CN204389611U - 基于arm的电力电容器在线监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种基于ARM的电力电容器在线监测装置，包括：电容电压电流数据采集模块、电容器本体温度传感器、环境温度传感器、信号调理电路、控制器、数据传输模块，所述电容器本体温度传感器、环境温度传感器分别采集电容器温度和环境温度，所述电容电压电流数据采集模块采集电容的电压值和电流值，所述电容电压电流数据采集模块信号输出端连接信号调理电路信号输入端，所述信号调理电路信号输出端连接控制器AD转换模块输入端，所述控制器信号输出端连接数据传输模块信号输入端，通过数据传输模块与上位机进行无线链接，所述上位机计算电容值、电容器温度值并在线监测，对电容器组的运行状态进行监控，达到故障预警的目的。

Description

基于ARM的电力电容器在线监测装置

技术领域

本实用新型涉及电力电路领域，尤其涉及一种基于ARM的电力电容器在线监测装置。

背景技术

近年来，随着电网的不断发展，无功补偿装置的大量投运，使得电容器组在运行中暴露出不少问题，特别是电容器组差压保护频繁动作跳闸，影响了电力系统的无功补偿，并严重影响到了电网的电能质量，降低了电网运行的安全性和可靠性。同时，频繁的差压保护动作耗费了大量的人力成本，增加了系统连续稳定运行的维护成本，降低了系统的稳定性。

研究表明，电容器本体故障是产生差压保护动作的主要因素之一。比如在运行过程中，如果电容器组单元内部的内熔丝熔断切断故障元件会导致电容量不平衡。当遇到电网波动或暂态不平衡时故障元件扩大，同时，故障元件被内熔丝不断隔离，电容量不平衡继续加大，最终超出定值，导致差压保护动作。所以亟需本领域技术人员对电力电容器进行实时数据监测，并且采取相应的控制措施。

实用新型内容

本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种基于ARM的电力电容器在线监测装置。

为了实现本实用新型的上述目的，本实用新型提供了一种基于ARM的电力电容器在线监测装置，包括：电容电压电流数据采集模块、电容器本体温度传感器、环境温度传感器、信号调理电路、控制器、数据传输模块，

所述电容电压电流数据采集模块采集电容的电压值和电流值，所述电容电压电流数据采集模块信号输出端连接信号调理电路信号输入端，所述信号调理电路信号输出端连接控制器AD转换模块输入端，所述控制器信号输出端连接数据传输模块信号输入端，通过数据传输模块与上位机进行无线链接，所述上位机计算电容值并在线监测；

所述电容器本体温度传感器信号输出端连接信号调理电路的信号输入端，所述信号调理电路信号输出端连接控制器AD转换模块输入端，所述控制器信号输出端连接数据传输模块信号输入端，通过数据传输模块与上位机进行无线链接，上位机对电容温度值在线监测；

所述环境温度传感器信号输出端连接信号调理电路信号输入端，所述信号调理电路信号输出端连接控制器AD转换模块输入端，所述控制器信号输出端连接数据传输模块信号输入端，通过数据传输模块与上位机进行无线链接，上位机对环境温度值在线监测。

上述技术方案的有益效果为：通过对电容器的电压电流数据和温度数据进行采集之后，将数据传输到控制器，由控制器进行运算和监控，保证电容器稳定工作。

所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，优选的，所述电容电压电流数据采集模块包括：电压互感器和电流互感器，

所述电压互感器一端连接三相电容母线电压端，所述电压互感器另一端连接信号调理电路电压信号输入端，所述电流互感器一端连接三相电容电流端，所述电流互感器另一端连接信号调理电路电流信号输入端。

所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，优选的，所述数据传输模块包括：数据接口芯片和数据传输芯片，

所述数据接口芯片信号输入端连接控制器信号输出端，所述数据接口芯片信号输出端连接数据传输芯片信号输入端，所述数据传输芯片信号输出端无线链接上位机。

所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，优选的，所述数据接口芯片为TL16C752。

上述技术方案的有益效果为：使用的数据接口芯片能够保证数据稳定传输，成本低廉。

所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，优选的，所述数据传输芯片为LPC2134和CDMAEM323。

所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，优选的，所述控制器为STM32F303VCT6。

上述技术方案的有益效果为：上述电路元器件能够稳定的工作，保证数据传输和运算准确。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

本实用新型为一套电力电容器在线监测系统，对运行过程中的电容值进行实时监测，并辅之以电容器表面温度等参数对电容器组的运行状态进行监控，达到故障预警的目的。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型基于ARM的电力电容器在线监测装置示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

如图1所示，本实用新型提供了一种基于ARM的电力电容器在线监测装置，包括：电容电压电流数据采集模块、电容器本体温度传感器、环境温度传感器、信号调理电路、控制器、数据传输模块，

所述电容电压电流数据采集模块采集电容的电压值和电流值，所述电容电压电流数据采集模块信号输出端连接信号调理电路信号输入端，所述信号调理电路信号输出端连接控制器AD转换模块输入端，所述控制器信号输出端连接数据传输模块信号输入端，通过数据传输模块与上位机进行无线链接，所述上位机计算电容值并在线监测；

所述电容器本体温度传感器信号输出端连接信号调理电路的信号输入端，所述信号调理电路信号输出端连接控制器AD转换模块输入端，所述控制器信号输出端连接数据传输模块信号输入端，通过数据传输模块与上位机进行无线链接，上位机对电容温度值在线监测；

所述环境温度传感器信号输出端连接信号调理电路信号输入端，所述信号调理电路信号输出端连接控制器AD转换模块输入端，所述控制器信号输出端连接数据传输模块信号输入端，通过数据传输模块与上位机进行无线链接，上位机对环境温度值在线监测。

上述技术方案的有益效果为：通过对电容器的电压电流数据和温度数据进行采集之后，将数据传输到控制器，由控制器进行运算和监控，保证电容器稳定工作。

所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，优选的，所述电容电压电流数据采集模块包括：电压互感器和电流互感器，

所述电压互感器一端连接三相电容母线电压端，所述电压互感器另一端连接信号调理电路电压信号输入端，所述电流互感器一端连接三相电容电流端，所述电流互感器另一端连接信号调理电路电流信号输入端。

所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，优选的，所述数据传输模块包括：数据接口芯片和数据传输芯片，

所述数据接口芯片信号输入端连接控制器信号输出端，所述数据接口芯片信号输出端连接数据传输芯片信号输入端，所述数据传输芯片信号输出端无线链接上位机。

所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，优选的，所述数据接口芯片为TL16C752。

上述技术方案的有益效果为：使用的数据接口芯片能够保证数据稳定传输，成本低廉。

所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，优选的，所述数据传输芯片为LPC2134和CDMAEM323。

所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，优选的，所述控制器为STM32F303VCT6。

上述技术方案的有益效果为：上述电路元器件能够稳定的工作，保证数据传输和运算准确。

因此，本实用新型研制出一套电力电容器在线监测系统，对运行过程中的电容值进行实时监测，并辅之以电容器表面温度等参数对电容器组的运行状态进行监控，达到故障预警的目的。

本系统的硬件电路采用基于ARM Corte-M4内核的STM32F303VCT6为主控制器，主要包括信号采集模块、A/D转换模块、温度采集模块等。本系统的硬件结构如图1所示：

信号采集模块负责将电压互感器、电流互感器和温度传感器的输出信号经过滤波和放大等预处理后，传送至控制器的AD转换模块；AD转换模块负责将模拟信号转换成数字信号，通过串口发送采样数据；数据传输模块采用无线通信技术，本系统选用华为公司的CDMA模块MC323和NXP公司的LPC2134作为数据传输的核心器件，控制器通过外扩一片TL16C752串口芯片实现与LPC2134进行数据通信。LPC2134内部集成了双串口，主要负责数据命令的解析，建立监测终端和服务器之间“透明”的UART串行通道。LPC2134的UART0用于和控制器进行数据交换，并且将数据进行封装打包，通过UART1传递给CDMA模块，实现数据的无线传输。

电容值计算：

设电容器的基波电流和基波电压分别为：

根据：可以计算实测的电容值为：

$C=\frac{I_1\cos \mathrm{\δ}}{\mathrm{\ω}{U}_1}$

由于电容器的有功损耗很小，介质损耗因数tanδ≈0.02％。因此，电容器上电流几乎是纯容性电流。

电力系统的绝大多数设备故障和异常，最初都伴随着局部或整体的过热或温度分布相对异常，因此对电容器本体温度进行监测和计算电容器本体温升能够辅助判断电容器的异常和故障状态。该判断过程为本领域技术人员通常使用的技术。本系统能够对各个电容器本体温度以及环境温度进行采集，并将数据传送到远端上位机系统，如果电容器本体温度超过整定值或者本体温度与环境温度的温升超过整定值时，上位机系统立即发出预警信号。

本系统具备实时预警功能，在系统运行时电容器组的运行参数，包括电容器电压、电流和温度被实时采集和分析。当出现电容量超限导致三相电容量不平衡，或电容器本体温度超过整定值，以及本体温度与环境温度的温升超过整定值时，上位机系统立即发出预警信号。本系统还具有统计分析功能，主要用来分析各电容器在一段时间内各参数的运行状况，包括各电容器的电容值、温升、电压有效值以及电流有效值等参数的统计分析。本系统还具备丰富的数据查询功能，用户可以根据设备编号，需要查询的时间范围来设置查询的数据，同时可以根据需要预览以及打印并导出数据，便于数据分析。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于ARM的电力电容器在线监测装置，其特征在于，包括：电容电压电流数据采集模块、电容器本体温度传感器、环境温度传感器、信号调理电路、控制器、数据传输模块，

所述电容电压电流数据采集模块采集电容的电压值和电流值，所述电容电压电流数据采集模块信号输出端连接信号调理电路信号输入端，所述信号调理电路信号输出端连接控制器AD转换模块输入端，所述控制器信号输出端连接数据传输模块信号输入端，通过数据传输模块与上位机进行无线链接，所述上位机计算电容值并在线监测；

所述电容器本体温度传感器信号输出端连接信号调理电路的信号输入端，所述信号调理电路信号输出端连接控制器AD转换模块输入端，所述控制器信号输出端连接数据传输模块信号输入端，通过数据传输模块与上位机进行无线链接，上位机对电容温度值在线监测；

所述环境温度传感器信号输出端连接信号调理电路信号输入端，所述信号调理电路信号输出端连接控制器AD转换模块输入端，所述控制器信号输出端连接数据传输模块信号输入端，通过数据传输模块与上位机进行无线链接，上位机对环境温度值在线监测。

2.根据权利要求1所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，其特征在于，所述电容电压电流数据采集模块包括：电压互感器和电流互感器，

所述电压互感器一端连接三相电容母线电压端，所述电压互感器另一端连接信号调理电路电压信号输入端，所述电流互感器一端连接三相电容电流端，所述电流互感器另一端连接信号调理电路电流信号输入端。

3.根据权利要求1所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，其特征在于，所述数据传输模块包括：数据接口芯片和数据传输芯片，

所述数据接口芯片信号输入端连接控制器信号输出端，所述数据接口芯片信号输出端连接数据传输芯片信号输入端，所述数据传输芯片信号输出端无线链接上位机。

4.根据权利要求3所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，其特征在于，所述数据接口芯片为TL16C752。

5.根据权利要求3所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，其特征在于，所述数据传输芯片为LPC2134和CDMAEM323。

6.根据权利要求1所述的基于ARM的电力电容器在线监测装置，其特征在于，所述控制器为STM32F303VCT6。