CN111505451A - 一种变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，属于绝缘性能检测技术领域。该装置包括信号测量单元、信号调理单元、信号采样单元、嵌入式处理器、信号通信单元、HMI人机交互单元和电源模块；信号测量单元包括电流互感器、电压互感器和温湿度传感器；嵌入式处理器包括信号处理单元和信号分析单元；信号测量单元与信号调理单元相连；信号调理单元还与信号采样单元相连；温湿度传感器、信号采样单元分别与信号处理单元的输入端相连；信号处理单元还与信号分析单元相连；信号分析单元的还分别与信号通信单元、HMI人机交互单元相连；电源模块为装置供电。本发明装置检测精度高，抗干扰能力强，易于推广应用。
Description
技术领域
本发明属于绝缘性能检测技术领域，具体涉及一种变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置。
背景技术
变电站设备总量的40%-50%属于容性设备，这些设备的绝缘缺陷和不正常运行都会引发电力系统绝缘事故，因此在高压容性设备运行过程中实时、准确地监测其绝缘性能是十分重要和必要的。
目前变电站设备监测仍采用定期的、离线的实验检测，根据试验结果来判断设备工作状况的方法存在时效性差，精测不高的问题，由单一实验参数判断设备绝缘性能也具有不确定性，很难获得设备的真实绝缘信息。
随着嵌入式技术的发展，实现设备绝缘监测从传统的定期离线检测向实时在线监测的转变成为电力系统安全运行一个重要方向，绝缘在线监测技术综合了传感器技术、信号处理技术、数据通信技术等，具有在线监测、精度高、实时性好的特性，在线监测技术成为重要的设备绝缘监测方法的研究方向。
实现硬件推理是智能设备和智能电网建设发展的基础之一，现有的绝缘在线监测技术与装置大多采用现场测参，后台分析的工作模式，侧重设备绝缘参数的获取而忽略了参数分析过程的硬件化推理。
因此如何克服现有技术的不足是目前绝缘性能检测技术领域亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是为了克服目前变电站定期、离线的设备绝缘检测方法带来的时效性差，设备绝缘信息获得不及时，由于实验电压远低于运行电压而造成的实验性检测方法精测不高，设备绝缘检测需要停电，实验方法检测设备绝缘造成的大量人力成本和时间成本在内的计划成本投入，目前在绝缘线监测装置大多忽略了数据实时分析和硬件推理的问题，提供一种变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，该装置综合了传感器技术、信号处理技术、数据分析技术、数据通信技术、人机交互技术，实现了容性设备绝缘性能现场在线评估，且检测精度高，抗干扰能力强，易于推广应用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，包括信号测量单元、信号调理单元、信号采样单元、嵌入式处理器、信号通信单元、HMI人机交互单元和电源模块；
所述的信号测量单元包括电流互感器、电压互感器和温湿度传感器；
所述的嵌入式处理器包括信号处理单元和信号分析单元；
电流互感器、电压互感器分别与信号调理单元的输入端相连；
信号调理单元的输出端与信号采样单元的输入端相连；
温湿度传感器、信号采样单元的输出端分别与信号处理单元的输入端相连；
信号处理单元的输出端与信号分析单元的输入端相连；
信号分析单元的输出端分别与信号通信单元、HMI人机交互单元相连；
电源模块与嵌入式处理器相连；
电流互感器用于测量容性设备接地电流；
电压互感器用于获取加压于容性设备母线电压信号；
温湿度传感器用于监测设备运行的环境温湿度；
信号调理单元用于对电流互感器、电压互感器传来的信号进行预处理；
信号采样单元用于采样经信号调理单元预处理后的电信号；
信号处理单元用于对信号采样单元采样得到的信号处理计算，得到容性设备泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数；
信号分析单元用于根据信号处理单元计算得到的参数和温湿度传感器监测得到的参数对容性设备的绝缘性能进行评估；
信号通信单元用于将信号分析单元的评估结果传输至后台；
HMI人机交互单元用于将信号分析单元的评估结果进行显示；
电源模块用于供电。
进一步，优选的是，所述的预处理包括放大、滤波和隔离，以抑制高频谐波的影响，提高设备测量精度和抗干扰能力。
进一步，优选的是，信号处理单元采用快速傅里叶算法进行计算。
进一步，优选的是，信号分析单元采用模糊综合评价算法，以泄露电流、阻性电流、介质损耗值、环境温湿度为参数进行评估，得到容性设备的绝缘性能。
进一步，优选的是，HMI人机交互单元还用于显示信号处理单元计算得到的容性设备泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数。
进一步，优选的是，所述的温湿度传感器采用DH温湿度传感器。
进一步，优选的是，信号通信单元采用RS485模块。
进一步，优选的是，信号通信单元还用于将信号处理单元计算得到的容性设备泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数传输至后台。
本发明评估装置是一种以容性设备接地电流、母线电压、环境参数为数字信号源的高压容性设备绝缘性能现场在线评估装置，可以及时获得设备的绝缘信息，并现场给出设备绝缘状态评估结果，对设备安全运行状态监测和状态维修具有理论依据和指导意义，是无人值守变电站必不可少的设备绝缘信息监测装置，是智能电网的基本组件之一。
本发明与现有技术相比，其有益效果为：
1）本发明测量容性设备的接地电流、测量母线电压信号的工作过程为在线测量过程，接线简单，避免然人工检测容性设备接地电流造成的检测困难，检测精度低，周期性差，步骤繁多，操作复杂，实现困难等问题；
2）本发明具有信号调理单元，实现信号的滤波、放大、隔离与跟随，以抑制高频谐波的影响，提高装置的抗干扰能力；
3）本发明便于升级和移植，信号处理单元可根据实际需求扩展实现1路、2路及多路的ADC交流采样；
4）本发明可作为设备绝缘监测装置，也可以作为设备绝缘评估装置，还可作为设备信息采集装置；可采集到的信息包括设备泄露电流、阻性电流、介损值、环境温湿度等多个参量；
5）本发明适用于所有容性设备的绝缘信号采集，包括电容式互感器、耦合电容器组、避雷器的泄漏电流等；
6）本发明可靠性高，当数据在复杂电磁环境中传输出现传输不稳定甚至传输错误的情况，或者后台上位机出现故障时，不影响对测量结果的获取与备份。
附图说明
图1为本发明变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置的组成框图；
图2为本发明变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置的工作流程示意图；
图3为本发明变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置的工作接线示意图；
其中，1、信号测量单元；2、信号调理单元；3、信号采样单元；4、嵌入式处理器；5、信号通信单元；6、HMI人机交互单元；7、电源模块；8、电流互感器；9、电压互感器；10、温湿度传感器；11、信号处理单元；12、信号分析单元；13、容性设备。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。
实施例1
如图1~3所示，一种变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，包括信号测量单元1、信号调理单元2、信号采样单元3、嵌入式处理器4、信号通信单元5、HMI人机交互单元6和电源模块7；
所述的信号测量单元1包括电流互感器8、电压互感器9和温湿度传感器10；
所述的嵌入式处理器4包括信号处理单元11和信号分析单元12；
电流互感器8、电压互感器9分别与信号调理单元2的输入端相连；
信号调理单元2的输出端与信号采样单元3的输入端相连；
温湿度传感器10、信号采样单元3的输出端分别与信号处理单元11的输入端相连；
信号处理单元11的输出端与信号分析单元12的输入端相连；
信号分析单元12的输出端分别与信号通信单元5、HMI人机交互单元6相连；
电源模块7与嵌入式处理器4相连；
电流互感器8用于测量容性设备13接地电流；
电压互感器9用于获取加压于容性设备13母线电压信号；
温湿度传感器10用于监测设备运行的环境温湿度；
信号调理单元2用于对电流互感器8、电压互感器9传来的信号进行预处理；
信号采样单元3用于采样经信号调理单元2预处理后的电信号；
信号处理单元11用于对信号采样单元3采样得到的信号处理计算，得到容性设备13泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数；
信号分析单元12用于根据信号处理单元11计算得到的参数和温湿度传感器10监测得到的参数对容性设备13的绝缘性能进行评估；
信号通信单元5用于将信号分析单元12的评估结果传输至后台；
HMI人机交互单元6用于将信号分析单元12的评估结果进行显示；
电源模块7用于供电。
实施例2
如图1~3所示，一种变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，包括信号测量单元1、信号调理单元2、信号采样单元3、嵌入式处理器4、信号通信单元5、HMI人机交互单元6和电源模块7；
所述的信号测量单元1包括电流互感器8、电压互感器9和温湿度传感器10；
所述的嵌入式处理器4包括信号处理单元11和信号分析单元12；
电流互感器8、电压互感器9分别与信号调理单元2的输入端相连；
信号调理单元2的输出端与信号采样单元3的输入端相连；
温湿度传感器10、信号采样单元3的输出端分别与信号处理单元11的输入端相连；
信号处理单元11的输出端与信号分析单元12的输入端相连；
信号分析单元12的输出端分别与信号通信单元5、HMI人机交互单元6相连；
电源模块7与嵌入式处理器4相连；
电流互感器8用于测量容性设备13接地电流；
电压互感器9用于获取加压于容性设备13母线电压信号；
温湿度传感器10用于监测设备运行的环境温湿度；
信号调理单元2用于对电流互感器8、电压互感器9传来的信号进行预处理；
信号采样单元3用于采样经信号调理单元2预处理后的电信号；
信号处理单元11用于对信号采样单元3采样得到的信号处理计算，得到容性设备13泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数；
信号分析单元12用于根据信号处理单元11计算得到的参数和温湿度传感器10监测得到的参数对容性设备13的绝缘性能进行评估；
信号通信单元5用于将信号分析单元12的评估结果传输至后台；
HMI人机交互单元6用于将信号分析单元12的评估结果进行显示；
电源模块7用于供电。
所述的预处理包括放大、滤波和隔离，以抑制高频谐波的影响，提高设备测量精度和抗干扰能力。
信号处理单元11采用快速傅里叶算法进行计算。
信号分析单元12采用模糊综合评价算法，以泄露电流、阻性电流、介质损耗值、环境温湿度为参数进行评估，得到容性设备13的绝缘性能。
HMI人机交互单元6还用于显示信号处理单元11计算得到的容性设备13泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数。
所述的温湿度传感器10采用DH11温湿度传感器。
信号通信单元5采用RS485模块。
信号通信单元5还用于将信号处理单元11计算得到的容性设备13泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数传输至后台。
实施例3
如图1~3所示，一种变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，包括信号测量单元1、信号调理单元2、信号采样单元3、嵌入式处理器4、信号通信单元5、HMI人机交互单元6和电源模块7；
所述的信号测量单元1包括电流互感器8、电压互感器9和温湿度传感器10；
所述的嵌入式处理器4包括信号处理单元11和信号分析单元12；
电流互感器8、电压互感器9分别经过模拟电信号通路与信号调理单元2的输入端相连；
信号调理单元2的输出端与信号采样单元3的输入端（ADC接口）相连；
温湿度传感器10、信号采样单元3的输出端分别与信号处理单元11的输入端相连；
信号处理单元11的输出端与信号分析单元12的输入端相连；
信号分析单元12的输出端分别与信号通信单元5、HMI人机交互单元6相连；
电源模块7与嵌入式处理器4相连；
电流互感器8、电压互感器9用于获取容性设备13电信号，具体地，电流互感器8用于测量容性设备13接地电流；电压互感器9用于获取加压于容性设备13母线电压信号；
温湿度传感器10用于监测设备运行的环境温湿度；
信号调理单元2用于对电流互感器8、电压互感器9传来的信号进行预处理；
信号采样单元3用于采样经信号调理单元2预处理后的电信号；
信号处理单元11用于对信号采样单元3采样得到的信号处理计算，得到容性设备13泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数；
信号分析单元12用于根据信号处理单元11计算得到的参数和温湿度传感器10监测得到的参数对容性设备13的绝缘性能进行评估；
信号通信单元5用于将信号分析单元12的评估结果传输至后台进行管理；
HMI人机交互单元6用于将信号分析单元12的评估结果进行管理与显示，实现现场的人机交互；
电源模块7用于为本发明装置供电。
所述的预处理包括放大、滤波和隔离，以抑制高频谐波的影响，提高设备测量精度和抗干扰能力。
信号处理单元11采用快速傅里叶算法进行计算。
信号分析单元12采用模糊综合评价算法，以泄露电流、阻性电流、介质损耗值、环境温湿度为参数进行评估，得到容性设备13的绝缘性能。
HMI人机交互单元6还用于显示信号处理单元11计算得到的容性设备13泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数。
信号通信单元5还用于将信号处理单元11计算得到的容性设备13泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数传输至后台进行管理。
所述的温湿度传感器10采用DH11温湿度传感器。
信号通信单元5采用RS485模块，通过RS485数据传输通道，实现数据的实时传输和设备的在线监测。
本发明变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置接线方式如图3，容性设备13在母线电压的作用下会产生接地电流。在线评估装置具有双通道输入，采样率高，实时在线监测特点，在不改变被测容性设备工作状态的条件下，电流互感器3测量设备接地电流，电压互感器4测量获得母线二次电压信号，电流、电压信号经过模拟通路进入装置进行信号调理、采样、处理、分析、对话与通信，通过HMI交互实现现场的人机交互，通过SCI通信实现数据到后台的传输。
本发明信号采样位于信号调理之后，采用同步交流采样模式，实现对模拟信号到数字信号的转换。
本发明评估装置基于专用嵌入式数字信号处理器DSP芯片为主，采用全构架硬件设计。本发明保留了传统绝缘监测现场人机交互与通信功能，可与后台的评估软件配合使用也可实现现场评估，提高了设备绝缘评估获取快速性与可靠性。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (9)
1.一种变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，其特征在于，包括信号测量单元（1）、信号调理单元（2）、信号采样单元（3）、嵌入式处理器（4）、信号通信单元（5）、HMI人机交互单元（6）和电源模块（7）；
所述的信号测量单元（1）包括电流互感器（8）、电压互感器（9）和温湿度传感器（10）；
所述的嵌入式处理器（4）包括信号处理单元（11）和信号分析单元（12）；
电流互感器（8）、电压互感器（9）分别与信号调理单元（2）的输入端相连；
信号调理单元（2）的输出端与信号采样单元（3）的输入端相连；
温湿度传感器（10）、信号采样单元（3）的输出端分别与信号处理单元（11）的输入端相连；
信号处理单元（11）的输出端与信号分析单元（12）的输入端相连；
信号分析单元（12）的输出端分别与信号通信单元（5）、HMI人机交互单元（6）相连；
电源模块（7）与嵌入式处理器（4）相连；
电流互感器（8）用于测量容性设备（13）接地电流；
电压互感器（9）用于获取加压于容性设备（13）母线电压信号；
温湿度传感器（10）用于监测设备运行的环境温湿度；
信号调理单元（2）用于对电流互感器（8）、电压互感器（9）传来的信号进行预处理；
信号采样单元（3）用于采样经信号调理单元（2）预处理后的电信号；
信号处理单元（11）用于对信号采样单元（3）采样得到的信号处理计算，得到容性设备（13）泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数；
信号分析单元（12）用于根据信号处理单元（11）计算得到的参数和温湿度传感器（10）监测得到的参数对容性设备（13）的绝缘性能进行评估；
信号通信单元（5）用于将信号分析单元（12）的评估结果传输至后台；
HMI人机交互单元（6）用于将信号分析单元（12）的评估结果进行显示；
电源模块（7）用于供电。
2.根据权利要求1所述的变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，其特征在于，所述的预处理包括放大、滤波和隔离。
3.根据权利要求1所述的变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，其特征在于，信号处理单元（11）采用快速傅里叶算法进行计算。
4.根据权利要求1所述的变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，其特征在于，信号分析单元（12）采用模糊综合评价算法，以泄露电流、阻性电流、介质损耗值、环境温湿度为参数进行评估，得到容性设备（13）的绝缘性能。
5.根据权利要求1所述的变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，其特征在于，HMI人机交互单元（6）还用于显示信号处理单元（11）计算得到的容性设备（13）泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数。
6.根据权利要求1所述的变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，其特征在于，所述的温湿度传感器（10）采用DH11温湿度传感器。
7.根据权利要求1所述的变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，其特征在于，信号通信单元（5）采用RS485模块。
8.根据权利要求1所述的变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，其特征在于，信号通信单元（5）还用于将信号处理单元（11）计算得到的容性设备（13）泄露电流、阻性电流、介质损耗值参数传输至后台。
9.根据权利要求1所述的变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置，其特征在于，设有电压、电流两路模拟信号输入通路，每路信号输入对应连接一个信号调理单元（2）。
Priority Applications (1)
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| CN202010251713.0A CN111505451A (zh) | 2020-04-01 | 2020-04-01 | 一种变电站容性设备绝缘性能现场在线评估装置 |
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|---|---|
| CN111505451A true CN111505451A (zh) | 2020-08-07 |
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- 2020-04-01 CN CN202010251713.0A patent/CN111505451A/zh active Pending
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