变电站高压电气设备在线监测方法及系统技术方案

变电站高压电气设备在线监测方法及系统，适用于变电站容性设备及避雷器的绝缘状态、断路器的电寿命及机械状态等的在线监测，按分层分布式系统设计，其基本框架为第一层传感器单元、第二层在线监测终端、第三层站方监测站及第四层局方监测主站四层体系积木式结构具有可扩充性，由于采用本发明专利技术，将变电站多种设备的在线监测统一于一个大的系统之中，现场在线监测终端按照设备的分布情况进行分布式就近安装，实现了统一的通信协议，避免了在线监测的信息孤岛现象，所需投资较少日常运行维护工作量较小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于高压电气设备在线监测领域，具体说涉及容性设备及避雷器的绝缘状态、断路器的电寿命及机械状态等变电站高压电气设备在线监测方法及系统。
技术介绍
由于目前在电力系统中普遍实行的定期检修制度已不适应电力系统改革发展的需要和电力用户对供电可靠性的要求，电力企业已迫切需要推行在国际上更先进的状态维修，即根据设备的运行状态确定是否需要维修和如何维修，而在线监测是对高压电气设备实行状态维修的必须和有效的手段。目前国内在线监测较先进的技术主要是分层(级)分布多CPU式在线监测系统，采用模块化设计和现场总线控制技术，通过网络把若干个监测数据汇集到相关管理部门的数据管理诊断系统上，以实现对多个设备状态实时在线监测，每一层完成不同的功能，由不同的设备或子系统组成，层次和功能清晰，现场维护和故障处理较为方便，例如中国专利公开号1570795A“开放式在线监测与早期故障预示和诊断系统”。该专利技术提出了一种有线和无线技术相结合的开放式在线监测与早期故障预示和诊断系统，但是，该系统没有统一的现场采集通讯系统，对一个设备的监测就需要一个采集监测工作站，投资较大，浪费资金，日常运行维护工作量很大；而且，当多个设备进行同步采集监测时，没有提供同步测量解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术的不足，提出一种按照一体化思路设计的变电站高压电气设备在线监测方法及系统，将变电站多种设备如容性设备及避雷器的绝缘状态、断路器的电寿命及机械状态等的监测统一于一个大的系统之中，保证系统测量的同步性，各个监测子项目在统一的硬件和软件平台、统一的通信协议、统一的后台分析诊断软件下实现，避免在线监测的信息孤岛现象，该系统日常运行维护工作量较小。本专利技术的技术方案是一种变电站高压电气设备在线监测方法，按分层分布式系统设计，其基本框架为第一层传感器单元、第二层在线监测终端、第三层站方监测站及第四层局方监测主站四层体系积木式结构具有可扩充性，包括以下步骤1)由第一层若干传感器单元完成对变电站若干高压电气设备在线采集信号的变换功能；电压信号由母线经电压传感器取得，电流信号，对于避雷器由装在避雷器接地线上的穿芯式传感器取得；对于容性绝缘设备由装在该设备末屏接地线上的穿芯式传感器取得，对于断路器，由安装在端子箱内的穿芯式传感器取得；2)由第二层在线监测终端进行信号调理、模数转换，采用LonWorks现场总线进行数字信号传输，上传波形数据、接受下传同步测量控制命令；3)由第三层站方监测站上完成对所管辖的在线监测终端的同步测量控制、通信管理、数据处理、分析诊断，并将有关数据上传局方监测主站，其中同步测量控制，即根据系统的频率波动，实时提供整周期采样需要的脉冲信号，并将此信号驱动现场所有在线监测终端实现同步采样；4)由第四层局方监测主站完成数据的存储、查询、分析诊断、维护以及与其他系统接口的功能，第三层站方监测站与第四层局方监测主站之间采用基于TCP/IP协议的网络通信方式。如上所述的变电站高压电气设备在线监测方法，其中由第三层站方监测站上完成的数据处理，即采用傅立叶分析信号重建法，根据采样数据重建电压电流的正弦波模型，再由波形计算幅值和相位；对于电容型设备(如变压器套管、高压电流互感器、电容式电压互感器和耦合电容器)，由在线监测终端测出设备末屏电流的幅度和相位及系统电压的幅度和相位，通过这两信号幅值可计算出设备的电容量，通过电容性设备的泄漏电流和系统电压的相位差，可得出该电容性设备的介损角及介损角的正切值；对于金属氧化物避雷器，由在线监测终端测出泄漏电流的幅度和相位及系统电压的幅度和相位，通过这些数据计算出金属氧化物避雷器的阻性电流和全电流；对于断路器，在线监测终端对多种信号即系统电压、开断电流、分闸电磁铁线圈电流、合闸电磁铁线圈电流、断路器操作时的机构振动信号等进行采样，根据开断电流出现次数判断开断次数，根据开断电流大小计算累计触头磨损量，根据分合闸电磁铁线圈电流波形判断分合闸时间，再综合机械振动信号，诊断断路器的电寿命状态和常规机械故障，并实时给出明确的状态信息。如上所述的变电站高压电气设备在线监测方法，其中由第三层站方监测站和第四层局方监测主站上完成的分析诊断方法，是采用纵比和横比相结合的方法对高压电气设备的状态进行诊断，纵比即以一定时间段为分析期(天、周、月)，结合气象条件，研究同一台设备在线监测数据的变化趋势，判断设备的绝缘状态，纵比选取与当前时间段大气条件相近的时间段内的测量结果进行比较；横比即以一定时间段为分析期(天、周、月)，对同组设备或同母线的同相同类设备的数据进行比较，判断设备绝缘状态，选择同组设备时，最好在三相电压对称的情况下进行比较。如上所述的变电站高压电气设备在线监测方法，其中由第三层站方监测站完成的断路器的诊断包括电寿命的判别和合分闸线圈状态的诊断，断路器电寿命的判别采用以下方法首先定义一台全新的断路器的触头允许磨损量为100％，即相对电寿命为100％，则每次额定短路开断电流Ie开断时的相对磨损为1/N，然后根据不同断路器的N-Ic曲线即开断次数与开断电流的关系曲线，即可求得任意大小开断电流Ic的对应允许开断次数N1，则对应的单次开断时的相对电磨损量为1/N1定义为Qm，这样就可求出任一次开断时的相对电磨损量，也可求出该断路器的相对电寿命L＝L1-∑Qm，L1为断路器电寿命的初始值，是一个不大于1的百分数，其值由断路器的运行历史决定，新投运的或经过大修后的L1可取为1；少油、SF6和真空三种断路器的相对电磨损量Qm的具体求算方法采用如下经验公式其中Ic为任一次开断电流，Ie为额定短路开断电流，N为额定短路开断电流下的开断次数，Qm为对应开断电流Ic时的触头相对电磨损量a少油断路器的相对电磨损公式Qm＝1/N(Ic/Ie)1.2Ic＞10％IeQm＝1/2N(Ic/Ie)1.5Ic≤10％Ieb SF6断路器相对电磨损公式Qm＝1/N 0.151Ie≤Ic＜0.35IeQm＝1/N Ic≥0.35Ie在3％Ie≤Ic≤15％Ie范围内的开断次数采用线性插值方法计算得出 c真空断路器相对电磨损方式对任一开断电流Ic根据下表通过线性插值的方法，求得其对应的相对电磨损Qm； 断路器合分闸线圈状态的诊断采用以下方法当开关分闸后，合闸线圈应有电流，分闸线圈应没有电流；当开关合闸后，分闸线圈应有电流，合闸线圈应没有电流，通过对合分闸线圈电流的监测，可监测线圈回路的连接是否可靠，有无断线、接地、转换开关失灵、合分闸线圈烧毁等问题。实现上述方法的变电站高压电气设备在线监测系统，由若干个多种传感器单元1、若干个在线监测终端2、若干个站方在线监测站3及一个局方在线监测主站4四层体系构成，多个传感器单元1通过屏蔽电缆与某一在线监测终端2输入端相连，多个在线监测终端2与某一站方在线监测站3之间采用LonWorks现场总线进行数字信号传输，在线监测终端2基于总线方式可随意扩充；多个站方在线监测站3通过局域网与一局方在线监测主站4连接。上述变电站高压电气设备在线监测系统，传感器1采用高磁导率的玻膜合金材料，传感器1为隔离穿芯式磁偶合霍尔电流传感器、隔离稳定的小电压互感器或振动传感器。上述变电站高压电气设备在线监测系统，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种变电站高压电气设备在线监测方法，按分层分布式系统设计，其基本框架为第一层传感器单元、第二层在线监测终端、第三层站方监测站及第四层局方监测主站四层体系积木式结构具有可扩充性，其特征在于：包括以下步骤：　　　　１）由第一层若干传感器单元完成对变电站若干高压电气设备在线采集信号的变换功能；电压信号由母线经电压传感器取得，电流信号，对于避雷器由装在避雷器接地线上的穿芯式传感器取得；对于容性绝缘设备由装在该设备末屏接地线上的穿芯式传感器取得，对于断路器，由安装在端子箱内的穿芯式传感器取得；　　　　２）由第二层在线监测终端进行信号调理、模数转换，采用ＬｏｎＷｏｒｋｓ现场总线进行数字信号传输，上传波形数据、接受下传同步测量控制命令；　　　　３）由第三层站方监测站上完成对所管辖的在线监测终端的同步测量控制、通信管理、数据处理、分析诊断，并将有关数据上传局方监测主站，其中：同步测量控制，即根据系统的频率波动，实时提供整周期采样需要的脉冲信号，并将此信号驱动现场所有在线监测终端实现同步采样；　　　　４）由第四层局方监测主站完成数据的存储、查询、分析诊断、维护以及与其他系统接口的功能，第三层站方监测站与第四层局方监测主站之间采用基于ＴＣＰ／ＩＰ协议的网络通信方式。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王勤，吕玲，王宇，钱冠军，钱进，
申请(专利权)人：武汉华电国电高压科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]