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一種電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)及方法，屬于電力系統(tǒng)自動化【技術(shù)領(lǐng)域】。本發(fā)明首先同步采集變電站內(nèi)常規(guī)互感器和電子式互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量以及電子式互感器的自身的狀態(tài)信息；然后根據(jù)設(shè)定的時間間隔比對常規(guī)互感器和電子式互感器相同相別采樣數(shù)據(jù)的幅值差和相位差，判斷二者的幅值和相位差是否在設(shè)定的允許范圍內(nèi)，若有幅值差或相位差超過設(shè)定的范圍，則對幅值差或相位差進(jìn)行計算并發(fā)出告警信息，同時記錄下此時電子式互感器自身的狀態(tài)信息，從而實現(xiàn)對電子式互感器的實時監(jiān)測。本發(fā)明簡單、易實施，能夠?qū)崟r監(jiān)測電子式互感器，為考核電子式互感器現(xiàn)場運行的可靠性和長期穩(wěn)定性提供了豐富的數(shù)據(jù)支撐。
【專利說明】一種電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)及方法，屬于電力系統(tǒng)自動化【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著光電子、光纖通信和數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，基于不同方式、不同采集原理的電子式互感器應(yīng)運而生。電子式互感器做為智能變電站信息化、數(shù)字化、自動化、互動化任務(wù)的關(guān)鍵設(shè)備之一，是為電力系統(tǒng)電能計量、繼電保護(hù)設(shè)備、測控設(shè)備等提供電壓電流信號的重要設(shè)備，其運行穩(wěn)定性和可靠性與電力系統(tǒng)的安全、可靠、經(jīng)濟(jì)運行密切相關(guān)。
[0003]2010至2012年電子式互感器在國內(nèi)進(jìn)行了大規(guī)模的應(yīng)用，盡管電子式互感器產(chǎn)品都通過了型式試驗和出廠試驗，但是電子式互感器在實驗室內(nèi)和現(xiàn)場運行中性能表現(xiàn)存在不一致，缺乏長期運行考驗，導(dǎo)致現(xiàn)場實際運行過程中可靠性和長期穩(wěn)定性較差，故障率較高的缺陷集中爆發(fā)，嚴(yán)重影響了電力系統(tǒng)的安全運行，電子式互感器應(yīng)用也陷入停滯階段。后續(xù)智能變電站工程建設(shè)仍然采用常規(guī)互感器，導(dǎo)致電子式互感器實用化進(jìn)度緩慢，截止目前智能變電站中電子式互感器的應(yīng)用率不足10%。
[0004]近年來針對電子式互感器應(yīng)用中暴露的問題，相關(guān)設(shè)備廠家和科研機(jī)構(gòu)在可靠性、穩(wěn)定性、試驗手段、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等方面進(jìn)行了完善，使得電子式互感器產(chǎn)品逐步成熟。為了驗證、監(jiān)測不同廠家、不同原理的經(jīng)技術(shù)提升后的電子式互感器在現(xiàn)場運行時的產(chǎn)品性能，設(shè)計出一種電子式互感器性能實時監(jiān)測方法是電子式互感器和智能變電站工程實踐過程中必然的需求，也是電子式互感器在電力系統(tǒng)中應(yīng)用推廣的必然需求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)及方法，以改變目前電子式互感器經(jīng)過技術(shù)提升后、現(xiàn)場運行經(jīng)驗匱乏的問題。
[0006]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而提供一種電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)，該實時監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)字量采集合并單元、模擬量采集合并單元、時間同步裝置和實時監(jiān)測裝置，
[0007]所述數(shù)字量采集合并單元用于采集變電站內(nèi)運行的電子式互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量和互感器自身的狀態(tài)信息，并將其輸出給實時監(jiān)測裝置；
[0008]所述模擬量采集合并單元用于采集變電站內(nèi)運行的常規(guī)互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量，并將其輸出至實時監(jiān)測裝置；
[0009]所述時間同步裝置用于同時發(fā)送3路同步信號分別至數(shù)字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監(jiān)測裝置，以保證數(shù)字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監(jiān)測裝置的時鐘統(tǒng)一；
[0010]所述實時監(jiān)測裝置用于根據(jù)設(shè)定的時間間隔對比常規(guī)互感器和電子式互感器相同相別采樣數(shù)據(jù)的幅值差和相位差，若存在采樣數(shù)據(jù)的幅值差或相位差超過設(shè)定值，則進(jìn)行告警。
[0011]所述實時監(jiān)測裝置通過光纖點對點連接數(shù)字量采集合并單元和模擬量采集合并單元。
[0012]所述時間同步裝置分別通過光纖連接至數(shù)字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監(jiān)測裝置。
[0013]所述實時監(jiān)測裝置的硬件基于高速數(shù)據(jù)總線，包括光纖采集卡、嵌入式CPU板卡和存儲設(shè)備。
[0014]所述實時監(jiān)測裝置的軟件模塊采用嵌入式操作系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、通訊處理模塊、服務(wù)端數(shù)據(jù)處理模塊和客戶端數(shù)據(jù)輸出模塊。
[0015]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題還提供了一種電子式互感器性能實時監(jiān)測方法，該監(jiān)測方法包括以下步驟:
[0016]I)同步采集變電站內(nèi)常規(guī)互感器和電子式互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量以及電子式互感器的自身的狀態(tài)信息；
[0017]2)根據(jù)設(shè)定的時間間隔比對常規(guī)互感器和電子式互感器相同相別采樣數(shù)據(jù)的幅值差和相位差，判斷二者的幅值和相位差是否在設(shè)定的允許范圍內(nèi)；
[0018]3)若有幅值差或相位差超過設(shè)定的范圍，則對幅值差或相位差進(jìn)行計算并發(fā)出告警信息，同時記錄下此時電子式互感器自身的狀態(tài)信息。
[0019]所述步驟2)中設(shè)定的時間間隔的最小值不小于20ms。
[0020]所述步驟2)在對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比對之前還需對采集到數(shù)據(jù)采用快速傅里葉變換算法、加二階漢寧卷積窗校正方法以及拉格朗日插值計算方法進(jìn)行處理，以得到掛網(wǎng)電子式互感器和正常運行常規(guī)互感器輸出的保護(hù)、測量、計量通道數(shù)據(jù)的精確幅值和精確相位。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明首先同步采集變電站內(nèi)常規(guī)互感器和電子式互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量以及電子式互感器的自身的狀態(tài)信息；然后根據(jù)設(shè)定的時間間隔比對常規(guī)互感器和電子式互感器相同相別采樣數(shù)據(jù)的幅值差和相位差，判斷二者的幅值和相位差是否在設(shè)定的允許范圍內(nèi)，若有幅值差或相位差超過設(shè)定的范圍，則對幅值差或相位差進(jìn)行計算并發(fā)出告警信息，同時記錄下此時電子式互感器自身的狀態(tài)信息，從而實現(xiàn)對電子式互感器的實時監(jiān)測。本發(fā)明簡單、易實施，能夠?qū)崟r監(jiān)測電子式互感器，為考核電子式互感器現(xiàn)場運行的可靠性和長期穩(wěn)定性提供了豐富的數(shù)據(jù)支撐。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0023]圖2是本發(fā)明電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)的硬件邏輯框圖；
[0024]圖3是本發(fā)明電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)的軟件邏輯框圖；
[0025]圖4是本發(fā)明實施例中電子式互感器性能實時監(jiān)測方法的流程圖。

【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進(jìn)一步的說明。
[0027]本發(fā)明的一種電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)的實施例
[0028]如圖1所示，本發(fā)明的電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)包括模擬量采集合并單元、數(shù)字量采集合并單元、時間同步裝置和實時監(jiān)測裝置，時間同步裝置通過光纖分別與實時監(jiān)測裝置、數(shù)字量采集合并單元和模擬量采集合并單元連接，模擬量采集合并單元和數(shù)字量采集合并單元的輸出端通過光纖連接至實時監(jiān)測裝置的輸入端。
[0029]模擬量采集合并單元的輸入端通過電纜連接至變電站內(nèi)實時運行的常規(guī)互感器的繞組，采集常規(guī)互感器的保護(hù)、測量和計量電壓電流量，并轉(zhuǎn)換為符合IEC61850-9-2LE標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量輸出至實時監(jiān)測裝置，數(shù)字量采集合并單元輸入端通過光纜連接至變電站內(nèi)掛網(wǎng)運行的電子式互感器，采集電子式互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量和互感器自身的狀態(tài)信息(如溫度、振動、光口功率等)，并輸出符合IEC61850-9-2LE標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字量輸出至實時監(jiān)測裝置。時間同步裝置用于為實時監(jiān)測裝置、數(shù)字量采集合并單元和模擬量采集合并單元發(fā)送光B碼標(biāo)準(zhǔn)同步信號，以保證2套合并單元采樣數(shù)據(jù)同步和實時監(jiān)測裝置的時鐘統(tǒng)一。
[0030]實時檢測裝置通過光纖點對點連接上述兩太合并單元，接收上述2臺合并單元傳輸來的IEC 61850-9-2LE采樣值報文數(shù)據(jù)和GOOSE報文，數(shù)據(jù)采集模塊通過內(nèi)部高速總線把采集到的數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)端數(shù)據(jù)處理模塊，服務(wù)端數(shù)據(jù)處理模塊中的數(shù)據(jù)合成對比軟件功能采用快速傅里葉變換算法、加二階漢寧卷積窗校正方法以及拉格朗日插值計算方法，得到掛網(wǎng)電子式互感器和正常運行常規(guī)互感器輸出的保護(hù)、測量、計量通道數(shù)據(jù)的精確幅值和精確相位，并根據(jù)設(shè)定的對比時間間隔如20ms (可整定)對2路互感器的相同相別幅值相位進(jìn)行對比，如果幅值或相位誤差在定值允許范圍內(nèi)，實時監(jiān)測裝置通過數(shù)據(jù)存儲軟件模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)記錄存儲；如果誤差超過定值，軟件對幅值差或相位差進(jìn)行計算并發(fā)出告警信息，計算結(jié)果和告警信息本地存儲，同時軟件記錄下電子式互感器自身狀態(tài)信息(如溫度、振動、光口功率等)并存儲。存儲信息采用C0MTRADE標(biāo)準(zhǔn)格式，具有通用性，可用不同的分析工具解析。
[0031]實時監(jiān)測裝置硬件基于高速數(shù)據(jù)總線，包括千兆光纖采集卡、高性能嵌入式CPU板卡和大容量存儲設(shè)備，并可外接打印機(jī)、液晶顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備，裝置的硬件架構(gòu)如圖2所示。實時監(jiān)測裝置軟件采用嵌入式操作系統(tǒng)，軟件模塊由數(shù)據(jù)采集模塊、通訊處理模塊、服務(wù)端數(shù)據(jù)處理模塊和客戶端數(shù)據(jù)輸出模塊，其軟件架構(gòu)如圖3所示。實時監(jiān)測裝置客戶端數(shù)據(jù)輸出模塊具有顯示、管理、分析功能，運維人員可離線或在線分析監(jiān)測裝置存儲的掛網(wǎng)電子式互感器和運行中常規(guī)互感器輸出各參量的幅值、相位、數(shù)據(jù)波形、幅值差、相位差、告警等信息，可自動生成監(jiān)測報告。實時監(jiān)測裝置通信服務(wù)模塊與監(jiān)控主站進(jìn)行信息交互，存儲信息可以通過通信服務(wù)模塊上傳至遠(yuǎn)方監(jiān)控主站，通信規(guī)約既支持IEC61850間隔層通信規(guī)約也兼容標(biāo)準(zhǔn)103規(guī)約。
[0032]運維人員通過該套系統(tǒng)可以定期在變電站內(nèi)或遠(yuǎn)方監(jiān)控主站對變電站現(xiàn)場掛網(wǎng)運行電子式互感器的監(jiān)測比對信息進(jìn)行提取和分析，評估由于環(huán)境溫度，互感器附近振動以及互感器內(nèi)部自身狀態(tài)變化信息等對互感器安全運行產(chǎn)生的影響，為考核電子式互感器現(xiàn)場運行的可靠性和長期穩(wěn)定性提供了豐富的數(shù)據(jù)支撐。
[0033]本發(fā)明的一種電子式互感器性能實時監(jiān)測方法的實施例
[0034]本發(fā)明的電子式互感器性能實時監(jiān)測方法通過比較變電站內(nèi)掛網(wǎng)電子式互感器和正常運行常規(guī)互感器輸出的保護(hù)、測量、計量通道數(shù)據(jù)的精確幅值和精確相位來實現(xiàn)對電子式互感器的監(jiān)測。下面以變電站I個間隔為例來說明本發(fā)明電子式互感器性能實時監(jiān)測方法的具體實現(xiàn)過程，其流程如圖4所示，具體實施過程如下。
[0035]1.采集常規(guī)互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量，同步采集電子式互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量和互感器自身的狀態(tài)信息(如溫度、振動、光口功率等)。其中常規(guī)互感器的采集可使用模擬量采集合并單元，將模擬量采集合并單元的輸入端通過電纜連接至變電站內(nèi)實時運行的常規(guī)互感器的繞組，從而實現(xiàn)對常規(guī)互感器數(shù)據(jù)的采集；電子式互感器的采集可采用數(shù)字量采集合并單元，將數(shù)字量采集合并單元的輸入端通過光纜連接至變電站內(nèi)掛網(wǎng)運行的電子式互感器。
[0036]2.對采集得到常規(guī)互感器和電子式互感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以得到掛網(wǎng)電子式互感器和正常運行常規(guī)互感器輸出的保護(hù)、測量、計量通道數(shù)據(jù)的精確幅值和精確相位；然后根據(jù)設(shè)定的對比時間間隔如2oms (可整定)對上述兩路互感器的相同相別幅值和相位進(jìn)行對比，如果幅值和相位誤差在定值允許范圍內(nèi)，則對數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)記錄存儲，否則，如果存在誤差超過定值，對幅值差或相位差進(jìn)行計算并發(fā)出告警信息，對計算結(jié)果和告警信息進(jìn)行本地存儲，同時記錄電子式互感器自身狀態(tài)信息(如溫度、振動、光口功率等)。
[0037]本實施例采用實時監(jiān)測裝置對采集到的常規(guī)互感器和電子式互感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和對比分析，實時監(jiān)測裝置硬件基于高速數(shù)據(jù)總線，包括千兆光纖采集卡、高性能嵌入式CPU板卡和大容量存儲設(shè)備，并可外接打印機(jī)、液晶顯示器、鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備，裝置的硬件架構(gòu)如圖2所示。實時監(jiān)測裝置軟件采用嵌入式操作系統(tǒng)，軟件模塊由數(shù)據(jù)采集模塊、通訊處理模塊、服務(wù)端數(shù)據(jù)處理模塊和客戶端數(shù)據(jù)輸出模塊，其軟件架構(gòu)如圖3所示。實時監(jiān)測裝置中的數(shù)據(jù)采集模塊通過光纖以太網(wǎng)接口，接收2臺合并單元傳輸來的IEC61850-9-2LE采樣值報文數(shù)據(jù)和GOOSE報文，數(shù)據(jù)采集模塊通過內(nèi)部高速總線把采集到的數(shù)據(jù)傳輸給服務(wù)端數(shù)據(jù)處理模塊，服務(wù)端數(shù)據(jù)處理模塊中的數(shù)據(jù)合成對比軟件功能采用快速傅里葉變換算法、加二階漢寧卷積窗校正方法以及拉格朗日插值計算方法，得到掛網(wǎng)電子式互感器和正常運行常規(guī)互感器輸出的保護(hù)、測量、計量通道數(shù)據(jù)的精確幅值和精確相位，比對常規(guī)互感器和電子式互感器相同相別采樣數(shù)據(jù)的幅值差和相位差，最小時間間隔不小于20ms，比對過程中采樣數(shù)據(jù)的幅值差和相位差超過設(shè)定的定值時實時監(jiān)測裝置會產(chǎn)生告警信息，并記錄下告警時刻的幅值差和相位差以及電子式互感器自身的狀態(tài)信息，監(jiān)測信息和比對分析結(jié)果可本地存儲展示并上傳至監(jiān)控主站。
[0038]上面結(jié)合附圖對本發(fā)明專利的實施進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明專利并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明專利的啟示下，在不脫離本發(fā)明專利宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明專利的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，該實時監(jiān)測系統(tǒng)包括數(shù)字量采集合并單元、模擬量采集合并單元、時間同步裝置和實時監(jiān)測裝置， 所述數(shù)字量采集合并單元用于采集變電站內(nèi)運行的電子式互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量和互感器自身的狀態(tài)信息，并將其輸出給實時監(jiān)測裝置； 所述模擬量采集合并單元用于采集變電站內(nèi)運行的常規(guī)互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量，并將其輸出至實時監(jiān)測裝置； 所述時間同步裝置用于同時發(fā)送3路同步信號分別至數(shù)字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監(jiān)測裝置，以保證數(shù)字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監(jiān)測裝置的時鐘統(tǒng)一； 所述實時監(jiān)測裝置用于根據(jù)設(shè)定的時間間隔對比常規(guī)互感器和電子式互感器相同相別采樣數(shù)據(jù)的幅值差和相位差，若存在采樣數(shù)據(jù)的幅值差或相位差超過設(shè)定值，則進(jìn)行告目O
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述實時監(jiān)測裝置通過光纖點對點連接數(shù)字量采集合并單元和模擬量采集合并單元。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述時間同步裝置分別通過光纖連接至數(shù)字量采集合并單元、模擬量采集合并單元和實時監(jiān)測裝置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述實時監(jiān)測裝置的硬件基于高速數(shù)據(jù)總線，包括光纖采集卡、嵌入式CPU板卡和存儲設(shè)備。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子式互感器性能實時監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述實時監(jiān)測裝置的軟件模塊采用嵌入式操作系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)采集模塊、通訊處理模塊、服務(wù)端數(shù)據(jù)處理模塊和客戶端數(shù)據(jù)輸出模塊。
6.一種電子式互感器性能實時監(jiān)測方法，其特征在于，該監(jiān)測方法包括以下步驟: 1)同步采集變電站內(nèi)常規(guī)互感器和電子式互感器的保護(hù)、測量、計量電壓電流量以及電子式互感器的自身的狀態(tài)信息； 2)根據(jù)設(shè)定的時間間隔比對常規(guī)互感器和電子式互感器相同相別采樣數(shù)據(jù)的幅值差和相位差，判斷二者的幅值和相位差是否在設(shè)定的允許范圍內(nèi)； 3)若有幅值差或相位差超過設(shè)定的范圍，則對幅值差或相位差進(jìn)行計算并發(fā)出告警信息，同時記錄下此時電子式互感器自身的狀態(tài)信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子式互感器性能實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟2)中設(shè)定的時間間隔的最小值不小于20ms。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電子式互感器性能實時監(jiān)測方法，其特征在于，所述步驟2)在對采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行比對之前還需對采集到數(shù)據(jù)采用快速傅里葉變換算法、加二階漢寧卷積窗校正方法以及拉格朗日插值計算方法進(jìn)行處理，以得到掛網(wǎng)電子式互感器和正常運行常規(guī)互感器輸出的保護(hù)、測量、計量通道數(shù)據(jù)的精確幅值和精確相位。
【文檔編號】G01R35/02GK104316891SQ201410515408
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】席亞克, 易永輝, 劉桂蓮, 梁經(jīng)宛, 牛強(qiáng), 劉永欣, 陶永健, 姜帥 申請人:許繼電氣股份有限公司, 許昌許繼軟件技術(shù)有限公司