超、特高壓串補裝置中限壓器的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法與流程

本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)運行狀態(tài)在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超、特高壓串補裝置中限壓器的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法。

背景技術(shù)：

在超、特高壓串補裝置中，限壓器是電容器組的基本保護設(shè)備，為了保證其吸收功率，限壓器常采用多柱并聯(lián)形式；但由于限壓器長期運行在持續(xù)工作電壓的作用下會發(fā)生局部劣化，破壞各柱間電流的均勻分布，嚴重時甚至會導(dǎo)致故障引發(fā)事故，影響電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行；為此需要一種在線監(jiān)測系統(tǒng)或監(jiān)測方法，可以即時監(jiān)測各柱限壓器的運行狀態(tài)，當發(fā)現(xiàn)限壓器運行異常后，能夠準確定位報警提示，方便工程人員安排停電維修，減少串補裝置的非計劃停運時間，提高串補裝置的運行可靠性。

目前，常規(guī)的在線限壓器監(jiān)測方法大多適用于低電壓等級，缺乏針對超、特高壓等級的有效診斷方法；中國專利申請cn201120572134.2“避雷器在線監(jiān)測裝置”公開了一種串補電容器上的避雷器在線監(jiān)測裝置，該發(fā)明使用套在避雷器上的采集線圈對該柱避雷器的泄漏電流進行測量，并通過采集器將信號輸出；中國專利申請cn201210461731.7“用于串補電容器中限壓器的在線監(jiān)測裝置及其方法”公開了一種用于串補電容器中限壓器的在線監(jiān)測裝置及其方法，該發(fā)明使用安裝在限壓器高壓端附近的電流互感器對該柱限壓器的泄漏電流進行測量，并通過絕緣支柱頂端的傳感頭部件將信號輸出；然而在超、特高壓串補系統(tǒng)中，限壓器常在20柱以上，單柱限壓器故障泄漏電流僅有百μa量級，采用以上監(jiān)測裝置或方法很難診斷單柱限壓器故障；如果每柱都安裝監(jiān)測器，則會對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和串補平臺監(jiān)測設(shè)備電源系統(tǒng)帶來較大負擔，影響系統(tǒng)可靠性；并且串補平臺處于高電場強磁場環(huán)境，環(huán)境溫度變化較大，影響監(jiān)測設(shè)備的測量精度，因此需要一種新的監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測方法對超、特高壓串補裝置中的限壓器進行即時在線監(jiān)測及分析診斷。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種超、特高壓串補裝置中限壓器的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)及監(jiān)測方法，能夠?qū)Τ?、特高壓串補裝置中的單柱限壓器進行監(jiān)測，且可以減少監(jiān)測器的數(shù)量，提高監(jiān)測精度和準確率。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種超、特高壓串補裝置中限壓器的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括用于采集超、特高壓電網(wǎng)中多組限壓器單元的泄漏電流和電壓的數(shù)據(jù)采集單元、用于對采集信號進行分析診斷和故障報警的地面監(jiān)控平臺以及用于將數(shù)據(jù)采集單元采集到的信號傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控平臺的光纖信號傳輸單元；多組限壓器單元均包括兩柱限壓器，兩柱限壓器并聯(lián)在高壓母線和低壓母排之間；所述數(shù)據(jù)采集單元包括用于采集限壓器單元的電壓的第一分壓器、限壓器測量箱和多個用于采集限壓器單元的泄漏電流的微電流互感器；所述限壓器測量箱包括電磁屏蔽殼體和設(shè)置在電磁屏蔽殼體中的數(shù)據(jù)采集板卡；所述地面監(jiān)控平臺包括數(shù)據(jù)處理單元；多個微電流互感器的信號采集端分別與多組限壓器單元的電流信號輸出端相連接，多個微電流互感器的信號輸出端均與數(shù)據(jù)采集板卡的信號輸入端相連接；第一分壓器的信號采集端分別與多組限壓器單元的電壓信號輸出端相連接，第一分壓器的信號輸出端與數(shù)據(jù)采集板卡的信號輸入端相連接。

進一步地每組限壓器單元中的兩柱限壓器通過鋁排并聯(lián)在一起，鋁排的兩端分別連接在兩柱限壓器的底板上。

進一步地每組限壓器單元中的任一一柱限壓器的底板上引出一段連接線連接到低壓母排上，微電流互感器的信號采集端與該連接線相連接，每組限壓器單元中兩柱限壓器的高壓接線端均連接在高壓母線上。

進一步地所述光纖信號傳輸單元包括光纖柱和分別設(shè)置在光纖柱兩端的兩個光電轉(zhuǎn)換模塊，兩個光電轉(zhuǎn)換模塊分別與數(shù)據(jù)采集板卡和數(shù)據(jù)處理單元的信號傳輸接口相連接。

進一步地還包括第二分壓器，第二分壓器的高壓接線端和低壓接線端分別連接在高壓母線和低壓母排上，第二分壓器的電壓輸出端分別與微電流互感器的電壓輸入端和數(shù)據(jù)采集板卡的電壓輸入端相連接，用于給數(shù)據(jù)采集單元微電流互感器和數(shù)據(jù)采集板卡提供直流電源。

進一步地所述數(shù)據(jù)采集板卡的電壓輸入端設(shè)置有用于防止浪涌電流破壞數(shù)據(jù)采集板卡的限流限壓保護模塊。

進一步地還包括使用上述超、特高壓串補裝置中限壓器的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟a：微電流互感器和第一分壓器分別采集限壓器單元的泄漏電流和電壓，并將采集到的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集板卡；

步驟b：數(shù)據(jù)采集板卡將采集到的泄漏電流信號和電壓信號經(jīng)過光纖信號傳輸單元傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元；

步驟c：數(shù)據(jù)處理單元對泄漏電流信號和電壓信號進行分析處理，具體包括步驟c1-c3：

步驟c1：數(shù)據(jù)處理單元將采集到的限壓器單元的泄漏電流信號和電壓信號應(yīng)用基于布萊克曼-哈里斯窗的快速傅里葉變換和雙峰插值算法進行計算；

布萊克曼-哈里斯窗的余弦窗一般表達式為：

ak為余弦窗的項數(shù)，n為采樣點數(shù)，k＝3，a0＝0.35875，a1＝0.48829，a2＝14128，a3＝0.01168；

計算基波與三次諧波分量參數(shù)，將限壓器單元的漏泄電流信號進行雙峰差值運算，計算完畢后即可得到基波電流幅值i1，基波電流相位θi1，三次諧波電流幅值i3，三次諧波電流相位θi3；全電流幅值i可通過各次諧波幅值平方和計算得出。

對第一分壓器測量得到電壓信號進行雙峰差值運算得到基波相位θu1，可求出基波阻性電流ir1：

ir1＝i1cos(θu1-θi1)

阻性電流三次諧波分量與阻性電流基波分量反相，阻性電流三次諧波分量幅值ir3計算公式為：

ir3＝i3cos(θu1+180°-θi3)

步驟c2：運用諧波分析法，即通過基波阻性電流ir1及阻性電流三次諧波分量幅值ir3的變化來對多組限壓器單元的運行狀況進行判別：當限壓器閥片老化時，阻性電流三次諧波分量幅值ir3會顯著增加；當限壓器內(nèi)部受潮時，基波阻性電流ir1顯著增加；

步驟c3：對多組限壓器單元的泄漏電流信號分別進行差分對比并定位故障限壓器單元；由于多組限壓器單元同時出現(xiàn)問題概率較低，若某限壓器單元出現(xiàn)故障，其泄漏電流參量超過設(shè)定閾值或和其它組限壓器單元的測量數(shù)據(jù)存在較大差異時，監(jiān)測系統(tǒng)即定位為故障限壓器單元，啟動故障告警，提醒工作人員及時維修。

本發(fā)明通過每組限壓器單元包括兩柱限壓器，兩柱限壓器以并聯(lián)方式設(shè)置在高壓母線和低壓母排之間；通過第一分壓器采集限壓器單元的電壓信號，通過微電流互感器采集限壓器單元的泄漏電流信號，然后將采集到的電壓信號和漏泄電流信號傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控平臺中的數(shù)據(jù)處理單元進行處理，這樣一臺微電流互感器可同時測量兩柱限壓器并聯(lián)時的泄漏電流，由于一組限壓器單元中兩柱限壓器并聯(lián)，兩柱限壓器并聯(lián)后的電阻為單柱限壓器電阻的一半，微電流互感器測得的漏泄電流翻倍，微電流互感器在監(jiān)測限壓器單元的漏泄電流時更加的靈敏，既減少了微電流互感器數(shù)量的個數(shù)，又保證了傳感器監(jiān)測精度，另外通過采集限壓器單元的電壓信號進行計算分析，提高了監(jiān)測系統(tǒng)的準確率。

進一步地通過鋁排將每組限壓器單元中的兩柱限壓器并聯(lián)在一起，鋁排拆卸方便，易于更換，當某限壓器單元出現(xiàn)故障時，可將鋁排拆下對兩柱限壓器分別進行測試，確認故障后只需更換故障限壓器即可。

進一步地光纖信號傳輸單元包括光纖柱和分別設(shè)置在光纖柱兩端的兩個光電轉(zhuǎn)換模塊，兩個光電轉(zhuǎn)換模塊分別與數(shù)據(jù)采集板卡和數(shù)據(jù)處理單元的信號傳輸接口相連接，通過光纖信號傳輸單元對采集到的信號進行轉(zhuǎn)換和傳輸，抗干擾性能強，能夠有效的隔離來自電源以及高壓平臺的電磁干擾，有效解決了電磁干擾對測量精度的影響。

進一步地數(shù)據(jù)采集板卡的電壓輸入端設(shè)置有限流限壓保護模塊，可以防止浪涌電流對數(shù)據(jù)采集板卡造成破壞，增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

更進一步地通過設(shè)計在地面監(jiān)控平臺上實現(xiàn)的監(jiān)測方法，對采集到的限壓器單元的泄漏電流信號和電壓信號進行基于布萊克曼-哈里斯窗的快速傅里葉變換和雙峰插值算法進行計算，并對計算得到的參數(shù)進行分析和預(yù)警，提高了對限壓器單元監(jiān)測的準確度，增強了超、特高壓系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的組成原理圖；

圖2為本發(fā)明所述的限壓器單元的連接示意圖；

圖3為本發(fā)明的流程圖。

具體實施方式

一種適用于超、特高壓串補裝置中限壓器的狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，如圖1和圖2所示，本實施例采用一種優(yōu)化的限壓器連接方案，無需與超、特高壓電網(wǎng)中的地線相連接；超、特高壓電網(wǎng)中包含由二十柱限壓器構(gòu)成的多柱限壓器陣列，多柱限壓器陣列處于串補平臺，與線路電壓處于同一等級；相鄰兩柱限壓器的底板202之間通過鋁排201相連接，構(gòu)成一組并聯(lián)的限壓器單元104；即現(xiàn)場二十柱限壓器共組成十組并聯(lián)的限壓器單元104；每一組限壓器單元104中任一一柱限壓器的底板202上引出一段鋁絞線204連接到低壓母排205上，限壓器單元104中兩柱限壓器的高壓接線端均連接在高壓母線203上。

所述的監(jiān)測系統(tǒng)包括用于采集超、特高壓電網(wǎng)中多組限壓器單元104的泄漏電流和電壓的數(shù)據(jù)采集單元101、用于對采集到的泄漏電流和電壓信號進行分析診斷和故障報警的地面監(jiān)控平臺111以及用于將數(shù)據(jù)采集單元101采集到的信號傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控平臺111的光纖信號傳輸單元102。

所述數(shù)據(jù)采集單元101包括用于采集限壓器單元104的電壓信號的第一分壓器106a、限壓器測量箱109和多個用于采集限壓器單元104的泄漏電流的微電流互感器105；所述限壓器測量箱109與低壓母排205等電位，置于限壓器單元104旁側(cè)，限壓器測量箱109包括電磁屏蔽殼體和設(shè)置在電磁屏蔽殼體中的數(shù)據(jù)采集板卡107，數(shù)據(jù)采集板卡107的電壓輸入端設(shè)置有限流限壓保護模塊，防止浪涌電流破壞采集板；微電流互感器105為零磁通電流互感器，穿心式結(jié)構(gòu)，利用補償繞組消除勵磁電流對互感器測量精度的影響，使傳感器線圈始終工作在零負載狀態(tài)下，其精度滿足限壓器單元104中200μa～10ma泄漏電流測量；微電流互感器105內(nèi)置運算放大電路，將±10ma的電流轉(zhuǎn)換為±5v可以被采集卡采集處理的電壓信號；多個微電流互感器105分別安裝在多組限壓器單元104的底板202與低壓母排205之間，多個微電流互感器105分別穿過多組限壓器單元104的底板202與低壓母排205之間連接的鋁絞線204，來實現(xiàn)電流信號輸出端與限壓器單元104的信號輸出端相連接；多個微電流互感器105的信號輸出端均與數(shù)據(jù)采集板卡107的信號輸入端相連接，用于將采集到的限壓器單元104的泄漏電流傳輸給數(shù)據(jù)采集板卡107，這樣與上述優(yōu)化的限壓器連接方案結(jié)合后，一臺微電流互感器105可同時測量兩柱限壓器并聯(lián)時的泄漏電流，由于一組限壓器單元104中兩柱限壓器并聯(lián)，兩柱限壓器并聯(lián)后的電阻為單柱限壓器電阻的一半，微電流互感器105測得的漏泄電流翻倍，微電流互感器105在監(jiān)測限壓器單元104的漏泄電流時更加的靈敏，既減少了微電流互感器105數(shù)量的個數(shù)，又保證了傳感器監(jiān)測精度；鋁排201拆卸方便，易于更換，當某限壓器單元104出現(xiàn)故障時，可將鋁排201拆下對兩柱限壓器分別進行測試，確認故障后只需更換故障限壓器即可。

所述第一分壓器106a安裝在限壓器測量箱109上面，第一分壓器106a的信號采集端和信號輸出端分別與限壓器單元104的電壓信號輸出端和數(shù)據(jù)采集板卡107的信號輸入端相連接，用于采集限壓器單元104的電壓并將采集到的電壓信息傳輸至數(shù)據(jù)采集板卡107，由于多組限壓器單元104并聯(lián)在高壓母線203和低壓母排205之間，多組限壓器單元104兩端的電壓相同，因此只需將第一分壓器106a的高壓接線端和低壓接線端分別連接在高壓母線203和低壓母排205上來實現(xiàn)電壓信號采集，將信號輸出端和數(shù)據(jù)采集板卡107的信號輸入端相連接即可；限壓器測量箱109上還設(shè)置有第二分壓器106b,第二分壓器106b的高壓接線端和低壓接線端也分別連接在高壓母線203和低壓母排205上，第二分壓器106b的電壓輸出端分別與微電流互感器105的電壓輸入端和數(shù)據(jù)采集板卡107的電壓輸入端相連接，用于給微電流互感器105和數(shù)據(jù)采集板卡107提供12v直流電源。

所述光纖信號傳輸單元102包括光纖柱110和分別設(shè)置在光纖柱110兩端的兩個光電轉(zhuǎn)換模塊108，兩個光電轉(zhuǎn)換模塊108分別與數(shù)據(jù)采集板卡107和數(shù)據(jù)處理單元103的信號傳輸接口相連接；由于高壓串補平臺上電源獲取比較困難，需要將各組數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛孢M行處理，光纖傳輸系統(tǒng)傳輸速率高，通信容量大，抗干擾性能強，能夠有效的隔離來自電源以及高壓平臺的電磁干擾，有效解決了電磁干擾對測量精度的影響，本實施例選用光纖通信實現(xiàn)串補平臺與地面的信號傳輸；在超、特高壓電網(wǎng)運行過程中，光電轉(zhuǎn)換模塊108將采集到的電參量轉(zhuǎn)換為光信號，并通過光纖柱110將多路信號同步傳輸?shù)降孛姹O(jiān)控平臺111，實現(xiàn)了多路信號的實時同步傳輸。

所述地面監(jiān)控平臺111包括數(shù)據(jù)處理單元103；地面監(jiān)控平臺111為基于iec61850協(xié)議實現(xiàn)的狀態(tài)監(jiān)測平臺，該平臺采用c/s架構(gòu)，負責串補裝置的接入和管理，以及整個在線監(jiān)測系統(tǒng)的運動控制。

如圖3所示，在地面監(jiān)控平臺111上實現(xiàn)的監(jiān)測方法包括如下步驟：

步驟a：微電流互感器105和第一分壓器106a分別采集多組限壓器單元104的泄漏電流和電壓，并將采集到的信號傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集板卡107；

步驟b：數(shù)據(jù)采集板卡107將采集到的泄漏電流信號和電壓信號經(jīng)過光纖信號傳輸單元102傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理單元103；

步驟c：數(shù)據(jù)處理單元103對泄漏電流信號和電壓信號進行分析處理，具體包括步驟c1-c3：

步驟c1：數(shù)據(jù)處理單元103將采集到的限壓器單元104的泄漏電流信號和電壓信號應(yīng)用基于布萊克曼-哈里斯窗的快速傅里葉變換和雙峰插值算法進行計算；

布萊克曼-哈里斯窗的余弦窗一般表達式為：

ak為余弦窗的項數(shù)，n為采樣點數(shù)；

不同k的值和系數(shù)ak決定了不同的窗：k＝0時,就是矩形窗；k＝1時，a0＝0.54，a1＝0.46，為哈明窗，a0＝a1＝0.5為海寧窗；k＝3，取a0＝0.35875,a1＝0.48829,a2＝14128,a3＝0.01168時為布萊克曼-哈里斯窗；

計算基波與三次諧波分量參數(shù)，將限壓器單元104的漏泄電流信號進行中心頻率為50hz與150hz的兩次雙峰差值運算，其他頻率的分量因占比較少予以忽略；計算完畢后即可得到基波電流幅值i1，基波電流相位θi1，三次諧波電流幅值i3，三次諧波電流相位θi3；全電流幅值i可通過各次諧波幅值平方和計算得出。

對第一分壓器106a測量得到電壓信號進行雙峰差值運算得到基波相位θu1，可求出基波阻性電流ir1：

ir1＝i1cos(θu1-θi1)

阻性電流三次諧波分量與阻性電流基波分量反相，阻性電流三次諧波分量幅值ir3計算公式為：

ir3＝i3cos(θu1+180°-θi3)

步驟c2：運用諧波分析法，即通過基波阻性電流ir1及阻性電流三次諧波分量幅值ir3的變化來對多組限壓器單元104的運行狀況進行判別：當限壓器閥片老化時，阻性電流三次諧波分量幅值ir3會顯著增加；當限壓器內(nèi)部受潮時，基波阻性電流ir1顯著增加；運用諧波分析法的同時也可與電容電流補償法等方法結(jié)合使用。

步驟c3：對多組限壓器單元104的泄漏電流信號分別進行差分對比并定位故障限壓器單元104；對多組限壓器單元104的泄漏電流信號分別進行差分對比用于消除環(huán)境電磁干擾和溫漂影響，提高測量精度，由于多組限壓器單元104同時出現(xiàn)問題概率較低，若某限壓器單元104出現(xiàn)故障，其泄漏電流參量超過設(shè)定閾值或和其它組限壓器單元104的測量數(shù)據(jù)存在較大差異時，監(jiān)測系統(tǒng)即定位為故障限壓器單元104，啟動故障告警，提醒工作人員及時維修，如基波阻性電流ir1等泄漏電流參量超過設(shè)定閾值；如果為了進一步提高故障告警的準確性，在對故障限壓器單元104進行定位后，將定位的限壓器單元104與數(shù)據(jù)庫中的限壓器單元104的歷史記錄和環(huán)境參數(shù)進行分析對比，進行故障分析與故障評估，然后再確定是否啟動故障告警。

同時，該地面監(jiān)控平臺111擁有前端設(shè)置功能，可通過前端設(shè)定在線監(jiān)測檢驗單元采集周期、報警閾值設(shè)置等。

上述方法對采集到的限壓器單元104的泄漏電流信號和電壓信號進行基于布萊克曼-哈里斯窗的快速傅里葉變換和雙峰插值算法進行計算，并對計算得到的參數(shù)進行分析和預(yù)警，提高了對限壓器監(jiān)測的準確度，增強了超、特高壓電網(wǎng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明實施例技術(shù)方案的范圍。