專利名稱：基于iec61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬電力設(shè)備在線監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，更準確地說本發(fā)明涉及智能變電站中基于 IEC61850-9-2采樣標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法。
背景技術(shù)：
2010年以來，智能變電站的建設(shè)已逐步成為新建變電站的主流，而且將來將引來爆發(fā)式的增長。智能變電站建設(shè)中強調(diào)通過對一次設(shè)備狀態(tài)的在線監(jiān)測，逐步實現(xiàn)一次設(shè)備的狀態(tài)檢修和故障的及時預(yù)警，做到少檢修、免維護，避免由于設(shè)備故障引起的停電事故和人員傷亡。電容型電力設(shè)備在輸變電系統(tǒng)中占有很大的比例，如變壓器套管、避雷器等， 這些電力設(shè)備在運行過程中受到電、熱、惡劣環(huán)境等因素的作用而發(fā)生老化，絕緣性能下降，成為事故隱患。介質(zhì)損耗是反映電容型電力設(shè)備絕緣狀況的重要絕緣指標(biāo)，對電力設(shè)備的穩(wěn)定運行具有十分重要的作用。加強容性設(shè)備的在線監(jiān)測具有巨大的社會和經(jīng)濟效益。容性設(shè)備介質(zhì)損耗測量原理如圖1所示。介損測量采集母線PT的電壓信號Un經(jīng)電壓互感器變換為低電壓等級的交流電壓信號Ul及被測電容型設(shè)備Cx的末屏電流信號經(jīng)高精度微電流傳感器(CT)產(chǎn)生的U2信號。Ul和U2通過電纜接入介損測量單元的調(diào)理電路和AD采樣電路，在CPU的控制下，Ul及U2的信號采集系統(tǒng)同時啟動，對傳感器輸出的模擬電壓信號進行同步采樣，然后計算出電容型設(shè)備末屏電流信號Ix相對于母線電壓Un的相位差Wi，從而獲得介質(zhì)損耗tan δ和電容量Cx等參數(shù)。測量單元的同步采樣控制技術(shù)、 微電流的采樣精度、頻率跟蹤及諧波及干擾信號的剔除是保證介損測量精度的關(guān)鍵。文獻一《電容型電力設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法及裝置》(中國專利申請?zhí)?200410026133. 2)披露了一種在線監(jiān)測電容型電力設(shè)備介質(zhì)損耗的方法和裝置。該方法將變電站母線電壓的電壓互感器信號及安裝在設(shè)備接地線上的高精度微電流傳感器信號通過電纜接入監(jiān)控室的計算機PCI采集卡中進行計算。該方法存在以下問題一是沒有進行電網(wǎng)頻率跟蹤，不能保證整周期采樣，存在柵欄效應(yīng)和泄漏效應(yīng)，給計算的頻譜尤其是給相位帶來較大的誤差；二是電壓信號和末屏電流信號未能進行就地化采集，而是通過電纜拉到監(jiān)控室的計算機進行處理，由于互感器輸出的是弱信號，不適于長距離的傳送，而且容易受外界信號的干擾；三是AD轉(zhuǎn)換芯片采用8位的分辨率不能滿足泄漏電流的微弱信號測量精度要求；四是不符合智能變電站的數(shù)字化采樣的要求，母線電壓的測量不能滿足通過合并單元進行采樣，不適合智能變電站的設(shè)計要求。在智能變電站中，對于電壓和電流信號的測量，已廣泛采用合并單元將信號就地進行數(shù)字化，通過IEC61850-9-2標(biāo)準以光纖為通信介質(zhì)將測量的原始采樣值傳送給測量、 保護、錄波、動態(tài)向量等功能單元。不再采用電纜鋪設(shè)的方式將電壓、電流等模擬信號接入測量保護單元。在智能變電站設(shè)計中，基于統(tǒng)一考慮將不會為介損測量單元單獨鋪設(shè)電纜采集電壓信號。而介損測量單元需要母線PT的電壓信號，這給傳統(tǒng)的介損在線測量單元的應(yīng)用帶來了問題。必須研制新一代的基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測單元。文獻二《基于DSP的容性設(shè)備介質(zhì)損耗因數(shù)在線監(jiān)測方法》(電力系統(tǒng)自動化2004 年10月號第觀卷第19期第71頁)披露了一種基于DSP的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法。該方法考慮了影響測量精度的信號干擾、諧波影響和電網(wǎng)頻率波動影響等因素。但其采樣為傳統(tǒng)的模擬量采樣，其介紹的頻率跟蹤算法不適用于基于IEC-61850-9-2標(biāo)準的數(shù)字化采樣要求。文獻三《基于加漢寧窗插值的諧波分析法用于介損角測量的分析》(電力系統(tǒng)自動化2006年1月號第30卷第2期第81頁)披露了一種加漢寧窗插值的諧波分析法可減輕非同步采樣對介質(zhì)損耗角測量的影響。首先該方法同樣是基于模擬量采集不適用于基于數(shù)字化采樣的智能變電站。其次未進行頻率跟蹤，其介紹的基于加漢寧窗插值的諧波分析法只是減輕非整周期采樣對介質(zhì)損耗角測量的影響，并未通過頻率跟蹤實現(xiàn)整周期采樣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明目的是1、智能變電站中，采集母線PT電壓通過合并單元就地采集，不能滿足目前介損測量單元通過電纜方式接入模擬信號的要求，本發(fā)明需解決智能變電站中基于IEC61850-9-2 標(biāo)準采樣的介損測量方法；2、采集母線PT電壓與采集泄漏電流的合并單元不是同一個合并單元，怎樣保證2 路信號的同步采集是精確測量介質(zhì)損耗的關(guān)鍵；3、怎樣抑制信號中的直流漂移以及電網(wǎng)的3次、5次、7次諧波對介質(zhì)損耗角的測量精度的影響；4、在電網(wǎng)頻率波動的情況下，基于IEC61850-9-2標(biāo)準采樣的介損測量單元如何實現(xiàn)頻率跟蹤，防止頻譜泄漏和柵欄效應(yīng)。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明是采取以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的一種基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括下列步驟1)在容性設(shè)備接地線上套接高精度零磁通泄漏電流互感器，將互感器輸出的電壓信號接入就地安裝的介質(zhì)損耗測量單元，根據(jù)B碼輸出的分脈沖信號啟動泄漏電流的AD采樣；2)將母線或線路參考電壓通過合并單元進行就地測量，介質(zhì)損耗測量單元通過光纖接入合并單元采集的IEC61850-9-2標(biāo)準的參考電壓采樣值信息；對采樣值進行重采樣并進行傅里葉變換，計算出幅值、相角和頻率，調(diào)整重采樣頻率，進行頻率跟蹤；3)根據(jù)步驟1)采集的泄漏電流采樣信號進行傅立葉變換，算出泄漏電流的相位和幅值，結(jié)合步驟2、算出的同一時刻的參考電壓的幅值和相位算出介質(zhì)損耗值。前述的基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法，其特征在于 所述步驟幻中重采樣的算法為設(shè)fs為合并單元采樣頻率，Ts為相應(yīng)的采樣周期，fs'為
介損測量單元重采樣頻率，Ts'為相應(yīng)的重采樣周期，則 fsTs1=^-Ts
fa
T (n) = T(n-1)+Ts'T (η)為插值點位置，浮點數(shù)T (η-l)為前一點插值點位置，設(shè)m是小于T (η)的最大整數(shù)，并設(shè)浮點數(shù)u = T (η)，則線性插值公式如下χ ‘ (η) = χ (m) * (m+l_u) +χ (m+1) * (u_m)式中，χ' (η)為重采樣序列中的第η點，x(m)為原采樣序列中的第m點數(shù)值， χ (m+1)為原采樣序列中的第m+1點數(shù)值。前述的基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法，其特征在于 在所述步驟幻中，頻率跟蹤的步驟如下21)對參考電壓信號Ux進行整周波的傅里葉變換；22)對傅里葉變換結(jié)果進行濾波處理；23)利用濾波后的基波向量計算相鄰周波的相位差Ζφ;24)利用相位差』學(xué)計算頻率變化^f = ^Φ / 2^；25)計算出原信號頻率f = fs-Af ；26)根據(jù)計算出的最新的頻率值，調(diào)整重采樣間隔，返回步驟21)。前述的基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法，其特征在于 同一時刻的參考電壓的幅值和相位的獲取是通過站內(nèi)時鐘授時單元通過2路光纖B碼對時信號分別接入合并單元和介質(zhì)損耗測量單元實現(xiàn)對參考電壓以及泄露電流信息的同一時間斷面的信息采集。本發(fā)明所達的有益效果在本發(fā)明中，披露了一種根據(jù)基于數(shù)字信號采樣的介質(zhì)損耗測量方法，采用基于全站GPS對時的B碼對時實現(xiàn)同步采樣，利用高精度零磁通泄漏電流互感器和高分辨率AD保證高精度采樣，利用傅立葉變換和頻率跟蹤算法保證測量精度。采用本發(fā)明的方法，可以解決目前智能變電站建設(shè)中基于全站數(shù)字化采樣的容性電力設(shè)備介質(zhì)損耗測量問題。并提出了一種由于數(shù)字化采樣帶來的同步采樣、頻率跟蹤等關(guān)鍵技術(shù)解決方案。該方案中基于光纖B碼對時的對時誤差小于1 μ s,頻率的測量精度達到 0. 00 ,完全滿足介質(zhì)損耗的測量要求。通過對泄漏電流的就地化采集、高精度互感器和高分辨率AD芯片的使用保證了測量的精度和穩(wěn)定性。較傳統(tǒng)的測量方式避免了由于小信號長距離傳送帶來的信號衰減和易受外部干擾等問題。另外，就地的數(shù)字化采集，使用光纖取代電纜，可以節(jié)約變電站建設(shè)的成本，提高信息的共享，符合智能變電站的節(jié)約環(huán)保等理
ο


圖1是傳統(tǒng)容性電力設(shè)備介質(zhì)損耗測量原理圖；圖2是用本發(fā)明實施的基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗測量系統(tǒng)組成及結(jié)構(gòu)框圖；圖3是說明實現(xiàn)本發(fā)明的介損測量裝置的核心板件硬件結(jié)構(gòu)圖；圖4是說明用程序?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的介損測量方法的算法流程圖。
具體實施例方式基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法，介損測量單元通過與合并單元以IEC61850-9-2標(biāo)準通信方式采集參考電壓信號，通過光纖B碼對時實現(xiàn)參考電壓與泄漏電流的同步采集，通過高精度零磁通互感器和16位AD實現(xiàn)對泄漏電流的采集， 通過重采樣算法和軟件頻率跟蹤算法實現(xiàn)對干擾信號的剔除以及整周期采樣，實現(xiàn)容性設(shè)備介質(zhì)損耗的高精度在線監(jiān)測，包括以下步驟1)在設(shè)備接地線上套接高精度零磁通泄漏電流互感器，將互感器輸出的電壓信號接入就地安裝的介質(zhì)損耗測量單元(Ul)，用于測量容性設(shè)備的泄漏電流信號，Ul具有B碼對時接口，利用B碼輸出的分脈沖信號啟動AD采樣；2)將Ul的交流采樣(SV)接口(光纖口)通過光纖接入采集參考電壓的合并單元輸出接口或相應(yīng)的交流采樣網(wǎng)絡(luò)(SV網(wǎng))，其采集的采樣值信息帶有時標(biāo)；3)在Ul中基于時標(biāo)信息對齊泄漏電流信號和參考電壓信號，由于目前合并單元采用的是80點/周波的采樣頻率，需要進行重采樣，根據(jù)重采樣數(shù)據(jù)進行頻譜分析等信號處理方法求出角差、泄漏電流、頻率、電容量等參數(shù)，最后根據(jù)計算出的頻率調(diào)整重采樣間隔，實現(xiàn)整周期采樣，提高測量精度和穩(wěn)定性。具體算法如下31)對合并單元的原始數(shù)據(jù)進行重采樣設(shè)fs為合并單元采樣頻率，Ts為相應(yīng)的采樣周期，fs'為介損測量單元重采樣頻率，Ts'為相應(yīng)的重采樣周期，則Ts'=fs/fs' Ts
T (η) = T(n-1)+Ts'T(η)為插值點位置，一般為浮點數(shù)，設(shè)m是小于Τ(η)的最大整數(shù)，并設(shè)浮點數(shù)u = T (η)，則線性插值公式如下χ ‘ (η) = χ (m) * (m+l_u) +χ (m+1) * (u_m)32)重采樣結(jié)束后進行傅立葉變換，計算出幅值和相角，傅立葉變換結(jié)果可表示為
權(quán)利要求
1.基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法，其特征在于，包括下列步驟1)在容性設(shè)備接地線上套接高精度零磁通泄漏電流互感器，將互感器輸出的電壓信號接入就地安裝的介質(zhì)損耗測量單元，介質(zhì)損耗測量單元根據(jù)B碼輸出的分脈沖信號啟動泄漏電流的AD采樣；2)將母線或線路參考電壓通過合并單元進行就地測量，介質(zhì)損耗測量單元通過光纖接入合并單元采集的IEC61850-9-2標(biāo)準的參考電壓采樣值信息；對采樣值進行重采樣并進行傅里葉變換，計算出幅值、相角和頻率，調(diào)整重采樣頻率，進行頻率跟蹤；3)根據(jù)步驟1)采集的泄漏電流采樣信號進行傅立葉變換，算出泄漏電流的相位和幅值，結(jié)合步驟2、算出的同一時刻的參考電壓的幅值和相位算出介質(zhì)損耗值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法，其特征在于所述步驟幻中重采樣的算法為設(shè)fs為合并單元采樣頻率，Ts為相應(yīng)的采樣周期，fs'為介損測量單元重采樣頻率，Ts'為相應(yīng)的重采樣周期，則浮點數(shù)T(n)為當(dāng)前插值點位置，浮點數(shù)T(n-l)為上一點插值點位置設(shè)m是小于T(η)的最大整數(shù)，并設(shè)浮點數(shù)u = T (η)，則線性插值公式如下式中，x' (η)為重采樣序列中的第η點，X(m)為原采樣序列中的第m點數(shù)值，x(m+l)為原采樣序列中的第m+1點數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法，其特征在于在所述步驟2)中，頻率跟蹤的步驟如下21)對參考電壓信號Ux進行整周波的傅里葉變換；22)對傅里葉變換結(jié)果進行濾波處理；23)利用濾波后的基波向量計算相鄰周波的相位差24)利用相位差ζφ計算頻率變化Zf=2πΤ；25)計算出原信號頻率^= 4-八€;26)根據(jù)計算出的最新的頻率值，調(diào)整重采樣間隔，返回步驟21)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于IEC61850-9-2標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法，其特征在于同一時刻的參考電壓的幅值和相位的獲取是通過站內(nèi)時鐘授時單元通過2路光纖B碼對時信號分別接入合并單元和介質(zhì)損耗測量單元實現(xiàn)對參考電壓以及泄露電流信息的同一時間斷面的信息采集。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種智能變電站中基于IEC61850-9-2采樣標(biāo)準的容性設(shè)備介質(zhì)損耗在線監(jiān)測方法。本發(fā)明實現(xiàn)了智能變電站中基于IEC61850-9-2標(biāo)準采樣的介損測量。通過光纖B碼對時實現(xiàn)參考電壓與泄漏電流的同步采集，通過高精度零磁通互感器和16位AD實現(xiàn)對泄漏電流的采集，通過重采樣算法和軟件頻率跟蹤算法實現(xiàn)對干擾信號的剔除以及整周期采樣，實現(xiàn)容性設(shè)備介質(zhì)損耗的高精度在線監(jiān)測。采用本發(fā)明的方法，解決了智能變電站中基于數(shù)字化采樣的介質(zhì)損耗測量問題。
文檔編號G01R27/26GK102565542SQ20121003101
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月10日
發(fā)明者周斌, 張斌, 楊小銘, 沈建 申請人:國電南瑞科技股份有限公司