CN209911490U - 超高压、特高压直流套管在线监测装置 - Google Patents
超高压、特高压直流套管在线监测装置 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种超高压、特高压直流套管在线监测装置，包括用于采集直流套管设备的电导电流数据的数据采集模块、与数据采集模块信号连接的数据分析处理模块以及接收数据分析处理模块的分析数据的通讯模块，数据分析处理模块包括依次连接信号增益和调理电路、高阶数字滤波电路、A/D转换电路和处理器单元模块电路，数据采集模块与信号增益和调理电路连接，上述处理器单元模块电路与通讯模块连接。利用前端数据采集模块、数据分析处理模块、通讯模块等设备，实现连续采集或有选择的跟踪监测电力系统中超高压、特高压直流套管设备的电导电流及其变化差等参数，经过数据分析处理后通过通讯模块传送给后台，预报设备的健康状况。
Description
技术领域
本实用新型涉及电气领域的数据监测，具体涉及一种超高压、特高压（±400～1100kV）直流套管在线监测装置。
背景技术
当今，在我国电力系统中运行着大量的超高压、特高压交、直流电气设备，其设备的安全性直接关系到电网的安全运行，由于设备制造工艺和运行中绝缘的劣化，目前电力系统大多都是采取常规方式有计划的定期停电对其进行检修和试验等工作。随着电网电压的不断提高和供电质量的要求，这种检修和试验方式越来越不适应电力系统的发展和国民经济的需求，而且停电试验的电压远远低于运行电压，不能真实的反映电气设备绝缘水平的优劣，近二十三年来，我国对高压、超高压、特高压交流电气设备已进行了在线监测的研究探讨及监测设备的研发，并在电力系统中进行了实际应用，为我国交流电网的安全运行、设备绝缘缺陷的及时发现起到了应有的作用。但是这些在线监测手段及装置都不适应超高压、特高压直流套管实际运行中的绝缘状况；更不能对超高压、特高压直流套管在输电系统运行状态下的绝缘缺陷有效发现。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种超高压、特高压（±400～1100kV）直流套管在线监测装置，解决现有的在线监测手段及装置都不适应超高压、特高压直流套管实际运行中的绝缘状况的问题。
为解决上述的技术问题，本实用新型采用以下技术方案：
一种超高压、特高压（±400～1100kV）直流套管在线监测装置，包括用于采集直流套管设备的电导电流数据的数据采集模块、与数据采集模块信号连接的数据分析处理模块以及接收数据分析处理模块的分析数据的通讯模块，上述数据分析处理模块包括依次连接信号增益和调理电路、高阶数字滤波电路、A/D转换电路和处理器单元模块电路，上述数据采集模块与信号增益和调理电路连接，上述处理器单元模块电路与通讯模块连接。
作为优选，上述数据采集模块包括多个采集元件，每个上述采集元件是由取样电阻、保护放电管和屏蔽电缆组成，上述取样电阻和保护放电管并联后的一端通过屏蔽电缆连接直流套管的信号源，另一端连接至信号增益和调理电路。
作为优选，上述信号增益和调理电路采用芯片AD623，上述高阶数字滤波电路采用芯片MAX292/296，上述A/D转换电路采用芯片AD7656。
作为优选，上述数据采集模块连接至芯片AD623的输入端，上述芯片AD623的输出端连接芯片MAX292/296的输入端，上述芯片MAX292/296的输出端连接芯片AD7656的输入端。
作为优选，上述处理器单元模块电路采用芯片LPC1768。
作为优选，上述通讯模块采用RS232接口或RS485接口。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型的装置是根据当前电力系统智能化建设的需要形势，为监测电力设备运行状态下的各种信息而设计、开发的，在不改变超高压、特高压直流套管原有运行状态、条件、技术和性能的情况下，利用前端数据采集模块、数据分析处理模块、通讯模块等设备，实现连续采集或有选择的跟踪监测电力系统中超高压、特高压直流套管设备的电导电流及其变化差等参数，经过数据分析处理后通过通讯接口传送给后台，预报设备的健康状况，实现预警、报警等功能。
本实用新型的在线监测装置，由于采用了模块化结构，实现了系统的灵活配置，能够适应不同类型的超高压、特高压直流套管就地实时监测，并可以通过通讯接口传送给相关的后台设备，实现智能化在线监测，符合电力系统设备绝缘状态监测的发展趋势。这样就可以对有缺陷或怀疑有缺陷的设备进行有选择、有目的的跟踪、分析，制定维护策略，减少停电次数和重复性工作，从而可大大提高超高压、特高压直流电网的运行安全和供电小时数。
附图说明
图1为本实用新型的电路结构框图。
图2为本实用新型的芯片AD623的信号调理、增益电气原理图。
图3为本实用新型的A/D转换芯片AD7656与CPU接口数据传输时序图。
图4为本实用新型的A/D转换芯片AD7656的信号检测电气原理图。
图5为本实用新型的处理器单元模块电路LPC1768的核心板电气原理图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
参见图1，本实用新型的一种超高压、特高压（±400～1100kV）直流套管在线监测装置，包括用于采集直流套管设备的电导电流数据的数据采集模块、与数据采集模块信号连接的数据分析处理模块以及接收数据分析处理模块的分析数据的通讯模块，上述数据分析处理模块包括依次连接信号增益和调理电路、高阶数字滤波电路、A/D转换电路和处理器单元模块电路，上述数据采集模块与信号增益和调理电路连接，上述处理器单元模块电路与通讯模块连接。
上述数据采集模块包括多个采集元件，每个上述采集元件是由取样电阻、保护放电管和屏蔽电缆组成，上述取样电阻和保护放电管并联后的一端通过屏蔽电缆连接直流套管的信号源，另一端连接至信号增益和调理电路。其中取样电阻采用精密电阻PZFR系列；保护放电管采用GS37—601N/600V；屏蔽电缆采用RVSP或者KVVRP。采集元件与数据分析处理模块采用2芯屏蔽信号线连接，线缆端头采用防水航空插头，采集元件输出的信号输入到分析处理模块的主板后与主板信号调理电路连接，包括前级放大与模拟低通滤波器。采集元件与数据分析处理模块中型号为高精度仪表放大器AD623芯片进行连接。
上述信号增益和调理电路采用芯片AD623，上述高阶数字滤波电路采用芯片MAX292/296，上述A/D转换电路采用芯片AD7656。
上述数据采集模块连接至芯片AD623的输入端，上述芯片AD623的输出端连接芯片MAX292/296的输入端，上述芯片MAX292/296的输出端连接芯片AD7656的输入端。
上述处理器单元模块电路采用芯片LPC1768。
经过调理的模拟信号输入到双极性16位高速AD转换器AD7656的信号采样保持输入端进行转换，AD7656与处理器LPC1756之间采用4线SPI高速串行接口连接。AD7656与LPC1756之间为全双工双向串行数字量传输。数据分析与处理模块的各芯片之间常用高速双向串行接口：SPI或I2C接口，PCB板级芯片间数据传输。
上述通讯模块采用RS232接口或RS485接口。处理器LPC1768与外设之间的通讯有两种方式，一种是USB2.0接口为芯片自带的全功能USB口，一种是RS232接口或RS485接口，通过RS232口的驱动芯片MAX232或65LBC184与外设通讯。
针对本实用新型中的在线监测装置，其具体的原理如下：
1、信号调理、增益电路电气原理
信号调理滤波及增益电路采用8阶数字滤波芯片MAX292和精密仪表运放AD623构建，8阶数字滤波芯片MAX292负责完成套管泄漏电流信号所包含交流成分的滤除，消除高次谐波对信号检测带来的影响，实现信号调理，供后级A/D转换处理。
一次侧泄漏电流信号极其微弱，仅为几个微安至数十微安，因此对信号输出的调理、放大提出很高要求。采用仪表专用运算放大器AD623可以比较好的实现精密信号调理放大，8阶开关电容滤波器MAX292是具有10倍频程截止频率的高性能滤波芯片,采用MAX292可以有效滤除交流成分对测量的干扰，芯片AD623调理及增益电路如图2所示。
2、信号转换及数据采集电路电气原理
装置所采用的AD转换芯片是美国模拟器件公司（ADI半导体）的双极性16位高速同步AD转换芯片AD7656，高速AD芯片AD7656具有最大4 LSBS INL和每通道达250kSPS的采样率，并且在片内包含一个2.5V内部基准电压源和基准电压缓冲器。采样电路包含一个低噪声、宽带采样保持放大器（T/H），以便处理输入频率高达8MHz的信号。AD7656还具有高速并行和串行接口，可以与微控制器MCU或数字信号处理器（DSP）连接。装置中AD7656工作在并行接口方式下，采用分布式结构实现前端所有信号采样装置输出信号的采集与处理，通过现场总线把多个数据采集装置连接到一个总线接口上将采集到的数据上传至后台系统。
AD7656具有独立的六通道逐次逼近型（SAR）的模数转换器，转换处理和数据的精度是通过CONVST信号和一个内部振荡器控制。3个CONVST管脚允许3路采样元件独立同步采样。当3个CONVST管脚连接到一起时，就可以进行6个通道的同步采样。 AD7656具有高速的并行和串行接口，允许其与处理器MCU和DSP实现并行或串行接口设计。在本实用新型直流套管在线监测装置中，我们采用了并行接口设计，可以实现多组采样元件的分布式信号处理架构以及高速信号采样，信号检测以及数据采集流程如图3所示。
首先，通过处理器MCU或DSP控制CONVST管脚启动转换，并保持该信号为高电平。AD7656启动转换信号后会自动输出BUSY信号，BUSY信号下降沿时，代表全部全部采样元件的输出信号采样已经全部完成。此时，AD7656内部的6个寄存器中已经保存了转换的数据，然后通过控制片选CS和读RD信号依次顺序读出6个通道AD转换值。读出AD转换值后，改变CONVST为低电平信号，信号采样过程中转换过程中CONVST管脚始终保持高电平，套管泄漏电流信号采样值经处理器MCU处理并解算后得出当前状态值供后台诊断系统分析处理。
本监测装置采用的主处理器是LPC1768 ，该款处理器是NXP公司推出的基于ARMCortex-M3 内核的微控制器LPC17XX 系列中的一员，LPC17XX 系列Cortex-M3 微处理器用于处理要求高度集成和低功耗的嵌入式应用。
基于LPC1768和AD7656组成的信号检测与处理电路电气原理图如图4、5所示，经信号调理电路处理后的信号输入AD7656的信号采样/保持电路，转换结果输出由DB0 ~ DB15直接连接到LPC1768的数据线D0~D15。CONVST、CS、RESET、BUSY、RANGE、WR、RD等控制信号经隔离后连接到上，LPC1768得到采集开始信号后，使片选CS有效，控制CONVST进行启动AD7656进行转换，在转换结束后，BUSY信号使处理器产生中断，LPC1768读取并暂存数据。
关于芯片AD7656主要控制引脚功能如下：
1）数字电源(DVCC)和模拟电源(AVCC)均采用+5V供电；
2）VDD接+15V，VSS接-15V电源；
3）VDRIVE是逻辑电源输入，可接受2.7~ 5.25v的电压，此引脚的电压决定逻辑接口的工作电压，因此我们设计VDRIVE接+3.3V，这样输出的逻辑信号可以直接与LPC1768进行连接，无需进行电平转换；
4）图4中：REFCAPA、REFCAPB、REFCAPC为参考电压引脚，0.1µF的去耦电容连接到这些引脚，以便对每对ADC的基准电压源缓冲进行去藕，并连接至模拟地。
该装置是根据当前电力系统智能化建设的需要形势，为监测电力设备运行状态下的各种信息而设计、开发的，在不改变超高压、特高压直流套管原有运行状态、条件、技术和性能的情况下，利用前端数据采集模块、数据分析处理模块、通讯模块等设备，实现连续采集或有选择的跟踪监测电力系统中超高压、特高压直流套管设备的电导电流及其变化差等参数，经过数据分析后通过通讯接口传送给后台，预报设备的健康状况，实现预警、报警等功能。
在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、“优选实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。
尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变形和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。
Claims (6)
1.一种超高压、特高压直流套管在线监测装置，其特征在于：包括用于采集直流套管设备的电导电流数据的数据采集模块、与数据采集模块信号连接的数据分析处理模块以及接收数据分析处理模块的分析数据的通讯模块，所述数据分析处理模块包括依次连接信号增益和调理电路、高阶数字滤波电路、A/D转换电路和处理器单元模块电路，所述数据采集模块与信号增益和调理电路连接，所述处理器单元模块电路与通讯模块连接。
2.根据权利要求1所述的超高压、特高压直流套管在线监测装置，其特征在于：所述数据采集模块包括多个采集元件，每个所述采集元件是由取样电阻、保护放电管和屏蔽电缆组成，所述取样电阻和保护放电管并联后的一端通过屏蔽电缆连接直流套管的信号源，另一端连接至信号增益和调理电路。
3.根据权利要求1或2所述的超高压、特高压直流套管在线监测装置，其特征在于：所述信号增益和调理电路采用芯片AD623，所述高阶数字滤波电路采用芯片MAX292/296，所述A/D转换电路采用芯片AD7656。
4.根据权利要求3所述的超高压、特高压直流套管在线监测装置，其特征在于：所述数据采集模块连接至芯片AD623的输入端，所述芯片AD623的输出端连接芯片MAX292/296的输入端，所述芯片MAX292/296的输出端连接芯片AD7656的输入端。
5.根据权利要求1所述的超高压、特高压直流套管在线监测装置，其特征在于：所述处理器单元模块电路采用芯片LPC1768。
6.根据权利要求1所述的超高压、特高压直流套管在线监测装置，其特征在于：所述通讯模块采用RS232接口或RS485接口。
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