集处理模块、GPS模块、通信模块、电压测量模块和温度控制模块。本发明提高了暂态数据时间精度，且采用电压测量模块来测量CVT信号，降低了解耦难度，采用GPS模块提高了定时精度，又采用通信模块进行无线传输，提高了监测实时性。
Description
技术领域
本发明涉及一种暂态过电压实时监测装置，尤其涉及一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置。
背景技术
随着电网向着高电压、高智能、高可靠性的方向发展，对暂态过电压测量装置性能的要求越来越高，电网暂态过电压不仅决定系统中电力设备的绝缘水平，也威胁设备设施的安全运行，含有缺陷的设备在过电压作用下可能会造成绝缘击穿，甚至引发爆炸事故。这使得对电网暂态过电压测量和分析具有极其重要的意义。
在专利申请号为“201220107456.4”的专利“一种暂态过电压在线监测系统”中，该专利提出一种暂态过电压在线监测装置，其利用电容分压器的原理，采用高压分压器，将高压侧电压转化为可采集的低压信号，但该方案测量精度不高，测量带宽较低，上限截止频率低，无法准确测量暂态过电压信号。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置，以解决目前变电站暂态过电压实时监测中出现的测量精度低、带宽不足、解耦困难、定时精度低、运行不稳定、监测灵敏度低、监测实时性不足的问题。
一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置，包括本地采集端，所述本地采集端通过无线方式与云端服务器连接，其中，所述本地采集端主要进行信号采集、数据处理和数据发送，所述云端服务器主要进行数据储存和前端Web显示。具体的，所述本地采集端包括信号采集前端和数据处理后端，所述信号采集前端和数据处理后端通过保偏光纤连接，且所述数据处理后端设置于一个固定式机柜内，其中，信号采集前端主要进行模拟电压信号采集，数据处理后端主要进行A/D转换、数据分析、数据存储和数据发送。此外，所述云端服务器包括数据储存服务器和显示前端。
进一步的，所述信号采集前端包括绝缘支撑杆和探头，所述绝缘支撑杆的底部固定于地面，所述探头安装于绝缘支撑杆顶部。所述探头包括上壳体、下壳体、集成光学传感器、安装卡槽和光纤耦合器，所述集成光学传感器安装于安装卡槽上，所述安装卡槽和光纤耦合器安装于下壳体内，所述上壳体和下壳体通过卡扣连接，所述集成光学传感器通过光纤耦合器和保偏光纤连接数据处理后端。其中，集成光学传感器利用电光效应感应空间电场变化进行暂态过电压测量，测量过程中通过保偏光纤传输电场调制后的光信号至数据处理后端进行后续信号处理。
进一步的，所述数据处理后端包括光信号处理模块、电信号采集处理模块、GPS模块、通信模块、电压测量模块和温度控制模块，所述光信号处理模块通过保偏光纤连接信号采集前端的集成光学传感器，所述光信号处理模块和GPS模块的输出端电连接电信号采集处理模块的输入端，所述通信模块双向电连接电信号采集处理模块，所述通信模块还无线连接云端服务器，所述电压测量模块的输出端电连接电信号采集处理模块的输入端，所述温度控制模块双向电连接电信号采集处理模块。其中，电信号采集处理模块用于采集和处理光信号处理模块输出的电信号，GPS模块用于提供稳定精确定时功能，通信模块用于将采集到的暂态数据发送至云端服务器，电压测量模块用于连接和采集CVT信号，为后续数据解耦提供相位基准，温度控制模块为整个数据处理后端提供稳定的温湿度环境控制，防止因环境因素导致数据处理后端异常。
更进一步的，所述数据处理后端的光信号处理模块包括光信号发送模块和光信号探测模块，所述光信号发送模块的输出端通过保偏光纤连接集成光学传感器的输入端。所述光信号探测模块的输入端通过保偏光纤连接集成光学传感器的输出端，所述光信号探测模块的输出端电连接电信号采集处理模块的输入端。具体的，光信号发送模块通过保偏光纤发送高偏光信号至集成光学传感器，光信号探测器模块通过保偏光纤接收来自集成光学传感器的光信号，将其转化为携带电场调制信息的电信号。
更进一步的，所述信号采集前端的探头的上壳体和下壳体表面喷涂有室温硫化硅橡胶涂料，以提高上壳体和下壳体的憎水性，降低环境湿度对传感器性能的影响，从而提高测试稳定性。
更进一步的，所述信号采集前端的探头为蝶形探头。
更进一步的，所述信号采集前端设置有A、B、C三相。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明提高了暂态数据时间精度；
(2)本发明采用电压测量模块来测量CVT信号，降低了解耦难度；
(3)本发明采用GPS模块提高了定时精度；
(4)本发明采用通信模块进行无线传输，提高了监测实时性；
(5)本发明采用温度控制模块以提供稳定的温湿度环境控制，降低了安全风险。
附图说明
图1是本发明的原理框图；
图2是固定式机柜的正面；
图3是固定式机柜的背面；
图4是固定式机柜和绝缘支撑杆安装示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
本发明提出一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置，包括本地采集端，本地采集端通过无线方式与云端服务器连接，其中，本地采集端主要进行信号采集、数据处理和数据发送，云端服务器主要进行数据储存和前端Web显示。具体的，如图1所示，本地采集端包括信号采集前端和数据处理后端，信号采集前端和数据处理后端通过保偏光纤连接，且所述数据处理后端设置于一个固定式机柜内，该固定式机柜如图2和3所示。具体的，信号采集前端主要进行模拟电压信号采集，数据处理后端主要进行A/D转换、数据分析、数据存储和数据发送。此外，云端服务器包括数据储存服务器和显示前端。
信号采集前端包括绝缘支撑杆和探头，绝缘支撑杆的底部固定于地面，探头安装于绝缘支撑杆顶部。探头包括上壳体、下壳体、集成光学传感器、安装卡槽和光纤耦合器，集成光学传感器安装于安装卡槽上，安装卡槽和光纤耦合器安装于下壳体内，上壳体和下壳体通过卡扣连接，集成光学传感器通过光纤耦合器和保偏光纤连接数据处理后端。其中，集成光学传感器利用电光效应感应空间电场变化进行暂态过电压测量，测量过程中通过保偏光纤传输电场调制后的光信号至数据处理后端进行后续信号处理。具体的，探头为蝶形探头，且探头的上壳体和下壳体表面喷涂有室温硫化硅橡胶涂料，以提高上壳体和下壳体的憎水性，降低环境湿度对传感器性能的影响，从而提高测试稳定性。此外，信号采集前端设置有A、B、C三相。
数据处理后端包括光信号处理模块、电信号采集处理模块、GPS模块、通信模块、电压测量模块和温度控制模块，光信号处理模块通过保偏光纤连接信号采集前端的集成光学传感器，光信号处理模块和GPS模块的输出端电连接电信号采集处理模块的输入端，通信模块双向电连接电信号采集处理模块，通信模块还无线连接云端服务器，电压测量模块的输出端电连接电信号采集处理模块的输入端，温度控制模块双向电连接电信号采集处理模块。其中，电信号采集处理模块用于采集和处理光信号处理模块输出的电信号，GPS模块用于提供稳定精确定时功能，通信模块用于将采集到的暂态数据发送至云端服务器，电压测量模块用于连接和采集A相CVT信号，为后续数据解耦提供相位基准，温度控制模块为整个数据处理后端提供稳定的温湿度环境控制，防止因环境因素导致数据处理后端异常。具体的，光信号处理模块包括光信号发送模块和光信号探测模块，光信号发送模块的输出端通过保偏光纤连接集成光学传感器的输入端。光信号探测模块的输入端通过保偏光纤连接集成光学传感器的输出端，光信号探测模块的输出端电连接电信号采集处理模块的输入端。更具体的，光信号发送模块通过保偏光纤发送高偏光信号至集成光学传感器，光信号探测器模块通过保偏光纤接收来自集成光学传感器的光信号，将其转化为携带电场调制信息的电信号。
在本发明的实施例中，数据处理后端的电信号采集处理模块用于采集光信号处理模块输出的A、B、C三相电信号，并通过均值滤波算法进行暂态信号监测，当监测到暂态电压后，将暂态信号出现前1个周期和后4个周期作为一包数据进行保存，该数据包中包括时间信息、采样率信息和A相CVT电压数据，以及A、B、C三相电压数据信息。
在本发明的实施例中，如图4所示，固定式机柜和绝缘支撑杆通过水泥墩子固定安装在地平面上，绝缘支撑杆通过中空线缆管道与固定式机柜进行连接，集成光学传感器安装于绝缘支撑杆顶部的蝶形探头中。在本发明的实施例中，集成光学传感器为基于Pockels效应的集成光学传感器，光信号处理模块包括SLED高偏激光源、1310nm偏振分束器、1310nm检偏器、光电转换器及跨阻放大器。电信号采集处理模块包括采集单元和处理单元，其中采集单元的型号为PCIe-9814，处理单元的型号为MXC-6400。GPS模块为基于SIM28M芯片的GPS模块，通信模块为基于4G网络制式的通信模块，电压测量模块为电压互感器式电压测量模块，温度控制模块为压缩机式DKC05W型温度控制模块。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是本发明使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接。
Claims (5)
1.一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置，包括本地采集端，所述本地采集端通过无线方式与云端服务器连接，其特征在于，所述本地采集端包括信号采集前端和数据处理后端，所述信号采集前端和数据处理后端通过保偏光纤连接，且所述数据处理后端设置于一个固定式机柜内；所述云端服务器包括数据储存服务器和显示前端；
所述信号采集前端包括绝缘支撑杆和探头，所述绝缘支撑杆的底部固定于地面，所述探头安装于绝缘支撑杆顶部；所述探头包括上壳体、下壳体、集成光学传感器、安装卡槽和光纤耦合器，所述集成光学传感器安装于安装卡槽上，所述安装卡槽和光纤耦合器安装于下壳体内，所述上壳体和下壳体通过卡扣连接，所述集成光学传感器通过光纤耦合器和保偏光纤连接数据处理后端；
所述数据处理后端包括光信号处理模块、电信号采集处理模块、GPS模块、通信模块、电压测量模块和温度控制模块，所述光信号处理模块通过保偏光纤连接信号采集前端的集成光学传感器，所述光信号处理模块和GPS模块的输出端电连接电信号采集处理模块的输入端，所述通信模块双向电连接电信号采集处理模块，所述通信模块还无线连接云端服务器，所述电压测量模块的输出端电连接电信号采集处理模块的输入端，所述温度控制模块双向电连接电信号采集处理模块。
2.根据权利要求1所述的一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置，其特征在于，所述数据处理后端的光信号处理模块包括光信号发送模块和光信号探测模块，所述光信号发送模块的输出端通过保偏光纤连接集成光学传感器的输入端；所述光信号探测模块的输入端通过保偏光纤连接集成光学传感器的输出端，所述光信号探测模块的输出端电连接电信号采集处理模块的输入端。
3.根据权利要求1所述的一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置，其特征在于，所述信号采集前端的探头的上壳体和下壳体表面喷涂有室温硫化硅橡胶涂料。
4.根据权利要求1所述的一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置，其特征在于，所述信号采集前端的探头为蝶形探头。
5.根据权利要求1所述的一种固定式变电站暂态过电压实时监测装置，其特征在于，所述信号采集前端设置有A、B、C三相。
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