CN202041571U - 一种基于gprs的高压直流开关振荡回路电流在线检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于GPRS的高压直流开关振荡回路电流在线检测装置，涉及一种高压直流开关振荡回路电流检测装置。本实用新型的结构是：分别与太阳能电池板（4）和蓄电池（6）连接的太阳能控制器（5）又与直流电压转化器（7）连接；直流电压转化器（7）分别与PAC（1）、传感器（2）和GPRS模块（3）连接；传感器（2）、PAC（1）、GPRS模块（3）和后台PC机（8）依次连接。本实用新型采集的数据更为精确；选用GPRS无线传输技术来进行数据的发送和接收，可以避免在现场进行铺设电缆等复杂并且昂贵的操作；适用于各大直流换流站的直流开关在线检测。

Description

一种基于GPRS的高压直流开关振荡回路电流在线检测装置

技术领域

本实用新型涉及一种高压直流开关振荡回路电流检测装置，尤其涉及一种基于GPRS的高压直流开关振荡回路电流在线检测装置。

背景技术

从80年代末以来，我国直流输电技术的研究取得了突飞猛进的进展，目前国内已投运的±500kV直流工程有十余条。我国计划在2020年前投运的直流工程将超过30条；同时，为了实现“西电东送”战略，国家正大力推进包括±400kV、±660kV、±800kV和±1000kV特高压直流输电工程的建设，未来直流输电将成为我国电网的重要组成部分。

直流开关(也称断路器)是直流输电工程换流站的重要设备之一，其主要作用是改变直流系统的运行方式和及时清除线路中出现的故障。当前国内各大换流站装设的直流开关主要有金属回路转换开关(MRTB)、大地回路转换开关(GRTS)和中性母线开关(NBS)等。

直流开关与交流开关相比，直流开关所通过的电流为直流电流，没有可直接熄灭电弧的电流零点。因此，现有应用的直流开关系统一般是在改装的交流开关上加装包括电抗器和电容器所组成的振荡回路，通过振荡回路产生的高频振荡电流，实现开关断口电流过零和电弧的熄灭，最终成功实现直流开关的开断。因而直流开关的开断能力与振荡回路的特性息息相关，振荡回路容抗、感抗和阻尼电阻的值直接影响到振荡回路中振荡电流的幅度、频率和衰减等；一旦振荡回路参数不能满足设计要求或不能良好匹配就有可能使得直流断路器开断时所产生的电弧不能熄灭，导致开关开断失败，将对直流输电系统造成严重的后果。目前，在新投运换流站交接以及已运行站的检修工作中，因为缺乏可靠的技术手段和先进的设备和装置，对直流开关振荡回路的检修工作未能有效开展，给安全生产带来了隐患。

湖北省电力试验研究院提出了一种振荡回路参数的测量方法，并已广泛应用到直流开关的现场试验中。这种测量方法必须是在离线的方式下进行的，且测量工作较为繁琐，工作量较大。图1为传统离线式测量MRTB(金属回路转换开关)振荡回路参数方法的电路原理图。

现场试验时，先将电容C两端电压充到300V左右，接着断开充电回路开关SW，并逐步闭合振荡回路开关S1和开断元件S2，此时电容C通过振荡回路放电，通过电阻分流计R和数字存储示波器SBQ完成对振荡回路电流的记录。

上述测量方法的不足之处是：

1、根据试验电流波形计算电感L和电阻R的前提是必须知道电容器C的容抗值，且现场试验时一般是使用万用表估测电容值，这给计算的精度也带来误差。

2、在搭建试验回路时，必须配置调压器和整流器等装置，由于整个直流断路器是安装在一个绝缘平台上，因而在给电容器C充电时，需从电容器C的两端引线下来；同时为了将电阻分流计R串接到放电回路中，必须从振荡回路的一个连接口上拆掉一根导线，这种试验方法接线较为繁琐，需要工作人员现场登高拆接导线；更严重的是，由于接入的导线自身的电感和电阻，会严重影响所计算得到的电感和电阻值的有效性和精确性。

3、整个试验过程必须在离线的状态下进行，导致测量的波形和计算的结果都缺乏实时性，不能有效地反映直流断路的开断过程和运行状况，同时也影响了直流输电系统的可靠性及能量可利用率。

发明内容

本实用新型的目的就在于克服传统离线测量的缺点和不足，提供一种基于GPRS的高压直流开关振荡回路电流在线检测装置。

本实用新型的目的是这样实现的：

以PAC为核心，以霍尔电流传感器作为采集设备，以GPRS作为通信手段，以太阳能电池板、蓄电池以及直流电压转化器作为装置的工作电源，通过GPRS无线传输将采集到的信号传输到后台PC机上存储起来，从而实现了对高压直流开关振荡回路电流的在线监测。

具体地说：本实用新型包括PAC、传感器、GPRS模块、太阳能电池板、太阳能控制器、蓄电池、直流电压转化器和后台PC机；

分别与太阳能电池板和蓄电池连接的太阳能控制器又与直流电压转化器连接，构成供电电源；

直流电压转化器分别与PAC、传感器和GPRS模块连接，实现供电；

传感器、PAC、GPRS模块和后台PC机依次连接，实现数据的采集、传输和处理。

本实用新型的测量原理：

与传统离线式的相比较，本实用新型不采用电阻分流计和示波器完成对振荡回路电流的记录，而是采用更加精确的PAC和霍尔电流传感器来采集振荡回路的电流，并通过GPRS无线传输技术将采集到的电流信号传输到后台PC机，从而实现了高压直流开关振荡回路电流的在线检测。

1、PAC综合了PLC的强大的网络数据处理能力及复杂的编程算法和PLC的高稳定性和可靠性。PAC的控制引擎与硬件平台无关。这样就使得在数据采集时，PAC对用户来说具有更大的灵活性和开放型。PAC除了具备体积小、软硬件设计合理、编程简单、指令系统丰富、抗干扰能力强、可与PC机通讯、使用方便灵活等。其最大的优点在于：

①具有很强的网络通讯能力和很强的实时性；

②PAC高度的开放性决定了其硬件拓展性强，根据数据采集的需要进行硬件上的拓展；

③更为高级的编程语言使编程、调试和优化变得容易；

④PAC硬件产品一般都比较小巧，具有很强的抗干扰能力，能够满足苛刻的数据采集环境要求。

2、霍尔电流传感器是利用霍尔效应的传感器。霍尔效应是指当外磁场垂直于流过金属或半导体中的电流时，会在金属或半导体中垂直于电流和外磁场的方向产生电动势的现象。霍尔传感器是基于霍尔原理制成的电流互感器，与传统的CT相比，具有体积小、量程大、频带宽、线性度好、精度高以及高灵敏度等优点，能在与主回路电隔离的非接触情况下测量各种交流、直流、脉冲以及不规则波形的电流信号，目前已在电网监控以及工业自动化等多个领域等到广泛的应用。

3、GPRS是在现有GSM系统上发展出来的一种分组数据承载业务，目的是为GSM用户提供分组形式的数据业务。GPRS采用与GSM同样的无线调制标准、同样的频带、同样的突发结构、同样的跳频规则以及同样的TDMA帧结构，这种新的分组数据信道与当前的电路交换的话音业务信道极其相似。因此，现有的基站子系统(BSS)可提供全面的GPRS覆盖。GPRS允许用户在端到端分组转移模式下发送和接收数据，而不需要利用电路交换模式的网络资源。从而提供了一种高效、低成本的无线分组数据业务。特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。

GPRS技术具有如下特点：

①采用透明双向数据传输，链路自动维护；

②GPRS理论带宽可达171.2Kb/s，实际应用带宽大约在40-70Kb/s，在此信道上提供TCP/IP连接，可以用于INTERNET连接、数据传输等应用；

③GPRS采用分组交换技术，每个用户可同时占用多个无线信道，同一无线信道又可以由多个用户共享，资源被有效的利用；

④使用GPRS技术实现数据分组发送和接收，用户永远在线且按流量计费，迅速降低了服务成本；

⑤传输距离远，可靠性高，一般数据包传输的成功率在99.9％以上。

高压直流开关的振荡回路的振荡电流频率在4KHz左右，并且处在500KV的直流高压环境和复杂的电磁环境之中，这对数据采集的抗干扰能力和采样频率提出的要求。并且数据处理实时远方后台进行，所以数据传输也是要考虑的，鉴于500KV换流站的高压环境，线缆传输数据是不可取的，所以必须要使用GPRS无线传输。此时，本实用新型选用德国倍福PAC就凸显出其优势。该PAC系统的抗电磁干扰/抗电磁辐射性能符合EN61000-6-2/EN 61000-6-4标准，具有很强的抗干扰能力；本实用新型选用的CX1020具有很强的数据处理能力以及强大的数据吞吐量使得其可以自由组合第三方数据传输设备，把数据经GPRS模块快速准确地传输到PC机。

最终显示设备与一次设备之间没有电气联系，而是通过基于GPRS的无线传输，并且到目前为止GPRS传输技术已经在种领域用得非常广泛，有着很成熟的技术基础，它还有传输距离远、传输量大、数据传输稳定可靠的优点。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

1、无须登高拆线，使试验人员安全放心，更为重要的是没有接入导线自身的电感和电阻，不影响到计算结果；

2、选用霍尔电流传感器和PAC的先进方式来采集振荡回路电流信号，使采集的数据更为精确；

3、选用GPRS无线传输技术来进行数据的发送和接收，可以避免在现场进行铺设电缆等复杂并且昂贵的操作；

4、本实用新型适用于各大直流换流站的直流开关在线检测。

附图说明

图1为传统离线式测量MRTB振荡回路参数的电路原理图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是本实用新型的应用示意图。

图中：

1-PAC；             2-传感器；      3-GPRS模块；

4-太阳能电池板；    5-太阳能控制器；6-蓄电池；

7-直流电压转化器；  8-后台PC机。

英译汉：

1、GPRS(General Packet Radio Service)-通用分组无线服务技术，它是全球通移动电话用户可用的一种移动数据业务。

2、PAC-可编程自动控制器。

3、PLC-可编程控制器。

4、MRTB-金属回路转换开关。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明：

一、总体

如图2，本实用新型包括PAC1、传感器2、GPRS模块3、太阳能电池板4、太阳能控制器5、蓄电池6、直流电压转化器7和后台PC机8；

分别与太阳能电池板4和蓄电池6连接的太阳能控制器5又与直流电压转化器7连接；

直流电压转化器7分别与PAC1、传感器2和GPRS模块3连接；

传感器2、PAC1、GPRS模块3和后台PC机8依次连接。

如图3，本实用新型的应用是将传感器2的输入端和振荡回路的电流输出端连接。

二、功能块

1、PAC1

所述PAC1选用德国Beckhoff CX1020型PC机。

CX1020可以将总线端子和EtherCAT端子直接连接。CX1020配备有1GHz的

M CPU。它是一个节省功耗的设备，能够在极低的内核电压下进行工作，其热功耗只有7WTDP(热设计功耗)。这样一来，CX1020嵌入式PC的设计非常紧凑，也不需要使用风扇。CX1020标配的基本CPU模块带有两个RJ45插口和一个集成的三端口交换机。在实际应用中，因为有了这种设备，所以无需使用另外的交换机即可方便地对线型拓扑结构进行配置。这样只需要CX1020就可以实现数据的采集和GPRS无线传输的发送控制。

CX1020的技术参数如下：

处理器：M ULV，时钟频率1GHz

内部闪存：64MB CF卡

内部主存：256MB DDR RAM(可以扩展到512MB，1G字节)

接口：2x RJ 45(内部交换机)

诊断用LED显示：1×电源诊断，2×局域网连接/功能诊断，1×WD诊断，1×闪存访问诊断

扩展插槽：1×I+II型CF卡插槽，带有弹出装置

时钟：由由内部电池支持的时钟，用于时间和日期

操作系统：微软公司的Windows CE或者嵌入版Windows XP

控制软件：TwinCAT PLC实时系统，NC PTP实时系统，NC I实时系统

系统总线：16位ISA(标准PC104接口

电源：通过系统总线(通过CX1100电源模块)

最大功耗：11W(包括CX1000-N00x系统接口)

尺寸(W x H x D)：76mm x 100mm x 91mm

近似重量：550g

工作温度：0℃...+50°

储藏温度：-25℃...+85℃

相对湿度：95％，无冷凝

抗振动/抗冲击性能：符合EN 60068-2-6/EN 60068-2-27/29标准

抗电磁及瞬时脉冲干扰/静电放电：符合EN 61000-6-2(ESD，脉冲)EN61000-6-4标准

防护等级：IP 20

此外，PAC1还带有将传感器采集到的模拟信号转化为数字信号的端子，用于处理-10到+10V范围内的信号。电压被数字化后的分辨率为16位，并在电隔离的状态下被传送到上一级自动化设备。信号的超采样周期是总线周期时间(一个总线循环有n个微循环)的整数倍(超采样系数：n)。对于每一个微循环，EtherCAT端子模块生成一个过程数据块，并且在下一个总线循环中被采集和传输。端子模块的时间基可以通过分布式时钟与其它的EtherCAT设备实现精确同步。这个过程使模拟量输入信号的瞬时分辨率增加到总线循环时间的n倍。

2、传感器2

传感器2选用大容量的霍尔电流传感器(HDC10000HA)作为测量设备。HDC10000HA系列霍尔电流传感器是应用霍尔效应原理的新一代电流传感器，能在电隔离条件下测量直流、交流、脉冲以及各种不规则波形的电流。

其特点是：

①应用霍尔原理的开环电流传感器；

②良好的线性度；

③优化的反应时间；

④宽频带，高灵敏度；

⑤无插入损耗。

性能参数：

3、GPRS模块3

所述GPRS模块3选用深圳宏电公司生产的一种可接收并传输数据的模块，其原理是利用GPRS技术实现数据的无线传输，本装置选用多点对多点的方式进行数据的传输。

4、太阳能电池板4

太阳能电池板4选用2块功率为80W的太阳能板并联运行。

5、太阳能控制器5

太阳能控制器5是一种控制太阳能电池板充电状态的模块，并对蓄电池起充电保护和过放电保护的作用。

6、蓄电池6

蓄电池6选用2块电压12V、容量40AH的铅酸蓄电池并联而成。

7、直流电压转化器7

直流电压转化器7是一种能将直流电压转化成不同大小直流电压等级的模块。

太阳能电池板4、太阳能控制器5、蓄电池6和直流电压转化器7构成供电电源，通过蓄电池6提供的12V电压，经3个直流电压变换器7之后，一个输出24V给PAC1供电，另一个输出±15V给传感器2供电，再一个输出12V给GPRS模块3供电，这样各个设备都能在额定电压下正常工作并且不影响周围的高压电器设备。

8、后台PC机8

后台PC机8是一种在后台用于接收GPRS模块3发送数据的工控机，其除了可以接收数据以外，还能对数据进行处理与分析，从而得出高压直流开关振荡回路各参数的值。

Claims (3)

1.一种基于GPRS的高压直流开关振荡回路电流在线检测装置，其特征是：

包括PAC（1）、传感器（2）、GPRS模块（3）、太阳能电池板（4）、太阳能控制器（5）、蓄电池（6）、直流电压转化器（7）和后台PC机（8）；

分别与太阳能电池板（4）和蓄电池（6）连接的太阳能控制器（5）又与直流电压转化器（7）连接；

直流电压转化器（7）分别与PAC（1）、传感器（2）和GPRS模块（3）连接；

传感器（2）、PAC（1）、GPRS模块（3）和后台PC机（8）依次连接。

2.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征是：

所述PAC（1）是Beckhoff CX1020。

3.根据权利要求1所述的在线检测装置，其特征是：

所述传感器（2）是霍尔电流传感器。

Images