变电站电容器型设备在线检测系统的应用 变电站电容器的作用
时间：2019-03-29 03:25:00 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
[摘 要] 电容型设备在高压变电站中占有重要的地位，因此，对电容型设备的绝缘进行在线监测对电力系统的稳定运行有着很大的重要性。本文选择介质损耗作为目标量，对如何实现变电站容型设备的在线检测进了了初步探讨和研究。
[关键词] 电容型设备 介质损耗 在线监测
1.系统研究的背景和意义
在社会经济高速发展的今天，各类重要电力用户对电力系统的可靠供电提出了更高要求。而目前我国电力系统中电气设备的检修和维护工作以定期进行预防性试验为主，因其存在检修停电时间长、实验检修周期固定、停电实验结果有误差等缺点，已很难以满足现在电力系统的实际要求。电网中的各级变电站是电力系统的枢纽，其是一个高压设备密集的区域，各类设备一旦发生事故，不仅会损坏设备本身，还有可能危及人员安全，并造成其它多方面（如电网大面积停电等）的损失。而在变电站的各类高压一次设备中，电容型设备是其中比较重要的输变电设备，其设备数量约占变电站总设备数量的40%左右，因其绝缘老化和降低而引发的故障将严重危及变电站的安全稳定运行，同时还可能对其它设备的安全运行以及值班人员的安全造成严重威胁，甚至引发电网扩大事故，所以运用电容型设备在线监测技术对电容型设备进行在线监测，从而实现电容型设备的状态检修将具有十分重要的意义。
2.变电站电容型设备介损在线监测系统的硬件设计
2.1在线监测系统结构的选择
系统硬件结构方案采用了现场总线技术的分层分布多CPU结构。且根据在线监测系统功能的要求将系统分为监测、控制和信息三个层。监测层采用分布式多点采集的方式，各监测设备的传感器信号经过A/D转换，通过RS485现场总线与控制层的主机进行通信。控制层的主机通过RS485现场总线来完成对现场监测设备的控制和数据读取，并将数据送往信息层的服务器。信息层主要负责实现B/S模式（Browser/Server模式）的远程服务，其服务器包括Web服务器和数据库服务器。该系统与前期应用其他结构的监测系统相比，具有数字信号传输无衰减；系统易于扩展等结构优点，可以实现Browser/Server模式的远程监控和维护，系统运行高效可靠。
2.2传感器的选择
由于末屏电流信号比较微弱，其采集就是目前在线监测系统的一个难题。为此，系统选择了有源型电流传感器，这样既提高了抗干扰能力又保证测量精度。此外，还可以采用电容分压的方式来提取微弱的末屏电流信号，从而提高信号的信噪比。介损参数tanδ也会受到环境温、湿度的影响，为了了解介损参数tanδ与环境温、湿度的关系，给系统的运行人员提供参考依据，所以在系统中也监测了这两个环境参数。在此，系统选用了高精度DS18B20型温度传感器和HM1500型电容式相对湿度传感器，保证了系统采集温度、湿度参数的准确性和可靠性。
2.3数据的通信
基于变电站现场的通信要求，要选择一种通用现场通信总线，通信模式应当实现双向通信、多点通信和数字化的通信，抗干扰性能良好可以实现长距离数据传输的总线，为此系统选择RS485总线。而且变电站设备介损监测系统的通信网络可以运用MAX1480B进行方便灵活地组建。在现场的总线（RS485）标准链路层协议参考电力行业《传输规约》中的标准。同时系统采用GPS时钟装置来实现数据采集的实时性，利用好的通信协议来保证各现场监测装置的同步性。
3.在线监测系统软件开发及现场应用
变电站电容型设备介损在线监测系统的软件部分主要负责通过指令来驱动设备硬件（现场监测设备）采集被监测设备的各种信号，对信号进行数据处理、传输及存储，最后通过系统主机程序对数据进行分析和诊断，并通过图文并茂的方式予以呈现。依据在线监测系统根据变电站电容型设备介损在线监测系统的设计与功能要求，系统软件部分可以分为信息查询系统、图形系统和信息图像处理系统三个大的模块。图形系统用来实现系统模型与设备基本信息数据库的构建以及系统图形界面的设计，完成对被监测设备各种信号的采集、传输和数据处理、存储；信息图像处理系统将相关数据与相应设备进行关联，并以图文并茂的方式予以呈现。信息查询系统主要是发布信息，通过电力光线网（或电力载波）实现系统的远程访问功能。
软件设计采用面向对象的界面设计。管理界面采用模块化思想，将数据进行分类，对每一类单独用一个模块进行分析，由主界面对这些模块统一进行调用。
4.在线监测系统的抗干扰措施
现场监测系统中的总线和各种装置始终处在强电磁干扰环境中，尤其是在有雷暴的恶劣天气下，设备的电磁环境更加恶劣，因此为保证在线监测系统的稳定性，提高系统的抗干扰性能，在此采用了多种硬件和软件抗干扰的措施。
4.1 硬件抗干扰
在硬件抗干扰方面系统主要采取了加强屏蔽处理、加装低通滤波器滤除高频干扰信号、在模拟信号输入通道加装运算放大器作前置放大器等方法消除和削弱系统受到的差、共模干扰。通过加强设备及低频线路的接地处理来避免和减少接地线造成的干扰。此外，在设计印刷电路时，采取合理布线、分散滤波等措施项措施提高抗印刷电路板的干扰能力。
4.2软件抗干扰
虽然从硬件方面采取一些方法可以大幅度提高系统的抗扰能力和运行的稳定性，但为了取得更好地抗干扰效果，我们还要从软件方面着手，进一步提高系统抗干扰能力，从而保证系统的安全稳定运行。在工作实际中的应用主要有两方面：一是将模拟输入信号的噪声消除；二是在程序无法正常运行或出错时，将程序重新启动或使其重回正轨。对于模拟输入信号中的噪声，我们可以采取数字滤波技术将其消除，对于第二方面的问题我们可以采取下面几方面的措施加以消除：加入冗余指令、设置软件陷阱、利用软件“看门狗”。利用软件来抑制各类干扰，可以不增加硬件环节，节约设备成本，应用起来灵活方便。
5.系统应用前景分析及未来发展方向预测
随着社会经济的高速发展，对电力系统供电可靠性提出了更高的要求。为满足社会对供电可靠性的要求，对整个变电设备全部实现24h在线不间断监测， 全面掌握设备健康水平，实施设备状态检修是电力系统管理维护的发展趋势。运用电容型设备在线监测（状态监测）技术对电容型设备进行在线监测，是实现变电站电容性设备状态检修必须具备的可靠技术保障。
此外，先进的微电子技术、数字传感器、软件平台和现场总线等技术飞速发展，为研究开发对电容型设备的更准确、灵敏监测手段提供了强大支持。高速发展和应用中的人工智能技术也会为系统的进一步应用和发展提供新的技术支撑点。将来，系统依托现有系统的分层分布多CPU结构和易于扩展的优势，扩大参数的采集范围，拓宽被监测设备的监测类型，加强与变电站综合自动化系统的信息融合，共享更加丰富的电力系统参数，为综合判断系统健康水平提供更多的参考依据，为实现对全部变电设备的在线监测提供良好基础。 [摘 要] 电容型设备在高压变电站中占有重要的地位，因此，对电容型设备的绝缘进行在线监测对电力系统的稳定运行有着很大的重要性。本文选择介质损耗作为目标量，对如何实现变电站容型设备的在线检测进了了初步探讨和研究。
[关键词] 电容型设备 介质损耗 在线监测
1.系统研究的背景和意义
在社会经济高速发展的今天，各类重要电力用户对电力系统的可靠供电提出了更高要求。而目前我国电力系统中电气设备的检修和维护工作以定期进行预防性试验为主，因其存在检修停电时间长、实验检修周期固定、停电实验结果有误差等缺点，已很难以满足现在电力系统的实际要求。电网中的各级变电站是电力系统的枢纽，其是一个高压设备密集的区域，各类设备一旦发生事故，不仅会损坏设备本身，还有可能危及人员安全，并造成其它多方面（如电网大面积停电等）的损失。而在变电站的各类高压一次设备中，电容型设备是其中比较重要的输变电设备，其设备数量约占变电站总设备数量的40%左右，因其绝缘老化和降低而引发的故障将严重危及变电站的安全稳定运行，同时还可能对其它设备的安全运行以及值班人员的安全造成严重威胁，甚至引发电网扩大事故，所以运用电容型设备在线监测技术对电容型设备进行在线监测，从而实现电容型设备的状态检修将具有十分重要的意义。
2.变电站电容型设备介损在线监测系统的硬件设计
2.1在线监测系统结构的选择
系统硬件结构方案采用了现场总线技术的分层分布多CPU结构。且根据在线监测系统功能的要求将系统分为监测、控制和信息三个层。监测层采用分布式多点采集的方式，各监测设备的传感器信号经过A/D转换，通过RS485现场总线与控制层的主机进行通信。控制层的主机通过RS485现场总线来完成对现场监测设备的控制和数据读取，并将数据送往信息层的服务器。信息层主要负责实现B/S模式（Browser/Server模式）的远程服务，其服务器包括Web服务器和数据库服务器。该系统与前期应用其他结构的监测系统相比，具有数字信号传输无衰减；系统易于扩展等结构优点，可以实现Browser/Server模式的远程监控和维护，系统运行高效可靠。
2.2传感器的选择
由于末屏电流信号比较微弱，其采集就是目前在线监测系统的一个难题。为此，系统选择了有源型电流传感器，这样既提高了抗干扰能力又保证测量精度。此外，还可以采用电容分压的方式来提取微弱的末屏电流信号，从而提高信号的信噪比。介损参数tanδ也会受到环境温、湿度的影响，为了了解介损参数tanδ与环境温、湿度的关系，给系统的运行人员提供参考依据，所以在系统中也监测了这两个环境参数。在此，系统选用了高精度DS18B20型温度传感器和HM1500型电容式相对湿度传感器，保证了系统采集温度、湿度参数的准确性和可靠性。
2.3数据的通信
基于变电站现场的通信要求，要选择一种通用现场通信总线，通信模式应当实现双向通信、多点通信和数字化的通信，抗干扰性能良好可以实现长距离数据传输的总线，为此系统选择RS485总线。而且变电站设备介损监测系统的通信网络可以运用MAX1480B进行方便灵活地组建。在现场的总线（RS485）标准链路层协议参考电力行业《传输规约》中的标准。同时系统采用GPS时钟装置来实现数据采集的实时性，利用好的通信协议来保证各现场监测装置的同步性。
3.在线监测系统软件开发及现场应用
变电站电容型设备介损在线监测系统的软件部分主要负责通过指令来驱动设备硬件（现场监测设备）采集被监测设备的各种信号，对信号进行数据处理、传输及存储，最后通过系统主机程序对数据进行分析和诊断，并通过图文并茂的方式予以呈现。依据在线监测系统根据变电站电容型设备介损在线监测系统的设计与功能要求，系统软件部分可以分为信息查询系统、图形系统和信息图像处理系统三个大的模块。图形系统用来实现系统模型与设备基本信息数据库的构建以及系统图形界面的设计，完成对被监测设备各种信号的采集、传输和数据处理、存储；信息图像处理系统将相关数据与相应设备进行关联，并以图文并茂的方式予以呈现。信息查询系统主要是发布信息，通过电力光线网（或电力载波）实现系统的远程访问功能。
软件设计采用面向对象的界面设计。管理界面采用模块化思想，将数据进行分类，对每一类单独用一个模块进行分析，由主界面对这些模块统一进行调用。
4.在线监测系统的抗干扰措施
现场监测系统中的总线和各种装置始终处在强电磁干扰环境中，尤其是在有雷暴的恶劣天气下，设备的电磁环境更加恶劣，因此为保证在线监测系统的稳定性，提高系统的抗干扰性能，在此采用了多种硬件和软件抗干扰的措施。
4.1 硬件抗干扰
在硬件抗干扰方面系统主要采取了加强屏蔽处理、加装低通滤波器滤除高频干扰信号、在模拟信号输入通道加装运算放大器作前置放大器等方法消除和削弱系统受到的差、共模干扰。通过加强设备及低频线路的接地处理来避免和减少接地线造成的干扰。此外，在设计印刷电路时，采取合理布线、分散滤波等措施项措施提高抗印刷电路板的干扰能力。
4.2软件抗干扰
虽然从硬件方面采取一些方法可以大幅度提高系统的抗扰能力和运行的稳定性，但为了取得更好地抗干扰效果，我们还要从软件方面着手，进一步提高系统抗干扰能力，从而保证系统的安全稳定运行。在工作实际中的应用主要有两方面：一是将模拟输入信号的噪声消除；二是在程序无法正常运行或出错时，将程序重新启动或使其重回正轨。对于模拟输入信号中的噪声，我们可以采取数字滤波技术将其消除，对于第二方面的问题我们可以采取下面几方面的措施加以消除：加入冗余指令、设置软件陷阱、利用软件“看门狗”。利用软件来抑制各类干扰，可以不增加硬件环节，节约设备成本，应用起来灵活方便。
5.系统应用前景分析及未来发展方向预测
随着社会经济的高速发展，对电力系统供电可靠性提出了更高的要求。为满足社会对供电可靠性的要求，对整个变电设备全部实现24h在线不间断监测， 全面掌握设备健康水平，实施设备状态检修是电力系统管理维护的发展趋势。运用电容型设备在线监测（状态监测）技术对电容型设备进行在线监测，是实现变电站电容性设备状态检修必须具备的可靠技术保障。
此外，先进的微电子技术、数字传感器、软件平台和现场总线等技术飞速发展，为研究开发对电容型设备的更准确、灵敏监测手段提供了强大支持。高速发展和应用中的人工智能技术也会为系统的进一步应用和发展提供新的技术支撑点。将来，系统依托现有系统的分层分布多CPU结构和易于扩展的优势，扩大参数的采集范围，拓宽被监测设备的监测类型，加强与变电站综合自动化系统的信息融合，共享更加丰富的电力系统参数，为综合判断系统健康水平提供更多的参考依据，为实现对全部变电设备的在线监测提供良好基础。 存入我的阅览室
