CN112327117A - 换流站直流转换开关电场及电流的测量装置及其测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置及其测量方法，利用ZigBee处理器作为主处理器，ARM处理器作为从处理器，当换流站直流转换开关准备切换前，后台通过ZigBee处理器唤醒ARM处理器从而进入全速工作模式，当直流转换开关切换结束后，后台通过ZigBee处理器关闭ARM处理器从而进入休眠工作模式。本发明很好的解决了测量装置省电问题。采用本方明的换流站直流转换开关电场及电流测量装置可以在单个电池供电的情况下使用5年以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，尤其涉及换流站直流转换开关电场及电流的测量装置及其测量方法。
背景技术
直流转换开关是超高压直流工程直流场的关键设备，主要用于直流输电系统各种运行方式的转换，接地系统的转换、故障处理等。
当前国内外对避雷器的在线监测研究主要应用于交流避雷器。指针式避雷器在线监测仪是变电站普遍使用的在线监测设备，其最大的优点就是无需供电，并能准确地读出全电流和雷击次数等相关参数。但是随着科技进步，变电站智能化改造的进行，指针式避雷器的不足也越来越明显：其一，全电流法的测量方式虽然简单明了，但是还是不能准确反应避雷器的工作状态，其二，没有网络连接，无法进行数据传输，因此无法对避雷器进行实时在线监测和数据共享。其三，需要操作人员定时去变电站现场抄表，如果抄表间隔比较长，事故将不容易被监测到。已有基于光纤或无线网络技术的交流避雷器在线监测传感装置可以采集避雷器泄漏电流、雷击次数，并进行阻性电流的计算，能实时监测避雷器的工作状态，但是无法直接应用于直流场并联避雷器。对于特高压直流换流站内直流场并联避雷器监测技术的研究和应用需要研究全新的在线监测装置，重点在于监测并联避雷器动作电流的一致性。
由于直流转换开关避雷器运行工况特殊，现有标准规定的暂时过电压耐受试验和均流特性试验无法完全覆盖现场可能出现的工况，无法满足直流转换开关并联避雷器的一致性检验的要求，无法做到提前发现劣化的单支避雷器。
为了准确的测量各避雷器特性的一致性，需要将多只并联避雷器同时施加标准波形，幅值接近保护残压的冲击电压，测量出流过避雷器的最小电流和最大电流，差异要在设计允许的范围之内，而这个实验目前在现场几乎无法进行。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置及其测量方法。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，
包括：
第一ZigBee无线，用于和数据汇集单元机后台进行数据交互及接收后台命令；
ZigBee主处理器，用于无线通信数据的解析和发送，同时可以控制电源芯片的开关，所述ZigBee主处理器与第一ZigBee无线相交互连接；
一次性高容量电池，用于测量装置的供电，与ZigBee主处理器和电源芯片相连；
电源芯片，用于供电，所述电源芯片的输出端与ARM从处理器电流测量单元、电场测量单元以及时钟同步模块的供电端相连；
ARM从处理器，用于控制数据采样及采样数据的同步，所述ARM从处理器分别与电流测量单元、电场测量单元以及时钟同步模块相交互连接；
时钟同步模块，用于提供精准的实时采样时钟；
电流测量单元，用于对直流转换开关LC振荡回路及避雷器顶端线路电流采样；
电场传感器，用于对直流转换开关LC振荡回路及避雷器顶端线路电场采样。
优选地，所述的一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，所述数据汇集单元机后台包括第二ZigBee无线、数据汇集单元以及后台服务器，所述第二ZigBee无线与第一ZigBee无线相交互连接，所述第二ZigBee无线与数据汇集单元相交互连接，所述数据汇集单元与后台服务器相交互连接。
优选地，所述的一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，测量装置设有两种工作状态，低功耗模式和全速工作模式。
一种测量方法，包括以下步骤：
步骤1：测量装置装上电池后，ZigBee主处理器及第一ZigBee无线开始正常工作，第一ZigBee无线和数据汇集单元保持无线连接，其它部分全部关闭；
步骤2：转换开始前，后台服务器发送测量装置启动命令，通过数据汇集单元将命令传给ZigBee主处理器，ZigBee主处理器控制电源芯片打开，ARM从处理器、电流测量单元、电场测量单元及时钟同步模块上电，测量装置进入全速运行状态，即全速工作模式；
在全速工作模式下，测量装置会持续的采样电流瞬时值并打上时间标签，一旦电流发生突变且超过预设定值，测量装置就会记录发生突变的时间点，并将该时间点前1个和后4个工频周波共100ms的电流及电场波形数据存入装置内部的FLASH，同时测量装置会将发生电流突变事件信息上报给后台服务器，后台服务器中的软件根据需要调取各装置内的录波电流波形；
步骤3：全速工作1小时后，ZigBee主处理器控制电源芯片关闭，测量装置进入低功耗模式。
优选地，所述的一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，所述步骤1中，测量装置处于低功耗模式，耗电小于15uA。
优选地，所述的一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，所述步骤2中测量装置可根据后台服务器命令将当前时间之前15分钟之内任意时间点的电流波形发送给后台服务器。
优选地，所述的一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，所述步骤3中可以通过后台服务器发送给测量装置关闭命令。
借由上述方案，本发明至少具有以下优点：
本发明可的测试装置不需要考虑一二次高压隔离，同时能提供电源的稳定供电，而且可以进行任意位置的安装，解决测量装置低功耗及省电设计，有效达到降低成本的目的。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明测量装置系统说明图；
图2是本发明测量装置在不同状态点电流消耗统计图。
附图表记的含义如下。
101 第一ZigBee无线 102 ZigBee主处理器
103 一次性高容量电池 104 电源芯片
105 ARM从处理器 106 时钟同步模块
107 电流测量单元 108 电场测量单元
201 第二ZigBee无线 202 数据汇集单元
203 后台服务器
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例
如图1所示，一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，测量装置1包括，
第一ZigBee无线101，用于和数据汇集单元机后台2进行数据交互及接收后台命令；
ZigBee主处理器102，用于无线通信数据的解析和发送，同时可以控制电源芯片104的开关，所述ZigBee主处理器102与第一ZigBee无线101相交互连接；
一次性高容量电池103，用于测量装置的供电，与ZigBee主处理器102和电源芯片104相连；
电源芯片104，用于供电，所述电源芯片104的输出端与ARM从处理器105、电流测量单元107、电场测量单元108以及时钟同步模块106的供电端相连；
ARM从处理器105，用于控制数据采样及采样数据的同步，所述ARM从处理器105分别与电流测量单元107、电场测量单元108以及时钟同步模块106相交互连接；
时钟同步模块106，用于提供精准的实时采样时钟；
电流测量单元107，用于对直流转换开关LC振荡回路及避雷器顶端线路电流采样；
电场传感器108，用于对直流转换开关LC振荡回路及避雷器顶端线路电场采样；
其中，所述数据汇集单元机后台2包括第二ZigBee无线201、数据汇集单元202以及后台服务器203，所述第二ZigBee无线201与第一ZigBee无线101相交互连接，所述第二ZigBee无线201与数据汇集单元202相交互连接，所述数据汇集单元202与后台服务器203相交互连接。
本发明中测量装置和后台汇集单元通过ZigBee无线通信，ZigBee是一种无线连接，可工作2.4GH公用频段上，具有最高250kbit/s的传输速率，它的传输距离在10-75m的范围内。作为一种无线通信技术，ZigBee具有如下特点：
低功耗：由于ZigBee的传输速率低，发射功率仅为1mW，而且采用了休眠模式，功耗低，据估算ZigBee设备仅靠两节5号电池就可以维持长达6个月到2年左右的使用时间，因此ZigBee设备非常省电。这是其它无线设备望尘莫及的。
时延短：通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短，典型的搜索设备时延30ms，休眠激活的时延是15ms；活动设备信道接入的时延为15ms。因此ZigBee技术适用于对时延要求苛刻的无线控制(如工业控制场合等)应用。
网络容量大：一个星型结构的ZigBee网络最多可以容纳254个从设备和一个主设备，一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络,而且网络组成灵活。
可靠：采取了碰撞避免策略，同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避开了发送数据的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输模式，每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息。如果传输过程中出现问题可以进行重发。
安全：ZigBee提供了基于循环冗余校验(CRC)的数据包完整性检查功能,支持鉴权和认证，采用了AES-128的加密算法,各个应用可以灵活确定其安全属性。
ZigBee网络中有三种设备，分别是协调器，路由器和终端。协调器负责建立网络，每个网络中只有一个协调器。路由器同时具有路由和终端的功能，负责数据转发，路由器没有睡眠模式。终端没有路由功能，终端有睡眠模式。通常协调器连接上位机PC，网络中所有设备的数据最终都传给协调器。在本发明中测量装置中ZigBee无线101设置为终端。后台数据汇集单元ZigBee无线201设为协调器。
本发明中ZigBee主处理器102是装置主控制器，用于控制装置进入低功耗模式或者全速工作模式。在低功耗模式，ZigBee主处理器102关闭电源芯片104，ARM从处理器105、时钟同步模块106，电流测量单元107、电场测量单元108全部断电关闭。此时只有ZigBee主处理器102及ZigBee无线101在工作。ZigBee无线101此时在终端模式，处于极低功耗状态，整体功耗小于15uA。
测量装置ZigBee无线101和后台汇集单元ZigBee无线201心跳包设计。在低功耗模式测量装置和后台汇集单元通过心跳保持连接状态，周期是20S一次心跳包交互，持续时间0.6m。在心跳包交互瞬间测量装置电流130mA。
后台通过汇集单元ZigBee无线201向测量装置ZigBee无线101发命令，在收到启动命令后ZigBee主处理器102打开电源芯片104，此时ARM从处理器105、时钟同步模块106，电流测量单元107、电场测量单元108全部上电。时钟同步模块106进行时钟的同步，时钟同步后ARM从处理器105控制电流测量单元107、电场测量单元108开始数据采样，此时测量装置进入全速工作状态。
本发明设计了两种关闭全速工作状态的方式。后台可以发关闭命令，测量装置ZigBee主处理器102收到命令后关闭电源芯片104。另一种方式在ZigBee主处理器102设计了一个软件开关控制器，打开电源芯片104后，控制器内部开始计数，1小时候，ZigBee主处理器102会关闭电源芯片104，这种设计可以避免后台忘记关机导致电池耗净的情况。
一种测量方法，包括以下步骤：
步骤1：测量装置装上电池后，ZigBee主处理器及第一ZigBee无线开始正常工作，第一ZigBee无线和数据汇集单元保持无线连接，其它部分全部关闭，测量装置处于低功耗模式，耗电小于15uA；
步骤2：转换开始前，后台服务器发送测量装置启动命令，通过数据汇集单元将命令传给ZigBee主处理器，ZigBee主处理器控制电源芯片打开，ARM从处理器、电流测量单元、电场测量单元及时钟同步模块上电，测量装置进入全速运行状态，即全速工作模式；
在全速工作模式下，测量装置会持续的采样电流瞬时值并打上时间标签，一旦电流发生突变且超过预设定值，测量装置就会记录发生突变的时间点，并将该时间点前1个和后4个工频周波共100ms的电流及电场波形数据存入装置内部的FLASH，同时测量装置会将发生电流突变事件信息上报给后台服务器，后台服务器中的软件根据需要调取各装置内的录波电流波形；
步骤3：全速工作1小时后，ZigBee主处理器控制电源芯片关闭，测量装置进入低功耗模式。
本发明中所述步骤2中测量装置可根据后台服务器命令将当前时间之前15分钟之内任意时间点的电流波形发送给后台服务器。
本发明中所述步骤3中可以通过后台服务器发送给测量装置关闭命令。
实施例一
如图2所示，测量装置在不同状态点电流消耗统计图，
表1：
表1中通过计算在不同状态点电流消耗，能够满足装置10年的工时间。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，其特征在于：
测量装置(1)包括，
第一ZigBee无线(101)，用于和数据汇集单元机后台(2)进行数据交互及接收后台命令；
ZigBee主处理器(102)，用于无线通信数据的解析和发送，同时可以控制电源芯片(104)的开关，所述ZigBee主处理器(102)与第一ZigBee无线(101)相交互连接；
一次性高容量电池(103)，用于测量装置的供电，与ZigBee主处理器(102)和电源芯片(104)相连；
电源芯片(104)，用于供电，所述电源芯片(104)的输出端与ARM从处理器(105)、电流测量单元(107)、电场测量单元(108)以及时钟同步模块(106)的供电端相连；
ARM从处理器(105)，用于控制数据采样及采样数据的同步，所述ARM从处理器(105)分别与电流测量单元(107)、电场测量单元(108)以及时钟同步模块(106)相交互连接；
时钟同步模块(106)，用于提供精准的实时采样时钟；
电流测量单元(107)，用于对直流转换开关LC振荡回路及避雷器顶端线路电流采样；
电场传感器(108)，用于对直流转换开关LC振荡回路及避雷器顶端线路电场采样。
2.根据权利要求1所述的一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，其特征在于：所述数据汇集单元机后台(2)包括第二ZigBee无线(201)、数据汇集单元(202)以及后台服务器(203)，所述第二ZigBee无线(201)与第一ZigBee无线(101)相交互连接，所述第二ZigBee无线(201)与数据汇集单元(202)相交互连接，所述数据汇集单元(202)与后台服务器(203)相交互连接。
3.根据权利要求1所述的一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，其特征在于：测量装置设有两种工作状态，低功耗模式和全速工作模式。
4.一种测量方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：测量装置装上电池后，ZigBee主处理器及第一ZigBee无线开始正常工作，第一ZigBee无线和数据汇集单元保持无线连接，其它部分全部关闭；
步骤2：转换开始前，后台服务器发送测量装置启动命令，通过数据汇集单元将命令传给ZigBee主处理器，ZigBee主处理器控制电源芯片打开，ARM从处理器、电流测量单元、电场测量单元及时钟同步模块上电，测量装置进入全速运行状态，即全速工作模式；
在全速工作模式下，测量装置会持续的采样电流瞬时值并打上时间标签，一旦电流发生突变且超过预设定值，测量装置就会记录发生突变的时间点，并将该时间点前1个和后4个工频周波共100ms的电流及电场波形数据存入装置内部的FLASH，同时测量装置会将发生电流突变事件信息上报给后台服务器，后台服务器中的软件根据需要调取各装置内的录波电流波形；
步骤3：全速工作1小时后，ZigBee主处理器控制电源芯片关闭，测量装置进入低功耗模式。
5.根据权利要求4所述的一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，其特征在于：所述步骤1中，测量装置处于低功耗模式，耗电小于15uA。
6.根据权利要求4所述的一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，其特征在于：所述步骤2中测量装置可根据后台服务器命令将当前时间之前15分钟之内任意时间点的电流波形发送给后台服务器。
7.根据权利要求4所述的一种换流站直流转换开关电场及电流的测量装置，其特征在于：所述步骤3中可以通过后台服务器发送给测量装置关闭命令。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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