CN202533529U - 高压设备在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高压设备在线监测系统，该系统采用三层体系结构，其包含就地测量层，通过现场总线连接就地测量层的站控层，以及通过网络连接站控层的远方综合信息管理层；就地测量层包含若干设置于各高压设备中的监测单元；站控层包含若干分别与监测单元通过总线连接的站端主机控制系统；远方综合信息管理层包含通过网络连接若干站端主机控制系统的局端状态监控主站系统。本实用新型设为三层体系结构，具有灵活的可扩充性，实现由远方综合信息管理层统一管理各变电站中的高压设备，实现对大范围变电站中高压设备进行系统化和网络化实时监测，保证电网系统安全稳定工作，同时节省了大量人力物力。

Description

高压设备在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种用于电网系统的监测系统，具体涉及一种高压设备在线监测系统。

背景技术

目前，电网系统中大范围的分布有变电站，变电站中设有各种高压电气设备，若要维持电网系统的稳定工作，则需要对各高压设备进行实时监测，现有技术中对高压设备的监测技术包含有人工监测和将高压设备断路后进行检测，其缺点在于，采用人工实时监测设备的话，需要配备许多专业检测人员进行工作，耗费大量的人力、物力；同时若采用将高压设备断路后进行检测，则在检测时需要先将电网切断，才能对高压设备进行检测，导致该路无法供电，使电网工作不稳定。

实用新型内容

本实用新型提供一种高压设备在线监测系统，可实时对电网中分布于各位置的高压设备进行在线检测，并集中监控和处理该检测信息，实现监测系统的系统化和网络化。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种高压设备在线监测系统，其特点是，该系统采用三层体系结构，其包含就地测量层，通过现场总线连接就地测量层的站控层，以及通过网络连接站控层的远方综合信息管理层；

上述的就地测量层包含若干设置于各高压设备中的监测单元；

上述的站控层包含若干分别与监测单元通过总线连接的站端主机控制系统；

上述的远方综合信息管理层包含通过网络连接若干站端主机控制系统的局端状态监控主站系统。

上述的就地测量层的监测单元分为绝缘监测单元和断路器状态监测单元。

上述的绝缘监测单元包含系统电压检测单元、容性设备监测单元、氧化锌避雷器监测单元、变压器铁芯电流监测单元和环境监测单元。

上述的绝缘监测单元还包含有油气监测单元、局部放电监测单元、母线测温监测单元。

本实用新型高压设备在线监测系统和现有技术中对变压器中高压设备的监测技术相比，其优点在于，本实用新型设为三层体系结构，具有灵活的可扩充性，在分布于各个地域的变电站中的设置监测单元，由监测单元在线监测各高压设备，并通过总线连接至变电站中的站控层，再通过网络将分布于各个地域的变电站中的监测信息集中至远方综合信息管理层，实现由远方综合信息管理层统一管理各变电站中的高压设备，实现对大范围变电站中高压设备进行系统化和网络化实时监测，保证电网系统安全稳定工作，同时节省了大量人力物力。

附图说明

图1为本实用新型高压设备在线监测系统的结构示意图；

图2为本实用新型高压设备在线监测系统的监测单元的电路模块图；

图3为本实用新型高压设备在线监测系统的绝缘监测单元的原理图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本实用新型的具体实施例。

本实用新型公开了一种高压设备在线监测系统，其用于对电网系统中分布于各个地域的变电站中的高压设备进行实时监测。

如图1所示，高压设备在线监测系统采用三层体系结构，按分层分布式系统设计，积木式结构，具有灵活的可扩充性。该系统包含就地测量层1，通过RS485工业现场总线联网连接就地测量层1的站控层2，以及通过电力数据通讯网网络连接站控层2的远方综合信息管理层3。

就地测量层1包含若干设置于变电站各个高压设备中的监测单元11，各监测单元11分别监测高压设备，并传输至站控层2。

如图2所示，监测单元11采用FMU系列智能监测单元，该FMU系列智能监测单元的基本结构如下，其包含：4个互感器12、程控放大模块13、低道滤波器14、模数转换器15、DSP模块16和总线接口17。四路互感器12分别接收高压设备上的A相电流、B相电流、参考电流和C相电流。程控放大模块13设有四路通道（通道1、通道2、通道3、通道4）分别连接4路互感器12，低道滤波器14的输入端电路连接程控放大模块13的输出端，模数转换器15的输入端电路连接低道滤波器14的输出端，DSP模块16的输入端电路连接模数转换器15的输出端，DSP模块16输出端电路连接总线接口17。总线接口17连接RS485工业现场总线，通过RS485工业现场总线接入站控层2。

监测单元11的 FMU系列智能监测单元分为绝缘监测单元和断路器状态监测单元。

绝缘监测单元包含系统电压检测单元、容性设备监测单元、氧化锌避雷器监测单元、变压器铁芯电流监测单元、环境监测单元、油气监测单元、局部放电监测单元、母线测温监测单元、断路器监测单元。

系统电压检测单元采用FMU-U系统电压监测单元，用于监测各高压母线电压，为绝缘参数的计算提供电压数据，其主要监测参数包含系统三相电压、谐波电压：3、5、7、9次和系统频率。

容性设备监测单元采用 FMU-C容性设备监测单元，用于监测末屏电流、介损和等值电容。

如图3所示，绝缘监测单元工作原理如下：FMU系列绝缘监测单元，是为满足变电站高压设备绝缘在线监测特殊需要而开发的智能化监测装置。它就地完成数据信息的采集与计算，并将结果上传至站CMU。装置的基本工作是：采集所监测设备的电压和电流信号，采用优化的傅立叶分析法，求得其幅度、相位，进而得到所需的泄漏电流、介损、以及阻性电流等电气参数。

对于容性设备，通过高精度传感器，FMU-C测出设备末屏电流的幅度和相位以及与参考源的相位差，FMU-U单元测得系统电压的幅度和相位以及与参考源的相位差。通过这两信号的幅度和相位差，可计算容性设备的泄漏电流，电容，及介损。对于避雷器的绝缘参数和测量采用相同原理。

氧化锌避雷器监测单元采用FMU-M氧化锌避雷器监测单元，主要用于监测全电流、阻性电流、阻容比。避雷器阻性电流测量原理为：在正常运行情况下，避雷器的主要电流为容性电流，阻性电流只占很小部分。当阀片老化、避雷器受潮、内部绝缘部件受损或表面严重污秽时，容性电流变化不多，而阻性电流却大大增加。故监测交流全电流及其有功分量可以完全反映避雷器的绝缘状态。同样避雷器阀片的等效电气模型也可以用电容和电阻的并联模型来表示，其原理与容性设备的基本一致，只是这时用阻性电流来替代介损，其实就是Ir=Ix* tanδ。一般阻性电流大约是全电流的10%左右。

变压器铁芯电流监测单元采用FMU-I变压器铁芯电流监测单元，主要监测参数为铁芯接地电流。

环境监测单元采用FMU-E环境监测单元，用于对高压设备现场运行环境的监测有助于对绝缘状况的综合判断，提高状态诊断的准确性。主要监测参数有环境温度、环境湿度和瓷裙表面污秽电流。

断路器状态监测单元采用FMU-B断路器状态监测单元，主要监测参数有三相电流的实时值；开关的动作时间；累计的动作次数；每相的触头磨损量及累计的触头磨损量，相对剩余电寿命；开关辅助接点的动作状态；开关动作时刻的三相负荷以及短路电流波形，分合闸线圈电流波形，机械振动波形；储能电机打压时刻与储能时间。断路器状态监测单元的参数测量原理如下：断路器状态监测单元FMU-B主要适用于真空、SF6、少油或多油三大类不同电压等级的断路器。对断路器的状态监测分两个方面：机械特性监测和电寿命监测。断路器的机械特性主要包括传动机构和储能电机的状态。储能电机的监测包括日储能次数、单次储能时间。如储能周期缩短，单次储能时间变长，则说明储能系统已经出现了问题，如油路或气路发生泄漏、储能电机出力不够管路不畅等。传动机构的监测包括分合动作时的机械振动波形以及分合闸线圈电流波形。首先录下断路器正常状态下的机械振动"指纹波"，断路器传动机构出现卡涩、断裂、松动等问题，其振动事件频率和时间会发生改变；另外，分合动作撞击力度的改变也直接影响振动信号的幅度。传动机构异常的分合振动波形与正常状况的分合振动波形有明显区别。断路器传动机构的变异也直接影响分合闸线圈电流波形变化。分合闸磁铁线圈电流波形畸变、得电持续时间变长、从线圈通电到相应振动事件的时间变异等都是断路器传动机构存在故障隐患的表现。通过监测分合闸磁铁线圈电流波形、断路器传动机构和储能机构，对发现断路器机械故障隐患具有积极意义。断路器电寿命监测采用了触头累计磨损量模型：根据I-N曲线拟和的计算公式，按单次开断电流累计触头磨损量。在计算开断电流的同时，根据辅助触头与开断电流波形，计算出燃弧时间，则ΣI2t可以定量计算。通过对累计触头磨损量ΣI2t的监测来判断电寿命是目前一种比较公认的方法。

监测单元11还包含有介损和电容量测量单元，其原理如下：电容式电流互感器、耦合电容器、CVT、电容式套管这些电容型高压设备的主绝缘都可以看作是由若干个电容器串联构成的。一次高压导体的对地电压由这些串联电容器共同承担。

电容型设备的主绝缘承受一次高压，将有泄漏电流Ix流过，绝缘电介质在交变电场下会产生电导损耗和极化损耗，它们共同产生电介质损耗，因此泄漏电流中就含有有功分量和无功分量。可以把主绝缘等效为电容和电阻的并联模型。

tanδ＝Ic/Ir＝tan[90o－(ΦIx-ΦUx)]

C＝Ix/ωU

介质损耗因数tanδ对于发现绝缘整体性缺陷非常灵敏，电容型设备在运行过程中如果受潮、劣化或发生某层电容击穿，则设备的主电容量将会发生变化，所以监测电容型设备的电容量，同样也能很有效地发现绝缘缺陷。

站控层2包含有若干分别与监测单元11通过RS485工业现场总线连接的站端主机控制系统21。站端主机控制系统21（CMU）作为系统站端网络管理的通信和控制枢，完成对全站智能监测单元的同步测量控制、通信管理、数据收集、数据处理、存储；数据的查询显示、分析诊断功能；并将有关数据上传至远方综合信息管理层3。

站端主机控制系统21可收集来自现场监测单元11、公用信号单元及其它智能设备的实时信息，同时对信息加以分类、筛选、转换、及存贮。并以标准的规约经电力数据通信网向远控系统转发。也负责转发来自主站和智能装置间的操作命令，例如遥控、浏览或下发定值等。

站端主机控制系统21包含：站端设备监测管理主系统，以及分别与其连接的站端数据采集与通讯管理子系统、站端系统配置工具、站端实时数据管理与远程数据发布子系统和WEB服务子系统。

站端数据采集与通讯管理子系统主要功能为：负责与现场FMU系列智能监测单元进行通信，并具有监视功能；在采集到的原始数据基础上进行计算和处理；采用COM/DCOM技术提供与其它软件的数据和应用接口。

站端系统配置工具可对系统和监测设备参数进行灵活设置，如设备名称地址等基本信息、间隔信息、关联信息、三级预警定值信息等。

站端设备监测管理主系统用于完成人机交互功能、图形化界面、数据列表、数据存储、数据曲线生成于比较分析、报表等功能。

站端实时数据管理与远程数据发布子系统用于实现实时数据存储、发布、远程数据转发等功能。

WEB服务子系统用于实现远程IE浏览访问功能。

站端主机控制系统21的主要功能包含：

1）站内监测单元工作状态指示；

2）管理本变电站内的现场总线网络，控制和协调站内各监测单元的工作状态；

3）就地通信，收集就地智能单元的监测数据；

4）在线数据处理，对现场监测数据的处理；

5）在线保存现场监测数据；

6）远程通信，将监测数据传输给远方的诊断系统；

7）看门狗；

8）自启动、自恢复主要功能；

9）数字式电源监控系统提供远程、就地、硬节点输出报警、通信接口，可直接接入自动化系统。  

远方综合信息管理层3包含通过网络连接若干站端主机控制系统21的局端状态监控主站系统31。局端状态监控主站系统31为HVM2000局端状态监测主站系统。就地监测层1和站控层2实现了对变电站端的高压设备状态信息的采集和监控，加上远方综合信息管理层3可形成真正的系统化和网络化。局端状态监控主站系统31不但是一个全局高压设备状态信息的数据中心，也是一个设备状态信息的发布平台，可更进一步发展成为一个高压设备故障诊断、运行和检修维护的咨询管理平台。该套系统的建立和运用，促使传统意义上的在线监测系统从一个孤立的、静止的实验性系统过渡到全局的、网络化的、智能化的综合状态监测、诊断和服务管理系统。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (4)

1.一种高压设备在线监测系统，其特征在于，该系统采用三层体系结构，其包含就地测量层（1），通过现场总线连接所述就地测量层（1）的站控层（2），以及通过网络连接所述站控层（2）的远方综合信息管理层（3）；

所述的就地测量层（1）包含若干设置于各高压设备中的监测单元（11）；

所述的站控层（2）包含若干分别与所述监测单元（11）通过总线连接的站端主机控制系统（21）；

所述的远方综合信息管理层（3）包含通过网络连接若干站端主机控制系统（21）的局端状态监控主站系统（31）。

2.如权利要求1所述的高压设备在线监测系统，其特征在于，所述的就地测量层（1）的监测单元（11）分为绝缘监测单元和断路器状态监测单元。

3.如权利要求2所述的高压设备在线监测系统，其特征在于，所述的绝缘监测单元包含系统电压检测单元、容性设备监测单元、氧化锌避雷器监测单元、变压器铁芯电流监测单元和环境监测单元。

4.如权利要求2所述的高压设备在线监测系统，其特征在于，所述的绝缘监测单元还包含有油气监测单元、局部放电监测单元、母线测温监测单元。

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