CN219871604U - 一种电网状态故障监测装置 - Google Patents

Abstract

一种电网状态故障监测装置，属于电力设备故障监测领域；一种电网状态故障监测装置，包括：电压检测电路用于采集电网的电压，并输出数字信号；其中，电压检测电路包括：第一电压互感器的原边、第二电压互感器的原边、第三电压互感器的原边作为电压检测电路的输入端，用于采集电网的电压，转换器用于将采集的电压转换成数字信号，数据采集板用于接收数字信号，并进行信号分级后输出；处理芯片用于接收数字信号，并输出数字电平信号；数据分析模块用于对数字电平信号进行波形失真分析，并将测试结果反馈至处理芯片，处理芯片再将波形失真结果输出。有助于判断故障变化趋势和设备全方位实时监测。

Description

一种电网状态故障监测装置

技术领域

本申请属于电力设备故障监测领域，尤其涉及一种电网状态故障监测装置。

背景技术

当前，电网分布越来越广，导致部分电网中的电力运行设备出现故障时，难以被及时发现，也不能有效针对故障提前做出预防方案，尤其是电网中的配网需要面向用户的市电，其用电设备和线路的运行条件比主网差，隐蔽故障比主网多，更易导致设备的损坏。

常用的电网质量监控技术手段主要包括人为定期检测和单数据监测。对于人为定期检测，它可以对电网做全面的性能检测，准确地判断出当前的状态，但只能检测设备被测试时是否合格，不能对故障是否会扩大和故障扩大方向进行预判，因此就无法针对故障提前做出预防方案。对于单数据实时监测，目前有的只能监测常规的电气参量，如单电流或单电压等，无法读取到反应设备运行质量的相关实质数据。由此当前技术手段无法实现同时判断故障变化趋势和设备全方位实时监测。

发明内容

本申请实施例提供了一种电网状态故障监测装置及方法，旨在解决判断故障变化趋势和设备全方位实时监测技术问题。

本申请实施例的第一方面提供了一种电网状态故障监测装置，包括：电压检测电路，接入直流电，用于采集电网的电压，并输出数字信号；其中，电压检测电路包括：第一电压互感器、第二电压互感器、第三电压互感器、转换器和数据采集板；第一电压互感器的原边、第二电压互感器的原边、第三电压互感器的原边作为电压检测电路的输入端，用于采集电网的电压；转换器与分别与第一电压互感器的副边、第二电压互感器的副边、第三电压互感器的副边连接，用于将采集的电压转换成数字信号，数据采集板作为电压检测电路的输出端，用于接收数字信号，并进行信号分级后输出；处理芯片，与电压检测电路连接，用于接收数字信号，并输出数字电平信号；数据分析模块，与处理芯片连接，用于对数字电平信号进行波形失真分析，并将测试结果反馈至处理芯片，处理芯片再将波形失真结果输出。

在其中一个实施例中，监测装置还包括定时器；定时器连接处理芯片，用于预设检测时间，控制数字电平信号按时序传输。

在其中一个实施例中，监测装置还包括数据存储器；数据存储器连接处理芯片，用于储存数字电平信号，并根据处理芯片指令获取和输出信号。

在其中一个实施例中，监测装置还包括面板按钮，面板按钮连接处理芯片，用于切换监测装置的工作模式。

在其中一个实施例中，监测装置还包括显示板和故障指示灯，显示板和故障指示灯均连接处理芯片；显示板显示配网设备测试结果，并根据检测结果点亮故障指示灯。

在其中一个实施例中，监测装置还包括电压继电器，电压继电器与处理芯片连接，用于故障监测装置的告警。

在其中一个实施例中，电压检测电路还包括隔离器，隔离器设置在第一电压互感器、第二电压互感器、第三电压互感器分别与转换器连接之间的位置，用于滤除杂波信号。

在其中一个实施例中，隔离器隔离等级包括10kV至35KV的范围电压。

在其中一个实施例中，处理芯片采用LM3S9B90芯片。

在其中一个实施例中，转换器采用AD7656芯片。

本发明的有益效果是：配网设备运行故障监测装置包括：一种电网状态故障监测装置，包括：电压检测电路用于采集电网的电压，并输出数字信号；其中，电压检测电路包括：第一电压互感器的原边、第二电压互感器的原边、第三电压互感器的原边作为电压检测电路的输入端，用于采集电网的电压，转换器用于将采集的电压转换成数字信号，数据采集板用于接收数字信号，并进行信号分级后输出；处理芯片用于接收数字信号，并输出数字电平信号；数据分析模块用于对数字电平信号进行波形失真分析，并将测试结果反馈至处理芯片，处理芯片再将波形失真结果输出。通过监测装置对采集的电压波形处理，有助于判断故障变化趋势和设备全方位实时监测。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的实时监测装置结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的另一种实时监测装置结构示意图；

图3是本申请一实施例提供的另一种实时监测装置结构示意图。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，并下结合附图及实施例，对本申请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并解释本申请，并不用于限定本申请。

图1是本申请一实施例提供的实时监测装置结构示意图；本申请实施例的第一方面提供了一种电网状态故障监测装置，包括：电压检测电路11，接入直流电，用于采集电网的电压，并输出数字信号；其中，电压检测电路11包括：第一电压互感器12、第二电压互感器13、第三电压互感器14、转换器15和数据采集板16；第一电压互感器12的原边、第二电压互感器13的原边、第三电压互感器14的原边作为电压检测电路11的输入端，用于采集电网的电压；转换器15与分别与第一电压互感器12的副边、第二电压互感器13的副边、第三电压互感器14的副边连接，用于将采集的电压转换成数字信号，数据采集板16作为电压检测电路11的输出端，用于接收数字信号，并进行信号分级后输出；处理芯片21，与电压检测电路11连接，用于接收数字信号，并输出数字电平信号；数据分析模块31，与处理芯片21连接，用于对数字电平信号进行波形失真分析，并将测试结果反馈至处理芯片21，处理芯片21再将波形失真结果输出。

在本实施例中，实时监测可以应用在电网中的配网线路中，其被监测电压等级可以是10KV至35KV之间。例如，可以设置被监测电压等级为25KV；配网设备运行故障监测装置，主要为监测其设备在运行中由于内部原因突发故障的情况，同样的，也可以是监测外部原因导致内部故障的情况。具体的，可以通过监测配网中传感器绝缘性能的降低而导致内部原件烧毁；也可以监测线圈匝间短路；以及监测三相线路中突击电压破坏线路，产生杂波导致故障等。

需要说明的是，监测的内部故障一般为小故障；这种故障更难及时发现和提前预防。例如，匝间短路、局部过热破坏铁芯线性等。

进一步的，实时监测装置测试数据能真实地反映了设备运行质量，且正常状态下与异常状态以及故障状态下的数据有明显区别；实时监测装置逻辑清晰，部件可以大范围的生产制作与推广应用。

在本实施例中，电压检测电路11，具备实时采集、传输功能。上述电压检测电路11也可以是将远程现场的模拟量信号采集至处理芯片21的设备。可选的，可以是RS422总线作为数据通信线路，提供模拟量转422功能，能够同时将多路模拟量输入至相应模块，并通过RS-422传输线传输至处理芯片21。

需要说明的是，RS422总线协议的最大速率为10Mbps，最大距离为1200米/100kbps，100米速率为1Mbps。

进一步的，电压检测电路11根据实验需要可以设置PXI数据采集模块，CPCI数据采集模块，PCI数据采集卡，PCIe数据采集模块，PC104数据采集模块，USB数据采集模块，其中的一项或者多项。

在本实施例中，电压互感器可以用来采集电压，同时可以用来变换电压的，方便输送电能。其中，电压互感器包括第一电压互感器12、第二电压互感器13、第三电压互感器14；第一电压互感器12、第二电压互感器13、第三电压互感器14，分别采集电网第一相u、第二相v、第三相w的电压。

需要说明的是，第一电压互感器12、第二电压互感器13、第三电压互感器14内部可以是由多个互感器组成，具体根据实验需要监测的电压等级，选择适合数量的电压互感器。

在本实施例中，转换器15是将一种信号转换成另一种信号的装置，转换器15可以是模拟数字转换器15即A/D转换器15，或简称ADC(AnalogtoDigital Converter,A/D转换器15)，可以将模拟信号转变为数字信号的电子元件。

在本实施例中，数据采集板16为普通数据板，具体不做限制。

在本实施例中，处理芯片21，可以完成获取指令、执行指令，以及与外界储存器和逻辑部件交换信息等操作，是微型处理芯片21的运算控制部分。它可与储存器和外围电路芯片组成微型处理芯片21。

可选的，可以是由一片或多片大规模集成电路组成的中央处理器。这些电路执行控制部件和算术逻辑部件的功能。

具体的，处理芯片21可以选用89C52型单片机，由超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU、随机储存器RAM、只读储存器ROM、多种I/O口和中断装置、定时器41/计数器中多项组成。

进一步的，单片机还可以包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器15、A/D转换器15任一其中一项或者多项，并集成到一块硅片上构成的一个小而完善的微型处理芯片21装置。

进一步的，选用89C52型单片机单片机时，由于单片机体积比较小，内部芯片作为处理芯片21装置，可以模块化应用。且单片机在应用时低电压、低能耗。单片机对数据的处理能力和运算能力较强，可以在各种环境中应用，且有着较强的控制能力，此外还可以根据实验需要选择合适的单片机型号。

在本实施例中，数据分析模块31用于波形失真测试，并将测试结果反馈至所述处理芯片21。

需要说明的是，由于测试过程的规程对判定是否合格的限值都会留有较大的裕度，实时监测装置在应用中首先确定满足以上功能需求的测试项目；在监测运行设备接入A/B/C(u/v/w)三相，每相设备所处的运行环境和所受的外界影响应基本相同，所以对于一项特定的测试项目，如出现泄漏电流，它们每相的测试值可以真实反映自身的运行质量，而各相测试值之间的差值则代表了各相设备本身运行质量的差异，此时通过各相测试值之间差值的变化可以间接反映出故障设备运行质量的发展状况。

进一步的，当三相配网设备存在故障(如都在投运前被划伤)，或者运行质量劣化的速度和程度都一致时，在实际过程中它们之间测量数据的差值会发生变化。

进一步的，确定具体的监测项目，取波形数据为监测项目，确定THD(TotalHarmonicDistortion,总谐波失真)。

具体的，选取不同电压等级、不同类型、不同安装地点、不同运行时间的配网设备，开展了各相电压THD测试至少100余次，根据测试发现实际应用中各相电压特点有：正常情况同一电压等级下，不同测试点各相之间电压THD的最大差异值会随着THD本身数值的增大而有所上升，但都在规程规定THD允许限值的10％以内，最大值为8.7％。

进一步的，还可以根据不确定度评定时的一项约定，即：“在95％的置信区间下，取扩展因子k＝2”，最终还可以选择确定设备故障判定的依据是：各相之间THD的最大差异值大于相应电压等级下THD的规定限值的20％，根据该项约定，测试结果也是符合实验要求。

在本实施例中，电压互感器是变换电压的仪器，方便输送电能、变换电压的目的。

在本实施例中，数据采集板16为普通数据板，具体不做限制。

参与图2，图2是本申请一实施例提供的另一种实时监测装置结构示意图；监测装置还包括定时器41；定时器41连接处理芯片21，用于预设检测时间，控制数字电平信号按时序传输。

在本实施例中，定时器41具有可编程性强、功能丰富、可靠性高的特定，可以是PLC(ProgrammableLogicController，可编程序控制器)定时器41，一种基于可编程控制器PLC的定时器41，能够实现更加复杂的定时逻辑和控制功能。

在其中一个实施例中，监测装置还包括数据存储器51；数据存储器51连接处理芯片21，用于储存数字电平信号，并根据处理芯片21指令获取和输出信号。

在本实施例中，数据存储器51是时序逻辑电路的一种，优选的，按存储器为只读存储器ROM(Read-OnlyMemory，只读存储器)，只读存储器ROM所存数据稳定，断电后所存数据也不会改变，并且结构较简单，使用方便，用于存储各种固定程序和数据。

在本实施例中，监测装置还包括面板按钮61，面板按钮61连接处理芯片21，用于切换监测装置的工作模式。监测装置还包括显示板71和故障指示灯81，显示板71和故障指示灯81均连接处理芯片21；显示板71显示配网设备测试结果，并根据检测结果点亮故障指示灯81。监测装置还包括电压继电器91，电压继电器91与处理芯片21连接，用于故障监测装置的告警。

在本实施例中，面板按钮61是可以触摸感应控制的面板按钮61，具体选用不做具体限制。

在本实施例中，显示面板和故障指示灯81为外围电路，均作为显示测试结果的作用。

在本实施例中，电压继电器91具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)，通常应用于自动控制电路中，起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

参与图3，图3是本申请一实施例提供的另一种实时监测装置结构示意图；电压检测电路11还包括隔离器17，隔离器17设置在第一电压互感器12、第二电压互感器13、第三电压互感器14分别与转换器15连接之间的位置，用于滤除杂波信号。隔离器17隔离等级包括10kV至35KV的范围电压。

在本实施例中，隔离器17是一种采用线性光耦隔离原理的器件，将输入信号进行转换输出。具有抗干扰、低功耗的作用，可用于滤除杂波信号。

需要说明的是，处理芯片21采用LM3S9B90芯片。

需要说明的是，转换器15采用AD7656芯片。

以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，以不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电网状态故障监测装置，其特征在于，包括：

电压检测电路，接入直流电，用于采集电网的电压，并输出数字信号；

其中，所述电压检测电路包括：第一电压互感器、第二电压互感器、第三电压互感器、转换器和数据采集板；所述第一电压互感器的原边、第二电压互感器的原边、第三电压互感器的原边作为所述电压检测电路的输入端，用于采集电网的电压；所述转换器与分别与所述第一电压互感器的副边、第二电压互感器的副边、第三电压互感器的副边连接，用于将采集的电压转换成数字信号，所述数据采集板作为所述电压检测电路的输出端，用于接收所述数字信号，并进行信号分级后输出；

处理芯片，与所述电压检测电路连接，用于接收所述数字信号，并输出数字电平信号；

数据分析模块，与所述处理芯片连接，用于对所述数字电平信号进行波形失真分析，并将测试结果反馈至所述处理芯片，所述处理芯片再将波形失真结果输出。

2.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括定时器；所述定时器连接所述处理芯片，用于预设检测时间，控制所述数字电平信号按时序传输。

3.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括数据存储器；所述数据存储器连接所述处理芯片，用于储存所述数字电平信号，并根据所述处理芯片指令获取和输出信号。

4.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括面板按钮，所述面板按钮连接所述处理芯片，用于切换监测装置的工作模式。

5.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括显示板和故障指示灯，所述显示板和所述故障指示灯均连接所述处理芯片；所述显示板显示配网设备测试结果，并根据检测结果点亮故障指示灯。

6.如权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述监测装置还包括电压继电器，所述电压继电器与所述处理芯片连接，用于故障监测装置的告警。

7.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述电压检测电路还包括隔离器，所述隔离器设置在所述第一电压互感器、所述第二电压互感器、所述第三电压互感器分别与所述转换器连接之间的位置，用于滤除杂波信号。

8.根据权利要求7所述的监测装置，其特征在于，所述隔离器隔离等级包括10kV至35KV的范围电压。

9.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述处理芯片采用LM3S9B90芯片。

10.根据权利要求1所述的监测装置，其特征在于，所述转换器采用AD7656芯片。