CN110763907A - 一种采样系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采样系统，适用于串联型柔性交流输电系统，包括电流互感器、光电采集设备、光纤信号柱、铠装光缆、光缆熔接盒、合并单元、保护装置，电流互感器采用双套配置；所述电流互感器内均含2个线圈，对被测电气量提供4路完全独立的采样；所述采样系统中配置双套完全冗余的光电采集设备,且每套光电采集设备中配置两个独立的采样模块；所述保护装置也采用双套冗余配置；所述光电采集设备将采集到的电流互感器的电信号转换为光信号并通过光纤信号柱与保护小室的保护装置进行信息的交互，装置内的DSP对光电采集设备发送过来的数据进行逻辑处理，并通过装置间的信息交互实现“四取二”功能，大大提高保护装置动作的正确性。

Description

一种采样系统

技术领域

本发明属于高压柔性交流输电系统的领域，具体的说是涉及一种串联型柔性交流输电系统中的采样系统。

背景技术

随着经济的发展，电力负荷不断增长，对电网的输送能力提出了更高的要求。尤其是对电力系统潮流控制、电压控制及短路电流控制的需求越来越多，因此柔性交流输电(Flexible AC Transmission Systems，FACTS)装置在电力系统中的应用越来越多。

FACTS根据与电网连接的方式可以分为串联装置、并联装置及串并联装置。对于并联型的装置，一般会在所需安装的母线侧安装一台降压变压器，该变压器低压端的电压根据应用实际选取为30kV、10kV的等级，从而便于采用常规的电磁互感器进行采样，以便发送给相应的控制保护装置。

目前应用的串联型柔性交流输电装置包括:串联补偿装置和串联谐振型故障电流限制装置，其示意图如图1所示。图中，51、56为输电线路两侧的母线，52、55为输电线路两侧的线路开关，53为输电线路，54为所安装的串联型装置。由于装置串联在线路中，故其对地的绝缘要求与线路对地的绝缘要求一致，为降低工程造价，将串联装置安装在钢结构的绝缘平台上，绝缘平台再由支柱绝缘子、斜拉绝缘子固定。故串联装置与地面便不存在电气联系，绝缘要求由支柱绝缘子和斜拉绝缘子来满足，而装置仅需考虑对绝缘平台的绝缘要求，大大降低了串联装置本身的绝缘水平。

考虑到串联型柔性交流输电装置串联在线路中，为确保主设备正常运行，需要配置过电压保护设备，针对这些一次主设备还需配置相应的二次保护，进而需要采集绝缘平台上对应的电气量，并将这些电气量传递给地面的保护装置，作为保护装置进行逻辑判断的依据。以固定串补为例，其典型的保护采样配置如图2所示。从图2的典型配置中可以看出，绝缘平台上用于测量电气量的互感器有8个之多，且由于绝缘平台上的设备与地面不存在电气联系，故必须将平台上的电气模拟量转换为数字光信号，并通过光纤信号柱将绝缘平台上的信号传送给地面的保护装置。如果每个互感器均配置一个光电测量系统，则采样系统的造价会特别高，且需要配置大量的光纤，使得该采样系统的故障率偏高。

不同于地面系统，该采样系统还要求其具备极低的功耗，并具有稳定可靠的供能装置。现有的应用中，采样系统采用地面激光供能的方式，但结合使用情况，其供能可靠性低，光器件易损坏。另外，由于互感器安装在强电磁环境中，故互感器的测量值也会受到电磁干扰的影响，从而造成保护装置的非正确动作。

发明内容

本发明的目的，在于提供一种串联型柔性交流输电装置用采样系统，其解决了绝缘平台上采样系统供能可靠性低、采样装置易受电磁干扰造成保护装置误动的问题。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种采样系统，适用于串联型柔性交流输电系统，包括电流互感器、光电采集设备、光纤信号柱、铠装光缆、光缆熔接盒、合并单元、保护装置，所述电流互感器、光电采集设备安装在钢结构平台上；电流互感器采用双套配置即同一电流利用两个电流互感器同时进行测量；所述电流互感器内均含2个线圈，对被测电气量提供4路完全独立的采样；所述采样系统中配置双套完全冗余的光电采集设备,且每套光电采集设备中配置两个独立的采样模块；所述保护装置也采用双套冗余配置；所述光电采集设备将采集到的电流互感器的电信号转换为光信号并通过光纤信号柱与保护小室的保护装置进行信息的交互，装置内的DSP对光电采集设备发送过来的数据进行逻辑处理，并通过装置间的信息交互实现“四取二”功能。

上述系统中，电流互感器采用穿心式互感器，仅需考虑设备对钢结构平台的绝缘。

上述系统中，所述光电采集设备由多模光纤通过光纤信号柱从合并单元处进行激光取能，同时还通过钢结构平台上的取能电流互感器处进行线路电流取能。

上述系统中，线路正常带负载运行时，采用线路取能的供能方式；当线路取能无法满足设备运行需求时，切换至激光供能的方式。

上述系统中，所述的光电采集设备，每套设备配置的激光供能为3路，且满足仅存在1路激光供能正常工作时，也能保证光电采集设备的正常运行。

上述系统中，所述的光电采集设备，硬件上选取低功耗器件、高效率光电池及发光器件，并对程序进行优化处理。

上述系统中，所述的光电采集设备，采用铝合金外壳+铸铁外壳的多层屏蔽技术进行电磁屏蔽。

上述系统中，每套保护装置配置了两块DSP插件。

上述系统中，

(1)所述的保护装置，每套装置配置了2块独立的DSP插件；

(2)所述的保护装置，双套保护共接收了4路采样信息，每块DSP插件依据独立的采样信息进行逻辑运算；

(3)所述的保护装置，通过在保护装置之间进行逻辑运算结果的信息交互，根据交互的信息，实现保护装置的“四取二”功能，仅当每套保护装置中至少有1块DSP的逻辑计算结果满足保护动作的要求，保护装置才会最终出口。

采用上述方案后，本发明具有以下有益效果：

1)该采样系统在硬件上选取了低功耗器件、高效率光电池及发光器件，并对程序进行优化处理，降低了功耗，仅采用单路激光供能就可以确保采样系统正常工作；

2)采用3路激光供能+线路电流互感器取能的混合供能方式，供能方式能可靠切换，提高了整体供能的可靠性；

3)采样系统单相采用4路冗余采样，并通过4根光纤分别发送给保护装置，保护装置之间进行逻辑判断，采取“四取二”的动作方式，大大提高保护装置动作的正确性；

4)采样系统整体延时小；

5)采样系统抗电磁干扰能力强。

附图说明

图1是一种串联型柔性交流输电装置接入电力系统的示意图；

图2是典型固定串补单线图；

图3是本发明中采样系统的原理图；

图4是本发明中推荐的固定串补单线图；

图5是两套保护装置“四取二”的逻辑框图；

其中：51、56-输电线路两侧的母线，52、55-输电线路两侧的线路开关，53为输电线路，54-所安装的串联型装置，

1、2-电流互感器，101、102-电流互感器1低功率线圈，201、202-电流互感器2低功率线圈，3-EMI滤波器，4-采样模块，5-电源模块，6-数据发送模块，10-光缆熔接盒，11-合并单元，13、14-保护装置，20-双套冗余的光电采集设备，21-绝缘钢结构平台，22-支柱绝缘子，23-斜拉绝缘子，24-光纤信号柱，25-地面，26-铠装光缆，

具体实施方式

以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。

本发明提出了一种采样系统，适用于串联型柔性交流输电系统，包括电流互感器、光电采集设备、光纤信号柱、铠装光缆、光缆熔接盒、合并单元、保护装置，所述电流互感器、光电采集设备安装在钢结构平台上；电流互感器采用双套配置即同一电流利用两个电流互感器同时进行测量；所述电流互感器内均含2个线圈，对被测电气量提供4路完全独立的采样；所述采样系统中配置双套完全冗余的光电采集设备,且每套光电采集设备中配置两个独立的采样模块；所述保护装置也采用双套冗余配置；所述光电采集设备将采集到的电流互感器的电信号转换为光信号并通过光纤信号柱与保护小室的保护装置进行信息的交互，装置内的DSP对光电采集设备发送过来的数据进行逻辑处理，并通过装置间的信息交互实现“四取二”功能。

上述系统中，电流互感器采用穿心式互感器，仅需考虑设备对钢结构平台的绝缘。

上述系统中，所述光电采集设备由多模光纤通过光纤信号柱从合并单元处进行激光取能，同时还通过钢结构平台上的取能电流互感器处进行线路电流取能。

上述系统中，线路正常带负载运行时，采用线路取能的供能方式；当线路取能无法满足设备运行需求时，切换至激光供能的方式。

上述系统中，所述的光电采集设备，每套设备配置的激光供能为3路，且满足仅存在1路激光供能正常工作时，也能保证光电采集设备的正常运行。

上述系统中，所述的光电采集设备，硬件上选取低功耗器件、高效率光电池及发光器件，并对程序进行优化处理。

上述系统中，所述的光电采集设备，采用铝合金外壳+铸铁外壳的多层屏蔽技术进行电磁屏蔽。

上述系统中，每套保护装置配置了两块DSP插件。

上述系统中，

(1)所述的保护装置，每套装置配置了2块独立的DSP插件；

(2)所述的保护装置，双套保护共接收了4路采样信息，每块DSP插件依据独立的采样信息进行逻辑运算；

(3)所述的保护装置，通过在保护装置之间进行逻辑运算结果的信息交互，根据交互的信息，实现保护装置的“四取二”功能，仅当每套保护装置中至少有1块DSP的逻辑计算结果满足保护动作的要求，保护装置才会最终出口。

如图3所示，为本发明提供的一种采样系统的具体实施例，包括电流互感器1和2、双套冗余的光电采集设备20、光纤信号柱24、铠装光缆26、光缆熔接盒10、合并单元11、保护装置14。其中电流互感器1和2、光电采集设备20安装在绝缘钢结构平台21上，绝缘钢结构平台21由支柱绝缘子22、斜拉绝缘子23共同支撑固定在地面25，起到承载主设备和对地绝缘的作用。下面对各个部件进行详细的介绍。

如图4所示，固定串补中共有8个电流量需要采集，每个电流配置了2只电流互感器进行采集。图3中，仅示意了其中一个电流量采用2只电流互感器进行采集的方式，所用的电流互感器为穿心式互感器，其中电流互感器1中配置了2个低功率线圈101和102，电流互感器2中配置了2个低功率线圈201和202。电流互感器采集的电气量通过屏蔽电缆接入EMI滤波器3中，由EMI滤波器滤除掉干扰信号后接入采样模块4中。采样模块4配置了低功耗CPLD(Complex Programmable Logic Device)，功耗控制在140mW以内，该采样模块4由电源模块5提供稳定可靠的直流电源。电源模块5由3路多模光纤通过光纤信号柱24从地面的合并单元11处进行激光取能，同时电源模块5还通过绝缘平台上的取能电流互感器处进行线路电流取能。按照设计要求，单根光纤的激光供能或单独由取能电流互感器进行线路电流供能均能满足采样模块4的正常工作。当串联型柔性交流输电装置从系统中退出时，采样模块4单独由3路激光进行供能，当串联型柔性交流输电装置投入运行时，通过电源模块5中所配置的电源监视功能，当监视发现取能电流互感器线路供能满足要求，则会延时一段时间切换至线路取能电流互感器供能的方式。

采样模块4采集到数据后通过数据发送模块6经过光纤将数据发送至合并单元11，其中，采样模块4的采样频率高达40kHz，合并单元11在接收到采样数据后，不做数据处理，直接将其透明转发至保护装置13、14，可以降低数据采集过程的时延。保护装置13、14分别配置了DSP(Digital Signal Processor)131、132、141、142。本发明中，4块DSP分别接收4路独立的采样信息，并单独对其进行逻辑处理，保护装置13、14之间通过光纤进行逻辑处理结果的快速交互，根据图5所示的框图，进行“四取二”判断，若满足要求，保护装置13、14才会出口动作，有效防止由于一路采样异常导致保护装置的误动。

考虑到绝缘平台上的电磁干扰，采样模块4采用了双层屏蔽，首先由铝合金外壳对电场进行屏蔽，然后再由铸铁外壳对磁场进行屏蔽，从而保证采样模块4不受电磁干扰。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (9)

1.一种采样系统，适用于串联型柔性交流输电系统，包括电流互感器、光电采集设备、光纤信号柱、铠装光缆、光缆熔接盒、合并单元、保护装置，所述电流互感器、光电采集设备安装在钢结构平台上；其特征在于：电流互感器采用双套配置即同一电流利用两个电流互感器同时进行测量；所述电流互感器内均含2个线圈，对被测电气量提供4路完全独立的采样；所述采样系统中配置双套完全冗余的光电采集设备,且每套光电采集设备中配置两个独立的采样模块；所述保护装置也采用双套冗余配置；所述光电采集设备将采集到的电流互感器的电信号转换为光信号并通过光纤信号柱与保护小室的保护装置进行信息的交互，装置内的DSP对光电采集设备发送过来的数据进行逻辑处理，并通过装置间的信息交互实现“四取二”功能。

2.如权利要求1所述的采样系统，其特征在于：电流互感器采用穿心式互感器，仅需考虑设备对钢结构平台的绝缘。

3.如权利要求1所述的采样系统，其特征在于：所述光电采集设备由多模光纤通过光纤信号柱从合并单元处进行激光取能，同时还通过钢结构平台上的取能电流互感器处进行线路电流取能。

4.如权利要求3所述的采样系统，其特征在于：线路正常带负载运行时，采用线路取能的供能方式；当线路取能无法满足设备运行需求时，切换至激光供能的方式。

5.如权利要求3所述的采样系统，其特征在于：所述的光电采集设备，每套设备配置的激光供能为3路，且满足仅存在1路激光供能正常工作时，也能保证光电采集设备的正常运行。

6.如权利要求1所述的采样系统，其特征在于：所述的光电采集设备，硬件上选取低功耗器件、高效率光电池及发光器件，并对程序进行优化处理。

7.如权利要求1所述的采样系统，其特征在于：所述的光电采集设备，采用铝合金外壳+铸铁外壳的多层屏蔽技术进行电磁屏蔽。

8.如权利要求1所述的采样系统，其特征在于：每套保护装置配置了两块DSP插件。

9.如权利要求1至8任一项所述的采样系统，其特征在于：

(1)所述的保护装置，每套装置配置了2块独立的DSP插件；

(2)所述的保护装置，双套保护共接收了4路采样信息，每块DSP插件依据独立的采样信息进行逻辑运算；

(3)所述的保护装置，通过在保护装置之间进行逻辑运算结果的信息交互，根据交互的信息，实现保护装置的“四取二”功能，仅当每套保护装置中至少有1块DSP的逻辑计算结果满足保护动作的要求，保护装置才会最终出口。

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