CN107607834A - 变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
一种变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统及监测方法，多个监测器分别对地线上的电压、接地电流和接地电阻进行在线实时监测和报警，每个在线监测子IED通过有线方式连接每个监测器，用于将通过有线传输的监测器数据转换为能够进行光纤传输的数据格式发送给在线监测主IED，在线监测主IED通过光纤连接所有在线监测子IED，用于将来自在线监测子IED的数据转换为适合网线传输的数据格式发送给主站服务器，主站服务器通过网线连接在线监测主IED，用于进行数据操作、显示和报警。本发明实时监测电力网地线的电压、电流和电阻状态，为主站服务器提供判断及分析依据，完善了变电站设备状态检修，为变电站各类设备安全运行提供了有效信息。
Description
技术领域
本发明涉及供配电技术领域，尤其涉及一种变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统及监测方法。
背景技术
国内变电站光纤复合架空地线复合光缆（OPGW）终端在运行中发生引下缆雷击断股、感应电电蚀断股和脱缆缺陷故障日渐增多，而目前而言还没有相应的监测设备提供数据监测和分析。
OPGW光纤通信是电力通信骨干网的重要组成部分，它承载着电网生产信息。当前国内智能电网处于高速发展时期，电力通信大量采用OPGW用于光纤骨干网。为提高智能电网安全运行的可靠性对OPGW光纤通信网进行全天候24小时监测显得尤为重要。
发明内容
本发明提供一种变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统及监测方法，实时监测电力网地线的电压、电流和电阻状态，为主站服务器提供判断及分析依据，完善了变电站设备状态检修，为变电站各类设备安全运行提供了有效信息。
为了达到上述目的，本发明提供一种变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统，包含：
多个监测器，其输入端分别连接被测地线的不同位置，分别对地线上的电压、接地电流和接地电阻进行在线实时监测和判断；
多个在线监测子IED，每个在线监测子IED的输入端分别通过有线方式连接与其对应的监测器的输出端，用于将通过有线传输的监测器数据转换为能够进行光纤传输的数据格式发送给在线监测主IED；
在线监测主IED，其输入端通过光纤连接所有在线监测子IED的输出端，用于将来自在线监测子IED的数据转换为适合网线传输的数据格式发送给主站服务器；
主站服务器，其输入端通过网线连接在线监测主IED的输出端，用于进行数据显示和报警。
所述的监测器包含：
第一霍尔线圈，其套接在被测地线上，用于探测电流信号；
第二霍尔线圈，其套接在被测地线上，用于探测电流信号；
传感器，其套接在被测地线上，用于探测电压信号；传感器具有两个线圈，第一个线圈套接在被测地线上，并连接受控端，第二个线圈感应第一个线圈上的电压信号；
第一采集器，其输入端电性连接第一霍尔线圈，用于采集与第一霍尔线圈串联的电阻上的电压信息；
第二采集器，其输入端电性连接第二霍尔线圈，用于采集与第二霍尔线圈串联的电阻上的电压信息；
第三采集器，其输入端电性连接传感器，用于采集传感器探测到的电压信息；
脉冲发生器，其输出端电性连接传感器的受控端，用于产生脉冲控制传感器的工作；
数据处理器，其输入端电性连接第一采集器、第二采集器和第三采集器的输出端，数据处理器获取第一采集器采集的被测地线的电压值，数据处理器根据第二采集器采集的电压信息计算得到被测地线的电流值和电流相位差，数据处理器根据第三采集器采集的电压信息计算得到被测地线的电阻值，并判断当前的电压值、电流值、电阻值和电流相位差是否超过设定阈值，数据处理器输出一控制信号至所述脉冲发生器的输入端；
通信接口，其连接数据处理器的输出端和在线监测子IED的输入端，用于将数据处理器获得的电压值、电流值和电阻值转换为有线格式的数据发送给在线监测子IED。
所述的数据处理器中包含：复杂可编程逻辑器件和高速ARM处理器，用于共同完成电流相位判定。
所述的监测器1还包含：显示器，其输入端电性连接数据处理器的输出端，用于显示报警信息。
本发明还提供一种光纤复合架空地线复合光缆在线监测方法，包含以下步骤：
步骤S1、监测器实时监测被测地线上不同位置的电压值、电流值、电阻值和电流相位差是否超过设定阈值；
步骤S2、在线监测子IED通过有线传输方式接收监测器发送的数据信息，并将该数据信息转换为能够进行光纤传输的数据格式发送给在线监测主IED；
步骤S3、在线监测主IED通过光纤传输方式接收在线监测子IED发送的数据信息，并将该数据信息转换为适合网线传输的数据格式发送给主站服务器；
步骤S4、主站服务器接收在线监测主IED发送的数据信息，对数据进行存储、处理、显示和告警。
所述的步骤S1具体包含以下步骤：
步骤S1.1、采集器分别采集被测地线上不同位置的电压信息；
步骤S1.2、数据处理器根据采集器获得的电压信息获得电压值，并计算得到电流值、电阻值和电流相位差，数据处理器判断当前的电压值、电阻值和电阻值是否超过设定阈值，如果超过阈值则发出告警信息；
步骤S1.3、数据处理器将实时的电压值、电流值、电阻值和告警信息输出到显示器进行显示，并将实时的电压值、电流值、电阻值和告警信息通过通信接口输出给在线监测子IED。
所述的步骤S1.1具体包含以下步骤：
第一采集器通过第一霍尔线圈采集被测地线上的电压；该电压包含雷击电压和感应电压；
第二采集器通过第二霍尔线圈采集被测地线上的电压；
第三采集器通过传感器采集被测地线上的电压。
所述的步骤S1.2中，数据处理器计算电流值的方法具体包含：数据处理器根据第二采集器采集的电压值和与第二霍尔线圈串联的电阻值计算得到电流值；
数据处理器计算电阻值的方法具体包含：数据处理器根据第三采集器采集的电压值计算得到电流值，再根据第三采集器采集的电压值和计算得到的电流值计算得到电阻值。
所述的步骤S1.2中，数据处理器计算并判断电流相位差的方法具体包含：
步骤S1.3.1、高速ARM处理器复位复杂可编程逻辑器件，等待时间大于2s；
步骤S1.3.2、高速ARM处理器使能复杂可编程逻辑器件，检测第一电流相位，等待时间大于1s；
步骤S1.3.3、高速ARM处理器读取当前相位数据并存储；
步骤S1.3.4、高速ARM处理器复位复杂可编程逻辑器件，等待时间大于1s；
步骤S1.3.5、高速ARM处理器使能复杂可编程逻辑器件，检测第二电流相位，等待时间大于1s；
步骤S1.3.6、高速ARM处理器读取当前相位数据并存储；
步骤S1.3.7、高速ARM处理器比较第一电流相位和第二电流相位，相位差大于180度则发出警报。
所述的检测电流相位的方法包含：复杂可编程逻辑器件将第二采集器采集到的电压信息与复杂可编程逻辑器件内部产生的参考50Hz电压进行对比，计算两者的相位差数据作为当前的电流相位。
本发明实时监测电力网地线的电压、电流和电阻状态，为主站服务器提供判断及分析依据，完善了变电站设备状态检修，为变电站各类设备安全运行提供了有效信息。
附图说明
图1是本发明提供的一种变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统的结构示意图。
图2是本发明提供的一种光纤复合架空地线复合光缆在线监测方法的流程图。
具体实施方式
以下根据图1和图2具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统，包含：
多个监测器1，其输入端分别连接被测地线的不同位置，分别对地线上的电压、接地电流和接地电阻进行在线实时监测和判断；
多个在线监测子IED（智能电子设备）2，每个在线监测子IED2的输入端分别通过有线方式连接与其对应的监测器1的输出端，用于将通过有线传输的监测器数据转换为能够进行光纤传输的数据格式发送给在线监测主IED3；本实施例中，监测器1和在线监测子IED2按一比一的比例配置，在电力网中多处设置；
在线监测主IED3，其输入端通过光纤连接所有在线监测子IED2的输出端，用于将来自在线监测子IED2的数据转换为适合网线传输的数据格式发送给主站服务器4；本实施例中，在线监测主IED3的输入端设置多个端口，用于连接多个在线监测子IED2；
主站服务器4，其输入端通过网线连接在线监测主IED3的输出端，用于进行数据显示和报警。
如图1所示，所述的监测器1具体包含：第一霍尔线圈101，其套接在被测地线上，用于探测电流信号；
第二霍尔线圈102，其套接在被测地线上，用于探测电流信号；
传感器103，其套接在被测地线上，用于探测电压信号；在本实施例中，该传感器103采用非接触式传感器，传感器103具有两个线圈，第一个线圈套接在被测地线上，并连接受控端，第二个线圈感应第一个线圈上的电压信号；
第一采集器104，其输入端电性连接第一霍尔线圈101，用于采集与第一霍尔线圈101串联的电阻上的电压信息；在本实施例中，该第一采集器104采用8位采集器，采样速度为10Mb/s；
第二采集器105，其输入端电性连接第二霍尔线圈102，用于采集与第二霍尔线圈102串联的电阻上的电压信息；在本实施例中，该第二采集器105采用24位采集器，采样速度为10kb/s；
第三采集器106，其输入端电性连接传感器103，用于采集传感器103探测到的电压信息；
脉冲发生器107，其输出端电性连接传感器103的受控端，用于产生脉冲控制传感器103的工作；
数据处理器108，其输入端电性连接第一采集器104、第二采集器105和第三采集器106的输出端，数据处理器108获取第一采集器104采集的被测地线的电压值，数据处理器108根据第二采集器105采集的电压信息计算得到被测地线的电流值和电流相位差，数据处理器108根据第三采集器106采集的电压信息计算得到被测地线的电阻值，并判断当前的电压值、电流值、电阻值和电流相位差是否超过设定阈值，数据处理器108输出一控制信号至所述脉冲发生器107的输入端，输出显示数据至所述显示器109的输入端，输出通信数据至所述通信接口的输入端；进一步地，所述的数据处理器108中包含：复杂可编程逻辑器件（CPLD）和高速ARM处理器，用于共同完成电流相位判定；
显示器109，其输入端电性连接数据处理器108的输出端，用于显示报警信息；
通信接口110，其连接数据处理器108的输出端和在线监测子IED2的输入端，用于将数据处理器108获得的电压值、电流值和电阻值转换为有线格式的数据发送给在线监测子IED2。
如图2所示，本发明还提供一种光纤复合架空地线复合光缆在线监测方法，包含以下步骤：
步骤S1、监测器实时监测被测地线上不同位置的电压值、电流值、电阻值和电流相位差是否超过设定阈值；
步骤S2、在线监测子IED通过有线传输方式接收监测器发送的数据信息，并将该数据信息转换为能够进行光纤传输的数据格式发送给在线监测主IED；在本实施例中，在线监测子IED将数据转为RS485转光接口模块的2M格式通过光纤将数据发送到在线监测主IED；
步骤S3、在线监测主IED通过光纤传输方式接收在线监测子IED发送的数据信息，并将该数据信息转换为适合网线传输的数据格式发送给主站服务器；
步骤S4、主站服务器接收在线监测主IED发送的数据信息，对数据进行存储、处理、显示和告警。
所述的步骤S1具体包含以下步骤：
步骤S1.1、采集器分别采集被测地线上不同位置的电压信息；
步骤S1.2、数据处理器根据采集器获得的电压信息获得电压值，并计算得到电流值、电阻值和电流相位差，数据处理器判断当前的电压值、电阻值和电阻值是否超过设定阈值，如果超过阈值则发出告警信息；本实施例中，在主站服务器中通过人工设定阈值；
步骤S1.3、数据处理器将实时的电压值、电流值、电阻值和告警信息输出到显示器进行显示（本实施例中，显示方式为平面趋势图或表格），并将实时的电压值、电流值、电阻值和告警信息通过通信接口输出给在线监测子IED。
所述的步骤S1.1具体包含以下步骤：
第一采集器通过第一霍尔线圈采集被测地线上的电压；该电压包含雷击电压和感应电压，由数据处理器根据电压的时间特性区分，采集到的单元脉冲宽度为1.2μs～50μs的电压为雷击过压，采集到的单元脉冲宽度为250μs～2500μs的电压为感应电压；
第二采集器通过第二霍尔线圈采集被测地线上的电压；
第三采集器通过传感器采集被测地线上的电压。
所述的步骤S1.2中，数据处理器计算电流值的方法具体包含：数据处理器根据第二采集器采集的电压值和与第二霍尔线圈串联的电阻值计算得到电流值。接地电流的检测范围为0~400A。
数据处理器计算电阻值的方法具体包含：数据处理器根据第三采集器采集的电压值计算得到电流值，再根据第三采集器采集的电压值和计算得到的电流值计算得到电阻值。接地电阻的检测范围为0~200Ω。
数据处理器计算并判断电流相位差的方法具体包含：
步骤S1.3.1、高速ARM处理器复位复杂可编程逻辑器件，等待时间大于2s；
步骤S1.3.2、高速ARM处理器使能复杂可编程逻辑器件，检测第一电流相位，等待时间大于1s；
步骤S1.3.3、高速ARM处理器读取当前相位数据并存储；
步骤S1.3.4、高速ARM处理器复位复杂可编程逻辑器件，等待时间大于1s；
步骤S1.3.5、高速ARM处理器使能复杂可编程逻辑器件，检测第二电流相位，等待时间大于1s；
步骤S1.3.6、高速ARM处理器读取当前相位数据并存储；
步骤S1.3.7、高速ARM处理器比较第一电流相位和第二电流相位，相位差大于180度则发出警报。
所述的检测电流相位的方法包含：复杂可编程逻辑器件将第二采集器采集到的电压信息与复杂可编程逻辑器件内部产生的参考50Hz电压进行对比，计算两者的相位差数据作为当前的电流相位。
所述的步骤S4中，所述的主站服务器显示实时数据列表和实时变化曲线，并且提供历史数据查询和历史数据变化曲线查询，服务器对接收到的数据设置阈值，当数据大于或小于阈值时，服务器会发出报警信息，通知操作人员干预，并提供数据异常的站点、可能的异常原因等信息，方便工作人员及时发现及时处理。
本发明实时监测电力网地线的电压、电流和电阻状态，为主站服务器提供判断及分析依据，完善了变电站设备状态检修，为变电站各类设备安全运行提供了有效信息。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统，其特征在于，包含：
多个监测器，其输入端分别连接被测地线的不同位置，分别对地线上的电压、接地电流和接地电阻进行在线实时监测和判断；
多个在线监测子IED，每个在线监测子IED的输入端分别通过有线方式连接与其对应的监测器的输出端，用于将通过有线传输的监测器数据转换为能够进行光纤传输的数据格式发送给在线监测主IED；
在线监测主IED，其输入端通过光纤连接所有在线监测子IED的输出端，用于将来自在线监测子IED的数据转换为适合网线传输的数据格式发送给主站服务器；
主站服务器，其输入端通过网线连接在线监测主IED的输出端，用于进行数据显示和报警。
2.如权利要求1所述的变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统，其特征在于，所述的监测器包含：
第一霍尔线圈，其套接在被测地线上，用于探测电流信号；
第二霍尔线圈，其套接在被测地线上，用于探测电流信号；
传感器，其套接在被测地线上，用于探测电压信号；传感器具有两个线圈，第一个线圈套接在被测地线上，并连接受控端，第二个线圈感应第一个线圈上的电压信号；
第一采集器，其输入端电性连接第一霍尔线圈，用于采集与第一霍尔线圈串联的电阻上的电压信息；
第二采集器，其输入端电性连接第二霍尔线圈，用于采集与第二霍尔线圈串联的电阻上的电压信息；
第三采集器，其输入端电性连接传感器，用于采集传感器探测到的电压信息；
脉冲发生器，其输出端电性连接传感器的受控端，用于产生脉冲控制传感器的工作；
数据处理器，其输入端电性连接第一采集器、第二采集器和第三采集器的输出端，数据处理器获取第一采集器采集的被测地线的电压值，数据处理器根据第二采集器采集的电压信息计算得到被测地线的电流值和电流相位差，数据处理器根据第三采集器采集的电压信息计算得到被测地线的电阻值，并判断当前的电压值、电流值、电阻值和电流相位差是否超过设定阈值，数据处理器输出一控制信号至所述脉冲发生器的输入端；
通信接口，其连接数据处理器的输出端和在线监测子IED的输入端，用于将数据处理器获得的电压值、电流值和电阻值转换为有线格式的数据发送给在线监测子IED。
3.如权利要求2所述的变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统，其特征在于，所述的数据处理器中包含：复杂可编程逻辑器件和高速ARM处理器，用于共同完成电流相位判定。
4.如权利要求2所述的变电站光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统，其特征在于，所述的监测器1还包含：显示器，其输入端电性连接数据处理器的输出端，用于显示报警信息。
5.一种使用如权利要求1-4中任意一项所述的光纤复合架空地线复合光缆在线监测系统进行在线监测的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、监测器实时监测被测地线上不同位置的电压值、电流值、电阻值和电流相位差是否超过设定阈值；
步骤S2、在线监测子IED通过有线传输方式接收监测器发送的数据信息，并将该数据信息转换为能够进行光纤传输的数据格式发送给在线监测主IED；
步骤S3、在线监测主IED通过光纤传输方式接收在线监测子IED发送的数据信息，并将该数据信息转换为适合网线传输的数据格式发送给主站服务器；
步骤S4、主站服务器接收在线监测主IED发送的数据信息，对数据进行存储、处理、显示和告警。
6.如权利要求5所述的光纤复合架空地线复合光缆在线监测方法，其特征在于，所述的步骤S1具体包含以下步骤：
步骤S1.1、采集器分别采集被测地线上不同位置的电压信息；
步骤S1.2、数据处理器根据采集器获得的电压信息获得电压值，并计算得到电流值、电阻值和电流相位差，数据处理器判断当前的电压值、电阻值和电阻值是否超过设定阈值，如果超过阈值则发出告警信息；
步骤S1.3、数据处理器将实时的电压值、电流值、电阻值和告警信息输出到显示器进行显示，并将实时的电压值、电流值、电阻值和告警信息通过通信接口输出给在线监测子IED。
7.如权利要求6所述的光纤复合架空地线复合光缆在线监测方法，其特征在于，所述的步骤S1.1具体包含以下步骤：
第一采集器通过第一霍尔线圈采集被测地线上的电压；该电压包含雷击电压和感应电压；
第二采集器通过第二霍尔线圈采集被测地线上的电压；
第三采集器通过传感器采集被测地线上的电压。
8.如权利要求6所述的光纤复合架空地线复合光缆在线监测方法，其特征在于，所述的步骤S1.2中，数据处理器计算电流值的方法具体包含：数据处理器根据第二采集器采集的电压值和与第二霍尔线圈串联的电阻值计算得到电流值；
数据处理器计算电阻值的方法具体包含：数据处理器根据第三采集器采集的电压值计算得到电流值，再根据第三采集器采集的电压值和计算得到的电流值计算得到电阻值。
9.如权利要求6所述的光纤复合架空地线复合光缆在线监测方法，其特征在于，所述的步骤S1.2中，数据处理器计算并判断电流相位差的方法具体包含：
步骤S1.3.1、高速ARM处理器复位复杂可编程逻辑器件，等待时间大于2s；
步骤S1.3.2、高速ARM处理器使能复杂可编程逻辑器件，检测第一电流相位，等待时间大于1s；
步骤S1.3.3、高速ARM处理器读取当前相位数据并存储；
步骤S1.3.4、高速ARM处理器复位复杂可编程逻辑器件，等待时间大于1s；
步骤S1.3.5、高速ARM处理器使能复杂可编程逻辑器件，检测第二电流相位，等待时间大于1s；
步骤S1.3.6、高速ARM处理器读取当前相位数据并存储；
步骤S1.3.7、高速ARM处理器比较第一电流相位和第二电流相位，相位差大于180度则发出警报。
10.如权利要求9所述的光纤复合架空地线复合光缆在线监测方法，其特征在于，所述的检测电流相位的方法包含：复杂可编程逻辑器件将第二采集器采集到的电压信息与复杂可编程逻辑器件内部产生的参考50Hz电压进行对比，计算两者的相位差数据作为当前的电流相位。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20180119 |
|
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