CN214374980U - 容性设备泄漏电流在线监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种容性设备泄漏电流在线监测系统，包括通过光纤通讯方式连接的前端矢量采集装置和在线监测装置，所述前端矢量采集装置用于完成时域下二次电压、泄漏电流的数据采集，以及对时域信号的矢量化变换，即从时域的幅度编码数据变换为幅度和相位的矢量数据，所述矢量数据通过光纤通讯方式传输到所述在线监测装置，用于进行显示、分析和数据远传。本实用新型的在线监测系统利用电压互感器二次电压和待测设备绝缘介质对地电流的监测结果计算介损和电容，可以在线长期工作，自动连续采集，及时反映绝缘情况，为运维人员提供大量有效的长期观测数据。

Description

容性设备泄漏电流在线监测系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统技术领域，尤其涉及一种容性设备泄漏电流在线监测系统。

背景技术

电力系统容性电气设备主要包括：油浸式变压器、电抗器、电容式电压互感器、变压器高压套管、少油式电流互感器以及充油式消弧线圈。容性设备是电力生产中非常重要、昂贵的设备，在电力生产中实时了解容性电气设备的绝缘运行状态是十分必要的。

运行中变压器铁芯和夹件与箱体及其他接地部件之间是绝缘的，在电力变压器运行过程中其铁芯和夹件是一点接地的，以防止其电位升高。变压器铁芯和夹件绝缘不良或出现多点接地时，铁芯/夹件中就会产生电流、发热，发热会导致产生大量乙烯，严重时还会产生乙炔，甚至烧毁绕组。为了能及时发现电力变压器铁芯、夹件的绝缘缺陷，以便采取相应的处理措施，实施变压器铁芯、夹件对地电流是非常有意义的。

测量介质损耗对判断电气设备的绝缘状况是一种传统的、十分有效的方法。绝缘能力的下降直接反映为介损增大。进一步就可以分析绝缘下降的原因，如：绝缘受潮、绝缘油受污染、老化变质等等。测量介质损耗的同时，也能得到试品的电容量。如果多个电容屏中的一个或几个发生短路、断路，电容量就有明显的变化，因此电容量也是一个重要参数。

目前介质损耗的离线检测手段包括采用高压电容电桥方式和采用高压介质损耗测量仪方式，其中高压电容电桥的标准通道输入标准电容器的电流、试品通道输入试品电流，通过比对电流相位差测量tgδ，通过对比电流幅值测量试品电容量，因此用电桥测量介损还需要携带标准电容器、升压PT和调压器，接线也十分烦琐。高压介质损耗测量仪简称介损仪，是指采用电桥原理，应用数字测量技术，对介质损耗角正切值和电容量进行自动测量的一种新型仪器，一般包含高压电桥、高压试验电源和高压标准电容器三部分。

由于传统的介质损耗检测手段通常需要离线检测，在实际中往往得不到较好的检测，例如：

(1)数据受人工干预较多，对测量人员专业素质有很高要求。

(2)周检时间间隔长、工作量繁重，获取的数据有限，不能形成长期连续观测曲线。

(3)受气候温度、湿度变化特性无法确认，不易形成有效的判定依据。

(4)检测设备在现场作业条件恶劣，电磁干扰严重，现场测试和实验室测试会形成较大误差。

实用新型内容

为了解决上述问题，本实用新型提出一种容性设备泄漏电流在线监测系统，利用电压互感器二次电压和待测设备绝缘介质对地电流的监测结果计算介损和电容，可以在线长期工作，自动连续采集，及时反映绝缘情况，为运维人员提供大量有效的长期观测数据。

本实用新型的一种容性设备泄漏电流在线监测系统，包括通过光纤通讯方式连接的前端矢量采集装置和在线监测装置，所述前端矢量采集装置用于完成时域下二次电压、泄漏电流的数据采集，以及对时域信号的矢量化变换，即从时域的幅度编码数据变换为幅度和相位的矢量数据，所述矢量数据通过光纤通讯方式传输到所述在线监测装置，用于进行显示、分析和数据远传。

进一步的，所述前端矢量采集装置包括：

电压互感器，用于将待测设备线路中的母线电压转换为二次电压，并将所述二次电压作为电压参考信号；

泄漏电流传感器，用于采集待测设备的对地泄漏电流并作为待分析电流信号；

模拟数字转换电路，其信号输入端连接所述电压互感器和所述泄漏电流传感器的信号输出端，用于将所述电压参考信号和所述待分析电流信号转换成数字信号；

第一数字信号处理电路，其信号输入端连接所述模拟数字转换电路的信号输出端，用于对所述数字信号作分析和计算，完成对阻性电流和容性电流的矢量化计算，最终得到电压和电流的相位角和电容量信息。

进一步的，所述在线监测装置包括第二数字信号处理电路，所述第二数字信号处理电路通过光纤通讯方式连接所述第一数字信号处理电路，用于监测相关参数，实现数据融合的同时完成数据的本地备份存储，完成待测设备泄漏电流基波、3次谐波的采集和解算。

进一步的，所述相关参数包括变压器铁芯泄漏电流、夹件泄漏电流、互感器泄漏电流、套管电压、套管泄漏电流和/或环境温湿度。

进一步的，所述前端矢量采集装置和所述在线监测装置通过GPS或北斗授时系统完成采集同步。

进一步的，所述前端矢量采集装置设置有多个，多个所述前端矢量采集装置直接连接所述在线监测装置，或通过交换机系统连接所述在线监测装置。

进一步的，所述前端矢量采集装置还包括温湿度传感器，用于采集环境温湿度信息，所述温湿度传感器的信号输出端连接所述第一数字信号处理电路的信号输入端。

进一步的，所述前端矢量采集装置还包括油压压力传感器，用于采集油压压力信息，所述油压压力传感器的信号输出端连接所述第一数字信号处理电路的信号输入端。

本实用新型的有益效果在于：

本实用新型的在线监测系统利用电压互感器二次电压和待测设备绝缘介质对地电流的监测结果计算介损和电容，可以在线长期工作，自动连续采集，及时反映绝缘情况，为运维人员提供大量有效的长期观测数据。

本系统中电压来自电压互感器的二次电压，不会影响一次线路的工作运行，后端采用电子技术的模拟数字转换电路处理变换对电压互感器来说是一个几乎可以忽略的负载。本系统中电流信号来自于高精度的泄漏电流传感器，不仅仅电气上隔离了原始信号和待处理信号，而且加装位置在接地线上，不会对原有设备和一次线路作任何改造和处理。本系统不会影响任何一次线路的工作，同时接线方便，便于后期维护和升级。

附图说明

图1介质损耗正切值相量图及等值电路图；

图2本实用新型的容性设备泄漏电流在线监测系统架构图；

图3本实用新型实施例的数据采集和处理示意图；

图4本实用新型实施例的前端矢量采集装置的前视图；

图5本实用新型实施例的前端矢量采集装置的后视图；

图6本实用新型实施例的前端矢量采集装置的俯视图；

图7本实用新型实施例的在线监测装置的前视图；

图8本实用新型实施例的在线监测装置的后视图；

图9本实用新型实施例的在线监测装置的俯视图；

图10本实用新型实施例的模拟数字转换电路的电路原理图；

图11本实用新型实施例的数字信号处理电路的电路原理图。

具体实施方式

为了对本实用新型的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本实用新型的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型，即所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的容性设备泄漏电流在线监测系统的监测原理和理论基础如下：

测量介质损耗对判断电气设备的绝缘状况是一种十分有效的方法，其中介质损耗是指绝缘材料在电场作用下，由于介质电导和介质极化的滞后效应，在其内部引起的能量损耗。也叫介质损失，简称介损。此外，介质损耗角δ是指在交变电场作用下，电介质内流过的电流相量和电压相量之间的夹角(功率因数角Φ)的余角(δ)，简称介损角。介质损耗正切值tgδ又称介质损耗因数，是指介质损耗角正切值，简称介损角正切。介质损耗因数的定义如下：

tgδ＝P/Q×100％

其中，tgδ为介质损耗因数，P为试样有功功率，Q为试样无功功率。

如果取得试品的电流相量I和电压U相量，则可以得到如图1所示的相量图及等值电路图，总电流可以分解为电容电流IC和电阻电流IR合成，因此：

这正是损失角δ＝(90°-Φ)的正切值。因此现在的数字化仪器从本质上讲，是通过测量δ或者Φ得到介损因数。

由于传统的检测手段通常需要离线检测，在实际中往往得不到较好的检测，因此本实用新型提供了一种容性设备泄漏电流在线监测系统。如图2所示，该系统包括通过光纤通讯方式连接的前端矢量采集装置和在线监测装置，前端矢量采集装置用于完成时域下二次电压、泄漏电流的数据采集，以及对时域信号的矢量化变换，即从时域的幅度编码数据变换为幅度和相位的矢量数据，矢量数据通过光纤通讯方式传输到在线监测装置，用于进行显示、分析和数据远传。此外，前端矢量采集装置和在线监测装置通过GPS或北斗授时系统完成采集同步。

前端矢量采集装置包括电压互感器、泄漏电流传感器、模拟数字转换电路和第一数字信号处理电路，如图3所示，电压互感器用于将待测设备线路中的母线电压转换为二次电压，并将二次电压作为电压参考信号。泄漏电流传感器用于采集待测设备的对地泄漏电流并作为待分析电流信号。模拟数字转换电路的信号输入端连接电压互感器和泄漏电流传感器的信号输出端，用于将电压参考信号和待分析电流信号转换成数字信号。第一数字信号处理电路的信号输入端连接模拟数字转换电路的信号输出端，用于对数字信号作分析和计算，完成对阻性电流和容性电流的矢量化计算，最终得到电压和电流的相位角和电容量信息。

前端矢量采集装置的主要功能包括：实现对时域信号的采集，并就地完成矢量化工作。产生的数据将用于铁芯泄漏电流、夹件泄漏电流、互感器泄漏电流、二次电压、套管泄漏电流、环境温湿度参数检测数据补偿等参数的在线采集和处理。

优选的，前端矢量采集装置的相关参数可按如下方式设置：

(1)电压、电流测量准确度：0.05％Ux(Ix)；

(2)电压输入：额定值57.7V，80％-120％Un，采用0.02级互感器隔离输入，每一间隔浮地输入；

(3)容性漏电流输入：0-1A/0-1mA，精度0.05％，相位误差2分；

(4)接入能力：3路二次电压接入，6路电容电流通过互感器接入，3路CT(电流互感器)二次电流接口接入，1路环境温湿度通过485接口接入；

(5)数据采集：160*50sps；

(6)2路光纤以太网ST口输入输出，1路ST光纤PPS,B码输入(可配置)，1路ST光纤PPS,B码输出(可配置)；

(7)供电电源：AC220V，DC220V/110V；给油压传感器、泄漏电流传感器、环境温湿度传感器提供12VDC/0.5A电源；

(8)工作温度范围：40-70度；工作湿度范围：5％-95％。

在线监测装置包括第二数字信号处理电路，第二数字信号处理电路通过光纤通讯方式连接第一数字信号处理电路，用于监测相关参数，实现数据融合的同时完成数据的本地备份存储，完成待测设备泄漏电流基波、3次谐波的采集和解算。具体的，相关参数包括变压器铁芯泄漏电流、夹件泄漏电流、互感器泄漏电流、套管电压、套管泄漏电流和/或环境温湿度。

优选的，在线监测装置的相关参数可按如下方式设置：

(1)同步采集5个间隔电压数据，同时计算15路中每一路电压参数的幅值和相位、有效值、系统频率；整体模拟电量测量准确度：0.05％，分辨率：0.01％，采集分析时间间隔5分钟；

(2)工作电源：AC220V±10％、50Hz，DC100V/220V；

(3)整体准确度等级：PT(电压互感器)模拟量输入额定值57.7V，测量误差：80％-120％UN:0.05％读数，任意二相的相位误差为2分，分辨率为0.01％。相对介损tanδ＝±(读数*3％+0.05％)，电容量为1％Cx；

(4)电压输入范围为0-70.7V(交流)，准确度0.05级，采用0.02级互感器隔离输入，每一间隔浮地输入；

(5)同步信号使用站内时钟同步系统，支持ST光纤的IRIG-B码、PPS(秒脉冲)输入，支持ST光纤同步PPS、IRIG-B码输出；

(6)19吋4U标准机架机箱，自然散热+风冷；

(7)工作温度范围：-20-45度；工作湿度范围：5％-95％。

优选的，前端矢量采集装置采用标准2U机箱，其结构示意图如图4～6所示。在线监测装置采用标准4U机箱，其结构示意图如图7～9所示。

优选的，模拟数字转换电路主要采用AD7606P芯片，其电路原理图如图10所示。第一数字信号处理电路和第二数字信号处理电路可集成于一体，集成后的数字信号处理电路主要采用带DSP(数字信号处理)和FPU(浮点运算单元)的STM32F407VE芯片，以及SN74AHCT00D型逻辑门芯片、IPS6404L型伪静态随机存储器、TJA1050型高速CAN收发器，其电路原理图如图11所示。泄漏电流传感器采用FS-S1010型精密电流传感器，电压互感器采用元星电子TV54A71-57.7/1.47V型电压互感器。

优选的，前端矢量采集装置设置有多个，多个前端矢量采集装置直接连接在线监测装置，或通过交换机系统连接在线监测装置。一台在线监测装置不通过交换机系统可以直接连接4台前端矢量采集装置。如果中间加上交换机系统，则最多可以达到16台前端矢量采集装置。每台前端矢量采集装置可以负责一台电力变压器的数据采集。采集数据包括：铁芯泄漏电流、夹件泄漏电流、套管电压、套管泄漏电流、环境温湿度。

优选的，前端矢量采集装置还包括温湿度传感器和油压压力传感器，其中温湿度传感器用于采集环境温湿度信息，温湿度传感器的信号输出端连接第一数字信号处理电路的信号输入端。具体的，温湿度传感器可采用WSK-ZRB(TH)型温湿度控制器。油压压力传感器，用于采集油压压力信息，油压压力传感器的信号输出端连接第一数字信号处理电路的信号输入端。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“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，或者是本实用新型使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是有线连接，也可以是无线连接。

Claims (8)

1.一种容性设备泄漏电流在线监测系统，其特征在于，包括通过光纤通讯方式连接的前端矢量采集装置和在线监测装置，所述前端矢量采集装置用于完成时域下二次电压、泄漏电流的数据采集，以及对时域信号的矢量化变换，即从时域的幅度编码数据变换为幅度和相位的矢量数据，所述矢量数据通过光纤通讯方式传输到所述在线监测装置，用于进行显示、分析和数据远传。

2.根据权利要求1所述的一种容性设备泄漏电流在线监测系统，其特征在于，所述前端矢量采集装置包括：

电压互感器，用于将待测设备线路中的母线电压转换为二次电压，并将所述二次电压作为电压参考信号；

泄漏电流传感器，用于采集待测设备的对地泄漏电流并作为待分析电流信号；

模拟数字转换电路，其信号输入端连接所述电压互感器和所述泄漏电流传感器的信号输出端，用于将所述电压参考信号和所述待分析电流信号转换成数字信号；

第一数字信号处理电路，其信号输入端连接所述模拟数字转换电路的信号输出端，用于对所述数字信号作分析和计算，完成对阻性电流和容性电流的矢量化计算，最终得到电压和电流的相位角和电容量信息。

3.根据权利要求2所述的一种容性设备泄漏电流在线监测系统，其特征在于，所述在线监测装置包括第二数字信号处理电路，所述第二数字信号处理电路通过光纤通讯方式连接所述第一数字信号处理电路，用于监测相关参数，实现数据融合的同时完成数据的本地备份存储，完成待测设备泄漏电流基波、3次谐波的采集和解算。

4.根据权利要求3所述的一种容性设备泄漏电流在线监测系统，其特征在于，所述相关参数包括变压器铁芯泄漏电流、夹件泄漏电流、互感器泄漏电流、套管电压、套管泄漏电流和/或环境温湿度。

5.根据权利要求1～4任一项所述的一种容性设备泄漏电流在线监测系统，其特征在于，所述前端矢量采集装置和所述在线监测装置通过GPS或北斗授时系统完成采集同步。

6.根据权利要求1～4任一项所述的一种容性设备泄漏电流在线监测系统，其特征在于，所述前端矢量采集装置设置有多个，多个所述前端矢量采集装置直接连接所述在线监测装置，或通过交换机系统连接所述在线监测装置。

7.根据权利要求2～4任一项所述的一种容性设备泄漏电流在线监测系统，其特征在于，所述前端矢量采集装置还包括温湿度传感器，用于采集环境温湿度信息，所述温湿度传感器的信号输出端连接所述第一数字信号处理电路的信号输入端。

8.根据权利要求2～4任一项所述的一种容性设备泄漏电流在线监测系统，其特征在于，所述前端矢量采集装置还包括油压压力传感器，用于采集油压压力信息，所述油压压力传感器的信号输出端连接所述第一数字信号处理电路的信号输入端。

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